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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Wertes einer Röhrenspannung einer Röntgenröhre einer Röntgeneinrichtung zur Aufnahme von Röntgenprojektionen bei einer Mehrphasen-Untersuchung eines bestimmten, zu untersuchenden Gewebes eines Patienten zur Erzeugung wenigstens eines Bildes von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung. Die Erfindung betrifft auch eine Röntgeneinrichtung, insbesondere ein Computertomographiegerät, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein das Verfahren umsetzendes Rechenprogramm sowie einen das Rechenprogramm aufweisenden Datenträger.
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In der Medizintechnik ist man bei der Bildgebung mit Röntgenstrahlung, z.B. in der Computertomographie, stets bestrebt, einem Patienten zur Erzeugung eines oder mehrerer Bilder von einem Gewebe des Patienten eine möglichst geringe Dosis an Röntgenstrahlung zu applizieren. Allerdings muss für die Lösbarkeit einer klinischen Fragestellung anhand des oder der erzeugten Bilder auch eine bestimmte Bildqualität erreicht werden, was ein Mindestmaß an Dosis erfordert. Relevante Maße für die Bildqualität sind beispielsweise das Bildrauschen oder der Bildkontrast. Insbesondere der Bildkontrast bestimmter Elemente und Materialien, wie das in der Computertomographie als Kontrastmittel verwendete Jod weist eine verhältnismäßig starke Abhängigkeit vom Spektrum der verwendeten Röntgenstrahlung auf. Bei Verwendung verhältnismäßig niedriger Röhrenspannungen ist das Spektrum der Röntgenstrahlung derart, dass der Bildkontrast von Jod ansteigt. Insofern hängt insbesondere bei der Verwendung von Jod auch die einem Patienten applizierte Dosis an Röntgenstrahlung zur Erzielung einer möglichst hohen Bildqualität vom Spektrum der Röntgenstrahlung ab.
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Bei CT-Angiographien zur Darstellung von blutführenden Gefäßen, bei denen praktisch ausschließlich die Sichtbarkeit von Jod wichtig ist, wird daher durch die Verwendung verhältnismäßig niedriger Röhrenspannungen die einem Patienten applizierte Dosis an Röntgenstrahlung reduziert (vgl. auch M. J. Siegel et al., „Radiation Dose and Image Quality in Pediatric CT: Effect of Technical Factors and Phantom Size and Shape“, Radiology 2004; 233: Seite 515 bis 522).
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In „Automatic selection of tube potential for radiation dose reduction in CT: A general strategy“ stellen L. Yu et al. ein Verfahren zur Auswahl einer für eine bestimmte Untersuchung geeigneten Röhrenspannung im Hinblick auf eine Reduzierung der hierfür einem Patienten zu applizierenden Dosis an Röntgenstrahlung vor, bei dem ein Iod-Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis als Bildqualitätsindex in Verbindung mit einer Rauschbedingung α verwendet wird, um die unterschiedlichen Anforderungen an die Bildqualität für verschiedene Untersuchungen charakterisieren und berücksichtigen zu können. Für verschiedene Untersuchungen stehen verschiedene Rauschbedingungen α zur Anpassung zur Verfügung. Mit der Rauschbedingung soll erreicht werden, dass das absolute Bildrauschen einen gewissen Wert nicht übersteigt. Für eine CT-Agiographie, bei der praktisch ausschließlich das Iod-Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis relevant ist, wird die Rauschbedingung α zwischen 1,5 und 2,0 gewählt. Für Brust-, Rumpf- oder Beckenuntersuchungen mit Kontrastmittel wird die Rauschbedingung α zwischen 1,1 und 1,25 und für Brust-, Rumpf- oder Beckenuntersuchungen ohne Kontrastmittel wird α gleich eins gewählt. Basierend auf einem „relativ dose factor“ (RDF), in den das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis von Jod sowie die Rauschbedingung α eingehen, wird die Röhrenspannung ermittelt, mit der dem Patienten für eine bestimmte Untersuchung die geringste Dosis an Röntgenstrahlung appliziert wird.
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In der Druckschrift
DE 10 2008 034 564 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung von CT Bildern offenbart, bei welchem eine Modulation eines Röhrenstroms derart erfolgt, dass in einem ersten und einem zweiten Zeitfenster zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in den erzeugten Bildern unterschiedliche Werte des Röhrenstroms eingestellt werden.
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Eine besondere Problematik ergibt sich bei einer Mehrphasen-Untersuchung eines bestimmten Gewebes, z.B. der Leber, von der in verschiedenen Phasen oder in verschiedenen Zuständen jeweils wenigstens ein Bild erzeugt wird, um verschiedenartige Läsionen in der Leber zu diagnostischen Zwecken voneinander unterscheiden zu können. Im Falle der Leber werden die verschiedenen Phasen bzw. Zustände durch die Gabe von Kontrastmittel hervorgerufen, welches von den verschiedenartigen Läsionen zeitlich unterschiedlich aufgenommen wird. Die Mehrphasen-Untersuchung der Leber umfasst daher einen sogenannten nativen Scan der Leber ohne Kontrastmittel als erste Phase der Untersuchung, einen Scan der Leber nach der Gabe eines Kontrastmittels in einer zweiten arteriellen Phase der Leber und einen Scan der Leber nach der Gabe eines Kontrastmittels in einer dritten venösen Phase der Leber, in denen jeweils Bilder von der Leber erzeugt werden. Um die zeitliche Veränderung der Aufnahme von Kontrastmittel durch die verschiedenartigen Läsionen beurteilen zu können, ist es erforderlich, dass ein wesentlicher Aufnahmeparameter der Röntgeneinrichtung wie die Röhrenspannung bei allen Scans bzw. bei allen Aufnahmen von Röntgenprojektionen übereinstimmt bzw. dieselbe ist. Diese Forderung ist im Allgemeinen jedoch nicht damit verträglich, dass dem Patienten bei jedem Scan unter Einhaltung einer hohen Bildqualität die minimale Dosis an Röntgenstrahlung appliziert werden soll. Dies liegt daran, dass sich während des nativen Scans und der beiden Scans mit Kontrastmittel, dessen Konzentration in der arteriellen und der venösen Phase in der Leber unterschiedlich ist, das Lebergewebe unterscheidet und dass die vom Benutzer geforderte Bildqualität in den verschiedenen Phasen unterschiedlich sein kann. Deswegen können sich insbesondere unter der notwendigen Beachtung bzw. Einhaltung der technischen Grenzen der Röntgeneinrichtung in Bezug auf die Einstellbarkeit von Aufnahmeparametern, wie der Röhrenspannung, des Röhrenstroms etc., für die drei Phasen unterschiedliche optimale Röhrenspannungen im Hinblick auf die dem Patienten in jedem Scan zu applizierende geringste Dosis an Röntgenstrahlung ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren, eine Röntgeneinrichtung, ein Rechenprogramm und einen Datenträger zur Ermittlung des Wertes einer Röhrenspannung für eine Mehrphasen-Untersuchung derart anzugeben, dass bei Einstellung des Wertes der Röhrenspannung während der Aufnahme von Röntgenprojektionen von einem Patienten in allen Phasen der Mehrphasen-Untersuchung die dem Patienten in Summe applizierte Dosis an Röntgenstrahlung möglichst gering ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, für jede Phase einer Mehrphasen-Untersuchung eines bestimmten, zu untersuchenden Gewebes eines Patienten ein die erwünschte Bildqualität wenigstens eines für diese Phase zu erzeugenden Bildes festlegendes Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis vorzugeben, bei konstant gehaltenem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis, also bei quasi konstanter Bildqualität für verschiedene potentiell, zur Einstellung geeignete Röhrenspannungen den jeweils zugehörigen Röhrenstrom zu ermitteln und für jede potentiell geeignete Röhrenspannung nebst zugehörigem, ermitteltem Röhrenstrom einen Wert Dij mit i ∈ [1,2,...,x] eine in Frage kommende Röhrenspannung j ∈ [I,II,...,y] eine Phase der Mehrphasen-Untersuchung für die dem Patienten bei dieser Parameterkonstellation für die Aufnahme von Röntgenprojektionen zu applizierende Dosis an Röntgenstrahlung zu bestimmen.
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Auf diese Weise liegen für die verschiedenen Phasen der Mehrphasen-Untersuchung die Röhrenspannung, den zugehörigen Röhrenstrom sowie einen Dosiswert D
ij aufweisende Parameterkonstellationen vor, anhand derer diejenige Röhrenspannung für die Mehrphasen-Untersuchung des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes unter Beachtung der technischen Einstellbarkeit der zugehörigen Aufnahmeparameter an der Röntgeneinrichtung ausgewählt werden kann, bei deren Einstellung während der Aufnahme von Röntgenprojektionen von dem Patienten in allen Phasen der Mehrphasen-Untersuchung die dem Patienten in Summe applizierte Dosis an Röntgenstrahlung möglichst gering ist. Es wird also quasi für alle in Frage kommende Röhrenspannungen ein Summendosiswert
mit
- i ∈ [1,2,...,x]
- eine in Frage kommende Röhrenspannung
ermittelt und schließlich die Röhrenspannung unter Beachtung der technischen Einstellbarkeit der zugehörigen Aufnahmeparameter an der Röntgeneinrichtung ausgewählt, deren Summendosiswert am geringsten bzw. möglichst gering ist. Auf diese Weise wird dem Patienten für die Aufnahme der Röntgenprojektionen der Mehrphasen-Untersuchung nicht nur eine möglichst geringe Dosis an Röntgenstrahlung appliziert, sondern es werden durch das für jede Phase konstant gehaltene Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis auch die Voraussetzungen geschaffen, in jeder Phase qualitativ hochwertige Bilder von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe zu erzeugen.
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Nach einer Variante der Erfindung wird für jede Phase zur Festlegung des für jede Phase vorzugebenden und für jede Phase konstant zu haltenden Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses eine Referenzröhrenspannung und ein Referenzröhrenstrom und/oder ein Referenzrauschen des aus für eine Phase aufgenommenen Röntgenprojektionen zu erzeugenden Bildes des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes des Patienten vorgegeben. Die Referenzröhrenspannung und der Referenzröhrenstrom stellen Referenzwerte für die jeweils erwünschte Bildqualität dar, die einen bestimmten Rauschpegel für von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe zu erzeugende Bildern festlegen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Referenzrauschen vorzugsweise in Form eines Referenzrauschpegels für das Bildrauschen direkt vorgegeben werden. Sowohl die Vorgabe einer Referenzröhrenspannung und eines Referenzröhrenstroms als auch eines Referenzrauschpegels kann seitens der Röntgeneinrichtung unterstützt werden, indem diese nach Vorgabe des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes durch den Benutzer aufgrund von Erfahrungswerten zur Auswahl vorgeschlagen werden.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt für jede Phase die Ermittlung des zu jeder potentiell geeigneten Röhrenspannung gehörigen Röhrenstroms bei konstant gehaltenem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis basierend auf der in jeder Phase anderen Abhängigkeit des Kontrastes des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes von dem Wert der Röhrenspannung der Röntgenröhre und basierend auf der in jeder Phase anderen Abhängigkeit des Rauschens von von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe erzeugten Bildern von dem Wert der Röhrenspannung und des Röhrenstroms der Röntgenröhre.
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In Anwendung auf eine Mehrphasen-Untersuchung der Leber bedeutet dies, dass der Kontrast von Lebergewebe ohne Kontrastmittel bzw. Jod, der Kontrast von Kontrastmittel aufweisendem Lebergewebe in der arteriellen Phase und der Kontrast von Kontrastmittel aufweisendem Lebergewebe in der venösen Phase jeweils eine andere Abhängigkeit von der Röhrenspannung bzw. dem Spektrum der Röntgenstrahlung, insbesondere aufgrund der in jeder Phase anderen Konzentration von Jod im Lebergewebe aufweist. Gleiches gilt für das Rauschen. Werden für jede Phase das mittels einer Referenzröhrenspannung und eines Referenzröhrenstroms und/oder eines Referenzrauschpegels vorgegebene Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis konstant gehalten, kann basierend auf den bekannten Abhängigkeiten für alle potentiell einstellbaren geeigneten Röhrenspannungen jeweils der zugehörige Röhrenstrom ermittelt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird für verschiedene zu untersuchende Gewebe von Patienten, z.B. für Lebergewebe, Herzgewebe etc., die in jeder Phase einer Mehrphasen-Untersuchung des Gewebes andere Abhängigkeit des Kontrastes des zu untersuchenden Gewebes von dem Wert der Röhrenspannung der Röntgenröhre für jede Phase in einem Datenspeicher bereitgehalten, dem die jeweilige Abhängigkeit des Kontrastes für die jeweilige Phase entnommen werden kann.
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Die in jeder Phase einer Mehrphasen-Untersuchung andere Abhängigkeit des Kontrastes der verschiedenen, zu untersuchenden Gewebe vom Spektrum der Röntgenstrahlung bzw. von dem Wert der Röhrenspannung einer Röntgenröhre ist vorab mittels Simulationen oder mittels Kalibriermessungen, beispielsweise unter Verwendung entsprechend präparierter Phantome ermittelt worden und in dem erwähnten Datenspeicher bzw. einer Datenbank zum Abruf verfügbar gehalten.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Mehrphasen-Untersuchung des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes manuell an der Röntgeneinrichtung vorgegeben oder einer das bestimmte, zu untersuchende Gewebe aufweisenden elektronischen Krankenakte des Patienten eines Krankenhaus- oder Radiologieinformationssystems entnommen. Da das bestimmte, zu untersuchende Gewebe somit bekannt ist, können die in jeder Phase einer Mehrphasen-Untersuchung des Gewebes anderen Abhängigkeiten des Kontrastes des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes von dem Spektrum der Röntgenstrahlung bzw. von dem Wert der Röhrenspannung der Röntgenröhre dem erwähnten Datenspeicher entnommen werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beruht die Angabe der in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung anderen Abhängigkeit des Kontrastes des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes von dem Wert der Röhrenspannung der Röntgenröhre darauf, dass sich die spektrale Abhängigkeit eines Gewebes als Linearkombination der bekannten spektralen Abhängigkeiten von zwei bekannten anderen chemischen Elementen oder Materialien darstellen lässt, wobei mit Einstellmitteln die Auswahl der Phase des bestimmten, zu untersuchenden Gewebes zwischen den beiden bekannten anderen chemischen Elementen oder Materialien erfolgt. Vorzugsweise umfassen die Einstellmittel einen Schieberegler und eine Untersuchungsarten, Gewebe und/oder Phasen von Gewebe aufweisende Skala. Die Parametrierung des jeweiligen Gewebekontrastes wird dabei auf ein eindimensionales Problem, in Form der Einstellung eines Schiebereglers abgebildet, was sich insbesondere vorteilhaft in einem beispielsweise graphischen Benutzerinterface umsetzen lässt.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste chemische Element Wasser und das zweite chemische Element Jod. Positionen zwischen den Endstellungen Wasser oder Jod repräsentieren Gemische aus Wasser und Jod mit verschiedenen Anteilen, denen gemäß der Skala an bestimmten Stellen jeweils der Kontrast eines bestimmten Gewebes zugeordnet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird für verschiedene, zu untersuchende Gewebe von Patienten die in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung der Gewebe andere Abhängigkeit des Rauschens von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe erzeugten Bildern, von dem Wert der Röhrenspannung und des Röhrenstroms der Röntgenröhre für jede Phase in einem Datenspeicher bereitgehalten, dem die jeweilige Abhängigkeit des Rauschens für die jeweilige Phase entnommen wird. Die jeweilige in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung eines Gewebes andere Abhängigkeit des Rauschens von dem Wert der Röhrenspannung und des Röhrenstroms für das bestimmte, zu untersuchende Gewebe kann vorab wieder durch Computersimulationen oder durch Kalibriermessungen, beispielsweise unter Verwendung entsprechend präparierter Phantome ermittelt worden sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Wert für die dem Patienten zu applizierende Dosis an Röntgenstrahlung der CTDI-Wert („Computertomographie-Dosisindex“) und/oder der DLP-Wert („Dosislängenprodukt“) ermittelt. Der CTDI-Wert gibt in der Computertomographie die Dosis in Milli-Gray (mGy) an, die einem Patienten in einer Aufnahmeschicht appliziert wird. Multipliziert man den CTDI-Wert mit der Länge des Untersuchungsvolumens erhält man den DLP-Wert, d.h. die Dosis an Röntgenstrahlung, die einem Patienten im Zuge eines Scans appliziert wird.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung wird für jede Phase für jede potentiell geeignete Röhrenspannung in Bezug auf die zu der jeweiligen potentiell geeigneten Röhrenspannung gehörigen, einzustellenden weiteren Aufnahmeparameter der Röntgeneinrichtung, wie z.B. dem Röhrenstrom etc. ein Konfliktwert ermittelt, der angibt, ob die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe des Patienten innerhalb der Systemgrenzen der Röntgeneinrichtung mit den weiteren Aufnahmeparametern durchgeführt werden kann. Es wird also jede Konstellation von Aufnahmeparametern auf ihre Einstellbarkeit an der Röntgeneinrichtung bzw. ihre technische Zulässigkeit für die Röntgeneinrichtung überprüft. Damit liegt für jede Parameterkonstellation ein Konfliktwert Kij mit
- i ∈ [1,2,...,x]
- eine in Frage kommende Röhrenspannung
- j ∈ [I,II,...,y]
- eine Phase der Mehrphasen-Untersuchung
vor, der im Prinzip frei definiert werden kann. Für den Konfliktwert könnte beispielsweise eine Skala von null bis zehn festgelegt werden, wobei der Wert null „kein Konflikt“, also problemlos durchführbar, und der Wert zehn „höchster Konflikt“ bzw. undurchführbar bedeuten könnte. Auf dies Weise lassen sich die Parameterkonstellationen klassifizieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird für jede potentiell geeignete, an der Röntgenröhre einzustellende Röhrenspannung basierend auf den für die jeweilige Röhrenspannung für jede Phase ermittelten Konfliktwerten Kij ein globaler Konfliktwert Ki ermittelt, der angibt, ob die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe des Patienten in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung innerhalb der Systemgrenzen der Röntgeneinrichtung mit den weiteren Aufnahmeparametern durchgeführt werden kann.
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Vorzugsweise wird für jeden globalen Konfliktwert Ki die maximal zu erwartende Einbuße an Bildqualität angegeben (Ki: max{KiI, KiII, Kij}).
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus den potentiell geeigneten, einstellbaren Röhrenspannungen schließlich diejenige ausgewählt, die einen globalen Konfliktwert Ki aufweist, wonach die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem bestimmten, zu untersuchenden Gewebe des Patienten in jeder Phase innerhalb der bekannten Systemgrenzen der Röntgeneinrichtung mit den weiteren Aufnahmeparametern ohne Konflikt oder mit dem geringsten globalen Konfliktwert durchgeführt werden kann. Sollte die Mehrphasen-Untersuchung mit einem geringen globalen Konfliktwert durchführbar sein, so würden der oder die den Konflikt verursachenden Aufnahmeparameter auf die innerhalb der Systemgrenzen gerade noch zulässigen Werte begrenzt werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Röntgeneinrichtung, insbesondere ein Computertomographiegerät mit einer Recheneinheit, welche ein eines der vorstehend beschriebenen Verfahren umsetzendes Rechenprogramm umfasst. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Rechenprogramm, welches eines der vorstehend beschriebenen Verfahren umsetzt sowie durch einen Datenträger, der ein solches Rechenprogramm aufweist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein Computertomographiegerät und
- 2 bis 8 das erfindungsgemäße Verfahren betreffende Diagramme.
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In 1 ist ein Computertomographiegerät 1 gezeigt, welches zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist. Das Computertomographiegerät 1 weist eine Patientenliege 2 zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten P auf. Das Computertomographiegerät 1 umfasst ferner eine Gantry 4 mit einem um eine Systemachse 5 drehbar gelagerten Röhren-Detektor-System. Das Röhren-Detektor-System weist einander gegenüberliegend eine Röntgenröhre 6 und eine Röntgendetektoreinheit 7 auf. Im Betrieb geht von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in Richtung der Röntgendetektoreinheit 7 aus, und wird mittels dieser erfasst.
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Die Patientenliege 2 weist einen Liegensockel 9 auf, an dem eine zur eigentlichen Lagerung des Patienten P vorgesehene Patientenlagerungsplatte 10 angeordnet ist. Die Patientenlagerungsplatte 10 ist derart relativ zu dem Liegensockel 9 verstellbar, dass die Patientenlagerungsplatte 10 mit dem Patienten P in die Öffnung 3 der Gantry 4 zur Aufnahme von Röntgenprojektionen von dem Patienten P, z. B. für ein Topogramm oder in einem Spiralscan, eingeführt werden kann. Die rechnerische Verarbeitung der Röntgenprojektionen, beispielsweise die Erzeugung eines Topogramms, eines Schichtbildes oder die Rekonstruktion eines Volumendatensatzes von einer Körperregion bzw. einem Gewebe des Patienten P basierend auf den Röntgenprojektionen erfolgt mit einem schematisch dargestellten Bildrechner 11 des Computertomographiegerätes 1.
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Das Computertomographiegerät 1 weist außerdem eine Recheneinheit 12 auf, mit der Rechenprogramme zur Bedienung und Steuerung des Computertomographiegerätes 1 ausführbar sind und ausgeführt werden. Die Recheneinheit 12 muss dabei nicht als separate Recheneinheit 12 ausgebildet, sondern kann auch in das Computertomographiegerät 1 integriert sein.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung soll mit dem Computertomographiegerät 1 eine Mehrphasen-Untersuchung eines bestimmten Gewebes, vorliegend des Lebergewebes des Patienten P durchgeführt werden. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung umfasst die Mehrphasen-Untersuchung des Lebergewebes drei Phasen bzw. drei Scans, bei denen das Lebergewebe jeweils einen anderen Zustand bzw. eine andere Zusammensetzung aufgrund der Gabe eines Kontrastmittels in Form von Jod aufweist. Der erste Scan ist ein sogenannter nativer Scan der Leber bzw. des Lebergewebes ohne das Vorhandensein von Jod im Lebergewebe, der die erste Phase I der Untersuchung darstellt. Anschließend erfolgt nach der Verabreichung von Jod als Kontrastmittel in einer zweiten arteriellen Phase II des Lebergewebes unter einer relativ hohen Konzentration von Jod im Lebergewebe der zweite Scan des Lebergewebes. Der dritte Scan des Lebergewebes erfolgt in einer dritten venösen Phase III der Leber, in der die Konzentration von Jod im Lebergewebe relativ gering ist. Wie bereits erwähnt, nehmen im Lebergewebe vorhandene, verschiedenartige Läsionen das Jod zeitlich unterschiedlich auf, so dass auf Basis von in den drei Phasen von dem Lebergewebe aufgenommenen Röntgenprojektionen erzeugten Schichtbildern die verschiedenartigen Läsionen diagnostiziert werden können.
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Unter einem Scan wird dabei die Aufnahme von Röntgenprojektionen von dem Lebergewebe aus unterschiedlichen Richtungen mit dem Röhren-Detektor-System verstanden. Unter der Mehrphasen-Untersuchung wird die Erzeugung von Bildern, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung von Schichtbildern des Lebergewebes des Patienten P für die drei Phasen der Untersuchung verstanden, deren Auswertung die Grundlage für die klinische Diagnose bzw. die Lösung einer klinischen Fragestellung bilden. Für die Erzeugung der Schichtbilder für die drei Phasen soll dem Patienten P jeweils unter Einhaltung einer für die klinische Diagnose bzw. die Lösung der klinischen Fragestellung erforderlichen bzw. gewünschten Bildqualität in Summe eine möglichst geringe Dosis an Röntgenstrahlung appliziert werden.
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Die Recheneinheit 12 ist hierzu mit einem Rechenprogramm 13 versehen, mit dem der Wert derjenigen Röhrenspannung der Röntgenröhre 6 ermittelbar ist, bei dessen Einstellung und bei dessen Verwendung während der Aufnahme von Röntgenprojektionen von dem die Leber aufweisenden Körperbereich des Patienten P für bzw. in alle Phasen der Mehrphasen-Untersuchung die dem Patienten P in Summe applizierte Dosis an Röntgenstrahlung möglichst gering ist. Das Rechenprogramm 13 setzt dabei das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Ermittlung der erwähnten Röhrenspannung um, das beispielsweise von einem tragbaren Speichermedium, z.B. von einer CD 14 oder einem Memory Stick, oder von einem Server 15 als Datenträger über ein Netzwerk 16 in die Recheneinheit 12 geladen worden sein kann.
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Über ein nicht gezeigtes graphisches Benutzerinterface der Recheneinheit 12 kann ein Benutzer die Untersuchungsart, also eine Mehrphasen-Untersuchung von Lebergewebe als das bestimmte, zu untersuchende Gewebe eingeben. Die Auswahl bzw. Anwahl einer Mehrphasen-Untersuchung von Lebergewebe kann auch basierend auf einer elektronischen Kranken- oder Patientenakte des Patienten P erfolgen, die beispielsweise über das Netzwerk 16 von einem HIS 17 (Hospital Information System bzw. Krankenhausinformationssystem) oder RIS 17 (Radiology Information System bzw. Radiologieinformationssystem) abgerufen werden kann und der die durchzuführende Mehrphasen-Untersuchung von Lebergewebe zu entnehmen ist.
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Da auf diese Weise die Mehrphasen-Untersuchung von Lebergewebe bekannt ist, können einem Datenspeicher 18 der Recheneinheit 12, die Daten über die in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung andere Abhängigkeit des Bildkontrastes von Lebergewebe von dem Spektrum der Röntgenstrahlung bzw. von der Röhrenspannung entnommen werden. Da die Röhrenspannung ursächlich für das Spektrum von Röntgenstrahlung ist, wird im Folgenden nur noch von der Röhrenspannung gesprochen.
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In dem Diagramm der 2 ist schematisch die Abhängigkeit des Bildkontrastes von Lebergewebe von der Röhrenspannung U für die drei Phasen I, II und III der Mehrphasen-Untersuchung schematisch veranschaulicht, wie sie dem Datenspeicher 18 entnommen werden kann. In der nativen Phase I ist praktisch ausschließlich der Bildkontrast von reinem Lebergewebe relevant. In der zweiten arteriellen Phase II mit einer hohen Konzentration von Jod im Lebergewebe ist praktisch ausschließlich der Bildkontrast von Jod relevant. In der dritten venösen Phase III mit geringer Konzentration von Jod im Lebergewebe liegt die Abhängigkeit des Bildkontrastes über der Röhrenspannung zwischen denen der ersten und zweiten Phase. Die Daten für die Phasen I bis III müssen aber nicht notwendigerweise als Diagramm vorliegen, sondern können auch als Tabelle oder in anderer geeigneter Form in dem Datenspeicher 18 zum Abruf bereit gehalten werden.
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Des Weiteren wird in dem Datenspeicher 18 die für jede Phase I bis III der Mehrphasen-Untersuchung andere Abhängigkeit des Bildrauschens von der Röhrenspannung U und dem Röhrenstrom für die drei Phasen I bis III des Lebergewebes zum Abruf bereitgehalten. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist für jede Phase für verschiedene Röhrenströme jeweils die Abhängigkeit des Rauschens von der Röhrenspannung in Form eines Kurvenverlaufes für Lebergewebe ermittelt worden, d.h. aus den Kurvenverläufen kann für jede Phase ein zu einem bestimmten Rauschpegel und einer bestimmten Röhrenspannung gehörender Röhrenstrom ermittelt werden. Auch diese Daten können in Tabellenform oder in anderer geeigneter Weise in dem Datenspeicher 18 zum Abruf bereit gehalten werden.
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Die in dem Datenspeicher 18 enthaltenen Zusammenhänge zwischen Bildkontrast und Röhrenspannung sowie zwischen Bildrauschen, Röhrenspannung und Röhrenstrom sind für verschiedene Phasen verschiedener Gewebe vorab mittels Computersimulationen oder Kalibriermessungen, beispielsweise unter Verwendung von für das jeweilige Gewebe entsprechend präparierten Phantomen ermittelt worden.
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Alternativ kann die Parametrierung des Bildkontrastes des Lebergewebes für die drei Phasen I bis III auch mit einem Schieberegler des graphischen Benutzerinterface vorgenommen werden, dem eine Untersuchungsarten, Gewebe und/oder Phasen von Gewebe aufweisende Skala zugeordnet ist. Dabei macht man sich zunutze, dass sich die spektrale Abhängigkeit eines Gewebes oder Materials im Allgemeinen als Linearkombination der bekannten spektralen Abhängigkeiten von zwei bekannten anderen chemischen Elementen oder Materialien darstellen lässt. Dies ist möglich, weil die Absorption von Röntgenstrahlung im Wesentlichen immer durch den Photo- und den Comptoneffekt bestimmt wird. Als charakteristische Materialien bzw. chemische Elemente bieten sich Wasser, welches das erste Ende der Skala bildet, und Jod an, welches das zweite Ende der Skala bildet. Positionen zwischen den Endstellungen Wasser oder Jod repräsentieren Gemische aus Wasser und Jod mit verschiedenen Anteilen, denen gemäß der Skala an bestimmten Stellen jeweils der Kontrast eines bestimmten Gewebes bzw. einer bestimmten Gewebezusammensetzung zugeordnet werden kann.
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In weiterer Vorbereitung der Mehrphasen-Untersuchung des Lebergewebes des Patienten P wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung in an sich bekannter Weise mit dem Computertomographiegerät 1 ein Topogramm von dem die Leber aufweisenden Körperbereich des Patienten P aufgenommen.
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Das Scanprotokoll für den nativen Scan des Lebergewebes enthält in der Regel bereits einen Vorschlag für die für den Scan des Lebergewebes einzustellende Röhrenspannung und den Röhrenstrom. Unter Verwendung des Topogramms kann der Benutzer diese ggf. belassen oder im Hinblick auf die erwünschte Bildqualität für die zu erzeugenden Schichtbilder von dem Lebergewebe anpassen. Auf diese Weise wird von dem Benutzer ein Referenzprotokoll mit einer Referenzröhrenspannung und einem Referenzröhrenstrom vorgegeben. Alternativ oder zusätzlich kann als Bildqualitätsparameter auch ein Referenzwert für den Pegel des zulässigen Bildrauschens für die zu erzeugenden Schichtbilder durch den Benutzer vorgegeben werden.
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Zur weiteren Ermittlung der Röhrenspannung wird unter Berücksichtigung der Referenzröhrenspannung und des Referenzröhrenstroms und/oder des Referenzwertes des Bildrauschens das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis für das Lebergewebe konstant gehalten. Die Referenzröhrenspannung und der Referenzröhrenstrom und/oder der Referenzwert des Bildrauschens legen also das konstant zu haltende Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis als Bildqualitätsmerkmal für gleichbleibende Bildqualität bei variierender Röhrenspannung fest. In 3 sind die Referenzröhrenspannung RF und der Referenzrauschpegel RR exemplarisch für die native Phase I eingetragen. In 4 ist das auf die Referenzröhrenspannung RF und den Referenzrauschpegel RR beruhende konstant gehaltene Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis CNR für die native Phase I veranschaulicht. 3 zeigt für das konstant gehaltene Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis CNR für die native Phase I die Abhängigkeit des Rauschens von der Röhrenspannung, die für das konstant gehaltene Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis CNR für die native Phase I aus der zuvor erwähnten, für verschiedene Röhrenströme ermittelten Abhängigkeit des Rauschens von der Röhrenspannung und der Abhängigkeit des Kontrastes von der Röhrenspannung für die native Phase I ermittelt wurde. Die Verläufe für die Phasen II und III bzw. für die zu den Phasen II und III gehörigen Gewebezusammensetzungen entsprechen qualitativ dem in 3 gezeigten Verlauf.
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Für jede der potentiell für den nativen Scan des Lebergewebes in Frage kommenden Röhrenspannungen der Röntgenröhre 6 wird schließlich bei konstant gehaltenem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis für das Lebergewebe jeweils der dazugehörige Röhrenstrom ermittelt. In Abhängigkeit davon, wie sich der Bildkontrast und das Bildrauschen für das Lebergewebe bei verschiedenen Röhrenspannungen ändern, ergibt sich ein anderer Röhrenstrom, damit das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis wie vorgegeben konstant ist.
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Sind die zu den verschiedenen potentiell in Frage kommenden Röhrenspannungen gehörigen Röhrenströme für die native Phase ermittelt, wird für jede potentiell einstellbare Röhrenspannung unter Berücksichtigung des jeweils ermittelten Röhrenstroms jeweils wenigstens ein Wert für die dem Patienten zu applizierende Dosis DiI mit i ∈ [1,2,...,x] an Röntgenstrahlung ermittelt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung wird für jede potentiell in Frage kommenden Röhrenspannung als Dosiswert der CTDI-Wert bzw. der Computertomographie-Dosisindex und der DLP-Wert bzw. das Dosislängenprodukt ermittelt, wobei sich letzterer durch Multiplikation mit der Länge des Untersuchungsvolumens aus dem CTDI-Wert ergibt. In 5 sind die zu den potentiell in Frage kommenden Röhrenspannungen U gehörigen DLP-Werte für die native Phase I über der Röhrenspannung aufgetragen.
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Für die arterielle Phase II und die venöse Phase III werden die zu den potentiell in Frage kommenden Röhrenspannungen U gehörigen DLP-Werte in entsprechender Weise bestimmt, d.h. auch für die arterielle Phase II und die venöse Phase III werden jeweils ausgehend von einer Referenzröhrenspannung und einem Referenzröhrenstrom und/oder einem Referenzwertes des Bildrauschens das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis für das Lebergewebe bei Variation der Röhrenspannung konstant gehalten und basierend auf den zu den verschiedenen Röhrenspannungen gehörigen Röhrenströmen die DLP-Werte bestimmt.
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6 zeigt für die arterielle Phase II den Verlauf der Dosiswerte DiII mit i ∈ [1,2,...,x] über der Röhrenspannung. In entsprechender Weise zeigt 7 für die venöse Phase III den Verlauf der Dosiswerte DiIII mit i ∈ [1,2,...,x] über der Röhrenspannung.
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Für jede in Frage kommende Röhrenspannung wird im Anschluss ein Summendosiswert
mit
- i ∈ [1,2,...,x]
- eine in Frage kommende Röhrenspannung
ermittelt. Des Weiteren wird basierend darauf eine Reihenfolge der potentiell für die Mehrphasen-Untersuchung in Frage kommenden Röhrenspannungen erstellt, wobei mit der Röhrenspannung begonnen wird, der der geringste Summendosiswert zugeordnet ist.
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Da zu jeder Röhrenspannung in jeder Phase weitere Aufnahmeparameter, wie der Röhrenstrom etc. gehören, muss zusätzlich überprüft werden, mit welcher potentiell geeigneten Röhrenspannung nebst zugehöriger weiterer Aufnahmeparameter der Scan mit dem Computertomographiegerät 1 innerhalb der Systemgrenzen des Computertomographiegerätes 1 überhaupt durchgeführt werden kann.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung wird daher für jede potentiell in Frage kommende Röhrenspannung und deren zugehörige weitere Aufnahmeparameter für jede Phase I bis III ein Konfliktwert Kij ermittelt, der angibt, ob die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem Lebergewebe innerhalb der Systemgrenzen des Computertomographiegerätes 1 mit den weiteren Aufnahmeparameter durchgeführt werden kann. Beispielsweise muss geprüft werden, ob der zu einer potentiell in Frage kommenden Röhrenspannung gehörige Röhrenstrom den systemseitig maximal zulässigen Röhrenstrom überschreitet oder ob für die Dauer des Scans die maximal zulässige Röhrenlast überschritten wird. Tritt für eine Parameterkonstellation eine Überschreitung auf, wird in Abhängigkeit vom Umfang der Überschreitung im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein Konfliktwert zwischen null und zehn vergeben, wobei der Wert null „kein Konflikt“, also problemlos durchführbar, und der Wert zehn „höchster Konflikt“ bzw. undurchführbar bedeuten.
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Die für den native Scan bzw. die erste Phase I ermittelten Konfliktwerte KiI mit i ∈ [1,2,...,x] für eine in Frage kommende Röhrenspannung sind zusätzlich in 5 eingetragen. Aus 5 ist erkennbar, dass bei größeren Röhrenspanungen kein Konflikt auftritt, da die Konfliktwerte KiI „null“ sind. In entsprechender Weise sind in 6 für die arterielle oder zweite Phase II die Konfliktwerte KiII mit i ∈ [1,2,...,x] für eine in Frage kommende Röhrenspannung und in 7 für die venöse oder dritte Phase III die Konfliktwerte KiIII mit i ∈ [1,2,...,x] für eine in Frage kommende Röhrenspannung eingetragen.
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Basierend auf den ermittelten Konfliktwerten
Kij wird schließlich für jede potentiell in Frage kommende Röhrenspannung ein globaler Konfliktwert
ermittelt, der angibt, ob die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem Lebergewebe des Patienten in jeder Phase der Mehrphasen-Untersuchung innerhalb der Systemgrenzen der Röntgeneinrichtung mit den weiteren Aufnahmeparametern ohne Konflikt durchgeführt werden kann.
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Vorzugsweise wird für jeden globalen Konfliktwert Ki die maximal zu erwartende Einbuße an Bildqualität angegeben (Ki: max {KiI, KiII,..., Kij}).
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Aus den potentiell geeigneten, einstellbaren Röhrenspannungen wird schließlich diejenige ermittelt bzw. ausgewählt, die einen globalen Konfliktwert Ki aufweist, wonach die Aufnahme der Röntgenprojektionen von dem Lebergewebe des Patienten P in jeder Phase I bis III innerhalb der bekannten Systemgrenzen der Röntgeneinrichtung mit den weiteren Aufnahmeparametern ohne Konflikt oder ggf. mit dem geringsten globalen Konfliktwert durchgeführt werden kann und deren zugeordneter Summendosiswert am geringsten ist. Sollte die Mehrphasen-Untersuchung nur mit einem geringen globalen Konfliktwert durchführbar sein, so würden der oder die den Konflikt verursachenden Aufnahmeparameter auf die innerhalb der Systemgrenzen gerade noch zulässigen Werte begrenzt werden.
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8 veranschaulicht für den Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung die endgültige Ermittlung bzw. Auswahl der einzustellenden Röhrenspannung. In 8 sind die Summendosiswerte Di und die globalen Konfliktwerte Ki über der Röhrenspannung U aufgetragen. Nach 8 wird diejenige Röhrenspannung UA gewählt, die ohne Konflikt bei geringster Summendosis zur Aufnahme der Röntgenprojektionen in den drei Phasen geeignet ist.
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Die Auswahl der Röhrenspannung kann primär aber auch an dem geringsten Summendosiswert orientiert werden, selbst wenn diesem ein globaler Konfliktwert zugeordnet ist, solange die drei Scans ggf. unter Begrenzung einzelner Aufnahmeparameter, beispielsweise unter Begrenzung des maximalen Röhrenstroms durchführbar sind.
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Ist die Röhrenspannung ermittelt, wird die Mehrphasen-Untersuchung bzw. werden die Scans mit der Röhrenspannung durchgeführt.
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Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel von Lebergewebe beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf Lebergewebe beschränkt, sondern kann auch für jedes andere Gewebe durchgeführt werden.