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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Röntgenbildes
eines Untersuchungsbereichs mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor
gemäß dem Patentanspruch
1.
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In
der röntgenbasierten
medizinischen Bildgebung werden häufig großflächige zweidimensionale Röntgenaufnahmen
zur Diagnose benötigt,
zum Beispiel ein vollständiges
Bild eines Beins eines Patienten oder einer Wirbelsäule. Übliche Röntgendetektoren
sind für
solche Applikationen deutlich zu klein, da die Größe der Detektorfläche nicht über 43 × 43 Quadratzentimeter
hinausgeht. Um großflächigere
Röntgenbilder
zu erzeugen, müssen
also mehrere Einzelröntgenbilder
erstellt und zusammengefügt
werden.
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Aus
dem Stand der Technik sind zwei Verfahren bekannt, um derartige
großflächige Röntgenbilder
zu erzeugen: Nach einem ersten Verfahren, prinzipiell in
2 gezeigt,
werden mehrere Einzelröntgenbilder
nacheinander aufgenommen, wobei der Röntgendetektor nach jedem Einzelröntgenbild
parallel verschoben und dazu die Röntgenquelle gekippt wird. Nach
dem zweiten Verfahren, prinzipiell in
3 gezeigt,
außerdem
aus der Offenlegungsschrift
DE 102 44 609 A1 bekannt, werden mehrere Einzelröntgenbilder
nacheinander aufgenommen, wobei der Röntgendetektor und die Röntgenquelle nach
jedem Einzelröntgenbild
synchron verschoben werden, so dass ihre Relativposition gleich
bleibt.
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Das
erste Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass unterschiedliche Projektionswinkel
auftreten, während
das zweite Verfahren den Nachteil hat, dass sich zwischen den Nahtstellen
der Einzelröntgenbilder
Abbildungsfehler durch den Parallaxen-Effekt ergeben, wenn die Einzelröntgenbilder
zu einem Röntgenbild
zusammengefügt
werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme
eines Röntgenbildes
eines großen
Untersuchungsbereichs bereitzustellen, welches sowohl die Vermeidung
von Schrägprojektionen
als auch die Vermeidung von Abbildungsfehlern an Nahtstellen von
Einzelröntgenbildern
beim Zusammenfügen
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines Untersuchungsbereichs
mit einer Röntgenquelle
und einem Röntgendetektor
gemäß dem Patentanspruch
1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand
der zugehörigen Unteransprüche 2 bis
9.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Aufnahme eines Röntgenbildes
eines Untersuchungsbereichs mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor,
wobei die Detektorfläche
kleiner ist als der aufzunehmende Untersuchungsbereich, sind folgende
Schritte vorgesehen:
- a. Kontinuierliche Bewegung
der Röntgenquelle bei
unbewegtem Röntgendetektor
parallel zur Detektorfläche
derart, dass ein schlitzförmig
eingeblendetes Röntgenstrahlenbündel scanartig über den
Röntgendetektor
bewegt wird, wobei der jeweils durch das schlitzförmig eingeblendete
Röntgenstrahlenbündel bestrahlte
Bereich kleiner als die Detektorfläche ist,
- b. Auslesen eines Einzelbildes aus dem Röntgendetektor,
- c. Bewegung des Röntgendetektors
parallel zu seiner Detektorfläche
bei unbewegter Röntgenquelle
in eine geänderte
Detektorposition, wobei während
der Bewegung des Röntgendetektors keine
Röntgenstrahlung
auf den Untersuchungsbereich appliziert wird,
- d. Wiederholung der Schritte a bis c mindestens einmal bis der
Untersuchungsbereich vollständig aufgenommen
ist,
- e. Zusammensetzen eines Röntgenbildes
aus den Einzelbildern.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden Schrägprojektionen
dadurch verhindert, dass die Röntgenquelle
kontinuierlich pa rallel zur Detektorfläche bewegt wird und dabei ein
schlitzförmiges
Röntgenstrahlenbündel insbesondere
senkrecht über
den Röntgendetektor
gescannt wird. Dadurch werden die Nachteile von Schrägprojektionen,
z. B. eine verminderte Bildqualität oder zumindest Qualitätsunterschiede
zwischen verschiedenen Bereichen eines Röntgenbildes, vermieden. Durch
das schlitzförmige Röntgenstrahlenbündel wird
außerdem
der Parallaxen-Effekt und die dadurch entstehenden Abbildungsfehler
beim Zusammenfügen
der Einzelröntgenbilder
an den Nahtstellen verhindert. Durch die Bewegung des Röntgendetektors
nach einem vollständigen
Abscannen der Detektorfläche
wird die Gesamtfläche
des Röntgenbildes
jeweils um eine Detektorfläche
erweitert. Es können
beliebig viele Einzelbilder erstellt und auf einfache Weise fehlerfrei aneinander
gefügt
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
besitzt außerdem
den Vorteil, dass ein sehr kleiner Abstand zwischen der Röntgenquelle und
dem Röntgendetektor
gewählt
werden kann ohne dadurch eine Verzerrung des Röntgenbildes zu erhalten.
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Während der
Bewegung des Röntgendetektors
wird keine Röntgenstrahlung
auf den Untersuchungsbereich appliziert. Dies kann einerseits dadurch
erzielt werden, dass die Röntgenquelle
ausgeschaltet wird oder dadurch dass eine Blende den Untersuchungsbereich
vollständig
von der Röntgenstrahlung
abschirmt. Hierdurch wird verhindert, dass der Patient einer unnötig hohen
Strahlungsdosis ausgesetzt wird.
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Vorteilhafterweise
für eine
vollständige
Ausnutzung der Detektorfläche
wird die kontinuierliche Bewegung der Röntgenquelle jeweils derart
ausgeführt,
dass das schlitzförmige
Röntgenstrahlenbündel von
einem Rand der Detektorfläche
zum gegenüberliegenden
Rand, also über
die gesamte Detektorfläche,
bewegt wird.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgen das Auslesen
des jeweiligen Einzelbildes und die Bewegung des Röntgendetektors
in eine geänderte
Detektorposition gleich zeitig, so dass bei Erreichen der geänderten
Detektorposition der Röntgendetektor
bereits wieder belichtet werden kann. Hierdurch kann die gesamte
Aufnahme des Röntgenbildes
Zeit sparend und zügig
durchgeführt
werden.
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Um
ein zusammenhängendes
Röntgenbild zu
erhalten und Lücken
zu vermeiden, wird bei der Bewegung des Röntgendetektors dieser so bewegt, dass
die Detektorfläche
bei der geänderten
Detektorposition und die Detektorfläche bei der jeweils vorherigen
Detektorposition eine zusammenhängende
Fläche
bilden. Um gleichzeitig die gesamte Detektorfläche auszunutzen, wird bei der
Bewegung des Röntgendetektors
dieser um im Wesentlichen eine Detektorlänge bewegt. Andererseits kann
natürlich
auch vorgesehen sein, den Röntgendetektor
um weniger als eine Detektorlänge
zu bewegen, um Überlappungsbereiche
zur einfacheren Zusammenfügung der
Einzelröntgenbilder
zu erhalten.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Blende oder
ein Kollimator zur Formung des schlitzförmigen Röntgenstrahlenbündels verwendet.
Die Blende kann dabei aus mehreren Blendenelementen bestehen.
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Um
Streustrahlung zu vermeiden und das Bild zu verbessern werden während der
Bewegung des schlitzförmigen
Röntgenstrahlenbündels über den
Röntgendetektor
jeweils nicht bestrahlte Bereiche der Detektorfläche inaktiv geschaltet. Eine
zusätzliche
Streustrahlenunterdrückung
kann dadurch erzielt werden dass ein Streustrahlenraster synchron zu
dem schlitzförmigen
Röntgenstrahlenbündel über den
Röntgendetektor
bewegt wird.
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Ein
für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders geeignetes Röntgengerät weist
eine Röntgenquelle
und einen Röntgendetektor,
welche beide parallel zur Detektorfläche des Röntgendetektors bewegbar ansteuerbar
sind, eine Blende zur Formung eines schlitzförmigen Röntgenstrahlenbündels aus
einem von der Röntgenquelle
erzeugten Röntgenstrahl,
eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung von Röntgenbildern
anhand von aufgenommenen Bilddaten, und eine Steue rungseinrichtung
zur Ansteuerung der Röntgenquelle
und des Röntgendetektors
auf.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden
im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher erläutert, ohne
dass dadurch eine Beschränkung
der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele
erfolgt; es zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Aufbaus zur Aufnahme eines normal großen Untersuchungsbereichs nach
dem Stand der Technik;
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2 eine
Ansicht eines Aufnahmeprinzips für
große
Untersuchungsbereiche nach dem Stand der Technik;
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3 eine
Ansicht eines weiteren Aufnahmeprinzips für große Untersuchungsbereiche nach dem
Stand der Technik;
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4 eine
Abfolge der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufnahme
von großen
Untersuchungsbereichen;
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5 eine
Ansicht des Aufnahmeprinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens für große Untersuchungsbereiche;
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6 eine
prinzipielle Ansicht eines Röntgengerätes.
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In
der 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer Röntgenbildaufnahmevorrichtung
nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine Röntgenquelle 10 sendet Röntgenstrahlung
aus, welche durch eine Blende 15 zu einem kegelförmigen Röntgenstrahl 13 geformt wird.
Der Röntgenstrahl 13 durchstrahlt
ein Untersuchungsobjekt 14 und trifft anschließend auf
der röntgensensitiven
Detektorfläche 12 eines
Röntgendetektors 11 auf.
Handelt es sich bei dem Röntgendetektor 11 um
einen digitalen Röntgendetektor,
so muss dieser für
die Aufnahme aktiv ge schaltet sein. Die auftreffende Röntgenstrahlung
wird auf direktem oder indirektem Wege in elektrische Ladungen umgewandelt,
aus dem Röntgendetektor
ausgelesen, als Röntgenbild
gespeichert und kann dann z. B. an einem Monitor dargestellt werden.
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In
der 2 ist, wie bereits beschrieben, ein Verfahren
zur Aufnahme eines großen
Untersuchungsbereichs nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Röntgenquelle 10 befindet
sich bei diesem Verfahren für
alle Aufnahmen von Einzelröntgenbildern
an derselben Stelle, wird jedoch für jedes Einzelröntgenbild
individuell gekippt. In einer ersten Phase I wird ein erstes Einzelröntgenbild
aufgenommen, wobei die Röntgenquelle 10 aus
ihrer Position derart gekippt wird, dass sie die Detektorfläche 12 des
Röntgendetektors 11 vollständig bestrahlt.
Nach dem Auslesen wird in einer zweiten Phase II der Röntgendetektor 11 parallel
zu seiner Detektorfläche verschoben
und dazu die Röntgenquelle
so gekippt, dass sie wiederum die Detektorfläche 12 des Röntgendetektors 11 vollständig bestrahlt.
Auch hier wird ein Einzelröntgenbild
aufgenommen und ausgelesen. Wiederum anschließend wird in einer dritten Phase
III der Röntgendetektor 11 nochmals
verschoben und die Röntgenquelle 10 gekippt.
Es wird ein weiteres Einzelröntgenbild
aufgenommen und ausgelesen. Am Ende des Verfahrens werden die Einzelröntgenbilder
zusammengefügt.
Das Problem dieses bekannten Verfahrens liegt darin, dass, wie zum
Beispiel bei der Phase I und III zu erkennen ist, starke Schrägprojektionen
die Einzelröntgenbilder
teilweise verzerren, insbesondere wenn die Röntgenquelle und der Röntgendetektor
relativ nahe zueinander angeordnet sind.
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In
der 3 ist ein weiteres Verfahren zur Aufnahme eines
großen
Untersuchungsbereichs nach dem Stand der Technik gezeigt. Bei diesem
Verfahren bleibt die Relativposition zwischen der Röntgenquelle 10 und
dem Röntgendetektor 11 für alle Einzelröntgenbilder
gleich. Der Röntgenstrahl 13 der Röntgenquelle 10 bestrahlt
die Detektorfläche 12 vollständig. In
einer ersten Phase I wird ein Einzelröntgenbild aufgenommen und ausgelesen,
anschließend
werden Röntgenquelle 10 und
Röntgendetektor 11 gemeinsam
verschoben, so dass in einer zweiten Phase II ein weiteres Einzelröntgenbilder
aufgenommen und ausgelesen werden kann. Danach wird wiederum das
Aufnahmesystem verschoben um in einer dritten Phase III ein weiteres
Einzelröntgenbild
aufzunehmen und auszulesen. Am Ende des Verfahrens werden die Einzelröntgenbilder
zusammengefügt. Der
Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, dass beim zusammenfügen der
Einzelröntgenbilder an
den Nahtstellen durch den Parallaxen-Effekt Abbildungsfehler entstehen.
Natürlich
können
bei allen Verfahren auch nur zwei oder mehr als drei Einzelröntgenbilder
angefertigt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
vermeidet alle Probleme aus dem Stand der Technik. Die beiden 4 und 5 zeigen
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Aufnahme großer
Untersuchungsbereiche einerseits als Schrittfolge (4)
und andererseits als Aufnahmeprinzip (5). Zuerst
werden Röntgendetektor 11 und
Röntgenquelle 10 in
ihre Ausgangsposition gebracht (Schritt 30), wobei hierfür aus der
Röntgenstrahlung
zum Beispiel mittels einer Blende (nicht gezeigt) ein schlitzförmiges Röntgenstrahlenbündel 16 eingeblendet
wird. Die Röntgenquelle 10 wird
derart positioniert, dass das schlitzförmige Röntgenstrahlenbündel 16 senkrecht
auf die Detektorfläche 12 des
Röntgendetektors 11 auftrifft.
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Um
die gesamte Detektorfläche 12 ausnutzen
zu können,
bietet es sich an, dass das schlitzförmige Röntgenstrahlenbündel 16 mit
dem Rand der Detektorfläche 12 bündig abschließt. Die
Ausgangsposition ist in der 5 mittels
einer durchgezogenen Linie gezeigt. Ausgehend von der Ausgangsposition
wird anschließend
die Röntgenquelle 10 beziehungsweise
das schlitzförmige
Röntgenstrahlenbündel 16 scanartig über die
Detektorfläche 12 des
Röntgendetektors 11 bewegt
(Schritt 31). Diese Bewegung kann zum Beispiel dadurch
erzeugt werden, dass synchron zu der Röntgenquelle 10 die
Blende zur Erzeugung des schlitzförmigen Röntgenstrahlenbündels mitbewegt
wird. Zusätzlich
kann auch ein Streustrahlenraster zur Unter drückung von Streustrahlung synchron
mitbewegt werden. Während
der Bewegung des schlitzförmigen
Röntgenstrahlenbündels über den
Röntgendetektor
können
jeweils nicht bestrahlte Bereiche der Detektorfläche inaktiv geschaltet werden,
um Streustrahlung zu vermeiden. Das schlitzförmige Röntgenstrahlenbündel 16 wird vorteilhafterweise
solange bewegt, bis es bündig
mit dem gegenüberliegenden
Rand der Detektorfläche 12 abschließt. Dann
wird die Bewegung der Röntgenquelle 10 beziehungsweise
des schlitzförmigen
Röntgenstrahlenbündels 16 angehalten.
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Wenn
alle Bereiche der Detektorfläche
bestrahlt worden sind, werden die erzeugten Bilddaten des ersten
Einzelröntgenbildes
aus dem Röntgendetektor 11 ausgelesen
(Schritt 32). Gleichzeitig mit dem Auslesen der Bilddaten
oder nach dem Auslesen wird dann in einem weiteren Schritt der Röntgendetektor 11 parallel
zu seiner Detektorfläche 12 und in
dieselbe Richtung wie zuvor die Röntgenquelle bewegt (Schritt 33),
bis er eine geänderte
Position einnimmt. Die geänderte
Position kann zum Beispiel derart sein, dass der Rand der Detektorfläche 12 in der
ursprünglichen
Position mit dem gegenüberliegenden
Rand der Detektorfläche 12 in
der geänderten
Position bündig
ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Überlapp
der Detektorflächen 12 zustande
kommt, so dass ein späteres
zusammenfügen
der Einzelröntgenbilder
vereinfacht wird.
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Wenn
der Röntgendetektor 11 seine
geänderte
Position eingenommen hat, wird wiederum die bei der Bewegung des
Röntgendetektors
still stehende Röntgenquelle 10 beziehungsweise
das schlitzförmige
Röntgenstrahlenbündel 16 über die
Detektorfläche
gescannt (Schritt 31). Anschließend werden wiederum die Bilddaten
des zweiten Einzelröntgenbildes
ausgelesen. Anschließend
wird überprüft, ob der
gesamte Untersuchungsbereich bzw. das gesamte Untersuchungsobjekt 14 aufgenommen
wurden (Schritt 34). Dies kann sowohl manuell als auch automatisch
erfolgen. Ist das Ende des Untersuchungsbereiches erreicht, so wird
ein Röntgenbild aus
den aufgenommenen Einzel röntgenbildern
zusammengesetzt (Schritt 35). Dies wird z. B. mittels einer
Bildverarbeitungseinrichtung durchgeführt.
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Ist
jedoch das Ende des Untersuchungsbereiches noch nicht erreicht,
so wird wiederum der Röntgendetektor
bei stillstehender Röntgenquelle parallel
zu seiner Detektorfläche
bewegt, bis er eine weitere geänderte
Position innehat. Anschließend wird
wiederum mittels Scannen ein weiteres Einzelröntgenbild aufgenommen und ausgelesen.
Auf diese Art und Weise können
beliebig viele Einzelröntgenbilder
aufgenommen und ausgelesen werden. Diese können anschließend zu
einem großen
Röntgenbild
des Untersuchungsbereichs zusammengefügt werden.
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In
der 6 ist ein Röntgengerät gezeigt, welches
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist. Das Röntgengerät weist
einen Röntgendetektor 11 auf,
welcher an einem Bodenstativ 18 angeordnet ist und mittels
einer Halterung nach oben oder unten bewegt werden kann. Gegenüber dem
Röntgendetektor 11 ist
eine Röntgenquelle 10 an
einem Deckenstativ 17 angeordnet und kann ebenfalls auf
und ab bewegt werden. Zwischen der Röntgenquelle 10 und
dem Röntgendetektor 11 befindet
sich ein Podest 19, auf welchem ein Patient 22 steht.
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Die
Detektorfläche
des Röntgendetektors
ist zu klein um zum Beispiel ein Bein des Patienten 22 durch
ein Einzelröntgenbild
abzubilden. Aus diesem Grund besitzt das Röntgengerät eine Steuerungseinrichtung 20,
welche das erfindungsgemäße Verfahren
ansteuert. Dazu bewegt die Steuerungseinrichtung 20 zuerst
die Röntgenquelle 10 nach
oben, so dass ein schlitzförmiges
Röntgenstrahlenbündel 16 über den
Röntgendetektor 11 gescannt
wird. Anschließend
wird der Röntgendetektor
ebenfalls nach oben in eine geänderte
Position bewegt, in dieser geänderten
Position wird dann wiederum das schlitzförmige Röntgenstrahlenbündel 16 über den
Röntgendetektor
gescannt. Die dadurch erzeugten Einzelröntgenbilder werden anschließend mittels
der Bildverarbeitungseinrichtung 21 zusammengefügt.
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Die
Erfindung dient zur verbesserten Aufnahme von großen Untersuchungsbereichen.
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Als
Untersuchungsbereich wird jeweils derjenige Teil des Untersuchungsobjekts
bezeichnet, welcher zusammenhängend
aufgenommen werden soll.