WO2015131962A1

WO2015131962A1 - Automatische dosissteuerung für bildgebende medizinische einrichtungen

Info

Publication number: WO2015131962A1
Application number: PCT/EP2014/064451
Authority: WO
Inventors: Helmut König
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-09-11
Also published as: EP3084651A1; US20170065243A1; US10363011B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, einen Analysator (A), ein Strahlendosisstörungssystem (1) und ein Computerprogramm zur automatischen Berechnung einer Zielstrahlendosis von ionisierender Strahlung. Dabei werden sowohl Patienten-spezifische Parameter (PPar) und Geräte-spezifische Parameter (EPar) berücksichtigt. Auf einem Cloud-basierten Datenspeicher (S) werden Referenzbilder (RB) ausgelesen, die dieselbe anatomische Zielregion betreffen, in der auch die anstehende Untersuchung ausgeführt werden soll. Die anatomische Zielregion wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der klinischen Fragestellung bestimmt. Die Referenzbilder (RB) werden hinsichtlich Strahlendosis und Bildqualität ausgewertet, um eine Ziel-Strahlendosis mit entsprechendem Steuerbefehl (sb) zu generieren.

Description

Beschreibung

Automatische Dosissteuerung für bildgebende medizinische Einrichtungen

Die vorliegende Erfindung liegt auf den Gebieten der Medizintechnik; und der Bildverarbeitung bzw. der elektronischen Steuerungen .

Bildgebende medizinische Einrichtungen verwenden ionisierende Strahlung, um auswertbare Bilddaten zu erzeugen, wie z.B. Computertomographen oder Fluoroskopiegeräte . Ein grundsätzliches Ziel ist es, den Patienten möglichst nur einer solchen Strahlendosis auszusetzen, die unbedingt erforderlich ist, um eine ausreichende Bildqualität gewährleisten zu können. Dabei stehen die zu applizierende Strahlendosis und die Bildqualität in einem konkurrierenden Verhältnis, so dass die Strahlendosis jeweils durch Abwägung der beiden Aspekte zu bestimmen ist, was eine automatische Steuerung der Strahlendosis erschwert. Die Dosisermittlung ist ein wichtiger Vorbereitungsschritt bei der Planung, Durchführung und/oder Steuerung des Gerätes bei einem strahlentherapeutischen oder nuklearmedizinischen Vorgang.

Neben der Abwägung, wie viel an Dosiseinsparung erzielbar ist, ohne störende Einbußen in der Bildqualität hinzunehmen steht der Anwender einer Vielzahl von Untersuchungsparametern gegenüber. Dosismessungen sind modalitäten-spezifische Messoder Schätzverfahren (z.B. für CT: volume CT dose index (CTDIvol) , and dose length product (DLP) ; für die Fluoros- kopie: dose area product (DAP) , kerma area product (KAP), cumulative air kerma (CAK) , and entrance surface dose (ESD) etc.) Die Auswirkung von Änderungen einzelner oder mehrerer dieser Parameter auf die Bildqualität und Dosis ist oft nicht ohne weiteres durch den Anwender einschätzbar. Zudem gibt es hersteller-spezifische Parameter, deren technischer Hintergrund dem Anwender oft nicht im Detail bekannt ist. Die Optimierung der Dosis ist noch dazu abhängig vom Typ der bildge- benden Untersuchung (eingesetzte Modalität und Art der Untersuchung, wie z.B. Thorax CT und Abdomen CT) .

Oft setzen Radiologen bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik angesichts dieser Komplexität auf Heuristiken und Erfahrungswerte in der Erstellung von Untersuchungsprotokollen. Die dabei verwendbaren Qualitätssicherungsmaßnahmen sind jedoch leider sehr beschränkt. So ist es zwar möglich, institu- tionsbezogene Qualitätssicherungsmaßnahmen zu ergreifen, indem z.B. Radiologen institutionsbezogene Standards für Untersuchungsprotokolle festlegten, die sich an publizierten Studien führender Zentren orientieren. Darüber hinaus wird der Einsatz ionisierender Strahlung auch in regulatorischen Standards (z.B. Röntgenverordnung) und von externen Qualtitäts- sicherungsstellen (z.B. ärztliche Stelle im Rahmen von Konstanzprüfungen) kontrolliert. Auch gibt es von medizinischen Fachgesellschaften getragene Qualitätssicherungsprogramme für bildgebungs-gesteuerte interventionelle Eingriffe (z.B. perkutane transluminale Angioplastie (PTA) von Beinarterien) oder den inter-institutionellen Vergleich von diagnostischen Untersuchungen (z.B.: RSNA Dose Registries für CT Untersuchungen in den USA) . All diese Maßnahmen setzen entweder Heuristiken ein, konzentrieren sich auf bestimmte Untersuchungstypen oder die Beurteilung der Dosis (Verteilung) anhand von phantom-basierten Messungen (modell-basierte Dosis-Messungen unter kontrollierten Bedingungen, die nicht die Patientenkonstitution und nur eingeschränkt Details anatomischer Strukturen berücksichtigen) .

Eine patienten-orientierte und patienten- und fall-spezifische Vorhersage und Optimierung von Untersuchungsparametern zur Dosisoptimierung ist auf dieser Basis nur eingeschränkt oder gar nicht möglich. Die Heuristiken lassen eine Beeinflussung der Dosis innerhalb bestimmter Größenordnungen zu, d.h. es werden oft Intervalle für Untersuchungsparameter angegeben oder fixe Protokolle, die die individuelle Patientenkonstitution, die verwendete Hard- und Software sowie Besonderheiten des Untersuchungsablaufs gar nicht oder nur unzu- reichend berücksichtigen. Oft besteht ein erster Schritt in der Qualitätssicherung in der Vermeidung von Ausreißern, d.h. von Untersuchungen bei denen eine offensichtlich zu hohe Dosis verwendet wird und nicht in einer feingranularen Dosis- Optimierung. Wegen der hohen Komplexität der relevanten Parameter kann für viele Untersuchungsvarianten nicht ohne weiteres auf Publikationen zurückgegriffen werden, die speziell angepasste Lösungen für die aktuelle Problemstellung (komplexe Konstellation aus Untersuchungstyp, Fragestellung, Patien- tenkonstitution und Gerätetyp) beschreiben.

Im Stand der Technik ist es aus der US 2012/0148131 bekannt, die bei einer CT-Untersuchung dem Patienten applizierte Strahlung zu schätzen, indem modell-basierte Phantomkörper zugrunde gelegt werden. Dieses Vorgehen birgt jedoch den

Nachteil, dass eine Patienten-spezifische und eine Gerätespezifische Dosisberechnung nicht möglich sind. Auch eine gezielte Steuerung einer bildgebenden Einrichtung hinsichtlich der Dosiswerte wird in dieser Schrift nicht angesprochen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, ein automatisches Dosis- Steuerungssystem für bildgebende Einrichtungen bereitzustellen, das die Bildqualität von einer Vielzahl von Voruntersu- chungen auswertet. Die Voruntersuchungen sollen dabei gezielt auf denselben anatomischen Bereich bezogen sein. Insgesamt soll die Qualität einer bildgebenden Untersuchung gesteigert und die Strahlungsintensität für den Patienten verringert werden bei Einhaltung einer ausreichenden Bildqualität.

Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden nebengeordneten Patentansprüche gelöst, also durch ein Verfahren, einen Analysator und ein System. Nachstehend wird die Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf ein System, eine Vorrichtung oder auf ein Produkt gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware- Module, ausgebildet.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Berechnen von Ziel-Akquisitionsparametern für eine Anwendung von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs mittels einer bildgebenden Einrichtung, wie z.B. einem Computertomographen, mit folgenden Verfahrensschritten :

- Erfassen von Patienten-spezifischen Parametern und/oder Einrichtungs- spezifischen Parametern

- Bestimmen zumindest einer anatomischen Zielregion, in der die ionisierende Strahlung appliziert werden soll, wobei das Bestimmen hauptsächlich in Abhängigkeit von der klinischen Fragestellung und automatisch ausgeführt wird

- Zugriff auf einen über ein Netzwerk zugänglichen Datenspeicher, in welchem ein Dosis-Protokoll-Index für eine Vielzahl von Bildern mit zugehörigen Strahlendosisdaten oder anderen Akquisitionsparametern (sogenannten „dose reports") abgelegt ist zur Auswahl von zumindest einem Referenzbild, das ebenfalls die zumindest eine bestimmte anatomische Zielregion betrifft, annähernd mit dieser übereinstimmt oder diese vollständig umfasst;

- Automatisches Auswerten des ausgewählten zumindest einen Referenzbildes hinsichtlich der Bildqualität und der verwendeten Akquisitionsparameter unter Berücksichtigung der erfassten Patienten-spezifischen und/oder Einrich- tungs-spezifischen Parameter zum Berechnen der Ziel- Akquisitionsparameter . Im Folgenden werden die Begrifflichkeiten näher definiert.

Bei der bildgebenden Einrichtung handelt es sich um ein medizintechnisches Gerät zur Bildakquisition . In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bildakquisition unter Anwendung von ionisierender Strahlung, wie z.B. mittels eines Computertomographen, Computer Radiografiegerätes , Röntgengerätes, Tomosynthesegerätes und/oder Geräten zur Fluoroskopie . Im weiteren Sinne können auch andere Geräte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert werden, die eine Dosisbestimmung erfordern .

Akquisitionsparameter sind Parameter, die bei einer Anwendung des medizinischen Gerätes zum eingestellt werden müssen.

Gemäß einem Aspekt sind Strahlendosisdaten auch von den Akquisitionsparametern umfasst. Des Weiteren zählen dazu, die Bestimmung eines Rekonstruktionsalgorithmus, den Tischvorschub oder weitere technische Geräteparameter. Die Ziel-Ak- quisitionsparameter sind die Akquisitionsparameter, die bei einer zukünftigen bzw. geplanten Anwendung der ionisierenden Strahlung verwendet und deren Dosis ermittelt und zur Steuerung des Gerätes verwendet werden sollen.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung somit ein Verfahren, System und Produkt sowie einen Analysator zum Berechnen einer Ziel-Strahlendosis (als einem Vertreter von Akquisitionsparametern) . Dies wird auf Basis der Auswertung von ROI- Bereichen von gespeicherten Bildern ausgeführt, indem deren Bildqualität bei der jeweils verwendeten Strahlendosis verrechnet wird.

Strahlendosisdaten ist die Gesamtmenge von Strahlendaten, die bei bisherigen und aktuellen Anwendungen von ionisierender Strahlung anfallen. Dabei wird die pro Zeiteinheit aufgenommene Strahlendosis als Dosisleistung (Einheit: Sv/s oder Sv/h) bezeichnet. Ziel-Strahlendosis ist die Strahlendosis, die bei einer zukünftigen Anwendung der ionisierenden Strahlung angewendet und deren Dosis ermittelt und zur Steuerung des Gerätes verwendet werden soll.

Bei den Patienten-spezifischen Parametern handelt es sich um technische Messgrößen, die patientenspezifisch sind, wie zum Beispiel gemessene Laborwerte, Größe, Alter oder Gewicht des Patienten und/oder um weitere Messwerte.

Bei den Einrichtungs-spezifischen Parametern handelt es sich um technische Messgrößen, die geräte- bzw. einrichtungsspezifisch sind, wie zum Beispiel Untersuchungstyp, Untersuchungsprotokoll, Geräteeinstellungen, Gerätehersteller und/oder weitere Gerätekennzahlen .

Der Datenspeicher ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Cloud-System realisiert. Der Datenspeicher ist über zumindest eine Netzwerkschnittstelle (z.B. aus der Internet- Protokoll Familie oder über ein SOAP-Protokoll mittels Web- Services) von elektronischen oder computerbasierten Einheiten (die auch als Modalitäts/Modality Client oder Teil desselben implementiert sein können) zugreifbar. Der Datenspeicher kann verteilt implementiert und auf unterschiedliche physikalische Datenspeicher verteilt sein.

Das Auswerten des ausgewählten zumindest einen Referenzbildes hinsichtlich der Bildqualität und der verwendeten Strahlendosis oder der verwendeten Akquisitionsparameter erfolgt automatisch. Das Auswerten wird mittels eines unter Berücksichtigung der erfassten Patienten-spezifischen und/oder Einrichtungs-spezifischen Parameter zum Berechnen der Ziel-Strahlendosis bzw. der Ziel-Akquisitionsparameter .

Der Dosis-Protokoll-Index ist eine spezifische Datenstruktur, die in einer Vorverarbeitungsphase erstellt werden kann. Der Dosis-Protokoll-Index kann folgende Einheiten umfassen: Metadaten, umfassend eine medizinische Indikation oder eine klinische Fragestellung, Prozedurtyp,

Modalitätstyp, medizinische Daten

Dosis-relevante Parameter, umfassend Modalitätstyp-spezifisch, Geräte-spezifisch, insbesondere Hardwarespezifisch, umfassend Daten zum Detektortyp mit Seriennummer etc. Darüber hinaus können die Geräte-spezifischen Datensätze auch Software-Spezifika umfassen, wie den Namen und die Identifikation zumindest eines verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus und dessen Version und weitere Algorithmen (umfassend Bildverarbeitungsalgorithmen etc . ) .

Referenzen auf Modalitätenprotokolle (Identifikation des Untersuchungsprotokolls, auf die zur Suche im Dosis- Protokoll-Index für die anstehende Gerätemessung zugegriffen wird.

Der Begriff „Dosis-relevante Parameter" bezeichnet Parameter, die einen Einfluss auf die Bestimmung der Dosis haben. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Dosis-relevanten Parameter auch Geräte-spezifisch und damit Modalitäts-spezifisch . Beispielsweise sind für einen Computertomographen folgende Dosis-relevante Parameter zu berücksichtigen: - Pitch,

- Schichtkollimation,

- Effektive Schichtdicke,

- Rotationszeit,

- Röhrenstromzeit ,

- Stromzeitprodukt pro Schicht bzw. Rotation,

- Röhrenspannung und/oder

- Je nach Anwendung weitere Werte.

Erfindungsgemäß werden diese Dosis-relevanten Parameter m Kombination mit den vorstehend erwähnten Metadaten, den Anga ben zur klinischen Indikation (klinische Fragestellung) , Pro zedurtyp, Modalitätstyp, Patientendaten, Diagnosedaten, weitere medizinische Daten, z.B. den Schweregrad der Erkrankung etc., um automatisch die Dosis zur Steuerung der anstehenden Untersuchung zu berechnen. Die vorstehenden Daten werden grundsätzlich bei allen Modalitäten verwendet, die fluoreszierende Strahlung einsetzen. Damit sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Computertomographie beschränkt ist und auch andere Modalitäten hinsichtlich der Dosisbestimmung steuern kann.

Erschwerend kommt hinzu, dass das Berechnen einer möglichst optimalen Strahlendosis eine komplexe Problemstellung ist, die die Berücksichtigung von weiteren Einflussfaktoren erfor derlich macht. Dazu gehören insbesondere Parameter in Bezug auf den Patienten (Größe, Gewicht, Schweregrad der Erkrankun etc.) . So ist es beispielsweise bekannt, dass adipöse Patien ten regelmäßig eine höhere Strahlendosis erfordern als normalgewichtige Patienten. Des Weiteren ist auch die jeweilige bildgebende Einrichtung zu berücksichtigen (z.B. für eine CT Einrichtung sind hier relevant: Pitch, Schichtkollimation, effektive Schichtdicke, Rotationszeit, Röhrenstrom, Strom- Zeit-Produkt pro Schicht bzw. Rotation, Röhrenspannung etc.)

Zusammengefasst wird ein Verfahren, ein Analysator als elektronisches Modul, ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt und ein System zur Verfügung gestellt, mit dem die Strahlendosis für bildgebende Untersuchungen, bei dem ionisierende Strahlung verwendet wird, optimiert werden kann. Im Unterschied zum Stand der Technik werden dabei keine Phantom-basierten Messungen verwendet. Die bisherigen, im Stand der Technik bekannten Phantom-basierten Messungen basieren häufig auf Modellrechnungen unter kontrollierten Bedingungen, die nicht die aktuelle Patientenkonstitution und nur eingeschränkt die Details der anatomischen Strukturen des Patienten und/oder der jeweiligen bildgebenden Einrichtung berücksichtigen. Darüber hinaus ist die Dosisbestimmung ein komplexes Problem, das bisher manuell in Untersuchungsprotokollen Niederschlag gefunden hat, die vor anstehenden Untersuchungen auch quasi manuell ausgewertet worden sind. Dieses Vorgehen erweist sich als nachteilig, da bei diesem manuellen Vorgehen nur eingeschränkte Parameter zur Dosisbestimmung berücksichtigt werden können. Ein Grundprinzip der Radiologie ist es, eine möglichst geringe Strahlungsdosis für den Patienten zu verwenden, ohne störende Einbußen bei der Bildqualität hinnehmen zu müssen (ALARA Prinzip: as low as reasonable achievable) . Die Erfindung ist unmittelbar an diesem Grundprinzip orientiert und wertet zur Dosisoptimierung die Bildqualität von bisherigen Bildaufnahmen aus. Die bisherigen Bildaufnahmen sind in dem Datenspeicher abgelegt, zusammen mit Dosisinformationen. Vorzugsweise sind diese in dem Dosis- Protokoll-Index abgelegt. Der Dosis-Protokoll-Index enthält somit neben den eigentlichen Bilddaten auch Strahlendosisdaten in Form von sogenannten Dosisberichten (dose reports) . Erfindungsgemäß werden jedoch nicht alle zur Verfügung stehenden Bilder ausgewertet, sondern nur diejenigen, die für die anstehende Untersuchung relevant sind. Somit erfolgt eine Auswahl von auszuwertenden Bildern aus der Menge der grundsätzlich verfügbaren Bilder. Die Auswahl basiert auf Grundlage der technischen Parameter für die anstehende Untersuchung. Insbesondere erfolgt die Auswertung anhand der jeweiligen klinischen Fragestellung. Anhand einer Indikation kann die jeweils relevante anatomische Struktur (es können auch mehrere relevante anatomische Strukturen ausgewählt werden) automatisch durch einen entsprechenden Algorithmus bestimmt werden. Der Begriff „anatomische Struktur" ist hier synonym zum Begriff „anatomische Zielregion" zu verstehen und soll den jeweiligen Körperbereich kennzeichnen, der untersucht werden soll. Beispiele für klinische Fragestellungen bzw. Untersuchungsindikationen sind unter anderem „Subarachnoidale Blutung" indiziert eine Computertomographie des Schädels, während die Indikation „Abklärung diffuser abdomineller Schmerzen" ein Computertomogramm vom Abdomen unter Verabreichung eines intravenösen Kontrastmittels indiziert. Optional können darüber hinaus noch relevante Diagnosen berücksichtigt werden, wie beispielsweise auch deren Schweregrad z.B. bei einer Lungenfibrose. Um beim vorstehend genannten Beispiel mit der Indikation der Abklärung diffuser abdomineller Schmerzen zu bleiben: Erfindungsgemäß kann somit automatisch abgeleitet werden, dass eine Computertomographie des Abdomens ausgeführt werden soll, deren Dosis optimiert bzw. berechnet werden soll. Erfindungsgemäß werden dafür Referenzbilder ausgewertet, die ebenfalls das Abdomen betreffen. Die anatomische Zielregion wurde im vorhergehenden Verfahrensschritt bestimmt, in diesem Fall Abdomen. Nun werden automatisch alle Referenzbilder aus dem Datenspeicher gesammelt und ausgewertet, die dieselbe anatomische Zielregion (also Abdomen) betreffen. D.h. es werden alle Referenzbilder ausgewertet, die das Abdomen vollständig oder teilweise umfassen oder die zusätzlich zum Abdomen noch weitere umliegende Körperstrukturen umfassen. Welche der vorstehend erwähnten Alternativen implementiert werden soll, kann vorzugsweise konfiguriert werden. Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Bildqualität aller ausgewählten Referenzbilder ausgewertet und mit der jeweils verwendeten Strahlendosis einem Auswertealgorithmus zugeführt. Der Auswertealgorithmus berücksichtigt darüber hinaus noch die, im ersten Verfahrensschritt erfassten Patien- ten-spezifischen Parameter und die Einrichtungs-spezifischen Parameter, hinsichtlich der technischen Aspekte der bildgebenden Einrichtung, deren Einstellungen, des verwendeten Protokolls etc. Der Auswertealgorithmus basiert gemäß einem Aspekt der Erfindung auf bereitgestellten, auswählbaren und/oder veränderlichen quantitativen Qualitätsmaßen.

Die Qualitätsmaße basieren auf der Messung eines Signal/ Rauschverhältnisses ( signal/noise - S/N ratio) von Bildsignalen des zumindest einem Referenzbildes. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dies Entropie-basiert erfolgen. Darüber hinaus können weitere statistische Verfahren eingesetzt werden, wie z.B. das Bestimmen der Varianz bzw. der Standard- abweichung der Pixel- bzw. Voxelwerte, Autokorrelationsverfahren, die Verarbeitung eines Noise Power Spektrums. Das Auswerten der Bildqualität des zumindest einem Referenzbildes kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf einem Abgrenzbarkeitsalgorithmus basieren. Der Abgrenzbarkeitsalgorithmus hat die Funktionalität, automatisch zu analysieren, wie ausreichend eine jeweilige anatomische Struktur (z.B. Tumorgewebe, Knochenstruktur, Herz etc.) in dem Referenzbild von umliegenden Strukturen (anatomischen Strukturen oder Gewebe) abgrenzbar ist.

Der Abgrenzbarkeitsalgorithmus kann folgende Verfahrensschritte umfassen:

Das automatische Detektieren einer jeweiligen anatomischen Struktur in dem Referenzbild und

das automatische Segmentieren der detektierten anatomischen Struktur.

Der Abgrenzbarkeitsalgorithmus basiert auf der Auswertung von Blur .

Darüber hinaus kann die Güte der Segmentierung auch noch manuell bestimmt werden.

Automatisiert ausgewertet werden Bildrauschen (noise) und die Bildunschärfe (blur) für die jeweils relevanten anatomischen Strukturen, die auch als Region Of Interest (ROI) bezeichnet werden können. Im Gegensatz zu Phantom-basierten Untersuchungen der Bildqualität erfolgt die Auswertung erfindungsgemäß eingeschränkt, nämlich nur auf Basis der relevanten Strukturen, die nachfolgend auch untersucht werden sollen und ist damit Fall-spezifisch und patientenorientiert. Damit kann vorteilhafterweise der technische Effekt erzielt werden, dass eine deutliche Reduktion des zu bewertenden und zu übertragenden Datenvolumens erreicht werden kann, indem nur gezielte Bereiche in bestimmten (für die anstehende Untersuchung relevanten) Bildern ausgewertet werden. Die Analyse der Bildunschärfe erfolgt ROI-basiert. Hierzu werden die Pixel- bzw. Voxelwerte der Grenzregion von dem je weiligen ROIs (es können auch mehrere ROI-Bereiche ausgewertet werden bzw. mehrere anatomische Zielregionen) mit denjenigen der Grenzregion des Hintergrunds bzw. von angrenzenden ROIs unter Verwendung von Nachbarschaftsfunktionen verglichen. Dazu können beispielsweise automatisierte Algorithmen verwendet werden, die z.B. eine sogenannte 8er-Nachbarschaft von zweidimensionalen Bilddaten auswerten. Diese Vorgehensweise erlaubt die gezielte Suche nach den qualitativ besten und Fall-spezifischen Dosisoptimierungen hinsichtlich der verfügbaren Bildqualität. Falls gewünscht, können auch relevante Diagnosen und Schweregrade berücksichtigt werden (z.B. unter Zugriff auf standardisierte Terminologien und Codes in sog. order messages oder Strahlendosisdaten bzw. Dose- Reports) .

Das Bildrauschen wird dabei z.B. als Standardabweichung der Pixel- bzw. Voxelwerte einer Region Of Interest (ROI) -Region berechnet. Mit anderen Worten ist die automatische Auswertun des Noise bzw. Signal/Rauschverhältnis neben Abgrenzbarkeit (blur) das zweite eigenständige Qualitätsmaß, das ebenfalls nur ROI-basiert ausgewertet wird.

Gemäß einem Aspekt stammen die in dem Datenspeicher abgelegten Bilder von unterschiedlichen Patienten und/oder von unterschiedlichen bildgebenden Einrichtungen (möglicherweise unterschiedlicher Hersteller) und/oder von unterschiedlichen anatomischen Regionen. Das hat den Vorteil, dass für die Dosisoptimierung eine möglichst große Gesamtkohorte zur Auswertung zur Verfügung gestellt werden kann. Dazu gliedert sich das Verfahren in zwei sequenzielle Verarbeitungsphasen:

1. Eine Vorverarbeitungsphase und

2. Eine Dosisbestimmungsphase.

In der Vorverarbeitungsphase werden alle mit unterschiedlichen Modalitäten akquirierten Bilddaten mit deren jeweils zu gehörigen und zugeordneten Dosisreports in dem Datenspeicher gespeichert .

In der Dosisbestimmungs- bzw. Optimierungsphase werden dann die in den Datenspeicher abgelegten Daten mittels des Analysators vor der anstehenden Untersuchung ausgewertet, um die optimalen Akquisitionsparameter für die anstehende bildgebende Untersuchung zu ermitteln. Das Auswerteergebnis kann auch in einer separaten Datenstruktur abgespeichert werden. Darü- ber hinaus ist es möglich, das Ergebnis der Auswertung (Auswerteergebnis) in dem Dosis-Protokoll-Index gespeichert wird, um für nachfolgende Untersuchungen wieder zur Ermittlung der Akquisitionsparameter für die anstehende bildgebende Untersuchung zur Verfügung zu stehen und verwendet werden zu können . Mit anderen Worten vergrößert sich die Gesamtkohorte der zur Verfügung stehenden Referenzbilder mit jeder Bildakquisition, die automatisch mit den zugehörigen Dosisdaten im Datenspeicher abgelegt werden. Der Datenspeicher ist vorzugsweise verteilt organisiert und/oder als Cloudsystem implementiert. Er kann über entsprechende Schnittstellen (beispielsweise RESTful Services, z.B. unterstützt über das HTTP-Protokoll ) zugreifbar sein. Damit kann das System sehr flexibel ausgebildet werden.

Bei dem automatischen Auswerten des zumindest einen Referenzbildes werden neben den Patienten-spezifischen Parametern und/oder den Einrichtungs-spezifischen Parametern noch weitere Metadaten berücksichtigt, umfassend - je nach Ausführungs- form der Erfindung - den Prozedurtyp, die klinische Indikation, medizinische Daten, Schweregradangaben, Diagnosedaten, Gewichtsdaten, Größendaten, Altersdaten des Patienten, Modalitätsdaten, Gerätedaten (in Bezug auf die Hardware und/oder Software des Gerätes) und weitere technische Geräteparameter.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die anatomische Zielregion automatisch bestimmt. Somit muss der Anwender nicht manuell eine bestimmte anatomische Zielregion eingeben (z.B. Herz, Knie, Leber etc.), sondern es genügt, wenn eine klinische Fragestellung oder Indikation eingegeben oder aus anderen Datenbanken eingelesen wird (z.B. aus den Anamnesedaten) . Ausgehend von der klinischen Fragestellung oder Indikation werden die relevanten anatomischen Zielstrukturen regelbasiert bestimmt. Die klinische Fragestellung wird automatisch analysiert, in dem auf ein semantisches Codierungssystem mit standardisierter Terminologie zurückgegriffen wird. Damit kann sichergestellt werden, dass eine einheitliche Semantik und eine kontrollierte Terminologie verwendet wird. Des Weiteren können regulative Standardisierungsvorgaben zum Schutz vor ionisierender Strahlung und Dosisdokumentation berücksichtigt werden. Diese können beispielsweise aus der Euratom Direktive abgeleitet werden (Council Directive

97/43/Euratom) . Darüber hinaus können noch weitere internationale Standards herangezogen werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die anatomische Zielregion dadurch automatisch bestimmt, dass ein DICOM (DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine) Header ausgelesen wird und/oder ein automatischer Detektionsal- gorithmus angewendet wird.

Das zumindest eine Referenzbild wird ausgewählt, indem aus der Menge der in den Datenspeicher gespeicherten Bilder ein Auswahlalgorithmus angewendet wird, um das Referenzbild oder die Referenzbilder zu bestimmen. Dabei werden die Referenzbilder (in der Regel sind es mehrere Referenzbilder) derart bestimmt, indem automatisch analysiert wird, ob in dem Referenzbild die jeweils bestimmte anatomische Zielregion teilweise oder vollständig enthalten oder umfasst ist. Die anatomische Zielregion muss somit zwischen Bild und Referenzbild übereinstimmen. Dies hat den Vorteil, dass die Dosisoptimierung auf Grundlage von anatomisch und klinisch übereinstimmenden Referenzbildern bestimmt werden kann und somit wesentlich genauer und fallspezifischer ist als die bisherigen Optimierungsverfahren . Der Auswahlalgorithmus kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung einen Bildverarbeitungsalgorithmus umfassen. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann zur Abschätzung des Rauschens dienen. Dazu können das Signal/Rauschverhältnis und/oder die Bildunschärfe (Blur) ausgewertet werden. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann kumulativ oder alternativ dazu dienen, aus den ausgewählten Bildern bestimmte Bildbereiche auszuwählen, die für die anstehenden Untersuchung relevant sind (also zB das Herz in einem Oberkörper CT für eine anstehenden Herzuntersuchung) . Damit kann vorteilhafterweise die Berechnung nur auf relevanten Datensätzen und somit auf einem wesentlich geringeren Datenvolumen ausgeführt werden.

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht in einem Analysator (auch synonym als Dosis Analysator bzw. Dose Analyzer bezeichnet) zum automatischen Berechnen einer Ziel- Strahlendosis bzw. von Ziel-Akquisitionsparametern von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs mittels einer bildgebenden Einrichtung. Der Analysator umfasst:

- Eine Parametererfassungsschnittstelle, die dazu bestimmt ist, Patienten-spezifische Parameter und/oder Einrich- tungs-spezifische Parameter zu erfassen;

- Einer Zielregionsbestimmungseinheit, die dazu bestimmt ist, zumindest eine anatomische Zielregion zu bestimmen, in der die ionisierende Strahlung appliziert werden soll ;

- Einer Netzwerkschnittstelle, zum Zugriff auf einen

Cloud-basierten Datenspeicher, in dem eine Vielzahl von Bildern mit zugeordneten Strahlendosisdaten oder dose reports abgelegt sind und die zur Auswahl von zumindest einem Referenzbild bestimmt ist, das ebenfalls die zumindest eine bestimmte anatomische Zielregion betrifft, annähernd mit dieser übereinstimmt oder diese vollständig umfasst;

- Einer Auswerteeinheit, die zum automatischen Auswerten des ausgewählten zumindest einen Referenzbildes hinsichtlich der Bildqualität und der verwendeten Strahlen- dosis bzw. Akquisitionsparameter unter Berücksichtigun der erfassten Patienten-spezifischen und/oder Einrich- tungs-spezifischen Parameter zum Berechnen der Ziel- Strahlendosis bzw. der Ziel-Akquisitionsparameter bestimmt ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Strahlendosis- Steuerungssystem zum automatischen Berechnen oder Optimieren einer Ziel-Strahlendosis von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs, mit:

- einer bildgebenden Einrichtung,

- einem Analysator und

- einem Cloud-basierten Datenspeicher,

wobei eine Dosissteuereinheit der bildgebenden Einrichtung mittels eines Auswerteergebnisses des Analysators gesteuert wird .

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens können auch als Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm ausgebildet sein, wobei der Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf dem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers ausgeführt wird.

Eine alternative Aufgabenlösung besteht auch in einem Computerprogramm mit Computer-Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte des beanspruchten oder oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein.

Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computerimplementierten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nicht alle Schritte des Verfahrens zwangsläufig auf ein und derselben Computerin stanz ausgeführt werden müssen, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Computerinstanzen ausgeführt werden. Auch kann die Abfolge der Verfahrensschritte gegebenenfalls variiert werden .

Darüber hinaus ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer verkaufsfähigen Einheit und die restlichen Komponenten in einer anderen verkaufsfähigen Einheit - sozusagen als verteiltes System - aus geführt werden können.

In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:

Figur 1 eine übersichtsartige Darstellung eines Strahlendo- sis-Steuerungssystems mit über ein oder mehrere

Netzwerke in Datenaustausch stehenden Modulen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine Übersichtsdarstellung eines Computertomografen als bildgebende Einrichtung mit entsprechenden

Schnittstellen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Figur 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Analysators mit weiteren Einheiten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, einen Analysator A, ei Strahlendosis-SteuerungsSystem 1 und ein oder mehrere Compu- terprogramme bzw. Computerprogrammprodukte zur Berechnung und/oder Optimierung der Strahlendosis für bildgebende Untersuchungen, bei denen ionisierende Strahlung verwendet wird. Ziel ist es, einen oder mehrere Steuerbefehle sb zu generieren, um die bildgebende Einrichtung 10 (z.B. den Computertomographen) so zu steuern, dass er eine bestmögliche Bildqualität bei möglichst niedriger Strahlendosis liefert und dies in Abhängigkeit von dem jeweiligen Patienten und der klinischen Fragestellung bzw. der durchzuführenden Untersuchungen. Dabei soll das ALARA-Prinzip (as low as reasonable

achievable) für die Dosis angewendet werden. Dazu sollen u.a. Patienten-spezifische Parameter PPar und Einrichtungs-spezi- fische Parameter EPar berücksichtigt werden. Die Patientenspezifischen Parameter PPar beziehen sich auf den zu untersuchenden Patienten und umfassen beispielsweise medizinische Daten und andere Dosisrelevante Daten (z.B. Gewicht und Größe) des Patienten. Bei den Einrichtungs-spezifischen Parametern EPar handelt es sich um solche, die spezifisch für die bildgebende Einrichtung 10 sind. Dabei kann es sich um Geräteabhängige Parameter handeln, die die Hardware und/oder Software des Gerätes kennzeichnen, die Modalitätstypspezi- fisch sind und/oder die ein auszuführendes Modalitätsprotokoll referenzieren . Falls die Untersuchung mit einem Computertomographiegerät ausgeführt werden soll, zählen zu den Modalitätsspezifischen Parametern auch der Pitch, die Schicht- kollimation, eine effektive Schichtdicke, die Rotationszeit, der Röhrenstrom, das Röhrenstrom-Zeit-Produkt etc. Wesentlich für die Erfindung ist, dass bei der Berechnung der Strahlendosis automatisch und ohne weitere Benutzerinterkation sowohl die Patienten-spezifischen Parameter PPar als auch die Einrichtungs-spezifischen Parameter EPar berücksichtigt werden.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dass neben den zuvor genannten Datensätzen auch die jeweils aktuelle klinische Fragestellung berücksichtigt wird. Auf Basis der jeweiligen klinischen Fragestellung bzw. der Indikation wird die nachfolgende Berechnung in dem Analysator A ausgeführt. Dabei kann auf ein Codierungssystem C zurückge- griffen werden, um eine einheitliche Semantik und Terminologie sicherstellen zu können.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich darin, dass bereits bestehende und existierende Bilder, die in einem Datenspeicher S abgelegt sind, ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt hinsichtlich der Bildqualität. Bei den Bildern handelt es sich jedoch nicht um beliebige Bilder, sondern es erfolgt eine gezielte Auswahl von in dem Datenspeicher S abgelegten Bildern im Hinblick auf die auszuführende Untersuchung. Mit anderen Worten werden korrespondierende Referenzbilder ausgesucht, die hinsichtlich der Bildqualität und möglicherweise weiteren Merkmalen ausgewertet werden, um für die anstehende Untersuchung eine möglichst optimierte Strahlendosis berechnen zu können. Der Begriff „korrespondierende Bilder" meint in diesem Zusammenhang, dass ein Auswahlalgorithmus auf die gespeicherten Bilder angewendet wird. Der Auswahlalgorithmus dient dazu, aus der Menge der allgemein verfügbaren Bilder, die mit den Referenzbildern herauszufiltern, die hinsichtlich der dargestellten anatomischen Strukturen mit der anatomischen Zielregion übereinstimmen, in der die ionisierende Strahlung bei der anstehenden Untersuchung appliziert werden soll. Falls also beispielsweise ein Schädel-CT durchgeführt werden soll (aufgrund der klinischen Fragestellung „Hirntumor vorhanden?"), werden demnach auch nur Schäden-CT-Aufnahmen hinsichtlich der Bildqualität und der zugehörigen Strahlendosis ausgewertet, um eine Aussage für die anstehende Schädel-CT-Untersuchung ableiten zu können. Mit anderen Worten werden innerhalb von Volumendatensätzen die Bilder ausgewählt, die bestimmte Zielregionen (ROIs) umfassen, die relevante anatomische Strukturen abbilden. Die Auswahl kann somit zweigestuft sein: Erstens die Auswahl der relevanten Bilder (ROI umfassend) und zweitens die Auswahl der Bildbereiche in den als relevant bestimmten Bildern. Damit kann eine weitere Reduktion des Datenvolumens erreicht werden. Damit kann das Verfahren eine sehr große Anzahl von Voraufnahmen zur Berechnung heranziehen, die hinsichtlich der Bildqualität und der jeweiligen Strahlendosis ausgewertet werden. Zum anderen kann die Berechnung spezifisch für die jeweils anstehende Untersuchung ausgeführt werden. Weiterhin ist es vorgesehen, dass verstärkt die Voraufnahmen berücksichtigt werden, die entsprechende Patienten-spezifische Parameter PPar und entsprechende Einrichtungs-spezifische Parameter EPar aufweisen, um eine möglichst übereinstimmende Korrespondenz zwischen Referenzbild und auszuführende Aufnahme gewährleisten zu können.

Es liegt auf der Hand, dass die Auswirkung von Änderungen einzelner oder mehrerer der vorstehend erwähnten Einflussfaktoren bei der Bestimmung der Bildqualität und der Dosis bei einem quasi manuellen Vorgehen ohne weitere Computer-basierte Unterstützung kein optimales Ergebnis liefern können, da die Problemstellung zu komplex ist. Bisherige Dosisoptimierungsverfahren nach dem Stand der Technik greifen deshalb zu kurz, da sie auf allgemeinen Heuristiken und Erfahrungswerten basieren, die nur rudimentär und defizitär den aktuellen spezifischen Fall abdecken. Insbesondere können bei diesen Verfahren nicht die Patienten-spezifischen Parameter PPar und die aktuelle Situation des Gerätes mit den Einrichtungs-spezifi- schen Parametern EPar berücksichtigt werden. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile.

Figur 1 zeigt in einer übersichtsartigen Darstellung ein Strahlendosis-Steuerungssystem 1 mit mehreren Modulen. Kernbestandteil ist der Analysator A, der als zentrales Element dargestellt ist. Der Analysator A umfasst eine Parametererfassungsschnittstelle PAR-SS, die dazu bestimmt ist, die Patienten-spezifischen Parameter PPar und/oder die Einrichtungs-spezifischen Parameter EPar zu erfassen.

Des Weiteren umfasst der Analysator A eine Zielregionsbestim- mungseinheit ZR, die dazu bestimmt ist, zumindest eine anato- mische Zielregion zu bestimmen, in der die ionisierende Strahlung appliziert werden soll. Die anatomische Zielregion ist also die anatomische Körperstruktur, die bei der anstehenden Untersuchung, deren Dosis bestimmt werden soll, abgebildet werden soll .

Darüber hinaus umfasst der Analysator A eine Netzwerkschnittstelle NW-SS zum Zugriff auf einen Cloud-basierten Datenspeicher S, der in Figur 1 auf der rechten Seite dargestellt ist. Der Datenspeicher S kann als zentraler Speicher oder als verteiltes System ausgebildet sein und mehrere Speicherinstanzen umfassen. Dies soll in Figur 1 durch die mehreren Instanzen des Datenspeichers S repräsentiert sein. In dem Datenspeicher S sind eine Vielzahl von Bildern abgelegt mit zugehörigen Strahlendosisdaten. Die Strahlendosisdaten können in Form eines Dosisreports in einer speziellen Datenstruktur abgelegt sein, nämlich in einem Dosis-Protokoll-Index DPI. Die Netzwerkschnittstelle NW-SS dient dazu, einen Auswahlbefehl ab zu generieren und mit diesem auf den Datenspeicher S, insbesondere auf den Dosis-Protokoll-Index DPI zuzugreifen. Der Auswahlbefehl ab umfasst eine Kennzeichnung der anatomischen Zielregion für die anstehende Untersuchung. Auf den Auswahlbefehl ab sollen diejenigen Referenzbilder RB aus dem Datenspeicher S ausgelesen werden, die hinsichtlich der anatomischen Zielregion korrespondieren. Als Antwort auf den Auswahlbefehl ab liefert der Datenspeicher S eine Menge von Referenzbildern RB an die Netzwerkschnittstelle NW-SS zurück. Diese Referenzbilder RB werden von einer Auswerteeinheit AE ausgewertet, die ebenfalls Bestandteil des Analysators sein kann (so wie in Figur 1 dargestellt) . In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass die Auswerteeinheit AE als separates Modul ausgebildet ist oder als elektronisches Modul in die bildgebende Einrichtung 10 integriert ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die vorstehend erwähnten einzelnen Module des Analysators A auch verteilt auszubilden und nicht in einem gemeinsamen elektronischen Gerät, sondern auf mehrere unterschiedliche Instanzen verteilt zu implementieren. Die Auswerteeinheit AE dient zum automatischen Auswählen der ausgewählten Referenzbilder RB . Es kann sich um nur ein Referenzbild RB handeln, falls nur ein Referenzbild RB hinsichtlich der anatomischen Struktur mit der Zielregion überein- stimmt. Üblicherweise wird eine Menge von Referenzbildern RB von dem Datenspeicher S zurückgeliefert werden, um die Referenzbilder RB hinsichtlich der Bildqualität und der jeweils verwendeten Strahlendosis unter Berücksichtigung der erfass- ten Patienten-spezifischen Parameter PPar und/oder der Ein- richtungs-spezifischen Parameter EPar zu berechnen. Nachdem die Auswerteeinheit AE eine Ziel-Strahlendosis bestimmt hat, kann ein Steuerbefehl sb generiert werden, der an eine Dosissteuereinheit D weitergeleitet werden kann. Die Dosissteuereinheit D kann Bestandteil der bildgebenden Einrichtung 10 sein. Die bildgebende Einrichtung 10 umfasst üblicherweise eine oder mehrere Strahlenquellen 11 und einen Detektor 12. Wie in Figur 1 angedeutet umfasst die bildgebende Einrichtung 10 üblicherweise noch mehrere Einheiten. Diese Einheiten werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 näher erläutert.

Figur 2 zeigt übersichtsartig eine bildgebende Einrichtung 10, die beispielsweise als Computertomograph ausgebildet sein kann mit weiteren Schnittstellen. So ist eine Eingabe-/Aus- gabeschnittstelle E/A-SS vorgesehen, um Eingabe- und Ausgabe- daten zu empfangen und auszugeben. Darüber hinaus umfasst die bildgebende Einrichtung 10 eine interne Schnittstelle SS, eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU, einen oder mehrere Speicher MEM und eine Dosissteuereinheit D, die zur Steuerung des optischen Systems OS bestimmt ist. Das optische System OS umfasst die Strahlenquelle 11 und den Detektor 12. Das optische System OS ist dazu bestimmt, Bilddaten B zu erfassen und auszugeben und diese mit den zugehörigen (Strahlen-) Dosisdaten in Form eines Dosisreports DR auszugeben. Dies kann in Form eines Datentupels geschehen, das - wie in Figur 1 darge- stellt - von der bildgebenden Einrichtung 10 über entsprechende Schnittstellen an den Cloud-basierten Datenspeicher S zur Speicherung weitergeleitet wird. Im Folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Figur 3 näher erläutert .

Nach dem Start des Verfahrens erfolgt in Schritt 100 das E fassen der Bilddaten B mittels der bildgebenden Einrichtun 10.

In Schritt 200 erfolgt das Erfassen der Dosis-relevanten Pa rameter, die in Form eines Dosisreports DR gespeichert und weitergeleitet werden können.

In Schritt 300 erfolgt das Speichern der Bilddaten D mit zugehörigen Dosisreportdaten in den Datenspeicher S.

Die Schritte 100 bis 300 können als Vorverarbeitungsphase gekennzeichnet sein, die der eigentlichen Dosisbestimmungsphase zeitlich vorangeht und vorzugsweise vom Ablauf der Dosisbestimmungsphase entkoppelt ist. Die Vorverarbeitungsphase dient dazu, eine genügende Gesamtgrundheit von Bilddaten zur Verfügung zu stellen, die nachfolgend zur Wahl der Akquisiti- onsparameter zur Optimierung der Dosis bei bestmöglicher Bildqualität (Bestimmung der Ziel-Strahlendosis) ausgewertet werden können .

Die eigentliche Dosisbestimmungsphase wird nachfolgend in den Schritten 400 bis 1000 ausgeführt, die nachfolgend detaillierter erläutert werden. In Schritt 400 erfolgt das Erfassen von Einrichtungs-spezifi- schen Parametern EPar.

In Schritt 500 erfolgt das Erfassen von Patienten-spezifischen Parametern PPar.

Selbstverständlich kann natürlich die Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte auch geändert werden. In diesem Fall ist es auch möglich, zunächst die Einrichtungs-spezifischen Parameter EPar zu erfassen.

In Schritt 600 erfolgt das automatische Bestimmen der anato- mischen Zielregion, in der die ionisierende Strahlung bei der anstehenden Untersuchung appliziert werden soll.

In Schritt 700 erfolgt der Zugriff auf den Datenspeicher S mit der bestimmten anatomischen Zielregion zur Auswahl zumin- dest eines Referenzbildes RB .

In Schritt 800 erfolgt das automatische, Computer-basierte Auswählen zumindest eines Referenzbildes RB . Wie vorstehend bereits ausgeführt, wird üblicherweise eine Menge von Refe- renzbildern RB ausgewählt und an die Auswerteeinheit AE des Analysators A zur Berechnung weitergeleitet.

Schritt 900 bezieht sich auf das automatische, computerbasierte Auswerten der ausgewählten Referenzbilder RB hinsicht- lieh deren Bildqualität und Dosis unter Berücksichtigung der erfassten technischen Parameter PPar, EPar zur Bestimmung einer Ziel-Strahlendosis.

In Schritt 1000 erfolgt die Ausgabe des Steuerbefehls SB zur Steuerung der bildgebenden Einrichtung 10 im Hinblick auf die anzuwendenden Akquisitionsparameter über die auch die zu applizierende Dosis gesteuert wird.

Danach endet das Verfahren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen hier unterschiedliche Verzweigungen bei dem vorstehend erwähnten Verfahrensdurchlauf vor, die allerdings nicht in Figur 3 dargestellt sind, um diese übersichtlich und verständlich zu hal- ten . So ist es beispielsweise möglich, das Verfahren wiederholt auszuführen, falls die Dosis nicht zufriedenstellend bestimmt werden konnte. Weiterhin ist es möglich, die Dosisbestimmungsphase ab dem Schritt 400 nochmals auszuführen, falls weitere Parameter ermittelt werden konnten oder sich Parameter geändert haben .

Figur 4 zeigt übersichtsartig den Einsatz und die Kommunika- tion von unterschiedlichen Computer-basierten Einheiten, insbesondere in der Situation am Client Cl bzw. am Modalitätsarbeitsplatz vor einer anstehenden Untersuchung oder gegebenenfalls auch entkoppelt von einer anstehenden aktuellen Untersuchung. Das Verfahren kann auch angewendet werden, falls an einer Modalität die Verwendung von Dosisprotokollen im Rahmen einer Qualitätssicherungsmaßnahme überprüft werden soll. Figur 4 betrifft somit die Suche nach geeigneten bzw. optimierten Dosisprotokollen für anstehende bildgebende Untersuchungen. Der Analysator A führt automatisiert eine Analyse der Bilddaten von Referenzbildern durch mit einem Qualitätscheck hinsichtlich Noise und Blur. Wobei die Analyse lediglich in den relevanten anatomischen Regionen (in der bestimmten anatomischen Zielregion) durchgeführt wird. Dabei kann optional ein Terminologieservice verwendet werden, der in Figur 4 mit dem Bezugszeichen TS gekennzeichnet ist. Der

Terminologieservice TS dient dazu, eine Analyse auf semantischer Ebene durchzuführen und insbesondere semantische Beziehungen von procedure type, modality type und anderen Codewerten zu analysieren. Anschließend wird der Dosis-Protokoll- Index DPI erstellt, der Angaben zu Untersuchungsprotokollen hinsichtlich der Dosisoptimierung enthält und dabei auch auf die zugehörigen Bilddaten B und die zugehörigen Dosisreports DR referenziert . Dabei sind die jeweiligen Dosisprotokolle modalitätsspezifisch. Im Falle von CT-Untersuchungen sind hier, wie bereits erwähnt CT-Protokolle mit Angaben zu Pitch, Schichtkollimation , Schichtdicke, Röhrenstrom, Röhrenstrom- zeitprodukt etc. in dem Analysator A zu berücksichtigen.

Clients, insbesondere Modalitäts-Clients Cl, können die Do- sis-Protokoll-Informationen vor unmittelbar anstehenden Un- tersuchungen über den Analysator A abfragen. Dabei sind Angaben zu Prozedurtyp, Indikation, Modalitätstyp, Patientendaten und optional zu weiteren Parametern (Diagnose, Schweregrad) zu berücksichtigen. Dem Client Cl werden als Ergebnis die Protokolle zurückgeliefert, die zu einer gegebenen Dosis das geringste Bildrauschen (Noise) und eine möglichst hohe Bildschärfe (wenig Unschärfe/Blur) für die jeweils relevante anatomische Zielregion aufweisen. Clientseitig können die Bil- der, die zu den besten Protokollen gehören, vor der anstehenden bildgebenden Untersuchung durch den Anwender überprüft werden. Der Anwender kann den automatisch generierten Vorschlag durch eine Benutzereingabe bestätigen oder verwerfen. Wie in Figur 4 dargestellt, kann der Client mit einem

Modality Configruation Repository MCR kommunizieren. In dem Modalitätskonfigurationsspeicher können weitere Konfigurati- ons-spezifische Einstellungen und die Einrichtungs-spezifi- schen Einstellungen EPar abgelegt sein. Der Analysator A kom- muniziert auch mit einer Registry R, die in der bevorzugten Ausführungsform auch als Instanz des Datenspeichers S ausgebildet sein kann und den Dosis-Protokoll-Index DPI umfasst. Die Registry R kann mit einem weiteren Repository kommunizieren, nämlich mit dem Bild- und Berichtsrepository IRR.

Weitere Aspekte der Erfindung seien nachfolgend nochmals unter Bezugnahme auf Figur 1 näher erläutert.

Erfindungsgemäß erfolgt ein Zugriff auf einen Cloud-basierten Datenpool, der in Form des Datenspeichers S implementiert sein kann und der die Verwendung und Analyse von Herstellerspezifischen Bild- und zugeordneten Metadaten sowie Dosisreports DR erlaubt. Des Weiteren werden Einrichtungs-spezifi- sche Parameter EPar automatisch berücksichtigt (wie z.B. der Detektortyp) und die weitere Parameter hinsichtlich der Bild- akquisition nachfolgenden Bildverarbeitungsschrittes in Form von Bildverarbeitungsalgorithmen. Die Bildverarbeitungsalgorithmen kennzeichnen sich beispielsweise durch unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen mit Faltungskernen und statis- tischer Nachbearbeitung. Die Daten können vorteilhafterweise in anonymisierter Form ausgewertet werden, ohne einen Hinweis auf die Patientenidentität (PHI-Information) , wie z.B. Name, Patienten-ID, Adresse etc. Darüber hinaus ist es möglich, auf ein Codierungssystem C zurückzugreifen, um eine einheitliche Terminologie für die automatische semantische Analyse bereitstellen zu können, wie beispielsweise bestimmte Prozedurcodes (z. B. RadLex

Playbook) . Das Codierungssystem C kann auch Angaben hinsichtlich Codes für klinische Fragestellungen umfassen (z.B. basierend auf der Terminologie von Snomed) . Relevante anatomische Strukturen, insbesondere die anatomische Zielregion werden Regel-basiert und in Abhängigkeit vom Untersuchungstyp bestimmt .

Die Auswerteeinheit AE des Analysators A dient zur automatischen Auswertung der bereitgestellten Referenzbilder RB . Dabei werden zunächst relevante anatomische Strukturen segmentiert und unter Verwendung von Terminologien - unter Zugriff auf das Codierungssystem C - semantisch eindeutig bezeichnet um gezielte Auswertungen und Vergleiche mit anderen Referenz bildern RB bzw. Bildern (oder Studien) zu ermöglichen (z.B. die Bestimmung von ROI-Bereichen, am Beispiel der Lunge: Bestimmte Lungenarterien im Lungengewebe) . Gespeichert werden die Codes als Metadaten zu den jeweiligen Bildern RB oder zu den Dosisreports DR. In weiteren Schritten bilden die semantisch eindeutig bezeichneten anatomischen Zielregionen die Grundlage für die automatisierte Auswertung der Bildqualität die sich an relevanten anatomischen Strukturen orientiert. Die Bildqualität dieser relevanten anatomischen Strukturen steht deshalb im Vordergrund, da diese gut beurteilbar sein muss, um die aktuelle medizinische Fragestellung (Indikation beantworten zu können. Deshalb fließt auch die klinische Fra gestellung und die jeweiligen Parameter PPar, EPar bei der Auswertung und bei der Erzeugung des Steuerbefehls SB mit ein .

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Dosisoptimierung abteilungsübergreifend und auch ganisationsübergreifend ausgeführt werden kann. Die Dosisoptimierung kann somit als zentrale Lösung auch für unter- schiedliche Krankenhäuser und klinische Einrichtungen unter Rückgriff auf eine breite Datenbasis als Grundgesamtheit von Bildern und Strahlendosisdaten bereitgestellt werden. Die Cloud-basierte Vorhaltung der Daten im Datenspeicher S ermöglicht das Zugreifen auf einen sehr großen Datenbestand, um die Dosisoptimierung auf einer möglichst breiten Basis berechnen zu können. Darüber hinaus kann die Dosis sehr spezifisch an den jeweiligen Anwendungsfall durch die Eingabe der jeweiligen Parameter PPar, EPar eingestellt werden.

Wie in Figur 1 dargestellt, fließen diese Parameter PPar, EPar bei der Auswertung mit ein. So werden auch Metadaten für die bildgebenden Untersuchungen berücksichtigt (z.B. DICOM- Attribute : Patientengröße, Patientengewicht, Patientengeschlecht etc.) . Diese Parameter können automatisch aus den bestimmten automatisch bereitgestellten Datensätzen ausgelesen werden. Üblicherweise wird hierzu das DICOM-Protokoll verwendet. Die Datensätze können aus dem DICOM Header ausgelesen werden. Erfindungsgemäß kann somit abgebildet werden, dass bestimmte medizinische Anwendungsfälle zu anderen

Dosiseinstellungen führen. Beispielsweise ist es bekannt, dass bei adipösen Patienten oft höhere Dosen zur Anwendung kommen müssen, als bei normalgewichtigen Patienten, um eine ausreichende Bildqualität sicherstellen zu können. Darüber hinaus hat auch die Patientengröße Einfluss auf den Scanbereich bzw. die Scanlänge. Dies kann vorteilhafterweise automatisch berücksichtigt werden. Darüber hinaus können auch Patientengruppen nach Geschlecht, Body-Maß-Index oder Gewichtsklassen gebildet werden.

Ein weiterer Aspekt ist in der Cloud-basierten Lösung zu sehen. Vorteilhafterweise werden SOAP-basierte Nachrichten bereitgestellt oder sogenannte Restful Services (die REST Be- dingungen erfüllen; REST: Representational State transfer, u.a. HTTP-basierte Befehle, wie GET, POST, PUT, DELETE) verwendet, um den Zugriff mit den Cloud-basierten Bild- und Reportrepositories im Datenspeicher S gewährleisten zu kön- nen . Damit kann ein sehr einfacher Austausch mit dem Cloud- basierten System gewährleistet werden. Die Bilder und die Dosisreports DR werden nach der Bildakquisition von den Modalitäten oder von den zugeordneten Workstations aus in den Repositories bzw. im Cloud-Datenspeicher S gespeichert. Die Repositories sind vorzugsweise ebenfalls Cloud-basiert .

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die automatische Berechnung der Ziel-Strahlendosis erfindungsgemäß nicht auf Basis von Phantom-basierten Schätzungen ausgeführt wird. Die erfindungsgemäße Bestimmung erfolgt nicht Modell-basiert, sondern unter Berücksichtigung der konkreten Patientenkonstitution und der konkreten anatomischen Strukturen sowie der spezifischen Gerätesituation.

Ein wichtiger Vorteil ist darin zu sehen, dass mit der kontinuierlichen Datenerfassung auch eine kontinuierliche Analyse hinsichtlich der optimierten Dosis und ebenso eine Qualitätskontrolle bereitgestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird eine Rückmeldeschleife (Feedbackloop) bereitgestellt zwischen der Patientenuntersuchung mit der Bildakquisition einerseits und der Dosisbestimmung andererseits. Es kann automatisch sichergestellt werden, dass mit jeder Bildakquisition die Qualität der Dosisbestimmung automatisch gesteigert werden kann, da ein neuer Datensatz der Grundgesamtheit an bereitgestellten Bildern zur Auswertung erhöht wird. D. h. darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Dosisbestimmungs- bzw. - Optimierungsverfahren auch ohne weiteres in bestehende Standards integriert werden. Es basiert insbesondere auf dem DICOM-Standard und kann auch auf Vorläufern wie HL7 basieren. Des Weiteren kann die Archivierung mittels PACS (Picture Archiving and Communication System) mit weiteren Informationssystemen ausgeführt werden. Falls das System DICOM-basiert implementiert ist, so können alle oder ausgewählte Parameter PPar, EPar automatisch mit einem Befehl und einer Operation aus dem DICOM Header ausgelesen und analysiert werden. Em wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass die Bilddaten und die Dosisreports DR automatisch ausgewertet und analysiert werden, ohne dass der Anwender diese studieren bzw. sichten muss. Die Bildqualität wird bestimmt über das Rauschen und die Unschärfe in den spezifisch relevanten Bereichen .

Das Verfahren kann vorteilhafterweise für bildgebende Unter- suchungen, wie Lungenkrebsscreenings, andere Screenings oder Verlaufskontrolluntersuchungen eingesetzt werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte - dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte - verteilt realisiert werden kann .

BEZUGSZEICHENLISTE

PPar Patienten-spezifische Parameter

EPar Einrichtungs-spezifische Parameter

C Codierungssystem

A Analysator

ZR Zielregionsbestimmungseinheit

NW-SS Netzwerkschnittstelle

ab Auswahlbefehl

AE Auswerteeinheit

RB Referenzbild

B Bild

I Strahlendosissteuerungssystem

S Datenspeicher

D Dosissteuerungseinheit

sb Steuerbefehl

DPI Dosis-Protokoll-Index

10 bildgebende Einrichtungen

II Strahlenquelle

12 Detektor

E/A-SS Eingabe/Ausgabeschnittstelle

SS interne Schnittstelle der bildgebenden Einrichtung

CPU zentrale Prozessoreinheit

MEM Speicher

OS optisches System

100 Erfasse Bilddaten

200 Erfasse Dosisrelevante Parameter/

Dosisreport DR

300 Speichere Bilddaten B mit zugeordnetem

Dosisreport DR in Datenspeicher S

400 Erfasse Einrichtungs-spezifische Parameter

EPar

500 Erfasse Patienten-spezifische Parameter PPar 600 Bestimme anatomische Zielregion ZR

700 Zugriff auf Datenspeicher S mit bestimmter anatomischer Zielregion

800 Auswahl zumindest eines Referenzbildes 900 Automatisches Computer-basiertes Auswerten des zumindest einen Referenzbildes

1000 Ausgabe eines Steuerbefehls sb zur Steuerung der bildgebenden Einrichtung 10 hinsichtlich der Dosis

TS Terminologieservice / Terminologyservice

Cl Client

MCR Modality Configuration Repository /

Modalitätskonfigurationsrepository

R Registry

IRR Bild- und Berichts-Repository

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum automatischen Berechnen zumindest eines

Ziel-Akquisitionsparameters zur Steuerung der Strahlendosis von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs mittels einer bildgebenden Einrichtung (10), mit folgenden Verfahrensschritten:

- Erfassen (100) von Patienten-spezifischen Parametern (PPar) und/oder Einrichtungs-spezifischen Parametern (EPar)

- Bestimmen (600) zumindest einer anatomischen Zielregion, in der die ionisierende Strahlung appliziert werden soll

- Zugriff (700) auf einen über ein Netzwerk zugänglichen Datenspeicher (S) , in welchem ein Dosis-Protokoll-Index (DPI) für eine Vielzahl von Bildern mit zugehörigen Strahlendosisdaten (DR) abgelegt ist zur Auswahl (800) von zumindest einem Referenzbild (RB) , das ebenfalls die zumindest eine bestimmte anatomische Zielregion betrifft, annähernd mit dieser übereinstimmt oder diese vollständig umfasst;

- Automatisches Auswerten (900) des ausgewählten zumindest einen Referenzbildes (RB) hinsichtlich der Bildqualität und der verwendeten Strahlendosis unter Berücksichtigung der erfassten Patienten-spezifischen (PPar) und/oder Einrichtungs-spezifischen Parameter (EPar) zum Berechnen des zumindest einen Ziel-Akquisitionsparameters.

2. Verfahren nach dem vorstehenden Verfahrensanspruch, wobei das Auswerten der Bildqualität unter Verwendung von bereitgestellten, auswählbaren und/oder veränderlichen Qualitätsmaßen ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Qualitätsmaße ein Signal/Rauschverhältnis von Bildsignalen des zumindest einen Referenzbildes (RB) messen.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, bei dem das Auswerten der Bildqualität einen Abgrenzbarkeits- algorithmus umfasst, um automatisch zu analysieren, wie ausreichend eine jeweilige anatomische Struktur in dem Re ferenzbild (RB) von umliegenden Strukturen abgrenzbar ist

Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Abgrenzbarkeitsal- gorithmus folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Automatische Detektion einer jeweiligen anatomischen Struktur in dem Referenzbild (RB) ;

- Segmentierung der detektierten anatomischen Struktur.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, wobei die in dem Datenspeicher (S) abgelegten Bilder von unterschiedlichen Patienten und/oder von unterschiedlichen bildgebenden Einrichtungen (10) und/oder von unterschied- liehen anatomischen Regionen stammen.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Datenspeicher (S) verteilt und/oder als Cloud- system implementiert ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem ein Auswerteergebnis in dem Dosis-Protokoll-Index (DPI) gespeichert wird. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, wobei bei dem automatischen Auswerten des zumindest einen Referenzbildes (RB) neben den Parametern (EPar, PPar) noch weitere Metadaten berücksichtigt werden. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem die anatomische Zielregion bestimmt wird, indem automatisch eine für die anzuwendende ionisierende Strahlung zugrundeliegende Untersuchungsindikation analysiert wird und indem dabei auf ein semantisches Codie- rungssystem (C) zurückgegriffen wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem die anatomische Zielregion bestimmt wird, in- dem ein DICOM-Header ausgelesen und/oder ein automatischer Detektionsalgorithmus angewendet wird.

2. Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem das zumindest eine Referenzbild (RB) ausgewählt wird, indem aus der Menge der in dem Datenspeicher (S) abgelegten Bilder (B) ein Auswahlalgorithmus angewendet wird, um die Referenzbilder (RB) zu bestimmen, die die bestimmte anatomische Zielregion betreffen, vollständig umfassen und/oder mit dieser annähernd übereinstimmen.

3. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Auswahlalgorithmus einen Bildverarbeitungsalgorithmus umfasst.

4. Analysator (A) zum automatischen Berechnen zumindest eines Ziel-Akquisitionsparameters zur Steuerung einer bildgebenden Einrichtung (10) zur Anwendung von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs, mit:

- Einer Parametererfassungsschnittstelle (PAR-SS), die dazu bestimmt ist, Patienten-spezifische Parameter (PPar) und/oder Einrichtungs-spezifische Parameter (EPar) zu erfassen

- Einer Zielregionsbestimmungseinheit (ZR) , die dazu bestimmt ist, zumindest eine anatomische Zielregion zu bestimmen, in der die ionisierende Strahlung appliziert werden soll

- Einer Netzwerkschnittstelle (NW-FS) , zum Zugriff auf einen Cloud-basierten Datenspeicher (S), in dem eine Vielzahl von Bildern mit zugeordneten Strahlendosisdaten abgelegt sind und die zur Auswahl von zumindest einem Referenzbild (RB) bestimmt ist, das ebenfalls die zumindest eine bestimmte anatomische Zielregion betrifft, annähernd mit dieser übereinstimmt oder diese vollständig umfasst;

- Einer Auswerteeinheit (AE) , die zum automatischen Auswerten des ausgewählten zumindest einen Referenzbildes (RB) hinsichtlich der Bildqualität und der verwendeten Strahlendosis unter Berücksichtigung der erfassten Pati- enten-spezifischen (PPar) und/oder Einrichtungsspezifischen Parameter (EPar) zum Berechnen des zumindest einen Ziel-Akquisitionsparameters bestimmt ist.

15. Strahlendosis-Steuerungssystem (1) zum automatischen Be rechnen zumindest eines Ziel-Akquisitionsparameters zur Steuerung einer Ziel-Strahlendosis von ionisierender Strahlung eines zu bestrahlenden Bereichs, mit:

- einer bildgebenden Einrichtung (10),

- einem Analysator (A) gemäß Anspruch 14 und

- einem Cloud-basierten Datenspeicher (S) ,

- wobei eine Dosissteuereinheit (D) der bildgebenden Einrichtung (10) mittels eines Auswerteergebnisses des Ana lysators gesteuert wird.

16. Computerprogrammprodukt ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers mit von dem Computer lesbaren Befeh len zur Ausführung des Verfahrens nach den vorstehenden Verfahrensansprüchen, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden .