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Die Eigenschaften von Röntgenaufnahmen werden maßgeblich durch das Spektrum bzw. der Energie der Röntgenstrahlung bestimmt, mit der das Aufnahmeobjekt bestrahlt wird. Denn die Fähigkeit verschiedener Materialien Röntgenstrahlung zu streuen und zu absorbieren unterscheidet sich in Abhängigkeit des Spektrums bzw. der Energie der Röntgenstrahlung. Daher ist es möglich durch Bestrahlung eines Aufnahmeobjekts mit verschiedenen Spektren bzw. Energien der Röntgenstrahlung auf die materielle Zusammensetzung des Aufnahmeobjekts zu schließen. Die Bestrahlung eines Aufnahmeobjekts mit verschiedenen Spektren bzw. Energien der Röntgenstrahlung kommt insbesondere in der medizinischen Bildgebung zum Einsatz und wird auch als "dual-energy" (im Folgenden "zwei-Energie") Verfahren bezeichnet. Beispielsweise können durch ein solches Verfahren Knochen oder anderes Gewebe im menschlichen Körper erkannt werden und erweitern die Möglichkeit kontrastmittelgestützte Bilder auszuwerten. Moderne medizinische Geräte wie beispielsweise ein Computertomograph realisieren ein zwei-Energie Verfahren mit nur einer Röntgenröhre als Röntgenquelle. Dabei machen sie in der Regel vom so genannten "kV-Switching" Gebrauch, bei dem die Spannung der Röntgenröhre bis zu mehreren 100 Mal pro Sekunde zwischen zwei Werten umgeschaltet wird, wobei ein Spannungswert jeweils ein bestimmtes Spektrum bzw. eine bestimmte Energie der Röntgenstrahlung bedingt. Bei einer tomographischen Aufnahme wird das "kV-Switching" so ausgeführt, dass sich die Spannung zwischen der Aufnahme zweier Projektionen ändert. Beim "kV-Switching" wird also während einer Rotation der Röntgenröhre eine Vielzahl von Projektionen bei einer ersten Spannung, und eine Vielzahl von Projektionen bei einer zweiten Spannung aufgenommen. Da sich mit der Spannung der Röntgenröhre auch die applizierte Dosis ändert, muss zusätzlich der Strom der Röntgenröhre und/oder die Belichtungszeit pro Röntgenprojektion geregelt werden. Dadurch sind moderne zwei-Energie Verfahren technisch anspruchsvoll.
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Aus
DE 10 2004 051 820 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Mehrfachenergie-Bildern für ein Tomographiegerät bekannt. Das Tomographiegerät weist ein Aufnahmesystem zur Erfassung von Projektionen eines Objektbereichs auf, wobei das Aufnahmesystem einen Röntgenstrahler zur Erzeugung von Röntgenstrahlung durch dessen Spannung, Strom und Belichtungszeit vorgegebener Röntgendosis umfasst. Die Spannung zwischen einem ersten Spannungswert wird zur Erfassung von Hochenergie-Projektionen und einem dazu unterschiedlichen zweiten Spannungswert zur Erfassung von Niedrigenergie-Projektionen wechselseitig verstellt. Weiterhin wird eine weitere Stellgröße zwischen einem ersten, dem ersten Spannungswert zugeordneten Stellwert und einem dazu unterschiedlichen zweiten, dem zweiten Spannungswert zugeordneten Stellwert verstellt. Dabei erfolgt eine Einstellung des ersten Stellwertes in Abhängigkeit von dem ersten Spannungswert und eine Einstellung des zweiten Stellwertes in Abhängigkeit von dem zweiten Spannungswert derart, dass die jeweils erzeugte Röntgenstrahlung eine im Wesentlichen gleiche Röntgendosis aufweist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung die Ermittlung eines Mehrfachenergie-Bildes auf Basis kontrastmittelgestützter Aufnahmen mittels eines Röntgengerätes mit nur einer einzelnen Röntgenquelle auf einfache und zuverlässige Art und Weise zu ermöglichen. Weiterhin soll eine solche Aufnahme nur eine geringe Dosisbelastung für den abgebildeten Bereich mit sich bringen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11, und durch ein Röntgengerät nach Anspruch 12 oder 13.
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Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf eine Vorrichtung gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
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Unter der Aufnahme mit einer bestimmten Energie ist im Sinne der Anmeldung gemeint, dass das Spektrum der Röntgenstrahlung zu der jeweiligen Energie hin verschoben ist. Eine Aufnahme bei "niedriger Energie" bedeutet also, dass die zur Aufnahme emittierten Photonen der Röntgenstrahlung mit höherer Wahrscheinlichkeit eine niedrigere Energie haben als bei einer "hohen Energie". So resultiert beispielsweise eine höhere Spannung einer Röntgenröhre in einer höheren Energie der Röntgenstrahlung.
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Im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann unter einer Aufnahme sowohl die Aufnahme einer einzelnen Röntgenprojektion als auch die Aufnahme eines Röntgenbildes gemeint sein, das aus mehreren Röntgenprojektionen rekonstruiert worden ist. Mit einem Bild ist im Folgenden ein Röntgenbild in Form eines aus einzelnen Röntgenprojektionen rekonstruierten Röntgenbildes gemeint. Insbesondere kann es sich bei einem Bild dabei um räumlich-dreidimensionale Bilder als auch um Schnittbilder handeln. Die Aufnahme eines Bildes umfasst also die Aufnahme mehrerer Röntgenprojektionen.
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Bei einem Mehrfachenergie-Bild handelt es sich um ein Röntgenbild, dass aus Projektionen rekonstruiert worden ist, die bei verschiedenen Spektren bzw. Energien der Röntgenstrahlung aufgenommen worden sind. Damit kann es sich bei einem Mehrfachenergie-Bild auch um ein Bild handeln, dass anhand zweier Bilder ermittelt worden ist, wobei die beiden Bilder jeweils bei verschiedenen Spektren bzw. Energien der Röntgenstrahlung aufgenommen worden sind.
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Weiterhin ist im Folgenden mit einem ersten (bzw. zweiten oder dritten) Bild gemeint, dass dieses Bild innerhalb einer zeitlichen Abfolge von Aufnahmen von Bildern zuerst (bzw. als zweites oder als drittes) aufgenommen wird. Entsprechendes gilt für eine erste (bzw. zweite oder dritte) Aufnahe. Dementsprechend liegt der Zeitpunkt der Aufnahme eines ersten Bildes vor dem Zeitpunkt der Aufnahme eines zweiten Bildes, und der Zeitpunkt der Aufnahme eines zweiten Bildes liegt wiederum vor dem Zeitpunkt der Aufnahme eines dritten Bildes. Es gilt weiterhin, dass mit einem Zeitpunkt ein endlicher Zeitraum gemeint ist. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Zeitpunkt die für die Aufnahme eines Bildes typischen Zeiträume, die im Bereich von Millisekunden bis zu Sekunden liegen.
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Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Ermittlung eines Mehrfachenergie-Bildes mittels eines Röntgengerätes, umfassend eine Röntgenquelle sowie einen Röntgendetektor. Das Verfahren umfasst eine zeitliche Abfolge einzelner Schritte. Zuerst wird ein erstes kontrastmittelgestütztes Bild eines Objektbereiches mit einer ersten Energie aufgenommen. Dann wird ein zweites kontrastmittelgestütztes Bild eines Objektbereiches mit einer zweiten Energie aufgenommen. Nun wird eine dritte Aufnahme eines dritten kontrastmittelgestützten Bildes des Objektbereiches mit der ersten Energie gemacht. Unter Berücksichtigung der zeitlichen Veränderung des Kontrastmittelsignals zwischen dem ersten und dem dritten Bild wird schließlich ein Mehrfachenergie-Bild mittels der drei Aufnahmen ermittelt. Da die Aufnahme der Bilddaten bei verschiedenen Energien in Form sequentieller Aufnahmen des Objektbereichs erfolgt, wird auf ein "kV-Switching" verzichtet, wodurch das Verfahren sehr einfach und zuverlässig implementiert werden kann. Unterschiedliche Kontrastmittelkonzentration zu den jeweiligen Zeitpunkten der verschiedenen Aufnahmen führen bei der Berechnung des Mehrfachenergie-Bildes ohne Korrektur zu Artefakten. Solche Artefakte können dadurch vermieden werden, dass die zeitliche Veränderung des Kontrastmittelsignals zwischen den beiden Aufnahmen bei der ersten Energie berücksichtig wird. Im konkreten Fall von drei zeitlich aufeinander folgenden Aufnahmen werden das erste und das dritte – jeweils bei einer ersten Energie aufgenommene – Bild so miteinander verrechnet, dass ein auf den Zeitpunkt der zweiten Aufnahme abgestimmtes Kontrastmittelsignal bestimmbar ist, wobei dieses Kontrastmittelsignal einer Aufnahme bei einer ersten Energie entspricht.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass es sich bei der Röntgenquelle um eine Röntgenröhre handelt, und dass die erste sowie die zweite Energie durch die Spannung der Röntgenröhre eingestellt werden. Das Röntgenspektrum bzw. die Energie der von der Röntgenröhre emittierten Röntgenstrahlung lässt sich besonders einfach durch die Spannung der Röntgenröhre einstellen, da es einen direkten Zusammenhang zwischen der Spannung einer Röntgenröhre und der Energie der von ihr emittierten Röntgenstrahlung gibt.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass die erste und die zweite Energie mittels eines Filters eingestellt werden, so dass die Energie für eine Aufnahme besonders einfach eingestellt werden kann. Denn ein Filter regelt die Energie der Röntgenstrahlung durch Absorption, so dass keine oder nur eine besonders einfach auszuführende Regelung der Röntgenröhre notwendig ist.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass die erste und die dritte Aufnahme zusammen die gleiche applizierte Dosis aufweisen wie die zweite Aufnahme. Dadurch wird die Qualität der Bildinformationen bei den beiden Energien so weit vergleichbar, so dass eine weitere Bildverarbeitung besonders einfach und robust ausführbar ist. Bei der Qualität der Bildinformationen kann es sich insbesondere um das Signal-zu-Rausch Verhältnis oder die räumliche Auflösung handeln.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass der zeitliche Abstand zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme sowie zwischen der zweiten und der dritten Aufnahme gleich ist.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass die Ermittlung des Mehrfachenergie-Bildes eine Mittlung des ersten sowie des dritten Bildes umfasst. Denn die Mittelung des ersten sowie des dritten Bildes resultiert in einem Bild, das dem zeitlichen Mittelpunkt zwischen dem Zeitpunkt der Aufnahme des ersten sowie des dritten Bildes entspricht. Damit werden das gemittelte Bild und das zweite Bild insofern vergleichbar, dass das Kontrastmittelsignal jeweils einer Aufnahme zum gleichen Zeitpunkt entspricht.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass die Rekonstruktion des Mehrfachenergie-Bildes eine Registrierung der drei Bilder miteinander umfasst, wodurch eine Bewegung des Objektbereich bzw. des Aufnahmeobjekts zwischen oder während der einzelnen Aufnahmen kompensiert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass während der Aufnahmen der Bilder die Intensität der Röntgenstrahlung entsprechend den Röntgen-Absorptionseigenschaften des Aufnahmeobjekts moduliert wird. Eine solche Modulation ist auch als Dosismodulation bekannt. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient, da immer die Intensität appliziert wird, die zum Erreichen einer gewissen Qualität einer Röntgenprojektion notwendig ist.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, dass es sich bei den drei Bildern sowie bei dem Mehrfachenergie-Bild jeweils um aus einzelnen Röntgenprojektionen rekonstruierte räumlich-dreidimensionale Bilder handelt. Dadurch lassen sich die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf räumlich-dreidimensionale Bilder übertragen. Dies ist insbesondere für die medizinische Diagnostik von Bedeutung.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, dass die erste Energie geringer ist als die zweite Energie.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Computer ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Dadurch kann das Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Röntgengerät, umfassend eine Röntgenquelle sowie einen Röntgendetektor, ausgelegt das erfindungsgemäße Verfahren mit den genannten Vorteilen auszuführen.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Röntgengerät, wobei die Röntgenquelle und der Röntgendetektor rotierbar sowie entlang einer Längsachse verfahrbar sind. Dadurch wird es besonders einfach räumlich-dreidimensionale Bilder aufzunehmen sowie eine winkelabhängige Intensitätsmodulation durchzuführen.
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Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Röntgengerät in Form eines Computertomographen,
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2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Röntgengerät 1 in Form eines Computertomographen. Es kann sich bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät 1 beispielsweise auch um ein C-Bogen Gerät zur Rotationsangiographie handeln. Der hier gezeigte Computertomograph verfügt über eine Aufnahmeeinheit, umfassend einen Röntgenemitter 8 sowie einen Röntgendetektor 9. Die Aufnahmeeinheit rotiert während einer Aufnahme um eine Längsachse 5, und der Röntgenemitter 8 emittiert während der Aufnahme einen Röntgenfächer 2. Bei dem Röntgenemitter 8 handelt es sich in dem hier gezeigten Beispiel um eine Röntgenröhre. Bei dem Röntgendetektor 9 handelt es sich in dem hier gezeigten Beispiel um einen Zeilendetektor mit mehreren Zeilen. Der Röntgendetektor 9 kann aber auch als Flachdetektor ausgebildet sein. Der Röntgendetektor 9 ist üblicher Weise als Szintillatorzähler ausgebildet, bei dem die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Szintillators in niederenergetische Photonen im optischen Spektrum konvertiert und anschließend mittels einer Photodiode detektiert werden. Alternativ kann der Röntgendetektor 9 als direkt konvertierender Detektor ausgebildet sein, der die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Halbleitermaterials direkt durch interne Photoanregung unter Ausnutzung des photovoltaischen Prinzips in einen elektrischen Signalstrom umwandelt.
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Bei der Aufnahme eines Bildes liegt der Patient 3, der in dem hier gezeigten Beispiel das Aufnahmeobjekt darstellt, auf einer Patientenliege 6. Die Patientenliege 6 ist so mit einem Liegensockel 4 verbunden ist, dass er die Patientenliege 6 mit dem Patienten 3 trägt. Die Patientenliege 6 ist dazu ausgelegt den Patienten 3 entlang einer Aufnahmerichtung durch die Öffnung 10 der Aufnahmeeinheit zu bewegen. Die Aufnahmerichtung ist in der Regel durch die Längsachse 5 gegeben, um die die Aufnahmeeinheit bei einer Aufnahme rotiert. Allerdings kann die Längsachse 5 auch gegenüber der Aufnahmerichtung, entlang derer der Patient 3 während der Aufnahme bewegt wird, verkippt sein, beispielsweise indem die Aufnahmeeinheit als Teil einer kippbaren Gantry ausgebildet ist.
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Die Ausdehnung des Röntgendetektors 8 entlang der Längsachse 5, der bei einem Zeilendetektor von der Anzahl der Zeilen abhängt, sowie die Größe des aufzunehmenden Objektbereiches bestimmen maßgeblich, wie groß der Vorschub der Patientenliege 6 während der Aufnahme eines Bildes ist. Bei einem besonders ausgedehnten Röntgendetektor 8 und einem im Verhältnis dazu wenig ausgedehnten Objektbereich kann eine Aufnahme ohne Vorschub der Patientenliege 6 möglich sein. Bei dem Objektbereich handelt es sich im medizinischen Kontext typischer Weise um Organe oder Körperbereiche, also beispielsweise um Blutgefäße, das Herz, die Niere oder die Leber.
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Die Röntgenstrahlen des Röntgenfächers 2 werden bei einer Aufnahme durch das Aufnahmeobjekt geschwächt und vom Röntgendetektor 9 detektiert, so dass eine Röntgenprojektion des jeweils aufgenommenen Objektbereiches entsteht. Durch die Rotation der Aufnahmeeinheit werden Röntgenprojektionen aus verschiedenen Richtungen bzw. Winkeln aufgenommen, die zu einem hoch aufgelösten, räumlich dreidimensionalen Bild rekonstruiert werden können. In diesem Sinne handelt es sich auch bei der Aufnahme einzelner Röntgenprojektionen, beispielsweise im Rahmen tomographischer Aufnahmeverfahren, auch um die Aufnahme eines Bildes.
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Der Computer 12 ist mit einer Ausgabeeinheit 11 sowie einer Eingabeeinheit 7 verbunden. Bei der Ausgabeeinheit 11 handelt es sich beispielsweise um einen (oder mehrere) LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm(e). Die Ausgabe auf der Ausgabeeinheit 11 umfasst beispielsweise eine graphische Benutzeroberfläche zur manuellen Eingabe von Patientendaten sowie zur Ansteuerung der einzelnen Einheiten des Röntgengeräts 1 und zur Eingabe und Auswahl von Aufnahmeparametern. Bei der Eingabeeinheit 7 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten Touchscreen oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Computers 12 ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln um das erfindungsgemäße, in 2 näher beschriebene Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm in einem Computer 12 ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels eines Computers 12 die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Der Computer 12 muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium 13 gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor eines lokalen Computers 12 geladen werden kann, der mit dem Röntgengerät 1 direkt verbunden oder als Teil des Röntgengeräts 1 ausgebildet ist.
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2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf die Aufnahme kontrastmittelgestützter Bilder. Als Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel definiert, die die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Körpers bei bildgebenden Verfahren verbessern. So sieht man auf einem Röntgenbild, das ohne Unterstützung von Kontrastmitteln aufgenommen wird, in der Regel keine Blutgefäße. Wenn man beispielsweise eine jodhaltige Lösung als Kontrastmittel injiziert, werfen die Gefäße, in die die Lösung gelangt, Röntgenschatten und machen sie so sichtbar. Üblicherweise werden Kontrastmittel von sogenannten Tracern unterschieden. Hierbei handelt es sich um eine künstliche, oft radioaktiv markierte körpereigene oder körperfremde Substanz, die nach Einbringung in den lebenden Körper am Stoffwechsel teilnimmt und darüber unterschiedlichste Untersuchungen ermöglicht oder erleichtert. Im Rahmen der hier vorliegenden Anmeldung sind unter Kontrastmitteln sowohl konventionelle Kontrastmittel als auch Tracer zu verstehen.
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Die Aufnahme des gleichen Objektbereiches bei unterschiedlichen Energien ermöglicht Rückschlüsse auf die materielle Zusammensetzung des Objektsbereiches zu ziehen. Beispielsweise können unterschiedliche Gewebstypen durch zwei-Energie Verfahren voneinander unterschieden werden. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Kontrastmitteln. So ermöglichen zwei-Energie Verfahren beispielsweise Jod und Knochen zu trennen oder Plaques in Gefäßen und am Herzen zu erkennen. Bei solchen Verfahren wird typischerweise das detektierte Signal, beispielsweise in Einheiten von Hounsfield (HU), bei zwei verschiedenen Aufnahmen mit zwei verschiedenen Energien verglichen.
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Aufnahmen mit verschiedenen Energien können auf verschiedene Arten und Weisen realisiert werden. Aufnahmen mit zwei Röntgenquellen 8 sowie zwei Röntgendetektoren 9 sind aufwendig und teuer. Das schnelle Umschalten zwischen zwei Energien während einer Aufnahme, aus der dann zwei Bilder bei unterschiedlichen Energien rekonstruiert werden können, ist technisch sehr anspruchsvoll.
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Bei einem sequentiellen Aufnahmeverfahren wird der Objektbereich zuerst mit einer Energie vollständig aufgenommen, und dann mit einer zweiten Energie erneut vollständig aufgenommen. Der Vorteil bei einem sequentiellen Aufnahmeverfahren ist die technisch einfache Realisierung. So sind beispielsweise nur eine Röntgenquelle 8 und ein Röntgendetektor 9 bei einem sequentiellen Aufnahmeverfahren mit unterschiedlichen Energien notwendig. Problematisch ist bei herkömmlichen sequentiellen Aufnahmeverfahren kontrastmittelgestützter Bilder mit verschiedenen Energien, dass sich die tatsächliche Kontrastmittelkonzentration und damit das Kontrastmittelsignal zwischen verschiedenen Aufnahmen ändern können. Dadurch können Artefakte bei Ermittlung eines Mehrfachenergie-Bildes entstehen. Dies ist insbesondere relevant, wenn verschiedene Phasen der Kontrastmittelanflutung beobachtet werden sollen. Daher ist es von hoher Relevanz für diagnostische Verfahren, dass keine Artefakte aufgrund von Veränderungen des Kontrastmittelsignals zwischen zwei Aufnahmen entstehen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil sequentieller Aufnahmeverfahren und umgeht gleichzeitig deren Probleme. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht auf besonders einfache sowie zuverlässige Art und Weise ein kontrastmittelgestütztes Mehrfachenergie-Bild zu ermitteln. Das Verfahren umfasst eine zeitliche Abfolge einzelner Schritte. Zuerst wird im Schritt A1 ein erstes kontrastmittelgestütztes Bild eines Objektbereiches mit einer ersten Energie aufgenommen. Dann wird im Schritt A2 ein zweites kontrastmittelgestütztes Bildes Objektbereiches mit einer zweiten Energie aufgenommen. Nun wird im Schritt A3 eine dritte Aufnahme eines dritten kontrastmittelgestützten Bildes des Objektbereiches mit der ersten Energie gemacht. Unter Berücksichtigung der zeitlichen Veränderung des Kontrastmittelsignals zwischen dem ersten und dem dritten Bild wird schließlich im Schritt E ein Mehrfachenergie-Bild mittels der drei Aufnahmen ermittelt. Bei dem Mehrfachenergie-Bild handelt es sich beispielsweise um ein virtuelles Nativbild. Wesentlich ist bei der Erfindung, dass die zeitliche Veränderung des Kontrastmittelsignals zwischen der ersten und der dritten Aufnahme dadurch berücksichtigt wird, dass ein Kontrastmittelsignal bestimmt wird, das einer Aufnahme mit der ersten Energie zum Zeitpunkt der zweiten Aufnahme entspricht. Typischer Weise erfolgt die Bestimmung des Kontrastmittelsignals, das einer Aufnahme mit der ersten Energie zum Zeitpunkt der zweiten Aufnahme entspricht, bildbasiert, also in HU Werten. Damit ist das Kontrastmittelsignal für einen bestimmten Zeitpunkt bei zwei Energien bekannt. Dann können gängige Verfahren zur Berechnung eines zwei-Energie Bildes auf die aufgenommenen Bilder mit dem neu bestimmten Kontrastmittelsignal angewendet werden.
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Bei den Aufnahmen handelt es sich beispielsweise um tomographische Spiralscans, bei denen ein kontinuierlicher Tischvorschub während der Aufnahme einzelner Röntgenprojektionen des Objektbereiches erfolgt. Es kann sich bei den Aufnahmen auch tomographische Axialscans handeln, bei denen Röntgenprojektionenen unter verschiedenen Winkeln ohne Tischvorschub aufgenommen werden. Bei einem Axialscan eines größeren Objektbereiches bewegt sich der Tisch zwischen der Aufnahme eines Satzes von Röntgenprojektionen, wobei aus jedem Satz von Röntgenprojektionen ein räumlich-dreidimensionales Bild rekonstruiert werden kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Röntgenquelle 8 um eine Röntgenröhre, wobei die erste sowie die zweite Energie durch die Spannung der Röntgenröhre eingestellt werden. Das Röntgenspektrum bzw. die Energie der von der Röntgenröhre emittierten Röntgenstrahlung lässt sich besonders einfach durch die Spannung der Röntgenröhre einstellen, da es einen direkten Zusammenhang zwischen der Spannung einer Röntgenröhre und der Energie der von ihr emittierten Röntgenstrahlung gibt. Typische Spannungswerte sind 80 kV für eine niedrigere Energie und 140 kV für eine höhere Energie. Weiterhin kann die Energie auch durch den Strom der Röntgenröhre eingestellt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden die erste und die zweite Energie mittels eines Filters eingestellt, so dass die Energie für eine Aufnahme besonders einfach eingestellt werden kann. Denn ein Filter regelt die Energie der Röntgenstrahlung durch Absorption, so dass keine oder nur eine besonders einfach auszuführende Regelung der Röntgenröhre notwendig ist. Ein solches Filter wird in der Regel direkt nach dem Austritt des Röntgenfächers 2 aus der Röntgenquelle 8 angebracht. Bei einem Computertomographen rotiert ein solches Filter mit der Röntgenquelle 8 als Teil der Aufnahmeeinheit.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die erste und die dritte Aufnahme zusammen die gleiche applizierte Dosis auf wie die zweite Aufnahme. Unter der Dosis wird im Sinne der Erfindung die Energiedosis verstanden, also die Energie der Strahlung, die ein Aufnahmeobjekt pro kg Gewicht absorbiert; für eine so definierte Dosis wird die Einheit Gray verwendet. Da in den drei Aufnahmen jeweils der gleiche Objektbereich bestrahlt wird, kann die applizierte Dosis einfach über den Photonenfluss, also die Anzahl der Photonen in einem bestimmten Energieintervall, geregelt werden. Der Photonenfluss wird wiederum über die Intensität der Röntgenstrahlung sowie die Bestrahlungsdauer geregelt. Durch die gleiche applizierte Dosis wird die Qualität der Bildinformationen bei den beiden Energien so weit vergleichbar, so dass eine weitere Bildverarbeitung besonders einfach und robust ausführbar ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Energie niedriger als die zweite Energie. Da die im Rahmen des Verfahrens applizierte Dosis für die Aufnahmen bei der ersten bzw. zweiten Energie gleich sein soll, und da die Intensität der Röntgenröhre bei der höheren Spannung erhöht ist, ist es sinnvoll den Dosisanteil der niedrigeren Energie auf zwei Aufnahmen aufzuteilen. Die Dosis von zwei Aufnahmen mit niedrigerer Energie kann während nur einer Aufnahme mit höherer Energie sowie mit relativ kurzer Aufnahmedauer appliziert werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der zeitliche Abstand zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme sowie zwischen der zweiten und der dritten Aufnahme gleich. Dadurch lässt sich die zeitliche Veränderung des Kontrastmittelsignals besonders einfach berücksichtigen, nämlich indem das erste sowie das dritte Bild einfach gemittelt werden. Denn die Mittelung des ersten sowie des dritten Bildes resultiert in einem Bild, das dem zeitlichen Mittelpunkt zwischen dem Zeitpunkt der Aufnahme des ersten sowie des dritten Bildes entspricht. Damit werden das gemittelte Bild und das zweite Bild direkt vergleichbar, da sie jeweils einer Aufnahme zum gleichen Zeitpunkt entsprechen. Eine Mittelung heißt konkret, dass die HU Werte zweier zueinander gehöriger Bildelemente, beispielsweise Pixel oder Voxel, in dem ersten sowie in dem dritten Bild gemittelt werden. Grundsätzlich kann die Operation der Mittelung auch noch weitere Informationen, z.B. die HU Werte benachbarter Bildelemente, berücksichtigen.
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Das Kontrastmittelsignal, das einer Aufnahme mit der ersten Energie zum Zeitpunkt der zweiten Aufnahme entspricht, kann auch durch das Anpassen der Kontrastmittelsignale in der ersten sowie der dritten Aufnahme an eine Funktion bestimmt werden. Eine solche Funktion kann aufgrund früherer Messungen oder anhand von Modellen über die Entwicklung des Kontrastmittelsignals in einem bestimmten Gewebe ausgewählt werden. Beispielsweise kann es sich um eine Exponential- oder Polynomialfunktion handeln. Durch eine solche Anpassung bereits gemessener Kontrastmittelwerte an eine Funktion können auch nicht-lineare Entwicklungen des Kontrastmittelsignals berücksichtigt werden. Dadurch steht der Erfindung ein breiterer Anwendungsbereich zur Verfügung. Die Anpassung des Kontrastmittelsignals erfolgt typischerweise auch auf der ebene einzelner Bildelemente wie Pixel oder Voxel.
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Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Registrierung der drei aufgenommenen Bilder miteinander, wodurch eine Bewegung des Objektbereich bzw. des Aufnahmeobjekts zwischen oder während der einzelnen Aufnahmen kompensiert werden kann. Die Registrierung kann sowohl rigid als auch nicht-rigid erfolgen. Ausgangsbild für eine Registrierung kann dabei jedes der aufgenommenen Bilder sein, d.h. es können beispielsweise das erste und da zweite Bild jeweils mit dem dritten Bild registriert werden, oder es werden das erste und das dritte Bild jeweils mit dem zweiten Bild registriert. Ein Bild, das aus dem ersten und dem dritten Bild entstanden ist – beispielsweise durch Mittelung nach Registrierung des ersten mit dem dritten Bild –, kann ebenfalls mit dem zweiten Bild registriert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Intensität der Röntgenstrahlung in Abhängigkeit der Röntgen- Absorptionseigenschaften des Aufnahmeobjekts moduliert. Eine solche Intensitäts- oder Dosismodulation erfolgt insbesondere bei tomographischen Aufnahmen, da sich die Röntgen-Absorptionseigenschaften des Objektbereiches in Abhängigkeit des Bestrahlungswinkels ändern. In anderen Worten kann der gleiche Objektbereich bei Aufnahmen unter verschiedenen Bestrahlungswinkeln eine unterschiedlich starke Röntgenabsorption aufweisen. Beispielsweise absorbiert der männliche Brustkorb einer schlanken männlichen Person in der Regel mehr Röntgenstrahlung bei einer lateralen Bestrahlung als bei einer dorsal-ventralen Bestrahlung. Daher muss eine höhere Intensität bzw. Dosis bei der Aufnahme einer lateralen Röntgenprojektion als bei der Aufnahme einer dorsal-ventralen Röntgenprojektion appliziert werden. Die Intensitätsmodulation reduziert bei gleichbleibender Bildqualität die applizierte Dosis bzw. verbessert die Intensitätsmodulation die Bildqualität bei gleichbleibender applizierter Dosis.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004051820 A1 [0002]
