DE102006048233A1

DE102006048233A1 - Röntgenanordnung mit einem Konverter zur Umwandlung von Systemparametern in Bildkettenparametern und zugehöriges Röntgenverfahren

Info

Publication number: DE102006048233A1
Application number: DE102006048233A
Authority: DE
Inventors: Franz Atzinger; Juan Manuel Casso Basterrechea; Clemens Dr. Jörger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-04-17
Also published as: US8023620B2; US20080107240A1

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Röntgenanordnung zur Untersuchung von Patienten, mit einer Röntgenquelle und einem digitalen Flachdetektor, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit mit einem Konverter mit einer Eingabemöglichkeit für einen ganzen Datensatz von durch den Benutzer eingebbaren, einfach einstellbaren Systemparametern (Input-Parameter) zure Umwandlung in einen ganzen Datensatz von Bildkettenparametern (Output-Parameter).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenanordnung zur Untersuchung von Patienten mit einer Röntgenquelle und einem digitalen Flachdetektor. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Untersuchung von Patienten mit einer Röntgenquelle und einem digitalen Flachdetektor.
Röntgensysteme sind heute zumeist dediziert einem klinischen Anwendungsfeld zuzuordnen. So wird zwischen Angiographiesystemen, Fluoroskopiesystemen und Radiographiesystemen unterschieden. Dabei können die beiden erstgenannten Systemgruppen sowohl dynamische Applikationen als auch Einzelbildaufnahmen (Single Shot) abdecken, während bei Radiographiesystemen bisher nur Einzelbildaufnahmen möglich waren. Radiographiesysteme werden dann eingesetzt, wenn Einzelaufnahmen mit sehr hoher Auflösung, zum Beispiel Darstellung feiner Risse, gemacht werden sollen. Bei der Fluoroskopie können bis zu 60 Bilder/sek. aufgenommen werden, wobei aber nur circa 1/3 der Auflösung von Bildern aus Radiographiesystemen erreicht werden kann. Es werden aktuell Kombinationssysteme eingesetzt, die die Durchleuchtungsfunktionalität und die Einzelbildaufnahmefunktion als analoge Vorrichtungen in einem Gerät vereinigen. Die Durchleuchtung nutzt dabei eine Kamera mit einem Lichtverstärker, die Einzelbildaufnahme nutzt einen Film.
Für Fluoroskopie, Radiographie oder Aufnahme (Mischung aus Fluoroskopie und Radiographie) müssen separate Systeme verwendet werden. Wie oben erwähnt, werden bisher für Fluoroskopie und Aufnahme Bildverstärkersysteme mit einer Kamera verwendet, wogegen für Radiographie analoge Systeme mit Film oder digitale Systeme mit Flachbilddetektor eingesetzt werden.
Änderungen der System-Betriebsarten wie Bildfrequenz, Zoom-Größe oder Akquisitionsmodus (Fluoroskopie, Aufnahme, Radiographie) bedingen meist eine Änderung des Betriebsmodus im Flachbild-Detektor und in der Bildverarbeitung. Die dem Benutzer zugänglichen Systemparameter müssen jeweils in Bildkettenparameter übersetzt werden.
Das Problem besteht also darin, dass je nach gewünschtem Röntgenverfahren verschiedene Röntgensysteme mit völlig verschiedener Parametrierung eingesetzt werden müssen.
Ausgehend von den vorstehenden, diskutierten Nachteilen und Problemen stellt sich die Aufgabe, ein Röntgensystem so weiterzuentwickeln, dass die verschiedenen Aufnahmeverfahren durch eine Hardware realisiert werden können und dass das Röntgensystem bei allen Aufnahmeverfahren durch einen Satz von einfach einstellbaren Systemparametern gesteuert wird. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Strahlenbelastung des Patienten so gering wie möglich gehalten wird.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 3. Die vorliegende Erfindung ist aus einer Reihe von Gründen vorteilhaft. Der Kern der Erfindung ist ein Konverter der Systemparameter in Flachbild-Detektor(FD)-Bildkettenparameter umsetzt. Der Benutzer braucht nur Systemparameter anwählen; er wird nicht mit Bildkettenparametern konfrontiert. Damit muss sich der Benutzer, der im Allgemeinen Bildverstärker-Systeme, mit denen früher Fluoroskopie-Aufnahmen gemacht wurden, oder Radiographiesysteme gewohnt ist, nicht umstellen.
Eine Bildkette besteht aus einer Röntgenstrahlung-empfangenden Einheit und einer datenverarbeitenden Einheit (Detektor).
Durch die klare Trennung von Systemparametern und Bildkettenparametern ist es unproblematisch, dass sich in einer Produktlaufzeit die Bildkettenparameter wesentlich häufiger ändern als die Systemparameter. Hintergrund ist der, dass die Bildkettenparameter sehr Detektor-spezifisch sind. Ändert sich der Detektor, ändern sich auch die Bildkettenparameter.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Abbildung einer Röntgenanordnung mit Röntgenstrahler, Detektor, Eingabeeinheit und einer Recheneinheit mit Konverter; und
2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens, mit dem bestimmte Systemparameter in bestimmte Bildkettenparameter umgewandelt werden.
1 zeigt eine Röntgenanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um eine Anordnung 1 zur Untersuchung von Patienten 9 mit Flachbilddetektortechnologie, wobei die Anordnung einen Röntgenstrahler 3 an der Decke, einen Detektor 2, eine Eingabeeinrichtung 4, eine zentrale Steuerungs- und Rechen-Einheit 5 mit Konverter 8, eine Bildverarbeitungseinrichtung 6 und einen Monitor 7 aufweist.
Der digitale Flachdetektor 2 weist eine Ausleseelektronik auf, die für einen Zyklus bestehend aus Löschen, Aufnehmen und Auslesen der Röntgeninformation sorgt.
Die vorliegende Anordnung 1 ist dazu ausgelegt, die verschiedenen möglichen Akquisitionsmodi, nämlich Radiographie, Fluoroskopie, Aufnahme und digitale Subtraktionsangiographie (DSA) mit derselben Hardware und demselben Satz an Systemparametern zu realisieren. Der Benutzer gibt an einer Eingabeeinrichtung 4 Systemparameter ein und zwar entweder als Einzelparameter, wie zum Beispiel der Zoom, oder als so genann tes Organprogramm. Ein Organprogramm beinhaltet einen ganzen Satz von Systemparametern und erleichtert und beschleunigt die Einstellung der Röntgenanordnung. So gibt es für verschiedene zu untersuchende Körperteile oder Organe verschiedene vordefinierte Organprogramme, die angewählt werden können. Die Organprogramme beinhalten hierbei die für die Aufnahme notwendigen Aufnahmeparameter und die für die Bildverarbeitung notwendigen Bildkettenparameter. Die Systemparameter werden im Konverter 8, der als Teil einer zentralen Steuerungs- bzw. Rechen-Einheit 5 ausgelegt ist, in Bildkettenparameter übersetzt, die die Bildkette steuern. Die Bildkette setzt sich zusammen aus dem Detektor 2 und der der Aufnahme eines Bildes folgenden Bildverarbeitung 6. Auch der Betrieb der Röntgenquelle 2 wird durch die Organprogramme je nach gewünschter Aufnahme gesteuert und getriggert. Je nach gewünschter Aufnahme wird der Patient 9 durch die Röntgenquelle 3 bestrahlt und das transmittierte Röntgenlicht vom digitalen Detektor 2 detektiert, indem das Röntgenlicht in einem Szintillator in sichtbares Licht umgewandelt wird. Das ausgelesene Signal wird an die zentrale Steuerungs-/Rechen-Einheit 5 geleitet, die die Daten in eine Bildverarbeitungseinrichtung 6 einspeist. Nach der Bildverarbeitung wird das Untersuchungsergebnis als Bild an einem Monitor 7 dargestellt. Die Röntgenanordnung 1 ist dazu ausgelegt, die Strahlenbelastung des Patienten so gering wie möglich zu halten. Dies wird zum Beispiel dadurch realisiert, dass bei der Fluoroskopie anders als früher keine Dauerdurchleuchtung stattfindet, sondern eine gepulste Röntgenbestrahlung. Auch sind die modernen digitalen Flachbilddetektoren dazu ausgelegt, auch bei möglichst kleiner Intensität der Röntgenstrahlung optimale Bilder zu erzeugen. So wird die Empfindlichkeit der Detektoren optimiert. Auch intelligente Algorithmen in der Bildbearbeitung tragen dazu bei, dass Parameter wie Kontrast und Bildschärfe auch bei niedriger Röntgendosis optimiert werden. Je nach medizinischer Indikation wird das geeignete Verfahren, also Radiographie, Aufnahme, Fluoroskopie oder Angiographie gewählt. Bei Radiographie werden Einzelbilder mit hoher Dosis gemacht, bei Fluoroskopie dynamische Bilder (Bildfrequenz bis zu 60 Hz) mit einer Dosis pro Bild, die um einen Faktor 10 kleiner als die Dosis bei der Radiographie ist. Die Aufnahme(-Technik) arbeitet bezüglich Dosis und Bildfrequenz in einem Bereich zwischen Radiographie und Fluoroskopie. Es werden Bildfrequenzen zwischen 3 und 15 Hz erreicht. Die Aufnahme wird auch als Digital Fluoroscopic Radiography bezeichnet und ist eine Mischung aus Radiographie und Fluoroskopie. Dabei wird eine Serie von Einzelbildaufnahmen aufgenommen, die abgespeichert werden. Deshalb wird die Aufnahme auch als abgespeicherte Fluoroskopie bezeichnet. Die Angiographie war früher ein Teil der Fluoroskopie, heute dient die Angiographie der reinen Gefäßdarstellung.
Eine weitere Maßnahme, um die Strahlungsdosis für den Patienten so klein wie möglich zu halten, ist es, den Röntgenstrahl auf die Größe des Untersuchungsbereichs durch Einblendrahmen mit Bleilamellen im Strahlengang zu beschränken (ist in 1 nicht dargestellt).
In den 1 und 2 wird ein Verfahren dargestellt, um Systemparameter aus einem Organprogramm in Bildkettenparameter zu konvertieren, um mit den Bildkettenparametern die Bildkette bestehend aus Detektor 2 und Bildverarbeitung 6 zu steuern. Auch der Betrieb der Röntgenquelle 3 wird durch ein Organprogramm über die Aufnahmeparameter gesteuert.
Der Kern der Erfindung ist die Umwandlung von einem Satz von Systemparameter (Input-Parameter), die einfach vom Benutzer eingebbar sind, in einen Satz von Bildkettenparameter (Output-Parameter). Diese Umwandlung geschieht durch den Konverter 8, in dem mit Hilfe von Tabellen aus verschiedenen Eingangsstati verschiedene Ausgangsstati generiert werden.
Die detaillierte Funktionsweise des Konverters 8, der als Hardware und/oder Software ausgelegt sein kann, ist nicht Gegenstand der hier beanspruchten Erfindung.
Die durch die Bildkette gesteuerte Bildverarbeitung erfolgt in zwei Stufen, nämlich erstens die Erzeugung eines normierten Bildes durch Herausrechnen physikalischer Effekte im Detektor, wie Dunkelstrom oder Rauschen, und zweitens die Bildverarbeitung im Allgemeinen. Für jede Bildaufnahme und Bildverarbeitung führt die Bildkette viele Schritte hintereinander aus.
Im Folgenden wird auf die Systemparameter eingegangen, die der Benutzer anwählen kann.
Wie oben schon erwähnt, kann der Akquisitions-Modus als Fluoroskopie, Aufnahme oder Radiographie in Form eines vordefinierten Organprogramms eingestellt werden. Weiter können die gewünschte Röntgendosis und die Röntgenpulslänge durch ein Organprogramm angewählt werden. Dagegen muss der Systemparameter Zoom durch direkte Anwahl im Gerät bzw. über ein Organprogramm gesteuert werden. Die Systemparameter Bildfrequenz, Spiegelung oder Rotation des Bildes und ausgewähltes Messfeld für die Regelung der Röntgendosis können entweder durch direkte Anwahl im Gerät oder durch ein Organprogramm angewählt werden. Das Messfeld ist der Bildbereich, an dem die Zieldosis erreicht werden soll.
Durch die Konvertierung werden wie bereits oben beschriebenen Bildkettenparameter zur Steuerung der Bildkette erzeugt. Im Folgenden wird auf die Bildkettenparameter eingegangen. Der Konverter-Mode ist eine Klasse von Bildkettenparametern, die von der Betriebsart der Röntgenanordnung (z.B. Fluoroskopie) abhängig ist, wobei der Konverter-Mode die Bildkettenparameter angezeigte und gespeicherte Matrixgröße des Bildes, Detektor-Mode und spezielle Kalibriertabellen für den Konvertermode bestimmt, wobei wiederum der Detektor-Mode durch Detektor-typische Parameter wie Verstärkungsfaktor für die Detektorelektronik, Zusammenschaltung (Binning) der Detektorkanäle und akquirierte Matrixgröße des Bildes bestimmt wird.
Die Matrixgröße ist die Zahl der Pixel im Detektor in x-y-Richtung. Durch das Binning werden Pixel auf dem Detektor zusammengeschaltet, wodurch ein schnelleres Auslesen der Signale und damit eine höhere Bildfrequenz möglich wird, was bei der Fluoroskopie und bei der Aufnahme eine große Bedeutung hat. Auch wird durch das Binning das Rauschen verringert. Allerdings entsteht durch Binning ein größeres geometrisches Feld mit schlechterer Ortsauflösung. Es kann zum Beispiel bei einer Matrixgröße von 3000 × 3000 = 9 Megapixel durch 3 × 3 Binning effektiv eine auszulesende Matrixgröße von 1000 × 1000 = 1 Megapixel erzeugt werden.
Die Kalibriertabellen für den Konvertermode sind notwendig, da das Umschalten der Detektorelektronik Schwachstellen hat. So wird zum Beispiel der Dunkelstrom im Verstärker an Hand einer Kalibriertabelle abgezogen.
Der Verstärkungsfaktor für die Detektorelektronik ist klein bei der Radiographie, wegen der großen Signalstärke und groß bei der Fluoroskopie wegen der kleinen Signalstärke.
Ein weiterer Bildkettenparameter ist die erlaubte Bildfrequenz, die die Auslösung der Röntgenstrahlung triggert, wobei die maximal mögliche Bildfrequenz von den Prozessschritten und der Matrixgröße abhängt und wobei der Parameter erlaubte Bildfrequenz auch von der Anordnung zur Röntgenerzeugung benötigt wird. Noch ein weiterer Bildkettenparameter ist das erlaubte Röntgenfenster, wobei dessen Länge von der Bildfrequenz und der Röntgendosis abhängt und wobei der Parameter erlaubtes Röntgenfenster auch von der Anordnung zur Röntgenerzeugung benötigt wird. Noch ein weiterer Bildkettenparameter ist der auszuwertende Bereich des Bildes für die Dosisregelung, wobei eine Kennzahl erzeugt wird, die proportional zur gemessenen Dosis ist. Ein letzter Bildkettenparameter sind die aktiven Prozess-Schritte in der Bildkette, wobei nur bestimmte Kalibrier-/Korrektur-Prozesse pro Parametersatz einer Aufnahme benötigt werden. Zum Beispiel ist bei einer Radiographieaufnahme im Gegensatz zu einer Fluoroskopie-Aufnah me eine gute Einzelbildaufnahme mit vielen Daten wichtig, weshalb bei Radiographie andere Datenverarbeitungsschritte als bei Fluoroskopie nötig sind. Bei Fluoroskopie werden viele Bilder hintereinander aufgenommen und es kommen im Vergleich zur Radiographie manche Schritte hinzu oder es fallen manche Schritte weg.
Abschließend ist noch zu bemerken, dass der Konverter 8 mit einer gewissen Intelligenz ausgestattet ist. Nicht jede Kombination von Systemparametern ist in Bildkettenparametern für die Bildkette übersetzbar. Es könnte zum Beispiel der Systemparameter Röntgenpulslänge länger gewählt worden sein, als der maximal mögliche Wert des Bildkettenparameters erlaubtes Röntgenfenster. In einem solchen Fall korrigiert der Konverter 8 die Parameter entsprechend und gibt sie dem System zurück.

Claims

Röntgenanordnung (1) zur Untersuchung von Patienten (9), mit einer Röntgenquelle (3) und einem digitalen Flachdetektor (2) gekennzeichnet durch eine Recheneinheit (5) mit einem Konverter (8) mit einer Eingabemöglichkeit (4) für einen ganzen Datensatz von durch den Benutzer eingebbaren, einfach einstellbaren, Systemparametern (Input-Parameter) zur Umwandlung in einen ganzen Datensatz von Bildkettenparametern (Output-Parameter).
Röntgenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Konverter (8) mit Hilfe von Tabellen aus verschiedenen Eingangsstati verschiedene Ausgangsstati generiert.
Röntgenverfahren zur Untersuchung von Patienten, mit einer Röntgenquelle (3) und einem digitalen Flachdetektor (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein ganzer Datensatz von durch den Benutzer eingebbaren, einfach einstellbaren, Systemparametern (Input-Parameter) durch einen Konverter (8) in einen ganzen Datensatz von Bildkettenparametern (Output-Parameter), umgewandelt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei die Bildkettenparameter eine Bildkette parametrisieren und steuern.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei die Bildkette aus dem Detektor und den der Röntgenbildaufnahme folgenden Bildverarbeitungsschritten besteht.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei die durch die Bildkette durchgeführte Bildverarbeitung in 2 Stufen erfolgt, nämlich erstens die Erzeugung eines normierten Bildes durch Herausrechnen physikalischer Effekte im Detektor, wie Dunkelstrom oder Rauschen, und zweitens die Bildverarbeitung im Allgemeinen.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei die Bildkette für jede Bildaufnahme und Bildverarbeitung viele Schritte hintereinander ausführt.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter ein Aquisitions-Modus, mit den Optionen Fluoroskopie, Aufnahme, Radiographie oder digitale Subtraktionsangiographie (DSA), ist, der durch ein angewähltes Organprogramm festgelegt ist.
Röntgenverfahren nach Anspruch 8, wobei die Fluoroskopie eine kontinuierliche Beobachtung unter Röntgenstrahlung mit bis zu 60 Bilder/sek., also 60 Hz, zur Beobachtung von dynamischen Vorgängen im Körper, wie zum Beispiel Magen-Darm-Untersuchungen, ist.
Röntgenverfahren nach Anspruch 8, wobei eine Aufnahmeserie erzeugt wird durch Abspeicherung einer Serie von Einzelbildaufnahmen und mit einer Röntgendosis, die zwischen der bei Fluoroskopie und Radiographie liegt und einer Bildfrequenz, die zwischen % und 30 Hz liegt.
Röntgenverfahren nach Anspruch 8, wobei die Radiographie Einzelbilder mit hoher Auflösung ergibt, die separat gespeichert werden.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter die Röntgendosis ist, die durch ein angewähltes Organprogramm vorgegeben ist.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter die Röntgenpulslänge ist, die durch ein angewähltes Organprogramm vorgegeben ist.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter der Zoom ist, der entweder durch Anwahl im Gerät oder durch ein Organprogramm bestimmt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter die Bildfrequenz ist, die entweder durch Anwahl im Gerät oder durch ein Organprogramm bestimmt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter die Spiegelung oder Rotation des Bildes ist, die entweder durch Anwahl im Gerät oder durch ein Organprogramm bestimmt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Systemparameter das ausgewählte Messfeld für die Regelung der Röntgendosis ist, das entweder durch Anwahl im Gerät oder durch ein Organprogramm bestimmt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei eine Klasse von Bildkettenparametern, die von der Betriebsart (z. B. Fluoroskopie) abhängig ist, der Konvertermode ist, der die Bildkettenparameter angezeigte und gespeicherte Matrixgröße des Bildes, Detektor-Mode und spezielle Kalibriertabellen für den Konvertermode bestimmt, wobei der Bildkettenparameter Detektormode wiederum bestimmt wird durch die Bildkettenparameter Verstärkungsfaktor für die Detektorelektronik, Zusammenschaltung (Binning) der Detektorkanäle und akquirierte Matrixgröße des Bildes.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Bildkettenparameter die erlaubte Bildfrequenz ist, die die Auslösung der Röntgenstrahlung triggert, wobei die maximal mögliche Bildfrequenz von den Prozessschritten und der Matrixgröße abhängt und wobei der Parameter erlaubte Bildfrequenz auch von der Anordnung zur Röntgenerzeugung benötigt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Bildkettenparameter das erlaubte Röntgenfenster ist, wobei dessen Länge von der Bildfrequenz und der Röntgendosis abhängt und wobei der Parameter erlaubtes Röntgenfenster auch von der Anordnung zur Röntgenerzeugung benötigt wird.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Bildkettenparameter der auszuwertende Bereich des Bildes für die Dosisregelung ist, wobei eine Kennzahl erzeugt wird, die proportional zur gemessenen Dosis ist.
Röntgenverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Bildkettenparameter aktive Prozess-Schritte in der Bildkette ist, wobei nur bestimmte Kalibrier-/Korrektur-Prozesse pro Parametersatz einer Aufnahme benötigt werden.