WO2023237443A1 - Dose determination method - Google Patents

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WO2023237443A1
WO2023237443A1 PCT/EP2023/064840 EP2023064840W WO2023237443A1 WO 2023237443 A1 WO2023237443 A1 WO 2023237443A1 EP 2023064840 W EP2023064840 W EP 2023064840W WO 2023237443 A1 WO2023237443 A1 WO 2023237443A1
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WO
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ray image
ray
calibration
dose
gray values
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/064840
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French (fr)
Inventor
Michael Weber
Felix Schöfer
Maximilian Bemmann
Original Assignee
Dürr Dental SE
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    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02Dosimeters
    • G01T1/10Luminescent dosimeters
    • G01T1/105Read-out devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/005Details of radiation-measuring instruments calibration techniques

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the dose in an x-ray.
  • the operation of an X-ray system for use on humans is only possible within the framework of the radiation protection law applicable in Germany if a large number of regulations are adhered to.
  • the X-ray device displays parameters for determining the exposure that the person being examined or treated received during the application. These are recorded as part of the examination or treatment.
  • the parameters used in X-ray examination the dose area product and, particularly in the dental field, the tube voltage (kV), the tube current (mA) and the exposure time (s) - are recorded in an X-ray control book together with other information about the examination or treatment. Based on the recorded parameters and information, conclusions can be drawn about the exposure of the person being treated or examined.
  • the method according to the invention for determining the dose includes raw data of a digital X-ray image that was created using an image receiver. Determining gray values that correspond to minimum X-ray absorption and/or from the raw data of a digital X-ray image that was created using an image receiver. Additional determination of gray values of one or more areas with expected X-ray absorption values; Calculating a dose based on gray values using calibration.
  • the method according to the invention therefore provides for an analysis of the raw data of a digital X-ray image and, using calibration, enables the dose reached to the image receiver to be calculated on the basis of this analysis.
  • An image receiver within the meaning of the present application can be a storage film that latently stores an X-ray image in a phosphor layer.
  • the latent image is read out using photoluminescence using a scanner as a digital image generating device.
  • the image receiver can be an electronic detector, such as a solid-state detector or another storage medium, which generates an X-ray image directly or indirectly using an intermediate device, such as a screen or a PC.
  • Raw data refers to the data of a digital x-ray image that is largely unprocessed immediately after the physical creation process of the image are present. In particular, no scaling or other further processing of the intensity values of the image material must have taken place.
  • gray values are understood to mean the part of the raw data which, for each image pixel, contains the X-ray absorption that occurred at this image pixel as an intensity value or
  • the gray value corresponds to a measured value from the image receiver. In the case of imaging plates, this measured value is obtained when the imaging plate is read out by the output signal of the photomultiplier, which amplifies the weak photoluminescence light and outputs it as counting pulses (“counts”). These “counts” can be represented as gray values.
  • the gray values of the digital X-ray image can be understood as dose values, i.e. as a unit of measurement of the absorbed dose caused by ionizing radiation.
  • a gray value of a single pixel therefore describes the energy absorbed per mass. It can accordingly serve as a measure for determining the dose that was deposited in the image receiver and thus ultimately also for the exposure of the person being treated or examined (patient dose).
  • the method according to the invention provides for analysis of the raw data in two ways.
  • the gray values of the raw data are analyzed and those gray values are determined which correspond to a minimum X-ray absorption in the examined structure and, conversely, a maximum absorption in the image receiver.
  • it can be the lightest or the darkest gray values.
  • the gray value decreases as the X-ray absorption increases, i.e. the lightest gray values have experienced the least X-ray absorption in the structure being examined. For example, displaying it in a histogram can be helpful in this analysis.
  • the raw data is analyzed with regard to the image content, so that one or more areas with expected X-ray absorption are determined.
  • These can, for example, be the areas already mentioned with minimal X-ray absorption. In the x-ray image, for example, these are areas where Only thin soft tissue has been irradiated or areas in which no significant X-ray absorption has evidently taken place. Additionally or alternatively, those areas can also be analyzed that are subject to significant X-ray absorption, but for which the X-ray absorption characteristics are known. For example, artificial structures used in dentistry, which are used to hold the image receiver and are clearly visible in the x-ray image, can be useful for this purpose due to their known nature and dimensions.
  • a calibration can be applied to these identified gray values in order to calculate the x-ray dose that occurred to the patient.
  • the calibration assigns a corresponding dose to each gray value that appears in the X-ray image.
  • the calibration takes into account, among other things, the image receiver's conversion characteristics of X-ray absorption into an intensity value or gray value.
  • the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption are determined on the basis of the gray values which correspond to a minimal X-ray absorption. If, in a first step, those gray values are identified for which minimal x-ray absorption can be seen in the raw data during the x-ray process, these can be identified in the second step as areas in the digital x-ray image. This allows for subsequent corrections if necessary and thus offers greater accuracy when calculating the dose.
  • the determination of the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption takes into account the homogeneity of the raw data within the respective area.
  • the aim is to ensure that the homogeneity of the gray values is as high as possible in the areas that are to be used to determine the dose. Conversely, a high variation in the gray values indicates a low homogeneity, indicating a range that is less suitable for calculating the dose.
  • all gray values of the specific areas can be taken into account when calculating the dose.
  • An average value is advantageously formed across all gray values of the areas. Alternatively or additionally, median or other statistical parameters such as variance, standard deviation, skewness, excess, etc. can be used as a measure for evaluation.
  • the calibration advantageously includes calibrating the X-ray image generation chain.
  • a factory-provided calibration can also be used.
  • the X-ray image generation chain includes an X-ray source, the image receiver and a digital image generation device for generating the raw data of the digital X-ray image.
  • the image receiver can be an imaging plate or a solid-state sensor.
  • the digital image generating device is, for example, the scanner, which reads the latent X-ray image from the imaging plate.
  • Electronic detectors such as solid-state detectors can, for example, be the evaluation electronics.
  • a calibration phantom is preferably used for calibration.
  • the calibration phantom can preferably be designed in such a way that it has suitable absorption materials with correspondingly suitable material thicknesses for the maximum X-ray absorption or the expected X-ray absorption.
  • the calibration includes a calibration factor and/or a calibration characteristic curve. If there is a linear relationship between the X-ray absorption and the gray value, the calibration characteristic curve is a straight line. If the image receiver outputs a gray value of 0 in the absence of X-ray absorption, the calibration characteristic curve can be represented as a calibration factor. In a preferred embodiment, the calibration factor and/or the calibration characteristic curve take into account a resolution of the X-ray image receiver, a sensitivity of the X-ray image receiver and/or the nature of the calibration phantom. After calibration, a change in the X-ray image generation chain can be reflected in the calibration characteristic curve or the calibration factor without having to be calibrated again. For example, a change in the resolution or sensitivity of the digital image creation device can be taken into account in the calibration factor.
  • the calculated dose corresponds to the exposure of a person being examined or treated. This means that the requirements of the Radiation Protection Ordinance can be met without having to create complex data transmission options from an X-ray machine.
  • the task is also solved by a method for calibrating an X-ray image receiver.
  • the procedure includes the steps:
  • irradiating the X-ray image receiver includes irradiating a calibration phantom. This enables a particularly precise determination of the calibration.
  • Assigning the gray values preferably includes determining a homogeneous area of the x-ray image.
  • the invention can advantageously be implemented as a computer program or computer program product, in particular on a scanner or an image output unit. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show in these:
  • Figure 1A shows a schematically illustrated measurement setup for an embodiment of a calibration method
  • FIG. 1 B-1 E Diagrams explaining the calibration process
  • FIGS. 2A-2D diagrams to explain an embodiment of a dose determination method.
  • FIG. 1 illustrates in a highly schematic representation a measurement setup for calibrating an X-ray image generation chain.
  • the X-ray image generation chain includes an X-ray emitter 10, an X-ray image receiver 12 and a digital image generation device 14.
  • a storage plate 13 is provided as the image receiver and a so-called scanner 15 is provided as the digital image generation device.
  • the image receiver 12 could also be an electronic detector/sensor, for example solid-state based, with corresponding evaluation electronics as a digital image generation device 14.
  • the X-ray beam 16 emanating from the X-ray emitter 10 is limited by means of an aperture 18 so that it completely covers the X-ray image receiver 12.
  • a calibration exposure is then carried out.
  • the dose actually delivered by the X-ray emitter 10 can be measured by means of a dose measuring device 20, which is irradiated instead of the X-ray image receiver 12 or simultaneously with it.
  • the dose emitted by the X-ray emitter 10 can be determined using the X-ray parameters set on the X-ray emitter 10, namely the X-ray voltage, the X-ray current and the exposure time.
  • an absorber is in the beam path between the X-ray emitter 10 and the X-ray image receiver 12 22, for example in the form of a calibration phantom 23, is arranged.
  • the absorber 22 can have locally different absorption coefficients and thus effect recording with different but defined doses in the X-ray image receiver 12.
  • the absorption through the absorber 22 can be adapted to the real recording conditions and thus bring about the calibration close to the later operating point. This enables an exact calibration and thus also a subsequent exact calculation of the dose at the image receiver 12.
  • an insert for a dose measuring device can be provided in the calibration phantom 23, which can carry out a dose measurement during the irradiation.
  • the calibration can take place at the factory or subsequently for products that have already been delivered.
  • the calibration or the calibration characteristic curve can be represented as a calibration factor.
  • the calibration factor is as follows:
  • Gray value Kai This calibration factor can be adapted to different circumstances of the X-ray process or the generation of the X-ray image.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 A uses imaging plate technology to create the x-ray image, in which the image latently stored in the imaging plate 13 is read out using the scanner 15.
  • the imaging plate 13 can be read out on the scanner 15 with various parameters that can be included in the calibration factor. If one or more of the parameters are changed, the following formulas can be used individually or in combination to adjust the calibration factor accordingly to the changed parameters: raueroulin P Cor — 1 + 0.125
  • the size LP Kor is a correction factor that takes into account the reading of imaging plates with different resolutions (line pairs).
  • LP Kor represents a correction factor which, at usual resolutions of 5-50, particularly preferably 10-40, particularly preferably 20-30 line pairs per millimeter, takes into account the fact that when reading out the imaging plate with a higher resolution, there is a lower light yield at the same dose results.
  • the HV Kor factor takes into account the fact that when reading out the latent image in the imaging plate, one has to work with very small amounts of light and therefore photomultipliers are used. These are operated with a voltage of HV. Changing this voltage has a major impact on the resulting gray value of the X-ray image in the raw data.
  • the exponent X represents the typical design of the photomultiplier that is used in the scanner 15 of the exemplary embodiment. The exponent can vary according to the design of the scanner 15, which was marked by X. A typical value for If a phantom is used during calibration, the influence of the calibration phantom can be represented using a phantom factor PF. Overall, this results in the following calibration factor for a single image:
  • KF BUd AP * LP Kor * HV Kor * PF
  • This calibration factor KF B iid can be stored in the header data of an X-ray image and enables the dose to be determined accordingly.
  • Figures 1B-1D illustrate the calibration process.
  • Figure 1 B shows an X-ray image 30 of an exposed imaging plate 13 obtained with a scanner 15, whereby no calibration phantom 23 was used.
  • the numbers along the X and Y axes shown in Figures 1B and 1C represent a coordinate system for identifying individual pixels.
  • the X-ray image 30 shown in FIG. 1 B shows the essentially unprocessed raw data of the X-ray image as gray values.
  • a homogeneous area 32 is determined in the x-ray image 30, in which the gray values shown are subject to slight fluctuations.
  • the selected homogeneous area 32 is shown enlarged as FIG. 1C.
  • Figure 1D illustrates the gray value distribution of the homogeneous area 32 as a histogram.
  • the gray value of a pixel is plotted on the x-axis, i.e. the abscissa.
  • the ordinate, i.e. the Y-axis shows the associated number of pixels, here normalized to a distribution with the value 1.
  • the gray values show a Gaussian distribution. Accordingly, the mean value of the Gaussian distribution is determined. The dose measured when the X-ray image 30 was recorded can then be assigned to this.
  • Figure 1 E illustrates an alternative embodiment in which a calibration phantom 23 was used when taking the x-ray image 34, as shown in Figure 1.
  • the calibration phantom 23 can simultaneously serve as an acceptance phantom during the initial acceptance of an X-ray device and shows various structures that are used in the Fluoroscopy have different absorption coefficients. Accordingly, three areas 36, 38, 40 are shown in FIG. 1 E, where different material thicknesses of the acceptance or calibration phantom 23 are present and which can therefore be used for calibration.
  • Figures 2A-2D illustrate a method for determining the dose of a digital x-ray image 50.
  • Figure 2A illustrates the x-ray image 50 in its raw data directly after its creation. The black borders that appear when reading out an imaging plate have already been cut off using masking. Before further processing and analysis of the image 50, Gaussian filtering can be carried out. This can reduce image noise and is equivalent to smoothing with a low-pass filter. This means that the algorithms for determining the dose-relevant pixels are more robust.
  • FIG. 2B shows a histogram of the gray values of the X-ray image 50 shown in FIG. 2A.
  • a certain percentage of the histogram can be selected, for example the 10% of the gray values with the highest gray value.
  • peak detection and analysis or another selection of pixels with the desired gray value can also be carried out. This is shown as field 52 in Figure 2B.
  • the dose can be calculated simply from the selection of these pixels.
  • a further analysis of the dose-relevant pixels can be carried out, namely in the pictorial representation. This is shown in Figure 2C. With The brightest 10% of the pixels selected in the step described with reference to FIG. 2B are shown in FIG. 2C as contiguous areas 54, 56.
  • Additional logical security precautions can be taken here. For example, it can be checked that a minimum number of pixels is used for evaluation. Alternatively or additionally, the boundary of the relevant areas can be eroded, i.e. relocated to the interior of the area so as not to use edge areas, for example in a tooth structure or in dense tissue, for the calculation.
  • the number of dose-relevant pixels and the associated gray values are determined. This is shown in Figure 2D. Now the edge clipping (masking) and Gaussian filtering can be canceled again in order to use the actual raw data for calculating the dose.
  • the mean value is now calculated according to the following formula and multiplied by the calibration factor to calculate the dose of the X-ray image:
  • the method for determining the dose is based on the assumption that in real patient images there are image components in which the incident radiation is only weakened by soft tissue - in the dental area, for example the cheeks.
  • image areas in real images that only show thin cheek tissue without jaw bones, teeth, implants, bite plates or other highly absorbent or thick materials are particularly suitable for dose evaluation because they are homogeneous areas in the image receiver show.
  • the soft tissue factor can be recalculated accordingly and dose values can be calculated that are approximately equivalent to unshielded radiation.

Abstract

The invention relates to a method for determining the dose for an X-ray scan.

Description

Verfahren zur Dosisbestimmung Dose determination procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosisbestimmung bei einer Röntgenaufnahme. The invention relates to a method for determining the dose in an x-ray.
Der Betrieb einer Röntgeneinrichtung zur Anwendung am Menschen ist im Rahmen des in Deutschland geltenden Strahlenschutzrechts nur bei Einhaltung einer Vielzahl von Vorschriften möglich. Unter anderem muss dafür gesorgt werden, dass die Röntgeneinrichtung Parameter zur Ermittlung der Exposition anzeigt, welche die untersuchte oder behandelte Person bei der Anwendung erhalten hat. Diese werden im Rahmen der Untersuchung oder Behandlung aufgezeichnet. Herkömmlicherweise werden die bei der Röntgenuntersuchung verwendeten Parameter - das Dosisflächenprodukt und insbesondere im dentalen Bereich die Röhrenspannung (kV), der Röhrenstrom (mA) und die Belichtungszeit (s) - in einem Röntgenkontrollbuch zusammen mit anderen Informationen über die Untersuchung oder Behandlung aufgezeichnet. Anhand der aufgezeichneten Parameter und Informationen kann auf die Exposition der behandelten oder untersuchten Person geschlossen werden. The operation of an X-ray system for use on humans is only possible within the framework of the radiation protection law applicable in Germany if a large number of regulations are adhered to. Among other things, it must be ensured that the X-ray device displays parameters for determining the exposure that the person being examined or treated received during the application. These are recorded as part of the examination or treatment. Traditionally, the parameters used in X-ray examination - the dose area product and, particularly in the dental field, the tube voltage (kV), the tube current (mA) and the exposure time (s) - are recorded in an X-ray control book together with other information about the examination or treatment. Based on the recorded parameters and information, conclusions can be drawn about the exposure of the person being treated or examined.
Dieses Vorgehen ist allerdings in mancherlei Hinsicht problematisch für die Bestimmung der Exposition der untersuchten oder behandelten Person. Bei der Anzeige bzw. Aufzeichnung der an der Röntgenröhre eingestellten Werte können Fehler auftreten, die nicht unmittelbar im Röntgenbild bemerkbar sind. Zudem ist nicht immer sichergestellt, dass die mit den Einstellungen an der Röntgenröhre berechnete Exposition an der Person so stattfindet wie erwartet. Nicht zuletzt ist es bei bestehenden Röntgeneinrichtungen nicht einfach, die an der Röntgenröhre eingestellten Parameter digital und idealerweise automatisiert zu archivieren. Durch die notwendige Strahlenschutzausstattung des Raumes, in dem derartige Röntgeneinrichtungen betrieben werden, ist eine Übermittlung der Röntgenparameter über Kabel oder drahtlos schwierig oder nur unter hohem -vor allem bauseitigen- Aufwand darzustellen. However, this approach is problematic in some respects for determining the exposure of the person being examined or treated. When displaying or recording the values set on the X-ray tube, errors can occur that are not immediately noticeable in the X-ray image. In addition, it is not always guaranteed that the exposure to the person calculated using the settings on the X-ray tube will occur as expected. Last but not least, with existing X-ray facilities it is not easy to archive the parameters set on the X-ray tube digitally and ideally automatically. Due to the necessary radiation protection equipment in the room in which such X-ray facilities are operated, transmission of the X-ray parameters via cable or wirelessly is difficult or can only be achieved with great effort - especially on site.
Abgesehen von einer Anordnung im C-Bogen werden im dentalen Bereich oder auch im Bereich der Materialprüfung oftmals kleinere flexible Röntgenstrahler verwendet. Um hier das Dosisflächenprodukt zu ermitteln müsste mittels Abstandssensorik oder Maßband der Abstand vom Röntgenstrahler zum Patienten, wie auch der Öffnungskegel und die Speicherfoliengröße für die korrekte Ermittlung der Dosis mit berücksichtigt werden. Apart from an arrangement in the C-arm, smaller flexible X-ray emitters are often used in the dental field or in the field of materials testing. In order to determine the dose area product here, you would have to use distance sensors or a tape measure The distance from the X-ray emitter to the patient, as well as the aperture cone and the image plate size must be taken into account for the correct determination of the dose.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Dosisbestimmung anzugeben, das die genannten Probleme zumindest teilweise behebt und insbesondere auch nachträglich ohne bauliche Veränderungen bei bestehenden Röntgeneinrichtungen, insbesondere jedoch auf für flexible Röntgenstrahler implementiert werden kann. It is an object of the present invention to provide a method for dose determination that at least partially eliminates the problems mentioned and, in particular, can be implemented subsequently without structural changes in existing X-ray devices, but in particular for flexible X-ray emitters.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dosisbestimmung umfasst hierbei Rohdaten eines digitalen Röntgenbildes, das mithilfe eines Bildempfängers erstellt wurde. Bestimmen von Grauwerten, die einer minimalen Röntgenabsorption entsprechen oder/und aus den Rohdaten eines digitalen Röntgenbildes, das mithilfe eines Bildempfängers erstellt wurde. Zusätzliches Bestimmen von Grauwerten eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbaren Röntgenstrahlungsabsorptionswerten; Berechnen einer Dosis auf Basis der Grauwerte unter Verwendung einer Kalibrierung. This task is solved by a method according to independent claim 1. The method according to the invention for determining the dose includes raw data of a digital X-ray image that was created using an image receiver. Determining gray values that correspond to minimum X-ray absorption and/or from the raw data of a digital X-ray image that was created using an image receiver. Additional determination of gray values of one or more areas with expected X-ray absorption values; Calculating a dose based on gray values using calibration.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also eine Analyse der Rohdaten eines digitalen Röntgenbildes vor und ermöglicht unter Verwendung einer Kalibrierung eine Berechnung der den Bildempfänger erreichten Dosis auf Basis dieser Analyse. The method according to the invention therefore provides for an analysis of the raw data of a digital X-ray image and, using calibration, enables the dose reached to the image receiver to be calculated on the basis of this analysis.
Bei einem Bildempfänger im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann es sich um eine Speicherfolie handeln, die ein Röntgenbild in einer Leuchtstoffschicht latent zwischenspeichert. Das latente Bild wird mittels Photolumineszenz mittels eines Scanners als Digitalbilderzeugungseinrichtung ausgelesen. Alternativ kann es sich bei dem Bildempfänger um einen elektronischen Detektor wie beispielsweise einen Festkörperdetektor oder ein anderweitiges Speichermedium handeln, der bzw. das direkt oder indirekt mittels eines zwischengeschalteten Gerätes, wie einem Bildschirm bzw. einem PC ein Röntgenbild erzeugt. An image receiver within the meaning of the present application can be a storage film that latently stores an X-ray image in a phosphor layer. The latent image is read out using photoluminescence using a scanner as a digital image generating device. Alternatively, the image receiver can be an electronic detector, such as a solid-state detector or another storage medium, which generates an X-ray image directly or indirectly using an intermediate device, such as a screen or a PC.
Unter Rohdaten werden diejenigen Daten eines digitalen Röntgenbildes verstanden, die weitestgehend unverarbeitet unmittelbar nach dem physikalischen Entstehungsprozess des Bildes vorhanden sind. Insbesondere darf keine Skalierung oder sonstige Weiterverarbeitung der Intensitätswerte des Bildmaterials stattgefunden haben. Raw data refers to the data of a digital x-ray image that is largely unprocessed immediately after the physical creation process of the image are present. In particular, no scaling or other further processing of the intensity values of the image material must have taken place.
Unter Grauwerten wird vorliegend der Teil der Rohdaten verstanden, der für jeden Bildpixel die an diesem Bildpixel stattgefundene Röntgenabsorption als Intensitätswert bzw.In the present case, gray values are understood to mean the part of the raw data which, for each image pixel, contains the X-ray absorption that occurred at this image pixel as an intensity value or
Grauwert darstellt. Der Grauwert entspricht dabei einem Messwert des Bildempfängers. Bei Speicherfolien ergibt sich dieser Messwert beim Auslesen der Speicherfolie durch das Ausgangssignal des Photomultipliers, der das schwache Photolumineszenzlicht verstärkt und als Zählpulse (engl. „counts") ausgibt. Diese „counts" können als Grauwerte dargestellt werden. represents gray value. The gray value corresponds to a measured value from the image receiver. In the case of imaging plates, this measured value is obtained when the imaging plate is read out by the output signal of the photomultiplier, which amplifies the weak photoluminescence light and outputs it as counting pulses (“counts”). These “counts” can be represented as gray values.
Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass die Grauwerte des digitalen Röntgenbildes als Dosiswerte, also als Maßeinheit der durch ionisierende Strahlung verursachten Energiedosis aufgefasst werden können. Ein Grauwert eines einzelnen Pixels beschreibt somit die pro Masse absorbierte Energie. Er kann entsprechend als Maß für die Ermittlung der Dosis, die in dem Bildempfänger deponiert wurde, und damit letztendlich auch für die Exposition der behandelten oder untersuchten Person (Patientendosis) dienen. It is a finding of the invention that the gray values of the digital X-ray image can be understood as dose values, i.e. as a unit of measurement of the absorbed dose caused by ionizing radiation. A gray value of a single pixel therefore describes the energy absorbed per mass. It can accordingly serve as a measure for determining the dose that was deposited in the image receiver and thus ultimately also for the exposure of the person being treated or examined (patient dose).
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine Analyse der Rohdaten auf zweierlei Weise vor. Gemäß einer ersten Alternative werden die Grauwerte der Rohdaten analysiert und es werden diejenigen Grauwerte bestimmt, welche einer minimalen Röntgenabsorption in der untersuchten Struktur und umgekehrt einer maximalen Absorption im Bildempfänger entsprechen. Je nach Art der Festlegung kann es sich um die hellsten oder die dunkelsten Grauwerte handeln. Vorliegend wird davon ausgegangen, dass mit steigender Röntgenabsorption der Grauwert sinkt, d.h. die hellsten Grauwerte haben am wenigsten Röntgenabsorption in der untersuchten Struktur erfahren. Bei dieser Analyse kann beispielsweise die Darstellung in einem Histogramm hilfreich sein. The method according to the invention provides for analysis of the raw data in two ways. According to a first alternative, the gray values of the raw data are analyzed and those gray values are determined which correspond to a minimum X-ray absorption in the examined structure and, conversely, a maximum absorption in the image receiver. Depending on the type of definition, it can be the lightest or the darkest gray values. In the present case, it is assumed that the gray value decreases as the X-ray absorption increases, i.e. the lightest gray values have experienced the least X-ray absorption in the structure being examined. For example, displaying it in a histogram can be helpful in this analysis.
Alternativ oder zusätzlich hierzu erfolgt eine Analyse der Rohdaten hinsichtlich des Bildgehaltes, sodass ein oder mehrere Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption bestimmt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um die bereits genannten Bereiche mit minimaler Röntgenabsorption handeln. Dies sind im Röntgenbild beispielsweise Bereiche, bei de- nen lediglich dünne Weichteilgewebe durchstrahlt worden sind oder Bereiche, in denen ersichtlich keine nennenswerte Röntgenabsorption stattgefunden hat. Zusätzlich oder alternativ können auch solche Bereiche analysiert werden, die zwar einer deutlichen Röntgenabsorption unterliegen, bei denen aber die Röntgenabsorptionscharakteristik bekannt ist. Beispielsweise können in der Zahnmedizin verwendete künstliche Strukturen, die für die Halterung des Bildempfängers verwendet werden und klar im Röntgenbild erkennbar sind, aufgrund ihrer bekannten Beschaffenheit und Abmessungen hierzu dienlich sein. Alternatively or in addition to this, the raw data is analyzed with regard to the image content, so that one or more areas with expected X-ray absorption are determined. These can, for example, be the areas already mentioned with minimal X-ray absorption. In the x-ray image, for example, these are areas where Only thin soft tissue has been irradiated or areas in which no significant X-ray absorption has evidently taken place. Additionally or alternatively, those areas can also be analyzed that are subject to significant X-ray absorption, but for which the X-ray absorption characteristics are known. For example, artificial structures used in dentistry, which are used to hold the image receiver and are clearly visible in the x-ray image, can be useful for this purpose due to their known nature and dimensions.
Nach der Bestimmung der relevanten Grauwerte entweder durch Analyse aller Grauwerte hinsichtlich ihrer Häufigkeit, um diejenigen zu identifizieren, die einer minimalen Röntgenabsorption entsprechen oder/und durch Analyse des Bildinhalts, um Grauwerte mit erwartbarer Röntgenabsorption zu ermitteln, kann auf diese identifizierten Grauwerte eine Kalibrierung angewendet werden, um so die beim Patienten stattgefundene Röntgendosis zu berechnen. Die Kalibrierung ordnet jedem Grauwert, der in dem Röntgenbild vorkommt, eine entsprechende Dosis zu. Die Kalibrierung trägt unter anderem der Umsetzcharakteristik des Bildempfängers von Röntgenabsorption in einen Intensitätswert bzw. Grauwert Rechnung. After determining the relevant gray values either by analyzing all gray values with regard to their frequency in order to identify those that correspond to minimal X-ray absorption or/and by analyzing the image content in order to determine gray values with expected X-ray absorption, a calibration can be applied to these identified gray values in order to calculate the x-ray dose that occurred to the patient. The calibration assigns a corresponding dose to each gray value that appears in the X-ray image. The calibration takes into account, among other things, the image receiver's conversion characteristics of X-ray absorption into an intensity value or gray value.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn das Bestimmen der Grauwerte eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption auf Basis der Grauwerte erfolgt, die einer minimalen Röntgenabsorption entsprechen. Wenn also in einem ersten Schritt diejenigen Grauwerte identifiziert sind, bei denen im Rahmen des Röntgenvorgangs in den Rohdaten eine minimale Röntgenabsorption erkennbar ist, können diese im zweiten Schritt als Bereiche in dem digitalen Röntgenbild identifiziert werden. Dies ermöglicht gegebenenfalls Nachkorrekturen und bietet so eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung der Dosis. In this context, it is preferred if the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption are determined on the basis of the gray values which correspond to a minimal X-ray absorption. If, in a first step, those gray values are identified for which minimal x-ray absorption can be seen in the raw data during the x-ray process, these can be identified in the second step as areas in the digital x-ray image. This allows for subsequent corrections if necessary and thus offers greater accuracy when calculating the dose.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Bestimmen der Grauwerte eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption die Homogenität der Rohdaten innerhalb des jeweiligen Bereichs berücksichtigt. Es wird hierbei angestrebt, dass in den Bereichen, welche für die Bestimmung der Dosis herangezogen werden sollen, die Homogenität der Grauwerte möglichst hoch ist. Umgekehrt deutet eine hohe Variation der Grauwerte, also eine geringe Homogenität, auf einen Bereich hin, der weniger gut für die Berechnung der Dosis geeignet ist. Bei ausreichend hoher Homogenität der Grauwerte der Rohdaten hingegen können alle Grauwerte der bestimmten Bereiche bei der Berechnung der Dosis berücksichtigt werden. Vorteilhaft wird dabei ein Mittelwert über alle Grauwerte der Bereiche gebildet. Als Maß können alternativ oder zusätzlich Median oder andere statistische Parameter wie Varianz, Standardabweichung, Schiefe, Exzess etc. zur Auswertung genutzt werden. It can advantageously be provided that the determination of the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption takes into account the homogeneity of the raw data within the respective area. The aim is to ensure that the homogeneity of the gray values is as high as possible in the areas that are to be used to determine the dose. Conversely, a high variation in the gray values indicates a low homogeneity, indicating a range that is less suitable for calculating the dose. However, if the gray values of the raw data are sufficiently homogeneous, all gray values of the specific areas can be taken into account when calculating the dose. An average value is advantageously formed across all gray values of the areas. Alternatively or additionally, median or other statistical parameters such as variance, standard deviation, skewness, excess, etc. can be used as a measure for evaluation.
Die Kalibrierung umfasst vorteilhafterweise ein Kalibrieren der Röntgenbilderzeugungskette. Dabei kann insbesondere auch auf eine werksseitig bereitgestellte Kalibrierung zurückgegriffen werden. The calibration advantageously includes calibrating the X-ray image generation chain. In particular, a factory-provided calibration can also be used.
Die Röntgenbilderzeugungskette umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Röntgenquelle, den Bildempfänger sowie eine Digitalbilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Rohdaten des digitalen Röntgenbildes. Bei dem Bildempfänger kann es sich, wie bereits erwähnt, um eine Speicherfolie oder um einen Festkörpersensor handeln. Die digitale Bilderzeugungseinrichtung ist im Falle einer Speicherfolie beispielsweise der Scanner, welcher das latente Röntgenbild aus der Speicherfolie ausliest. Bei elektronischen Detektoren wie etwa Festkörperdetektoren kann es sich beispielsweise um die Auswerteelektronik handeln. In a preferred embodiment, the X-ray image generation chain includes an X-ray source, the image receiver and a digital image generation device for generating the raw data of the digital X-ray image. As already mentioned, the image receiver can be an imaging plate or a solid-state sensor. In the case of an imaging plate, the digital image generating device is, for example, the scanner, which reads the latent X-ray image from the imaging plate. Electronic detectors such as solid-state detectors can, for example, be the evaluation electronics.
Bevorzugt wird für die Kalibrierung ein Kalibrierphantom eingesetzt. Das Kalibrierphantom kann vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass es für die maximale Röntgenabsorption bzw. die erwartbare Röntgenabsorption geeignete Absorptionsmaterialien mit entsprechend geeigneten Materialstärken aufweist. A calibration phantom is preferably used for calibration. The calibration phantom can preferably be designed in such a way that it has suitable absorption materials with correspondingly suitable material thicknesses for the maximum X-ray absorption or the expected X-ray absorption.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kalibrierung einen Kalibrierfaktor oder/und eine Kalibrierkennlinie. Besteht zwischen der Röntgenabsorption und dem Grauwert ein linearer Zusammenhang, ist die Kalibrierkennlinie eine Gerade. Gibt der Bildempfänger bei nicht vorhandener Röntgenabsorption einen Grauwert von 0 aus, kann die Kalibrierkennlinie als Kalibrierfaktor dargestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigen der Kalibrierfaktor oder/und die Kalibrierkennlinie eine Auflösung des Röntgenbildempfängers, eine Empfindlichkeit des Röntgenbildempfängers oder/und die Beschaffenheit des Kalibrierphantoms. Nach erfolgter Kalibrierung kann in die Kalibrierkennlinie bzw. den Kalibrierfaktor eine Veränderung in der Röntgenbilderzeugungskette abgebildet werden, ohne dass eine erneute Kalibrierung stattfinden müsste. So kann beispielsweise eine Veränderung in der Auflösung oder der Empfindlichkeit der Digitalbilderzeugniseinrichtung in dem Kalibrierfaktor berücksichtigt werden. In a preferred embodiment, the calibration includes a calibration factor and/or a calibration characteristic curve. If there is a linear relationship between the X-ray absorption and the gray value, the calibration characteristic curve is a straight line. If the image receiver outputs a gray value of 0 in the absence of X-ray absorption, the calibration characteristic curve can be represented as a calibration factor. In a preferred embodiment, the calibration factor and/or the calibration characteristic curve take into account a resolution of the X-ray image receiver, a sensitivity of the X-ray image receiver and/or the nature of the calibration phantom. After calibration, a change in the X-ray image generation chain can be reflected in the calibration characteristic curve or the calibration factor without having to be calibrated again. For example, a change in the resolution or sensitivity of the digital image creation device can be taken into account in the calibration factor.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die berechnete Dosis der Exposition einer untersuchten oder behandelten Person entspricht. Somit kann den Anforderungen der Strahlenschutzverordnung genüge getan werden, ohne dass aufwändige Datenübertragungsmöglichkeiten von einem Röntgengerät hergestellt werden müssen. It is particularly preferred if the calculated dose corresponds to the exposure of a person being examined or treated. This means that the requirements of the Radiation Protection Ordinance can be met without having to create complex data transmission options from an X-ray machine.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Röntgenbildempfängers gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: The task is also solved by a method for calibrating an X-ray image receiver. The procedure includes the steps:
Bestrahlen eines Röntgenbildempfängers mit einer bekannten Dosis; Auslesen der Rohdaten des Röntgenbildempfängers und Erstellen eines digitalen Röntgenbildes; Zuordnen der Grauwerte des Röntgenbildes zu der Dosis. Somit kann mit der Kalibrierung dem Röntgenbild die zugehörige Dosis entnommen werden. irradiating an x-ray image receiver with a known dose; Reading out the raw data from the X-ray image receiver and creating a digital X-ray image; Assigning the gray values of the X-ray image to the dose. This means that the associated dose can be taken from the X-ray image with the calibration.
Vorteilhafterweise umfasst bei einer Ausführungsform das Bestrahlen des Röntgenbildempfängers ein Durchstrahlen eines Kalibrierphantoms. Dies ermöglicht eine besonders exakte Bestimmung der Kalibrierung. Advantageously, in one embodiment, irradiating the X-ray image receiver includes irradiating a calibration phantom. This enables a particularly precise determination of the calibration.
Bevorzugt umfasst das Zuordnen der Grauwerte ein Bestimmen eines homogenen Bereichs des Röntgenbildes. Assigning the gray values preferably includes determining a homogeneous area of the x-ray image.
Die Erfindung kann vorteilhafterweise als Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt implementiert werden, insbesondere auch auf einem Scanner oder einer Bildausgabeeinheit. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: The invention can advantageously be implemented as a computer program or computer program product, in particular on a scanner or an image output unit. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show in these:
Figur 1A einen schematisch dargestellten Messaufbau für eine Ausführungsform eines Kalibierverfahrens; Figure 1A shows a schematically illustrated measurement setup for an embodiment of a calibration method;
Figuren 1 B-1 E Diagramme zur Erläuterung des Kalibrierverfahrens; und Figures 1 B-1 E Diagrams explaining the calibration process; and
Figuren 2A-2D Diagramme zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Dosisbestimmungsverfahrens. Figures 2A-2D diagrams to explain an embodiment of a dose determination method.
Figur 1 veranschaulicht in einer stark schematisierten Darstellung einen Messaufbau zur Kalibrierung einer Röntgenbilderzeugungskette. Die Röntgenbilderzeugungskette umfasst einen Röntgenstrahler 10, einen Röntgenbildempfänger 12 sowie eine Digitalbilderzeugungseinrichtung 14. Bei der in Figur 1A dargestellten Ausführungsform sind als Bildempfänger eine Speicherfolie 13 und als Digitalbilderzeugungseinrichtung ein sogenannter Scanner 15 vorgesehen. Alternativ könnte es sich beispielsweise bei dem Bildempfänger 12 auch um einen elektronischen Detektor/Sensor, beispielsweise auf Festkörperbasis mit einer entsprechenden Auswerteelektronik als Digitalbilderzeugungseinrichtung 14 handeln. Figure 1 illustrates in a highly schematic representation a measurement setup for calibrating an X-ray image generation chain. The X-ray image generation chain includes an X-ray emitter 10, an X-ray image receiver 12 and a digital image generation device 14. In the embodiment shown in FIG. 1A, a storage plate 13 is provided as the image receiver and a so-called scanner 15 is provided as the digital image generation device. Alternatively, for example, the image receiver 12 could also be an electronic detector/sensor, for example solid-state based, with corresponding evaluation electronics as a digital image generation device 14.
Für den Kalibriervorgang wird der von dem Röntgenstrahler 10 ausgehende Röntgenstrahl 16 mittels einer Blende 18 so begrenzt, dass er den Röntgenbildempfänger 12 vollständig abdeckt. Anschließend wird eine Kalibrierbelichtung vorgenommen. Vor, während oder nach der Kalibrierbelichtung kann die tatsächlich von dem Röntgenstrahler 10 abgegebene Dosis mittels eines Dosismessgeräts 20, das anstelle des Röntgenbildempfängers 12 oder gleichzeitig mit diesem bestrahlt wird, gemessen werden. Gleichzeitig oder alternativ kann die von dem Röntgenstrahler 10 abgegebene Dosis mittels der an dem Röntgenstrahler 10 eingestellten Röntgenparameter, nämlich der Röntgenspannung, dem Röntgenstrom sowie der Belichtungszeit ermittelt werden. For the calibration process, the X-ray beam 16 emanating from the X-ray emitter 10 is limited by means of an aperture 18 so that it completely covers the X-ray image receiver 12. A calibration exposure is then carried out. Before, during or after the calibration exposure, the dose actually delivered by the X-ray emitter 10 can be measured by means of a dose measuring device 20, which is irradiated instead of the X-ray image receiver 12 or simultaneously with it. At the same time or alternatively, the dose emitted by the X-ray emitter 10 can be determined using the X-ray parameters set on the X-ray emitter 10, namely the X-ray voltage, the X-ray current and the exposure time.
Ferner kann es bei der Ermittlung der Kalibrierung vorteilhaft sein, wenn in den Strahlengang zwischen dem Röntgenstrahler 10 und dem Röntgenbildempfänger 12 ein Absorber 22, beispielsweise in Form eines Kalibrierphantoms 23, angeordnet ist. Der Absorber 22 kann je nach Beschaffenheit örtlich unterschiedliche Absorptionskoeffizienten aufweisen und so eine Aufnahme mit unterschiedlichen, aber definierten Dosen in dem Röntgenbildempfänger 12 bewirken. Zusätzlich kann die Absorption durch den Absorber 22 an die realen Aufnahmebedingungen angepasst sein und so die Kalibrierung nahe an dem späteren Arbeitspunkt bewirken. Dies ermöglicht eine exakte Kalibrierung und damit auch nachfolgend eine exakte Berechnung der Dosis an dem Bildempfänger 12. Furthermore, when determining the calibration, it can be advantageous if an absorber is in the beam path between the X-ray emitter 10 and the X-ray image receiver 12 22, for example in the form of a calibration phantom 23, is arranged. Depending on its nature, the absorber 22 can have locally different absorption coefficients and thus effect recording with different but defined doses in the X-ray image receiver 12. In addition, the absorption through the absorber 22 can be adapted to the real recording conditions and thus bring about the calibration close to the later operating point. This enables an exact calibration and thus also a subsequent exact calculation of the dose at the image receiver 12.
Vorteilhafterweise kann in das Kalibrierphantoms 23 ein Einschub für ein Dosismessgerät vorgesehen sein, das während der Bestrahlung eine Dosismessung vornehmen kann. Advantageously, an insert for a dose measuring device can be provided in the calibration phantom 23, which can carry out a dose measurement during the irradiation.
Besonders bevorzugt kann die Kalibrierung bereits werkseitig oder bei bereits ausgelieferten Produkten nachträglich stattfinden. Particularly preferably, the calibration can take place at the factory or subsequently for products that have already been delivered.
Die Durchführung einer Kalibrierung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 1 E beschrieben. Carrying out a calibration is described below with reference to FIG. 1E.
Anhand umfangreicher Messungen wurde ermittelt, dass die beiden Technologien Speicherfolie und elektronischer Detektor einen linearen Zusammenhang zwischen der Dosis zeigen, die an einen Bildpunkt abgegeben wurde und dem entsprechend angezeigten Grauwert in den Rohdaten des Röntgenbildes. Es wäre auch möglich, eine Kennlinie für einen nichtlinearen Zusammenhang zu erstellen. Hierfür müssten mehrere Kalibrierpunkte erstellt werden. Based on extensive measurements, it was determined that the two technologies, imaging plate and electronic detector, show a linear relationship between the dose delivered to an image point and the corresponding gray value displayed in the raw data of the X-ray image. It would also be possible to create a characteristic curve for a non-linear relationship. For this, several calibration points would have to be created.
Unter der Annahme, dass bei keiner Röntgenstrahlenabsorption in der untersuchten Struktur ein Grauwert von Null angezeigt wird, lässt sich die Kalibrierung bzw. die Kalibrierkennlinie als Kalibrierfaktor darstellen. Assuming that a gray value of zero is displayed in the case of no X-ray absorption in the examined structure, the calibration or the calibration characteristic curve can be represented as a calibration factor.
Der Kalibrierfaktor stellt sich wie folgt dar: The calibration factor is as follows:
Ap = PosiSKal Ap = PosiSKal
GrauwertKai Dieser Kalibrierfaktor kann an verschiedene Umstände des Röntgenvorgangs beziehungsweise der Erzeugung des Röntgenbildes angepasst werden. Gray value Kai This calibration factor can be adapted to different circumstances of the X-ray process or the generation of the X-ray image.
Das in Figur 1 A gezeigte Ausführungsbeispiel setzt zur Erstellung des Röntgenbildes eine Speicherfolientechnologie ein, bei der das in der Speicherfolie 13 latent gespeicherte Bild mittels des Scanners 15 ausgelesen wird. Das Auslesen der Speicherfolie 13 kann an dem Scanner 15 mit verschiedenen Parametern erfolgen, die in den Kalibrierfaktor aufgenommen werden können. Werden einzelne oder mehrere der Parameter geändert, können die folgenden Formeln einzeln oder in Kombination verwendet werden, um den Kalibrierfaktor entsprechend an die geänderten Parameter anzupassen: r „ „ P Kor — 1 + 0,125
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
The exemplary embodiment shown in FIG. 1 A uses imaging plate technology to create the x-ray image, in which the image latently stored in the imaging plate 13 is read out using the scanner 15. The imaging plate 13 can be read out on the scanner 15 with various parameters that can be included in the calibration factor. If one or more of the parameters are changed, the following formulas can be used individually or in combination to adjust the calibration factor accordingly to the changed parameters: r „ „ P Cor — 1 + 0.125
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
Bei der Größe LPKor handelt es sich um einen Korrekturfaktor, der das Auslesen von Speicherfolien mit verschiedenen Auflösungen (Linienpaaren) berücksichtigt. LPKor stellt einen Korrekturfaktor dar, der bei üblichen Auflösungen von 5-50, besonders bevorzugt 10-40, insbesondere bevorzugt 20-30 Linienpaaren pro Millimeter dem Umstand Rechnung trägt, dass bei einem Auslesen der Speicherfolie mit höherer Auflösung eine geringere Lichtausbeute bei gleicher Dosis resultiert. The size LP Kor is a correction factor that takes into account the reading of imaging plates with different resolutions (line pairs). LP Kor represents a correction factor which, at usual resolutions of 5-50, particularly preferably 10-40, particularly preferably 20-30 line pairs per millimeter, takes into account the fact that when reading out the imaging plate with a higher resolution, there is a lower light yield at the same dose results.
Der Faktor HVKor trägt dem Umstand Rechnung, dass beim Auslesen des latenten Bildes in der Speicherfolie mit sehr geringen Lichtmengen gearbeitet werden muss und deshalb Photomultiplier zum Einsatz kommen. Diese werden mit einer Spannung HV betrieben. Eine Veränderung dieser Spannung hat eine große Auswirkung auf den resultierenden Grauwert des Röntgenbildes in den Rohdaten. Der Exponent X bildet dabei die typische Bauart des Photomultipliers ab, der in dem Scanner 15 des Ausführungsbeispiels eingesetzt wird. Der Exponent kann entsprechend der Bauart des Scanners 15 variieren, was durch X gekennzeichnet wurde. Ein typischer Wert für X kann beispielsweise zwischen 4 und 10 liegen, insbesondere zwischen 5 und 7, beispielsweise bei 1/0,1677. Wird bei der Kalibrierung ein Phantom eingesetzt, kann der Einfluss des Kalibrierphantoms mittels eines Phantomfaktors PF abgebildet werde. Insgesamt ergibt sich dann der folgende Kalibrierfaktor für ein einzelnes Bild: The HV Kor factor takes into account the fact that when reading out the latent image in the imaging plate, one has to work with very small amounts of light and therefore photomultipliers are used. These are operated with a voltage of HV. Changing this voltage has a major impact on the resulting gray value of the X-ray image in the raw data. The exponent X represents the typical design of the photomultiplier that is used in the scanner 15 of the exemplary embodiment. The exponent can vary according to the design of the scanner 15, which was marked by X. A typical value for If a phantom is used during calibration, the influence of the calibration phantom can be represented using a phantom factor PF. Overall, this results in the following calibration factor for a single image:
KFBUd = AP * LPKor * HV Kor * PF KF BUd = AP * LP Kor * HV Kor * PF
Dieser Kalibrierfaktor KFBiid kann den Header-Daten eines Röntgenbildes hinterlegt werden und ermöglicht entsprechend die Dosisermittlung. This calibration factor KF B iid can be stored in the header data of an X-ray image and enables the dose to be determined accordingly.
Die Figuren 1 B-1 D veranschaulichen den Kalibrierungsprozess. Figur 1 B zeigt ein mit einem Scanner 15 gewonnenes Röntgenbild 30 einer belichteten Speicherfolie 13, wobei kein Kalibrierphantom 23 Einsatz gefunden hat. Die in den Figuren 1 B und 1 C dargestellten Zahlen entlang der X- und Y Achse stellen ein Koordinatensystem zur Identifizierung einzelner Pixel dar. Figures 1B-1D illustrate the calibration process. Figure 1 B shows an X-ray image 30 of an exposed imaging plate 13 obtained with a scanner 15, whereby no calibration phantom 23 was used. The numbers along the X and Y axes shown in Figures 1B and 1C represent a coordinate system for identifying individual pixels.
Das in Figur 1 B dargestellte Röntgenbild 30 zeigt die im Wesentlichen unbearbeiteten Rohdaten der Röntgenaufnahme als Grauwerte. In dem Röntgenbild 30 wird ein homogener Bereich 32 bestimmt, in dem die dargestellten Grauwerte geringen Schwankungen unterliegen. Der gewählte homogene Bereich 32 ist als Figur 1 C in Vergrößerung dargestellt. The X-ray image 30 shown in FIG. 1 B shows the essentially unprocessed raw data of the X-ray image as gray values. A homogeneous area 32 is determined in the x-ray image 30, in which the gray values shown are subject to slight fluctuations. The selected homogeneous area 32 is shown enlarged as FIG. 1C.
Figur 1 D veranschaulicht die Grauwert-Verteilung des homogenen Bereichs 32 als Histogramm. Auf der X-Achse, also der Abszisse, ist der Grauwert eines Pixels angetragen. Die Ordinate, also die Y-Achse, zeigt die zugehörige Anzahl an Pixel, hier auf eine Verteilung mit dem Wert 1 normiert. Figure 1D illustrates the gray value distribution of the homogeneous area 32 as a histogram. The gray value of a pixel is plotted on the x-axis, i.e. the abscissa. The ordinate, i.e. the Y-axis, shows the associated number of pixels, here normalized to a distribution with the value 1.
Wie aus Figur 1 D ersichtlich ist, zeigen die Grauwerte eine Gaußverteilung. Dementsprechend wird der Mittelwert der Gaußverteilung ermittelt. Diesem kann dann die bei der Aufnahme des Röntgenbildes 30 gemessene Dosis zugeordnet werden. As can be seen from Figure 1D, the gray values show a Gaussian distribution. Accordingly, the mean value of the Gaussian distribution is determined. The dose measured when the X-ray image 30 was recorded can then be assigned to this.
Figur 1 E veranschaulicht eine alternative Ausführungsform, bei der ein Kalibrierphantom 23 bei der Aufnahme der Röntgenaufnahme 34, wie es in Figur 1 dargestellt ist, verwendet wurde. Das Kalibrierphantom 23 kann gleichzeitig als Abnahmephantom bei der Erstabnahme einer Röntgeneinrichtung dienen und zeigt verschiedene Strukturen, die bei der Durchleuchtung verschiedene Absorptionskoeffizienten aufweisen. Dementsprechend sind in der Figur 1 E drei Bereiche 36, 38, 40 eingezeichnet, an denen unterschiedliche Materialstärken des Abnahme- bzw. Kalibrierphantoms 23 vorhanden sind und die deshalb für eine Kalibrierung herangezogen werden können. Figure 1 E illustrates an alternative embodiment in which a calibration phantom 23 was used when taking the x-ray image 34, as shown in Figure 1. The calibration phantom 23 can simultaneously serve as an acceptance phantom during the initial acceptance of an X-ray device and shows various structures that are used in the Fluoroscopy have different absorption coefficients. Accordingly, three areas 36, 38, 40 are shown in FIG. 1 E, where different material thicknesses of the acceptance or calibration phantom 23 are present and which can therefore be used for calibration.
Die Figuren 2A-2D veranschaulichen ein Verfahren zur Bestimmung der Dosis eines digitalen Röntgenbildes 50. Figur 2A veranschaulicht das Röntgenbild 50 direkt nach der Entstehung in seinen Rohdaten. Es wurde bereits mittels einer Maskierung die bei einem Auslesen einer Speicherfolie entstehenden schwarzen Umrandungen abgeschnitten. Vor einer Weiterverarbeitung und Analyse des Bildes 50 kann eine Gaußfilterung vorgenommen werden. Dies kann das Bildrauschen vermindern und kommt einer Glättung mit einen Tiefpassfilter gleich. Dadurch werden die Algorithmen zur Bestimmung der dosisrelevanten Pixel robuster ausgeführt. Figures 2A-2D illustrate a method for determining the dose of a digital x-ray image 50. Figure 2A illustrates the x-ray image 50 in its raw data directly after its creation. The black borders that appear when reading out an imaging plate have already been cut off using masking. Before further processing and analysis of the image 50, Gaussian filtering can be carried out. This can reduce image noise and is equivalent to smoothing with a low-pass filter. This means that the algorithms for determining the dose-relevant pixels are more robust.
Figur 2B zeigt ein Histogramm der Grauwerte des in Figur 2A gezeigten Röntgenbildes 50. Für die Bestimmung der Dosis ist es hierbei von Interesse, die Grauwerte mit der niedrigsten Röntgenabsorption in dem Bildempfänger zu identifizieren. Von Ihnen darf angenommen werden, dass sie weitgehend ungeschwächt zum Bildempfänger gelangt sind und deshalb ein gutes Maß für die Dosisberechnung bilden. FIG. 2B shows a histogram of the gray values of the X-ray image 50 shown in FIG. 2A. For determining the dose, it is of interest to identify the gray values with the lowest X-ray absorption in the image receiver. It can be assumed that they reached the image receiver largely unweakened and therefore provide a good measure for the dose calculation.
Beispielsweise kann ein bestimmter Prozentsatz des Histogramms ausgewählt werden, beispielsweise diejenigen 10 % der Grauwerte mit dem höchsten Grauwert. Alternativ kann auch eine Peakerkennung und -analyse oder eine andere Auswahl der Pixel mit dem gewünschten Grauwert erfolgen. Dies ist in Figur 2B als Feld 52 dargestellt. Nach Ermittlung der Bereiche für die dosisrelevanten Grauwerte wird die ermittelte Bereichsmaske wieder auf das Rohdatenbild angewendet, um so die Pixelwert der Rohdaten für die Dosisbestimmung nutzen zu können. For example, a certain percentage of the histogram can be selected, for example the 10% of the gray values with the highest gray value. Alternatively, peak detection and analysis or another selection of pixels with the desired gray value can also be carried out. This is shown as field 52 in Figure 2B. After determining the areas for the dose-relevant gray values, the determined area mask is applied again to the raw data image in order to be able to use the pixel values of the raw data for dose determination.
Allein aus der Auswahl dieser Pixel kann prinzipiell bereits die Dosis berechnet werden. Um das Berechnungsergebnis zu verbessern, kann eine weitere Analyse der dosisrelevanten Pixel erfolgen, und zwar in der bildhaften Darstellung. Die ist in Figur 2C dargestellt. Die mit dem unter Bezugnahme auf Figur 2B beschriebenen Schritt ausgewählten hellsten 10 % der Pixel werden in Figur 2C als zusammenhängende Bereiche 54, 56 dargestellt. In principle, the dose can be calculated simply from the selection of these pixels. In order to improve the calculation result, a further analysis of the dose-relevant pixels can be carried out, namely in the pictorial representation. This is shown in Figure 2C. With The brightest 10% of the pixels selected in the step described with reference to FIG. 2B are shown in FIG. 2C as contiguous areas 54, 56.
Hier können zusätzliche logische Sicherheitsvorkehrungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann überprüft werden, dass eine Mindestanzahl an Pixeln zur Auswertung verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Grenze der relevanten Bereiche erodiert werden, d.h., in das Innere des Bereichs verlagert werden, um keine Randbereiche beispielsweise in einer Zahnstruktur oder in dichtem Gewebe für die Berechnung heranzuziehen. Additional logical security precautions can be taken here. For example, it can be checked that a minimum number of pixels is used for evaluation. Alternatively or additionally, the boundary of the relevant areas can be eroded, i.e. relocated to the interior of the area so as not to use edge areas, for example in a tooth structure or in dense tissue, for the calculation.
Nach diesem Schritt stehen die Anzahl an dosisrelevanten Pixeln und die zugehörigen Grauwerte fest. Dies ist in Figur 2D dargestellt. Jetzt können die Randbeschneidung (Maskierung) und Gaußfilterung wieder zurückgenommen werden, um die tatsächlichen Rohdaten für die Berechnung der Dosis heranzuziehen. Es wird nun gemäß der folgenden Formel der Mittelwert errechnet und mit dem Kalibrierfaktor multipliziert, um die Dosis des Röntgenbildes zu errechnen:
Figure imgf000013_0001
After this step, the number of dose-relevant pixels and the associated gray values are determined. This is shown in Figure 2D. Now the edge clipping (masking) and Gaussian filtering can be canceled again in order to use the actual raw data for calculating the dose. The mean value is now calculated according to the following formula and multiplied by the calibration factor to calculate the dose of the X-ray image:
Figure imgf000013_0001
Das Verfahren zur Bestimmung der Dosis geht von der Annahme aus, dass in realen Patientenbildern Bildanteile vorhanden sind, bei denen die einfallende Strahlung lediglich durch Weichteilgewebe - im Dentalbereich beispielsweise der Wangen - geschwächt wird. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass Bildbereiche in realen Bildern, die nur dünnes Wangengewebe ohne Kieferknochen, Zähne, Implantate, Bissplatten oder andere stark absorbierende bzw. dicke Materialien zeigen, für die Dosisauswertung besonders geeignet sind, da sie sich als homogene Bereiche im Bildempfänger zeigen. Durch geeignete Kalibrierung kann so der Weichgewebefaktor entsprechend rückgerechnet werden und es können Dosiswerte näherungsweise bis gleichwertig zu nicht abgeschirmter Strahlung berechnet werden. The method for determining the dose is based on the assumption that in real patient images there are image components in which the incident radiation is only weakened by soft tissue - in the dental area, for example the cheeks. Experiments have shown that image areas in real images that only show thin cheek tissue without jaw bones, teeth, implants, bite plates or other highly absorbent or thick materials are particularly suitable for dose evaluation because they are homogeneous areas in the image receiver show. Through suitable calibration, the soft tissue factor can be recalculated accordingly and dose values can be calculated that are approximately equivalent to unshielded radiation.
Während bei dem Kalibrierungsverfahren der Figuren 1A-1 D ein zentraler Bereich für die Kalibrierung ausgesucht wurde, könnte bei einer Weiterentwicklung der Erfindung der Bil- dempfänger gezielt über die gesamte Empfängerfläche hinweg kalibriert werden, um lokale Empfindlichkeitsunterschiede zu kompensieren. Es könnten dann bei der Dosisbestimmung die für die jeweiligen dosisrelevanten Bereiche hinterlegten Kalibrierungsfaktoren verwendet werden. Bei der Dosisbestimmung sollte darauf geachtet werden, dass an dem Bildempfänger keine Sättigung bei der Absorption der Strahlung in dem Bildempfänger stattfindet. While in the calibration method of Figures 1A-1D a central area was selected for the calibration, in a further development of the invention the image could The receiver must be calibrated specifically across the entire receiver area in order to compensate for local differences in sensitivity. The calibration factors stored for the respective dose-relevant ranges could then be used when determining the dose. When determining the dose, care should be taken to ensure that there is no saturation at the image receiver when the radiation is absorbed in the image receiver.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Dosisbestimmung, umfassend: 1. Method for determining the dose, comprising:
Bestimmen, aus den Rohdaten eines digitalen Röntgenbildes, das mithilfe eines Bildempfängers erstellt wurde, von Grauwerten, die einer maximalen Röntgenabsorption entsprechen oder/und Determining, from the raw data of a digital X-ray image that was created using an image receiver, gray values that correspond to a maximum X-ray absorption and/or
Bestimmen, aus den Rohdaten eines digitalen Röntgenbildes, das mithilfe eines Bildempfängers erstellt wurde, von Grauwerten eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption; Determining, from the raw data of a digital X-ray image created using an image receiver, gray values of one or more areas of expected X-ray absorption;
Berechnen einer Dosis auf Basis der Grauwerte unter Verwendung einer Kalibrierung. Calculating a dose based on gray values using calibration.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Grauwerte eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption auf Basis der Grauwerte erfolgt, die einer minimalen Röntgenabsorption entsprechen. 2. The method according to claim 1, wherein the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption are determined based on the gray values which correspond to a minimum X-ray absorption.
3. Verfahren nach Anspruch 1 -2, wobei das Bestimmen der Grauwerte eines oder mehrerer Bereiche mit erwartbarer Röntgenabsorption die Homogenität der Rohdaten innerhalb des jeweiligen Bereichs berücksichtigt. 3. The method according to claim 1 -2, wherein determining the gray values of one or more areas with expected X-ray absorption takes into account the homogeneity of the raw data within the respective area.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei alle Grauwerte der bestimmten Bereiche bei der Berechnung der Dosis berücksichtigt werden. 4. The method according to claim 3, wherein all gray values of the specific areas are taken into account when calculating the dose.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei die Kalibrierung ein Kalibrieren der Röntgenbilderzeugungskette umfasst. 5. The method according to any one of claims 1-3, wherein the calibration comprises calibrating the X-ray image generation chain.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Röntgenbilderzeugungskette eine Röntgenquelle, den Röntgenbildempfänger sowie eine Digitalbilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Rohdaten des digitalen Röntgenbildes umfasst. 6. The method according to claim 5, wherein the X-ray image generation chain comprises an X-ray source, the X-ray image receiver and a digital image generation device for generating the raw data of the digital X-ray image.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -6, wobei für die Kalibrierung ein Kalibrierphantom eingesetzt wird. 7. The method according to any one of claims 1-6, wherein a calibration phantom is used for the calibration.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -7, wobei die Kalibrierung einen Kalibrierfaktor oder/und eine Kalibrierkennlinie umfasst. 8. The method according to any one of claims 1 -7, wherein the calibration comprises a calibration factor and/or a calibration characteristic curve.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kalibrierfaktor oder/und die Kalibrierkennlinie eine Auflösung des Röntgenbildempfängers, eine Empfindlichkeit des Röntgenbildempfängers oder/und die Beschaffenheit des Kalibrierphantoms berücksichtigt. 9. The method according to claim 8, wherein the calibration factor and/or the calibration characteristic curve takes into account a resolution of the X-ray image receiver, a sensitivity of the X-ray image receiver and/or the nature of the calibration phantom.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -9, wobei die berechnete Dosis der Exposition einer untersuchten oder behandelten Person entspricht. 10. The method according to any one of claims 1-9, wherein the calculated dose corresponds to the exposure of an examined or treated person.
11. Verfahren zur Kalibrierung eines Röntgenbildempfängers, mit den Schritten: 11. Procedure for calibrating an X-ray image receiver, with the steps:
Bestrahlen eines Röntgenbildempfängers mit einer bekannten Dosis; irradiating an x-ray image receiver with a known dose;
Auslesen der Rohdaten des Röntgenbildempfängers und Erstellen eines digitalen Röntgenbildes; Reading out the raw data from the X-ray image receiver and creating a digital X-ray image;
Zuordnen der Grauwerte des Röntgenbildes zu der Dosis. Assigning the gray values of the X-ray image to the dose.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestrahlen des Röntgenbildempfängers ein Durchstrahlen eines Kalibrierphantoms umfasst. 12. The method according to claim 11, wherein irradiating the X-ray image receiver comprises irradiating a calibration phantom.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Zuordnen der Grauwerte ein Bestimmen eines homogenen Bereichs des Röntgenbildes umfasst. 13. The method according to claim 11 or 12, wherein assigning the gray values includes determining a homogeneous area of the x-ray image.
14. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -10 auszuführen. 14. Computer program product, comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the method according to one of claims 1-10.
15. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte auszuführen: 15. Computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the steps:
Auslesen der Rohdaten des Röntgenbildempfängers und Erstellen eines digitalen Röntgenbildes; Reading out the raw data from the X-ray image receiver and creating a digital X-ray image;
Zuordnen der Grauwerte des Röntgenbildes zu einer Dosis. Assigning the gray values of the X-ray image to a dose.
16. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15, wobei das Zuordnen der Grauwerte insbesondere ein Bestimmen eines homogenen Bereichs des Röntgenbildes umfasst. 16. Computer program product according to claim 15, wherein assigning the gray values includes in particular determining a homogeneous area of the x-ray image.
17. Scanner, umfassend Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -10. 17. Scanner, comprising means for carrying out the method according to one of claims 1-10.
18. Scanner, umfassend Mittel zur Ausführung des Computerprogrammprodukts nach einem der Ansprüche 15-16. 18. Scanner, comprising means for executing the computer program product according to one of claims 15-16.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040228443A1 (en) * 2003-03-14 2004-11-18 Stefan Bohm Method and apparatus to determine and document applied x-ray exposure values
US11191514B2 (en) * 2017-03-16 2021-12-07 D.R.E.A.M Développement Et Recherches En Applications Médicales Method for estimating the dose administered by a radiology system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010020462A1 (en) 2010-05-10 2011-11-10 PEHA Med. Geräte GmbH Method for determining characteristics of X-ray device utilized for e.g. bone diagnosis of patient, involves determining conversion function, and determining characteristics from parameters of function over data processing program

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040228443A1 (en) * 2003-03-14 2004-11-18 Stefan Bohm Method and apparatus to determine and document applied x-ray exposure values
US11191514B2 (en) * 2017-03-16 2021-12-07 D.R.E.A.M Développement Et Recherches En Applications Médicales Method for estimating the dose administered by a radiology system

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