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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Projektionsbildern
eines zu untersuchenden Objekts, bei dem von einer Röntgenröhre ein Strahlungspuls
in einem Hochenergiebereich und ein Strahlungspuls in einem Niederenergiebereich
während
jeweils zugeordneter Strahlungsfenster eines Röntgendetektors ausgesandt und
von dem Röntgendetektor
erfasst werden, wobei der Strahlungspuls im Hochenergiebereich vor
dem Strahlungspuls im Niederenergiebereich am Ende des dem Strahlungspuls
im Hochenergiebereich zugeordneten Strahlungsfensters durchgeführt wird.
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Ein
derartiges Verfahren ist aus der
DE 101 95 715 T5 bekannt. Bei dem bekannten
Verfahren werden von der Röntgenstrahlungsquelle
zunächst ein
Röntgenpuls
im Niederenergiebereich und dann ein weiterer Röntgenpuls im Hochenergiebereich ausgesandt.
Die von der Röntgenstrahlungsquelle ausgesandte
Strahlung im Hochenergiebereich und im Niederenergiebereich durchdringt
ein zu untersuchendes Objekt und wird von einem Röntgendetektor erfasst,
der jeweils Projektionsbilder vom zu untersuchenden Objekt erzeugt.
Aus den im Hochenergiebereich und im Niederenergiebereich aufgenommenen Projektionsbildern
kann dann von einer dem Röntgendetektor
nachgeschalteten Auswerteeinheit ein Kombinationsbild erstellt werden.
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Da
die durchleuchtete Materie des zu untersuchenden Objekts in Abhängigkeit
von der Energie der durchleuchtenden Röntgenstrahlung ein unterschiedliches
Absorptionsverhalten aufweist, können durch
Kombination der Projektionsbilder Kombinationsbilder erstellt werden,
die die Strukturverteilung eines bestimmten Materials im zu untersuchenden Objekt
wiedergeben. Bei der Aufnahme von zwei Projektionsbildern in unterschiedlichen
Energiebereichen können
beispielsweise Strukturverteilungen von zwei verschiedenen Stoffen
mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften aufgelöst werden.
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Ein
grundlegendes Problem derartiger Verfahren ist, dass der zeitliche
Abstand zwischen dem Strahlungspuls im Niederenergiebereich und
dem Strahlungspuls im Hochenergiebereich nicht zu groß werden
darf, da es ansonsten zu Bewegungsartefakten im Kombinationsbild
kommt.
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Ein
weiteres Problem betrifft Halbleiter-Röntgendetektoren, die immer
in einem bestimmten Modus betrieben werden. Der Modus wird durch
die Zahl der ausgelesenen Detektorelemente, die Auslesefrequenz
und die Dauer des Röntgenfensters
definiert. Unter Röntgenfenster
ist dabei diejenige Zeit zu verstehen, während der der Halbleiter-Röntgendetektor Röntgenstrahlung
erfassen kann. Ein Wechsel des Modus, in dem der Halbleiter-Röntgendetektor
betrieben wird, führt
häufig
kurzfristig zu Umschaltartefakten, die auch als Modeswitch-Artefakte
bezeichnet werden. Außerdem
sind für
jeden Modus des Röntgendetektors
aktuelle Offsetbilder erforderlich, um an den aufgenommenen Projektionsbildern
Offsetkorrekturen ausführen
zu können.
Mit der Anzahl der Moden, in denen der Detektor betrieben wird, steigt
auch die Anzahl der zur Offsetkorrektur notwendigen Offsetbilder.
Der Aufwand für
die Offsetkorrektur wird daher größer.
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Da
bei medizinischen Verfahren ferner mit Bewegungsartefakten zu rechnen
ist, werden die Offsetbilder bei dem bekannten Verfahren im zeitlichen Abstand
zu den Projektionsbildern aufgenommen. Ferner wird auf ein Umschalten
des Modus zwischen der Aufnahme im Hochenergiebereich und der Aufnahme
im Niederenergiebereich verzichtet. Die Dauer der Röntgenfenster
für die
Aufnahme im Hochenergiebereich und die Aufnahme im Niederenergiebereich
ist daher gleich lang.
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Allerdings
wird die Dauer des Strahlungspulses im Hochenergiebereich kleiner
als die Dauer des Strahlungspulses im Niederenergiebereich gewählt. Denn
der Wirkungsquerschnitt der Röntgenquanten mit
Materie fällt
mit zunehmender Energie der Röntgenquanten
ab. Bei gleicher Belichtungszeit erhält der Röntgendetektor durch den Strahlungspuls
im Hochenergiebereich eine größere Detektordosis
als durch den Strahlungspuls im Niederenergiebereich. Aus diesem
Grund wird bei dem bekannten Verfahren die Belichtungszeit für den Strahlungspuls
im Hochenergiebereich kleiner der Belichtungszeit für den Strahlungspuls
im Niederenergiebereich gewählt.
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Um
während
des Strahlungspulses im Niederenergiebereich eine ausreichende Detektordosis zu
erhalten, muss der Röhrenstrom
hoch gewählt werden,
da die Belichtungszeit nicht so lang werden darf, dass die Gefahr
von Bewegungsartefakten unnötig
erhöht
wird.
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Zur
Verringerung des Röhrenstromes
beim Übergang
von den Einstellungen der Röntgenstrahlungsquelle
für den
Strahlungspuls im Niederenergiebereich zu den Einstellungen für den Strahlungspuls im
Hochenergiebereich muss die Glühwendel
der Kathode der Röntgenstrahlungsquelle
abgekühlt werden.
Da dafür
Zeit nötig
ist, kann der Strahlungspuls im Hochenergiebereich nicht unmittelbar
auf den Strahlungspuls im Niederenergiebereich folgen. Außerdem wird
auch Zeit für
das Auslesen der Daten aus dem Röntgendetektor
benötigt.
Das Auslesen der Röntgendetektoren
erfolgt nach dem Schließen des
Röntgenfensters,
sodass auch aus diesem Grund der Strahlungspuls im Hochenergiebereich nicht
unmittelbar auf den Strahlungspuls im Niederenergiebereich folgen
kann.
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Aufgrund
dieser Verzögerung
können
weiterhin Bewegungsartefakte entstehen.
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Aus
der
DE 42 30 974 C1 ist
ferner eine Röntgeneinrichtung
bekannt, die eine Röntgenröhre als
Röntgenstrahlungsquelle
und als Röntgendetektor
einen Röntgenbildverstärker aufweist,
dessen Ausgangsleuchtschirm auf einen CCD-Wandler abgebildet wird.
Der CCD-Wandler wird mithilfe von Synchrontaktpulsen gesteuert.
Mit der Röntgeneinrichtung
lassen sich abwechselnd Bilder in einem Hochenergiebereich und in
einem Niederenergiebereich aufnehmen, wobei der Strahlungspuls im
Hochener giebereich unmittelbar vor einem Synchrontaktimpuls und
der Strahlungspuls im niederen Energiebereich unmittelbar nach dem
Synchrontaktimpuls durchgeführt
werden.
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Aus
der
DE 693 19 403
T2 ist schließlich
eine Röntgeneinrichtung
zur Aufnahme von Hochenergiebildern und Niederenergiebildern bekannt,
bei der die Aufnahmen im Hochenergiebereich und im Niederenergiebereich
unmittelbar aufeinander folgen. Um auch im Niederenergiebereich
eine ausreichende Detektordosis zu erzielen, ist das Zeitintervall
für die Aufnahme
von Röntgenbildern
im Niederenergiebereich länger
gewählt
als das Zeitintervall für
die Aufnahme von Röntgenbildern
im Hochenergiebereich.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Aufnahme von Projektionsbildern in unterschiedlichen
Energiebereichen anzugeben, mit dem Bewegungsartefakte nach Möglichkeit
vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1 gelöst.
In den davon abhängigen
Ansprüchen
2 bis 4 sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
dem Verfahren erfolgt die Aufnahme im Hochenergiebereich vor der
Aufnahme im Niederenergiebereich, was zur Folge hat, dass die Zeit
zwischen den beiden Aufnahmen verkürzt werden kann. Denn in der
Regel kann die Photonenstromdichte innerhalb kürzerer Zeit erhöht als abgesenkt
werden. Unter Photonenstromdichte soll dabei die Anzahl der pro
Zeiteinheit auf eine Flächeneinheit
des Strahlungsdetektors treffenden Photonen verstanden werden. Um
den Zeitabstand zwischen dem Strahlungspuls im Hochenergiebereich
und dem Strahlungspuls im Niederenergiebereich so gering wie möglich zu halten,
wird der Strahlungspuls im Hochenergiebereich am Ende des zugeordneten
Strahlungsfensters durchgeführt.
Durch die zeitliche Abfolge des Strahlungspulses im Hochenergiebereich
und des Strahlungspulses im Niederenergiebereich kann der zeitliche
Abstand zwischen dem Strahlungspuls im Hochenergiebereich und dem
Strahlungspuls im Niederenergiebereich minimiert werden. Dadurch
werden Bewegungsartefakte nach Möglichkeit
unterdrückt.
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Es
werden als Strahlungsquelle eine Röntgenstrahlungsquelle und als
Detektor ein Röntgendetektor
verwendet, wobei erstere eine Röntgenröhre mit
geheizter Kathode umfasst. Insbesondere bei einer Röntgenröhre mit
geheizter Kathode kann die Photonenstromdichte durch Heizen schneller
erhöht als
durch Abkühlen
erniedrigt werden.
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Vorzugsweise
weisen die Strahlungsfenster, die jeweils dem Strahlungspuls im
Hochenergiebereich und im Niederenergiebereich zugeordnet sind, die
gleiche Dauer auf. Dadurch werden Artefakte, die auf das Umschalten
eines Modus zurückgehen,
vermieden.
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Weiterhin
ist die Dauer des Strahlungspulses im Hochenergiebereich bevorzugt
kürzer
als die Dauer des Strahlungspulses im Niederenergiebereich, um die
Strahlungsbelastung des Patienten gering zu halten.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung im Einzelnen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 die
schematische Darstellung einer Röntgenanlage,
mit der sich Röntgenaufnahmen
für die
duale Röntgenabsorptiometrie
durchführen
lassen; und
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2 ein
Zeitdiagramm, in dem die zeitliche Abfolge eines hochenergetischen
und eines niederenergetischen Röntgenpulses
und der zugehörigen Röntgenfenster
dargestellt ist.
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1 zeigt
eine Röntgenanlage 1,
mit der Röntgenaufnahmen
für die
duale Röntgenabsorptiometrie
durchgeführt
werden können.
Die Röntgenanlage 1 umfasst
eine Röntgenröhre 2,
die eine von einem Glühfaden
gebildete Kathode 3 aufweist. Der Glühfaden 3 kann mit
Hilfe eines Heizstromes IH beheizt werden.
Dabei werden von der Kathode 3 Elektronen emittiert, die
mit Hilfe einer Röhrenspannung UR in Richtung einer Anode 4 beschleunigt
werden. Dadurch entsteht ein Elektronenstrahl 5, der in
einem Brennfleck auf die Anode 4 trifft. Die in der Anode 4 abgebremsten
Elektronen erzeugen Röntgenstrahlung 6,
die zur Unterdrückung
des niederenergetischen Teils zunächst einen Vorfilter 7 durchläuft. Bei den
Vorfiltern 7 handelt es sich in der Regel um Kupferplatten,
die in unterschiedlicher Dicke in den Strahlengang der Röntgenstrahlung 6 eingebracht
werden können.
Anschließend
durchdringt die Röntgenstrahlung 6 einen
zu untersuchenden Patienten 8.
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Die
durch den Patienten 8 hindurchgetretene Röntgenstrahlung 6 wird
von einem Röntgendetektor 9 erfasst,
der ein Absorptionsbild des Patienten 8 aufzeichnet. Dabei
wird die Struktur des die Röntgenstrahlung 6 absorbierenden
Materials im Patienten 8 auf den Röntgendetektor 9 projiziert.
Die Absorptionsbilder enthaltenden Röntgenaufnahmen werden daher
auch als Projektionsbilder bezeichnet.
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Bei
dem Röntgendetektor 9 handelt
es sich vorzugsweise um einen Flachbilddetektor oder Flächendetektor
auf Halbleiterbasis, der eine Vielzahl von Detektorelementen aufweist,
mit denen sich ein digitales Röntgenbild
erzeugen lässt.
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Dem
Röntgendetektor 9 ist
eine Auswerteeinheit 10 nachgeschaltet, die eine Linearkombination
der durch Variation der Röhrenspannung
UR in unterschiedlichen Energiebereichen
der Röntgenstrahlung 6 aufgenommenen
Absorptionsbilder bildet. Das durch die Linearkombination der in
unterschiedlichen Energiebereichen aufgenommenen Absorptionsbilder
erzeugte Kombinationsbild wird auf einer Anzeigeeinheit 11 dargestellt.
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Bei
der Linearkombination der Absorptionsbilder kann es sich beispielsweise
um die Bildung einer Differenz handeln, durch die die Knochenstruktur des
Patienten 8 aus dem Kombinationsbild eliminiert wird. Das
auf diese Weise erzeugte Kombinationsbild enthält die Absorptionsstruktur
des Weichteilgewebes, was insbesondere bei Untersuchungen der Lunge
von Vorteil ist.
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Für die Durchführung von
Absorptionsbildern in unterschiedlichen Energiebereichen werden
insbesondere die Röhrenspannung
UR und die Vorfilter 7 variiert.
Für das
Absorptionsbild im Niederenergiebereich kann zum Beispiel eine niedrigere
Röhrenspannung
UR verwendet werden. Außerdem können die Vorfilter 7 eine
geringe Materialstärke
aufweisen, so dass der niederenergetische Teil des von der Röntgenröhre 2 erzeugten
Spektrums nur geringfügig
unterdrückt
wird. Für
die Absorptionsbilder im Hochenergiebereich kann dagegen eine hohe
Röhrenspannung
UR verwendet werden. Außerdem können Vorfilter 7 mit
großer
Materialstärke
verwendet werden, die lediglich den hochenergetischen Teil des von
der Röntgenröhre 2 erzeugten
Röntgenspektrums
passieren lassen.
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Der
Wirkungsgrad der Röntgenröhre 2 steigt in
der Regel linear mit der angelegten Röhrenspannung UR an.
Außerdem
fällt der
Wirkungsquerschnitt der Röntgenquanten
mit Materie mit zunehmender Quantenenergie ab. Demzufolge durchdringen
im Hochenergiebereich mehr Röntgenquanten
den Patienten 8 als im Niederenergiebereich. Bei gleichen Belichtungszeiten
und Röhrenströmen erhält der Röntgendetektor 9 daher
bei einer Röntgenaufnahme
im Hochenergiebereich eine höhere
Detektordosis als bei einer Röntgenaufnahme
im Niederenergiebereich. Der Röhrenstrom
IR muss daher für Niederenergieaufnahmen erhöht werden.
Dabei ist zu beachten, dass der Röhrenstrom IR durch
Heizen leichter erhöht
als erniedrigt werden kann, da ein Heizvorgang aufgrund des in der
Röntgenröhre herrschenden
Vakuums weniger Zeit als ein Abkühlvorgang
benötigt.
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Aus
diesem Grund wird zunächst
ein hochenergetischer Strahlungspuls 12 und dann ein niederenergetischer
Strahlungspuls 13 erzeugt. Durch diese zeitliche Reihenfolge
kann der zeitliche Abstand zwischen dem hochenergetischen Strahlungspuls 12 und
dem niederenergetischen Strahlungspuls 13 minimiert werden,
da der Röhrenstrom
IR für den
niederenergetischen Strahlungspuls 13 rasch erhöht werden
kann.
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Ferner
wird der hochenergetische Strahlungspuls 12 an das Ende
eines zugeordneten Röntgenfensters 14 gelegt.
Auf diese Weise folgt der niederenergetische Strahlungspuls 13,
dem ein Röntgenfenster 15 zugeordnet
ist, unmittelbar auf den hochenergetischen Strahlungspuls 12.
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Um
Artefakte beim Umschalten des Modus, in dem der Röntgendetektor 9 betrieben
wird, zu vermeiden, wird der Röntgendetektor 9 für den hochenergetischen
Strahlungspuls 12 und den niederenergetischen Strahlungspuls 13 im
jeweils gleichen Modus betrieben. Folglich weisen die Röntgenfenster 14 und 15 die
gleiche Dauer auf. Somit ist für
die Offsetkorrektur der im Hochenergiebereich aufgenommenen Röntgenaufnahme
und für
die Offsetkorrektur der im Niederenergiebereich aufgenommenen Röntgenaufnahme
jeweils nur ein Offsetbild notwendig. Dieses Offsetbild kann vor
oder nach den beiden Röntgenaufnahmen
im Hochenergiebereich und Niederenergiebereich aufgenommen werden.
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Der
Vorteil der in 2 dargestellten zeitlichen Anordnung
des hochenergetischen Strahlungspulses 12 sei an folgendem
Zahlenbeispiel näher
erläutert:
Wenn die Dauer der Röntgenfenster 14 und 15 jeweils
80 Millisekunden beträgt
und sich die Auslesezeit zwischen den beiden Röntgenfenstern 14 und 15 auf
ebenfalls 80 Millisekunden beläuft,
so werden insgesamt 240 Millisekunden benötigt, um die Röntgenaufnahme
im Hochenergiebereich und im Niederenergiebereich durchzuführen, wenn
der hochenergetische Strahlungspuls 12 zu Beginn des zugeordneten
Röntgenfensters
durchgeführt
wird. Wenn dagegen der hochenergetische Strahlungspuls 12,
der beispielsweise eine Dauer von 20 Millisekunden aufweist, an
das Ende des zugeordneten Röntgenfensters 14 gelegt
wird, wird für
die Durchführung
der beiden Röntgenaufnahmen
eine Gesamtzeit von 180 Millisekunden benötigt. Die Gesamtzeit kann somit
um 25 Prozent gesenkt werden.