DE102010061889A1

DE102010061889A1 - Verfahren zum Erstellen von Röntgenbildern oder einer Multi-Energie-Aufnahme sowie ein entsprechendes Röntgensystem

Info

Publication number: DE102010061889A1
Application number: DE201010061889
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann; Volker Heer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-24

Abstract

Zur gleichzeitigen Erstellung von zwei Röntgenbildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems (10) wird eine erste Menge von Röntgen-Mikroemittern (41) einer Röntgenemitter-Anordnung (1) des Röntgensystem (10) und eine zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) gleichzeitig zum Durchleuchten des vorbestimmten Volumenabschnitts aktiviert. Dabei strahlen die Röntgen-Mikroemitter (41) der ersten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben ersten Röntgenspektrum und die Röntgen-Mikroemitter (42) der zweiten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben zweiten Röntgenspektrum ab. Ein erstes/zweites Röntgenbild wird erstellt, indem nur diejenigen Messergebnisse berücksichtigt werden, welche von dem Röntgendetektor (2) von der ersten/zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter (41/42) erfasst werden. Zur Erstellung einer Multi-Energie-Aufnahme eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems (10) werden Absorptionseigenschaften des vorbestimmten Volumenabschnitts bestimmt. Röntgen-Mikroemitter (41, 42) eines Röntgendetektors (2) des Röntgensystems (10) werden abhängig von der Absorptionseigenschaft eines Bereiches des vorbestimmten Volumenabschnitts, welcher von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter (41, 42) durchleuchtet wird, bezüglich ihres Röntgenspektrums individuell eingestellt. Die Röntgen-Mikroemitter (41, 42) werden zum Durchleuchten des vorbestimmten Volumenabschnitts aktiviert und die Multi-Energie-Aufnahme wird abhängig von von dem Röntgendetektor (2) erfassten Messergebnissen erstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren, bei welchen mittels einer einzigen Aktivierung eines Röntgenemitters mit unterschiedlichen Röntgenspektren oder Energien Röntgenbilder erstellt werden, sowie entsprechend ausgestaltete Röntgensysteme.
Nach dem Stand der Technik werden in medizinischen Röntgenanlagen als Strahlungsquellen Röntgen-Vakuumröhren eingesetzt. Dabei werden freie Elektronen durch den Röhrenstrom, welcher durch die Glühwendel fließt, freigesetzt und durch das Anlegen der Röntgenspannung zwischen Katode und Anode beschleunigt. Im Fokus der Anode entsteht die so genannte Bremsstrahlung, welche im Wesentlichen der Röntgenstrahlung entspricht. Die applizierte spektrale Verteilung (Wellenlänge der Röntgenstrahlung, d. h. Energie) wird durch das Anodenmaterial der Röntgenröhre, durch die angelegte Röntgenspannung und durch die Vorfilterung, welche dazu dient, niederenergetische Anteile herauszufiltern, bestimmt. Grundsätzlich gilt dabei, dass die Absorption der Röntgenstrahlung im durchstrahlten Objekt (zum Beispiel des Patienten) umso geringer ist, je härter die Röntgenstrahlung (d. h. umso kürzer die Wellenlänge) ist. Für verschiedene medizinische Fragestellungen ist es daher erforderlich, verschiedene Röntgenspektren zu verwenden.
Bei den heutzutage eingesetzten Röntgen-Vakuumröhren existiert diesbezüglich das Problem, dass jeweils nur eine bestimmte spektrale Verteilung zur Aufnahme eines Röntgenbildes gewählt werden kann und dass (insbesondere aufgrund des Spannungsgenerators) eine sehr schnelle Umschaltung der spektralen Verteilung nahezu nicht möglich ist. Daher müssen nach dem Stand der Technik zur Erstellung von Röntgenaufnahmen, welche mit unterschiedlichen Röntgenspektren erzeugt werden, nachteiligerweise mehrere Röntgenbilder jeweils mit einer bestimmten spektralen Verteilung der Röntgenstrahlung erstellt werden, wobei zusätzlich eine Umschaltung der spektralen Verteilung von einem zum anderen Röntgenbild nicht sehr schnell möglich ist.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Erstellung von Röntgenbildern oder Röntgenbildinformationen, zu deren Erzeugung unterschiedliche Röntgenspektren erforderlich sind, im Vergleich zum Stand der Technik zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erstellen von zwei Röntgenbildern nach Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Erstellen einer Multi-Energie-Röntgenaufnahme nach Anspruch 5, durch ein Röntgensystem nach Anspruch 8 oder 11, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erstellen von zwei Röntgenbildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems bereitgestellt. Dabei umfasst das Röntgensystem eine Röntgenemitter-Anordnung mit mehreren Röntgen-Mikroemittern und einen Röntgendetektor. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Gleichzeitiges Aktivieren einer ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter und einer zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter, um mit der von den beiden Mengen der Röntgen-Mikroemitter erzeugten Röntgenstrahlung den vorbestimmten Volumenabschnitt zu durchleuchten. Dabei erzeugen die Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit demselben ersten Röntgenspektrum und die Röntgen-Mikroemitter der zweiten Menge erzeugen jeweils Röntgenstrahlen mit demselben zweiten Röntgenspektrum. Das erste Röntgenspektrum entspricht dabei nicht dem zweiten Röntgenspektrum, d. h. das erste Röntgenspektrum und das zweite Röntgenspektrum sind unterschiedlich.
• Erstellen eines ersten Röntgenbildes, indem von dem Röntgendetektor nur diejenigen Messergebnisse berücksichtigt werden, welche von der Röntgenstrahlung der ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter erzeugt werden.
• Erstellen eines zweiten Röntgenbildes, wobei von dem Röntgendetektor nur diejenigen Messergebnisse berücksichtigt werden, welche von der Röntgenstrahlung der zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter erzeugt werden.

Die oben beschriebenen Schritte zur Erstellung der beiden Röntgenbilder müssen nicht in der oben beschriebenen Reihenfolge erfolgen und können zumindest teilweise auch parallel durchgeführt werden. Beispielsweise können der Schritt zur Erstellung des ersten Röntgenbildes und der Schritt zur Erstellung des zweiten Röntgenbildes parallel oder in der umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß werden unter der Anordnung von Röntgen-Mikroemittern Röntgen-Mikroemitter verstanden, welche in Halbleitertechnik ausgebildet sowie großflächig und in Matrixstruktur hergestellt sind. Die Anordnung von Röntgen-Mikroemittern, welche auch als Flach-Röntgenemitter bezeichnet wird, ermöglicht eine Parallelstrahlgeometrie und eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Röntgen-Mikroemitter oder Emitterzellen (z. B. kann die Röntgenstrahlung (das Röntgenspektrum) für jeden Röntgen-Mikroemitter individuell verschieden eingestellt werden).
Durch den Einsatz der Röntgenemitter-Anordnung kann im Vergleich zu der herkömmlichen Röntgen-Vakuumröhre vorteilhafterweise pro Röntgen-Mikroemitter individuell ein bestimmtes Röntgenspektrum eingestellt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass ein Röntgen-Mikroemitter Röntgenstrahlen erzeugt, welche das erste Röntgenspektrum aufweisen, während ein benachbarter Röntgen-Mikroemitter Röntgenstrahlen erzeugt, welche das zweite Röntgenspektrum aufweisen. Dadurch kann durch nur eine einzige Aktivierung der Röntgenemitter-Anordnung, d. h. nur durch ein einmaliges Durchleuchten des Volumenabschnitts, am Röntgendetektor, welcher insbesondere viele unmittelbar nebeneinander angeordnete Röntgen-Pixel umfasst, eine Information bereitgestellt werden, welche zur Erzeugung der beiden unterschiedlichen Röntgenbilder ausreicht.
Die Erstellung des ersten (zweiten) Röntgenbildes kann beispielsweise derart erfolgen, dass von dem Röntgendetektor nur Messergebnisse berücksichtigt werden, welche zu einer ersten (zweiten) Menge von Röntgen-Pixeln des Röntgendetektors gehören, die von der ersten (zweiten) Menge der Röntgen-Mikroemitter erzeugte Röntgenstrahlung erfassen. Gemäß dieser Ausführungsform korrespondiert jedes Röntgen-Pixel mit einem Röntgen-Mikroemitter, d. h. jedes Röntgen-Pixel erfasst im Wesentlichen nur Röntgenstrahlung, welche von dem mit ihm korrespondierenden Röntgen-Mikroemitter erzeugt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass es erfindungsgemäß auch möglich ist, die Röntgen-Mikroemitter in mehr als zwei Mengen zu unterteilen, wobei jeder Röntgen-Mikroemitter der entsprechenden Menge Röntgenstrahlung desselben (anderen) Röntgenspektrums abstrahlt. Auf diese Weise wird der Volumenabschnitt demnach gleichzeitig mit Röntgenstrahlung durchstrahlt, welche unterschiedliche Strahlendosen (unterschiedliche Röntgenspektren) aufweist, wobei die Anzahl der unterschiedlichen Spektren der Anzahl der Mengen entspricht. Anders ausgedrückt werden mit einem Durchleuchtungsschritt der Anzahl der Mengen entsprechend viele Röntgenbilder des Volumenabschnitts erstellt, wobei jedes Röntgenbild mit einer Röntgenstrahlung eines anderen Röntgenspektrums erzeugt wird. Diese Röntgenbilder oder Röntgenbildinformationen können dann beispielsweise mittels Differenzbildung zu einer oder zu mehreren Röntgenaufnahmen verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:

• Da nur ein einmaliges Durchleuchten des Volumenabschnitts erforderlich ist, um die beiden Röntgenbilder zu erzeugen, kann die Strahlenbelastung eines Patienten quasi halbiert werden, da nach dem Stand der Technik zwei Durchleuchtungsschritte für die Erstellung von zwei Röntgenbildern notwendig sind.
• Da erfindungsgemäß nur ein Durchleuchtungsschritt erforderlich ist, können Bewegungsartefakte, welche aufgrund einer Bewegung des Patienten zwischen der ersten und der zweiten Röntgenaufnahme auftreten, vollständig vermieden werden.
• Da nur ein Durchleuchtungsschritt erforderlich ist, kann die Erstellung der beiden Röntgenbilder zeitlich schneller erfolgen als beim Stand der Technik, bei dem die Erstellung von zwei Röntgenbildern mit der zeitlich langwierigen Umschaltung von einem Röntgenspektrum auf ein anderes Röntgenspektrum erforderlich ist.

Die beiden Röntgenbilder können insbesondere zur Erstellung einer Dual-Energie-Röntgenaufnahme verwendet werden, indem ausgehend von dem ersten und dem zweiten Röntgenbild ein Differenzbild erzeugt wird.
Insbesondere entspricht das erste Röntgenspektrum einer Röntgenstrahlung einer hohen Energie (z. B. im Bereich von 40 bis 50 kV) und das zweite Röntgenspektrum einer Röntgenstrahlung einer niedrigen Energie (z. B. im Bereich von 20 bis 35 kV). Bei einem Einsatz von einem Kontrastmittel zur Erstellung der beiden Röntgenbilder oder der Dual-Energie-Aufnahme liegt das erste Röntgenspektrum (genauer der Schwerpunkt des ersten Röntgenspektrums) beispielsweise deutlich oberhalb der K-Kante des Kontrastmittels, während das zweite Röntgenspektrum (genauer der Schwerpunkt des zweiten Röntgenspektrums) deutlich unterhalb dieser K-Kante liegt.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die erste Menge der Röntgen-Mikroemitter und die zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter schachbrettartig verteilt. Dabei entspricht die erste Menge der Röntgen-Mikroemitter den weißen Feldern des Schachbretts, während die zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter den schwarzen Feldern des Schachbretts entspricht. Jedes Schachbrettfeld umfasst dabei genau einen Röntgen-Mikroemitter.
Anders ausgedrückt weist jeder Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge (außer wenn er am Rand der Röntgenemitter-Anordnung liegt) als rechten, linken, oberen und unteren Nachbarn jeweils einen Röntgen-Mikroemitter der zweiten Menge auf. In gleicher Weise weist jeder Röntgen-Mikroemitter der zweiten Menge (außer wenn er am Rand der Röntgenemitter-Anordnung liegt) als rechten, linken, oberen und unteren Nachbarn jeweils einen Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge auf.
Diese schachbrettartige Verteilung der Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge und der zweiten Menge sorgt vorteilhafterweise dafür, dass der Volumenabschnitt in der Fläche gleichmäßig sowohl mit Röntgenstrahlen des ersten Röntgenspektrums als auch mit Röntgenstrahlen des zweiten Röntgenspektrums durchleuchtet wird, so dass quasi mit einer Aufnahme ein Hochenergiebild und ein Niedrigenergiebild erzeugt wird. Natürlich sind erfindungsgemäß auch andere Verteilungen der Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge und der zweiten Menge denkbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein weiteres Verfahren zum Erstellen einer Multi-Energie-Aufnahme eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems bereitgestellt. Auch in diesem Fall umfasst das Röntgensystem eine Röntgenemitter-Anordnung mit mehreren Röntgen-Mikroemittern und einen Röntgendetektor, welcher insbesondere mehrere unmittelbar nebeneinander angeordnete Röntgen-Pixel aufweist. Das weitere Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Bestimmen einer Absorptionseigenschaft des vorbestimmten Volumenabschnitts. Dabei werden entsprechende Bereiche und ihre jeweilige Absorptionseigenschaft für den vorbestimmten Volumenabschnitt lokalisiert.
• Abhängig von der Absorptionseigenschaft des jeweiligen Bereiches wird das entsprechende Röntgenspektrum desjenigen Röntgen-Mikroemitters, dessen Röntgenstrahlen den entsprechenden Bereich durchleuchten, eingestellt. Mit anderen Worten wird das Röntgenspektrum bezüglich jedes Röntgen-Mikroemitters in Abhängigkeit der Absorptionseigenschaft desjenigen Bereiches, welcher von den Röntgenstrahlen dieses Röntgen-Mikroemitters durchstrahlt wird, eingestellt.
• Aktivieren der Röntgenemitter-Anordnung (und damit der Röntgen-Mikroemitter), um den vorbestimmten Volumenabschnitt zu durchleuchten.
• Abhängig von Messergebnissen, welche von dem Röntgendetektor erfasst werden, wird die Multi-Energie-Aufnahme erstellt.

Das weitere erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Multi-Energie-Aufnahme ermöglicht demnach vorteilhafterweise, dass abhängig von dem jeweiligen Gewebetyp die geeignete Röntgenbelichtung gewählt wird. Mit anderen Worten ermöglicht das weitere Verfahren mittels geeigneter örtlich modulierter spektraler Röntgenbelichtung eine Differenzierung von verschiedenen Gewebetypen im erstellten Röntgenbild.
Das individuelle Röntgenspektrum des jeweiligen Röntgen-Mikroemitters wird dabei insbesondere derart eingestellt, dass ein Empfindlichkeitsbereich des Röntgendetektors beim Auftreffen einer Röntgenstrahlung, welche von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter erzeugt wurde und durch den dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter zugeordneten Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hindurch verlaufen ist, nicht verlassen wird.
Anders ausgedrückt wird die individuelle Röntgendosis für die einzelnen Röntgen-Mikroemitter derart eingestellt, so dass bei der Erstellung des Röntgenbildes ein vorbestimmter Empfindlichkeitsbereich des Röntgendetektors nicht verlassen wird, so dass der Detektor im Idealfall nicht über- und nicht untersteuert wird. Mit anderen Worten ist die Röntgenstrahlung, welche von den Röntgen-Mikroemittern erzeugt wird, durch das Untersuchungsobjekt hindurch verlaufen und auf den Röntgendetektor auftreffen, vorteilhafterweise derart beschaffen, dass der vorgegebene Empfindlichkeitsbereich im Wesentlichen für kein Pixel des Röntgendetektors verlassen wird. Der vorgegebene Empfindlichkeitsbereich ist dabei in der Regel derart eingestellt, dass er ungefähr in der Mitte zwischen der Empfindlichkeitsobergrenze (höchster von dem Röntgendetektor darzustellender Intensitätswert) und der Empfindlichkeitsuntergrenze (niedrigster von dem Röntgendetektor darzustellender Intensitätswert) des Röntgendetektors liegt. Beispielsweise könnte der vorbestimmte Empfindlichkeitsbereich einen Bereich von 25% bis 75% der Empfindlichkeitsobergrenze überstreichen.
Zur Bestimmung der Absorptionseigenschaft des vorbestimmten Volumenabschnitts kann beispielsweise ein Röntgenbild (ein so genannter Preshot) ausgewertet werden, welches von dem Volumenabschnitt in einem vorhergehenden Schritt erzeugt worden ist. Anhand dieses Preshots können unter Berücksichtigung der Energie der Röntgenstrahlung, mit welcher der Preshot erzeugt wurde, die Absorptionseigenschaften der jeweiligen Bereiche des Volumenabschnitts bestimmt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Röntgensystem bereitgestellt, welches eine Röntgenemitter-Anordnung mit mehreren Röntgen-Mikroemittern, einen Röntgendetektor und eine Steuerung zur Steuerung der Röntgenemitter-Anordnung und des Röntgendetektors umfasst. Die Steuerung steuert eine erste Menge der Röntgen-Mikroemitter und eine zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter derart an, dass die Röntgen-Mikroemitter der ersten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit demselben ersten Röntgenspektrum und die Röntgen-Mikroemitter der zweiten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit demselben zweiten Röntgenspektrum abstrahlen. Dabei sind das erste Röntgenspektrum und das zweite Röntgenspektrum unterschiedlich. Das Röntgensystem ist derart ausgestaltet, dass es zur Erstellung eines ersten Röntgenbildes von dem Röntgendetektor nur Messergebnisse berücksichtigt, welche von einer Röntgenstrahlung stammen, die von der ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter erzeugt wurden. In ähnlicher Weise ist das Röntgensystem derart ausgestaltet, dass es zur Erstellung eines zweiten Röntgenbildes nur Messergebnisse des Röntgendetektors berücksichtigt, welche von einer Röntgenstrahlung stammen, die von der zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter erzeugt wurde.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgensystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Dual-Energie-Aufnahme, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Röntgensystems ist der Röntgendetektor ähnlich wie die Röntgenemitter-Anordnung aus mehreren Röntgen-Pixeln aufgebaut, welche großflächig und in Matrixstruktur angeordnet sind. Dabei ist das Röntgensystem derart ausgestaltet, dass bei der Aktivierung der Röntgenemitter-Anordnung jeweils ein Röntgen-Pixel mit jeweils einem Röntgen-Mikroemitter korrespondiert. Dazu können die Röntgenemitter-Anordnung und der Röntgendetektor beispielsweise parallel und ausgerichtet zueinander derart angeordnet sein, dass jeweils ein Röntgen-Mikroemitter parallel und ausgerichtet zu einem jeweiligen Röntgen-Pixel angeordnet ist.
Aufgrund der Parallelstrahleigenschaft der Röntgenemitter-Anordnung oder der einzelnen Röntgen-Mikroemitter ist durch die entsprechende Ausrichtung von Röntgenemitter-Anordnung und Röntgendetektor vorteilhafterweise gewährleistet, dass die Röntgenstrahlung, welche von einem bestimmten Röntgen-Mikroemitter erzeugt wird, im Wesentlichen nur von dem ihm zugeordneten Röntgen-Pixel erfasst wird. Um also beispielsweise nur Informationen bei der Erstellung eines Röntgenbildes zu berücksichtigen, welche sich durch die Röntgenstrahlung der ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter ergeben, werden nur diejenigen Röntgen-Pixel ausgewertet, welche mit den Röntgen-Mikroemittern der ersten Menge korrespondieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein weiteres Röntgensystem bereitgestellt, welches ebenfalls eine Röntgenemitter-Anordnung mit mehreren Röntgen-Mikroemittern, einen Röntgendetektor und eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenemitter-Anordnung und des Röntgendetektors umfasst. Das weitere Röntgensystem ist zur Bestimmung einer Absorptionseigenschaft eines vorbestimmten Volumenabschnitts ausgestaltet, von welchem mittels des Röntgensystems eine Multi-Energie-Aufnahme zu erstellen ist. Die Steuerung stellt für jeden Röntgen-Mikroemitter abhängig von der Absorptionseigenschaft desjenigen Bereiches des vorbestimmten Volumenabschnitts, welcher von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter durchleuchtet wird, das individuelle Röntgenspektrum ein. Anschließend aktiviert die Steuerung die Röntgen-Mikroemitter, um den vorbestimmten Volumenabschnitt zu durchleuchten. Abhängig von Messergebnissen, welche von dem Röntgendetektor nach der Aktivierung der Röntgenemitter-Anordnung (und damit der Röntgen-Mikroemitter) erfasst werden, erstellt das Röntgensystem die Multi-Energie-Aufnahme des vorbestimmten Volumenabschnitts.
Die Vorteile des weiteren erfindungsgemäßen Röntgensystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Röntgensystems laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene beschriebene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Röntgensystems läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Röntgensystems gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt Röntgenspektroskopie in Echtzeit bei geringst möglicher Dosisbelastung und ist insbesondere zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenaufnahmen und Multi-Energie-Röntgenaufnahmen im Bereich der Medizin geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch zur Erstellung von mehreren Röntgenbildern, von Dual-Energie-Röntgenaufnahmen oder Multi-Energie-Röntgenaufnahmen unbelebter Materie, zum Beispiel zur Durchleuchtung von Gepäckstücken am Flughafen, eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgensystem dar.
In 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung von Röntgen-Mikroemittern dargestellt.
In 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Flach-Röntgendetektor dargestellt.
4 zeigt einen Flussablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer Dual-Energie-Aufnahme.
5 zeigt einen Flussablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer Multi-Energie-Aufnahme.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Röntgensystem 10 schematisch dargestellt, welches einen Flach-Röntgenemitter 1, einen Röntgendetektor 2, eine Steuerung 3 und ein Terminal 13 umfasst. Die Steuerung 3 steuert den Flach-Röntgenemitter 1 und den Röntgendetektor 2 und erfasst Ausgaben (z. B. Intensitätsmesswerte) des Röntgendetektors 2. Darüber hinaus sind das Terminal 13, welches einen Bildschirm 14, eine Tastatur 15 und eine Maus 16 umfasst, und die Steuerung 3 miteinander verbunden. Dadurch können Röntgenbilder auf dem Bildschirm 14 dargestellt und Steueranweisungen von dem Terminal 13 an die Steuerung 3 weitergegeben werden. Auf der in 1 dargestellten DVD 21 befindet sich ein Computerprogrammprodukt bzw. eine Software, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern oder Multi-Energie-Röntgenbildern bezüglich des Röntgensystems 10 realisiert.
In 2 ist schematisch ein Flach-Röntgenemitter 1 dargestellt, welcher eine Anordnung von mehreren (40 in 2) Röntgen-Mikroemittern 41, 42 umfasst. Jeder Röntgen-Mikroemitter 41, 42 weist Abmessungen von ca. 1–10 mm² auf. Der Flach-Röntgenemitter 1 erzeugt eine flächenhafte Röntgenstrahlung, was im Gegensatz zur kegelhaften Strahlung einer heutzutage eingesetzten Röntgen-Vakuumröhre steht.
Die 20 weiß markierten Röntgen-Mikroemitter 41 erzeugen Röntgenstrahlen, welche ein erstes Röntgenspektrum aufweisen, während die 20 schwarz markierten Röntgen-Mikroemitter 42 Röntgenstrahlen erzeugen, welche ein zweites Röntgenspektrum aufweisen.
In 3 ist schematisch ein Flach-Röntgendetektor 2 dargestellt, welcher eine Anordnung von mehreren (40 in 3) Röntgen-Pixeln 5 umfasst. Die Abmessungen der Röntgen-Pixel 5 entspricht im Wesentlichen den Abmessungen der Röntgen-Mikroemitter 41, 42.
Zur erfindungsgemäßen Erstellung einer Dual-Energie-Aufnahme wird der Flach-Röntgenemitter 1 parallel und ausgerichtet zu dem Röntgendetektor 2 angeordnet. Dadurch empfängt jedes Röntgen-Pixel 5 im Wesentlichen nur Röntgenstrahlen, welche von dem mit ihm korrespondierenden Röntgen-Mikroemitter 41, 42 erzeugt worden sind.
Zur erfindungsgemäßen Erstellung eines Dual-Energie-Bildes erzeugen gleichzeitig sowohl die weiß markierten Röntgen-Mikroemitter 41 als auch die schwarz markierten Röntgen-Mikroemitter 42 Röntgenstrahlen, welche den vorbestimmten Volumenabschnitt durchleuchten, um dann von dem Röntgendetektor 2 erfasst zu werden. Zur Erstellung eines Röntgenbildes oder einer Information, welche nur durch die Röntgenstrahlen, welche das erste Röntgenspektrum aufweisen, erzeugt wird, werden nur diejenigen Röntgen-Pixel 5 ausgewertet, welche mit den weiß markierten Röntgen-Mikroemittern 41 korrespondieren. Zur Erstellung eines weiteren Röntgenbildes oder einer weiteren Information, welche nur durch die Röntgenstrahlen, welche das zweite Röntgenspektrum aufweisen, erzeugt wird, werden dagegen nur diejenigen Röntgen-Pixel 5 ausgewertet, welche mit den schwarz markierten Röntgen-Mikroemitter 42 korrespondieren. Auf diese Weise können vorteilhafterweise durch die einmalige Aktivierung des Flach-Röntgenemitters 1 zwei Röntgenbilder sowie durch eine Differenzbildung der Information und der weiteren Information ein Dual-Energie-Bild erzeugt werden.
In 4 ein Flussablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer Dual-Energie-Aufnahme dargestellt.
Im ersten Schritt S1 werden die Röntgen-Mikroemitter 41, 42 schachbrettartig angesteuert und aktiviert, wie es in 2 schematisch dargestellt ist.
Im zweiten Schritt S2 wird ein erstes Röntgenbild erstellt, indem nur die Ergebnisse derjenigen Röntgen-Pixel 5 des Röntgendetektors 2 ausgewertet werden, welche mit denjenigen Röntgen-Mikroemittern 41 korrespondieren, die eine Röntgenstrahlung emittieren, welche das erste Röntgenspektrum aufweist. In ähnlicher Weise wird im dritten Schritt S3 ein zweites Röntgenbild erstellt, indem nur die Ergebnisse derjenigen Röntgen-Pixel 5 ausgewertet oder erfasst werden, welche mit denjenigen Röntgen-Mikroemittern 42 korrespondieren, die eine Röntgenstrahlung emittieren, welche das zweite Röntgenspektrum aufweist. Die Schritte S2 und S3 können auch in der umgekehrten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden.
Indem ausgehend von dem ersten und dem zweiten Röntgenbild ein Differenzbild ausgebildet wird, wird die Dual-Energie-Aufnahme im Schritt S4 erzeugt.
In 5 ist ein Flussablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer Multi-Energie-Aufnahme dargestellt.
Im ersten Schritt S11 wird ein so genannter Preshot eines zu untersuchenden Volumenabschnitts erstellt.
Ausgehend von dem im ersten Schritt S11 erstellten Röntgenbild und abhängig von der eingesetzten Röntgendosis für die einzelnen Röntgen-Mikroemitter 41, 42 (welche bei der Aufnahme des Preshots meist gleich und möglichst gering dosiert ist) wird die Absorptionseigenschaft bestimmter Bereiche des Volumenabschnitts hinsichtlich Röntgenstrahlung bestimmt.
Im dritten Schritt S13 wird für jeden Röntgen-Mikroemitter 41, 42 individuell ein bestimmtes Röntgenspektrum (d. h. eine Energie oder Röntgendosis) berechnet. Dabei wird insbesondere die Absorptionseigenschaft desjenigen Bereichs des Volumenabschnitts berücksichtigt, durch welchen die von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter 41, 42 erzeugten Röntgenstrahlen auf ihrem Weg zu dem korrespondierenden Röntgen-Pixel 5 verlaufen.
Im folgenden Schritt S14 werden die Röntgen-Mikroemitter 41, 42 mit der im vorherigen Schritt S13 eingestellten Röntgendosis aktiviert, um den vorbestimmten Volumenabschnitt zu durchleuchten.
Im letzten Schritt S15 wird ausgehend von den Messergebnissen des Röntgendetektors 2 eine Multi-Energie-Aufnahme des Volumenabschnitts erstellt.
Bezugszeichenliste

1: Flach-Röntgenemitter
2: Röntgendetektor
3: Steuerung
5: Röntgen-Pixel
10: Röntgensystem
13: Terminal
14: Bildschirm
15: Tastatur
16: Maus
21: DVD
41, 42: Röntgen-Mikroemitter
S1–S15: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Erstellen von zwei Röntgenbildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems (10), welches eine Röntgenemitter-Anordnung (1) mit mehreren Röntgen-Mikroemittern (41, 42) und einen Röntgendetektor (2) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: gleichzeitiges Aktivieren einer ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter (41) und einer zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) zum Durchleuchten des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei die Röntgen-Mikroemitter (41) der ersten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben ersten Röntgenspektrum und die Röntgen-Mikroemitter (42) der zweiten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben zweiten Röntgenspektrum abstrahlen, wobei das erste Röntgenspektrum ungleich dem zweiten Röntgenspektrum ist, Erstellen eines ersten Röntgenbildes, indem von dem Röntgendetektor (2) nur von der ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter (41) erfasste Messergebnisse berücksichtigt werden, und Erstellen eines zweiten Röntgenbildes, indem von dem Röntgendetektor (2) nur von der zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) erfasste Messergebnisse berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dual-Energie-Aufnahme erstellt wird, indem ein Differenzbild von dem ersten und dem zweiten Röntgenbild erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Röntgenspektrum einer Röntgenstrahlung einer höheren Energie entspricht, und dass das zweite Röntgenspektrum einer Röntgenstrahlung einer niedrigeren Energie entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgen-Mikroemitter (41, 42) schachbrettartig angeordnet sind, dass die erste Menge der Röntgen-Mikroemitter (41) weißen Feldern des Schachbretts entsprechen, und dass die zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) schwarzen Feldern des Schachbretts entsprechen.
Verfahren zum Erstellen einer Multi-Energie-Aufnahme eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems (10), welches eine Röntgenemitter-Anordnung (1) mit mehreren Röntgen-Mikroemittern (41, 42) und einen Röntgendetektor (2) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen einer Absorptionseigenschaft des vorbestimmten Volumenabschnitts, Einstellen eines individuellen Röntgenspektrums eines jeweiligen der Röntgen-Mikroemitter (41, 42) abhängig von der Absorptionseigenschaft eines Bereiches des vorbestimmten Volumenabschnitts, welcher von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter (41, 42) durchleuchtet wird, Aktivieren der Röntgen-Mikroemitter (41, 42) zum Durchleuchten des vorbestimmten Volumenabschnitts, und Erstellen der Multi-Energie-Aufnahme abhängig von von dem Röntgendetektor (2) erfassten Messergebnissen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Röntgenspektrum des jeweiligen Röntgen-Mikroemitters (41, 42) derart eingestellt wird, so dass ein Empfindlichkeitsbereich des Röntgendetektors (2) von einer von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter (41, 42) erzeugten, durch den vorbestimmten Volumenabschnitt hindurch verlaufenden und auf den Röntgendetektor (2) auftreffenden Röntgenstrahlung im Wesentlichen nicht verlassen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionseigenschaft des vorbestimmten Volumenabschnitts abhängig von einem Röntgenbild bestimmbar ist, welches von dem Röntgensystem (10) erstellt ist.
Röntgensystem, welches eine Röntgenemitter-Anordnung (1) mit mehreren Röntgen-Mikroemittern (41, 42), einen Röntgendetektor (2) und eine Steuerung (3) umfasst, wobei das Röntgensystem (10) zum gleichzeitigen Erstellen von zwei Röntgenbildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts ausgestaltet ist, wobei die Steuerung eine erste Menge der Röntgen-Mikroemitter (41) und eine zweite Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) derart aktiviert, dass die Röntgen-Mikroemitter (41) der ersten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben ersten Röntgenspektrum und die Röntgen-Mikroemitter (42) der zweiten Menge jeweils Röntgenstrahlen mit einem selben zweiten Röntgenspektrum abstrahlen, wobei das erste Röntgenspektrum ungleich dem zweiten Röntgenspektrum ist, wobei das Röntgensystem (10) zur Erstellung eines ersten Röntgenbildes ausgestaltet ist, indem von dem Röntgendetektor (2) nur von der ersten Menge der Röntgen-Mikroemitter (41) erfasste Messergebnisse berücksichtigt werden, und wobei das Röntgensystem (10) zur Erstellung eines zweiten Röntgenbildes ausgestaltet ist, indem von dem Röntgendetektor (2) nur von der zweiten Menge der Röntgen-Mikroemitter (42) erfasste Messergebnisse berücksichtigt werden.
Röntgensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgendetektor (2) mehrere Röntgen-Pixel (5) umfasst, dass das Röntgensystem (10) derart ausgestaltet ist, dass bei der Erstellung eines Röntgenbildes jeweils ein Röntgen-Pixel (5) mit jeweils einem Röntgen-Mikroemitter (41, 42) korrespondiert.
Röntgensystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgestaltet ist.
Röntgensystem, welches eine Röntgenemitter-Anordnung (1) mit mehreren Röntgen-Mikroemittern (41, 42), einen Röntgendetektor (2) und eine Steuerung (3) umfasst, wobei das Röntgensystem (10) zum Erstellen einer Multi-Energie-Aufnahme eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts ausgestaltet ist, wobei das Röntgensystem (10) zur Bestimmung einer Absorptionseigenschaft des vorbestimmten Volumenabschnitts ausgestaltet ist, wobei die Steuerung (3) ein individuelles Röntgenspektrum eines jeweiligen der Röntgen-Mikroemitter (41, 42) abhängig von der Absorptionseigenschaft eines Bereiches des vorbestimmten Volumenabschnitts, welcher von dem jeweiligen Röntgen-Mikroemitter (41, 42) durchleuchtet wird, einstellt, wobei die Steuerung (3) die Röntgen-Mikroemitter (41, 42) zum Durchleuchten des vorbestimmten Volumenabschnitts aktiviert, und wobei das Röntgensystem (10) die Multi-Energie-Aufnahme abhängig von von dem Röntgendetektor (2) erfassten Messergebnissen erstellt.
Röntgensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung (3) eines Röntgensystems (10) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung (3) des Röntgensystems (10) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuerung (3) eines Röntgensystems (10) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 durchführen.