DE102020211547A1 - X-ray imaging method and medical system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs eines Patienten mit einem Röntgengerät, wobei in oder an dem Organ zumindest ein, insbesondere elektromagnetischer, Sensor angeordnet ist, und wobei der, insbesondere elektromagnetische, Sensor einem außerhalb des Patienten befindlichen, insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystem zugeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte: Aufnahme von Bilddaten des von Röntgenstrahlung durchstrahlten Organs mittels des Röntgengerätes, Ermittlung der Position und Orientierung des zumindest einen Sensors aufgrund von Messdaten des insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystems, welche gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilddaten gemessen wurden, Bearbeitung der Bilddaten zur Erstellung eines Röntgenbildes, und Während oder vor der Bearbeitung der Bilddaten Verwendung der ermittelten Position und Orientierung des zumindest einen Sensors zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor erzeugten Metallartefakten.The invention relates to a method for creating an X-ray image of an organ of a patient with an X-ray device, wherein at least one, in particular electromagnetic, sensor is arranged in or on the organ, and wherein the, in particular electromagnetic, sensor is located outside the patient, in particular electromagnetic, Tracking system is assigned, comprising the following steps: Recording of image data of the organ irradiated by X-rays by means of the X-ray device, determination of the position and orientation of the at least one sensor based on measurement data of the tracking system, in particular electromagnetic, which were measured at the same time as the recording of the image data, processing of the image data to create an x-ray image, and during or before the processing of the image data, use of the determined position and orientation of the at least one sensor to correct the image data with regard to Met generated by the sensor universal artifacts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs mit einem Röntgengerät, wobei in oder an dem Organ zumindest ein elektromagnetischer Sensor angeordnet ist, gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein medizinisches System mit einem Röntgengerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to a method for creating an X-ray image of an organ using an X-ray device, with at least one electromagnetic sensor being arranged in or on the organ, according to patent claim 1, and a medical system with an X-ray device for carrying out such a method according to patent claim 7.

Bei chirurgischen Eingriffen, interventionellen Eingriffen mit Kathetern oder in der Strahlentherapie werden kabellose elektromagnetische Sensoren für ein elektromagnetisches Tracking („EM-Tracking“) z.B. von Objekten verwendet. Die elektromagnetischen Sensoren werden im Gewebe des zu behandelnden Organs eines Patienten (bzw. in der Nähe davon) implantiert, um z.B. innerhalb des Organs eingebrachte Objekte wie Katheter oder andere Instrumente zu lokalisieren und/oder Bewegungen und ggf. Deformationen des Organs nachzuverfolgen. Während der Behandlung oder zur Initialisierung des Trackingsystems wird häufig mittels eines Röntgengeräts ein Volumenbild aufgenommen, welches eine möglichst hohe Bildqualität haben soll, um das Organ für die Diagnose und Therapie möglichst exakt darstellen zu können.During surgical procedures, interventional procedures with catheters or in radiation therapy, wireless electromagnetic sensors are used for electromagnetic tracking ("EM tracking"), e.g. of objects. The electromagnetic sensors are implanted in the tissue of a patient's organ to be treated (or in the vicinity thereof) in order, for example, to localize objects introduced inside the organ, such as catheters or other instruments, and/or to track movements and, if necessary, deformations of the organ. During the treatment or to initialize the tracking system, a volume image is often recorded using an X-ray device, which image quality should be as high as possible in order to be able to display the organ as precisely as possible for diagnosis and therapy.

Das Problem mit derartigen implantierten Sensoren ist, dass sie komplex aufgebaut sind und vielfältige Metallartefakte im Röntgenbild erzeugen können. Im Allgemeinen passiert dies gerade im Interessensbereich der Behandlung oder des Eingriffs, z.B. in der Nähe eines Tumors, wo ein sehr guter Weichteilkontrast und exzellente Bildqualität notwendig sind.The problem with such implanted sensors is that they have a complex structure and can produce a variety of metal artifacts in the X-ray image. In general, this happens precisely in the area of interest of the treatment or intervention, e.g. near a tumor, where very good soft tissue contrast and excellent image quality are required.

Um die durch die Sensoren verursachten Metallartefakte zu entfernen, wird im Stand der Technik eine bildbasierte Erkennung der Lage und Orientierung der Sensoren in dem aufgenommenen Röntgenbild z.B. durch Segmentierung durchgeführt. Hier sind jedoch oftmals mehrere Freiheitgrade nicht oder nur ungenau bestimmbar.In order to remove the metal artefacts caused by the sensors, an image-based detection of the position and orientation of the sensors in the recorded x-ray image is carried out in the prior art, e.g. by segmentation. Here, however, several degrees of freedom can often not be determined or can only be determined imprecisely.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs bereitzustellen, welches eine besonders gute Bildqualität ohne Metallartefakte durch Sensoren ermöglicht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes medizinisches System bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide a method for creating an X-ray image of an organ, which allows a particularly good image quality without metal artifacts from sensors; Furthermore, it is the object of the invention to provide a medical system suitable for carrying out the method.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs mit einem Röntgengerät, wobei in oder an dem Organ zumindest ein elektromagnetischer Sensor angeordnet ist, gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem medizinischen System mit einem Röntgengerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The object is achieved according to the invention by a method for creating an X-ray image of an organ with an X-ray device, wherein at least one electromagnetic sensor is arranged in or on the organ, according to patent claim 1 and by a medical system with an X-ray device for carrying out such a method according to Claim 7. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the associated dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs eines Patienten mit einem Röntgengerät, wobei in oder an dem Organ zumindest ein, insbesondere elektromagnetischer, Sensor angeordnet ist, und wobei der, insbesondere elektromagnetische, Sensor einem außerhalb des Patienten befindlichen, insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystem zugeordnet ist, umfasst die folgenden Schritte: Aufnahme von Bilddaten des von Röntgenstrahlung durchstrahlten Organs mittels des Röntgengerätes, Ermittlung der Position und Orientierung des zumindest einen Sensors aufgrund von Messdaten des insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystems, welche gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilddaten gemessen wurden, Bearbeitung der Bilddaten zur Erstellung eines Röntgenbildes, und während oder vor der Bearbeitung der Bilddaten Verwendung der ermittelten Position und Orientierung des Sensors zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor erzeugten Metallartefakten. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei in überraschender Art und Weise aus, dass die eigentlich als Hilfsmittel zur Detektierung eingesetzten Sensoren durch das Trackingsystem auch selbst genau in ihrer Lage getrackt werden können und verwendet das Ergebnis für eine Metallartefaktkorrektur von aufgenommenen Röntgenbilddaten. Da die Sensoren sehr exakt in ihrer Position und Orientierung bestimmt werden können, ist eine besonders präzise Metallartefaktkorrektur möglich, so dass ein Röntgenbild von sehr hoher Bildqualität auch im direkten Umfeld der (elektromagnetischen) Sensoren erzeugt werden kann. Dadurch kann eine verbesserte Diagnose und Therapie erzielt werden und die Patientensicherheit verbessert werden.The method according to the invention for creating an X-ray image of an organ of a patient with an X-ray device, wherein at least one, in particular electromagnetic, sensor is arranged in or on the organ, and wherein the, in particular electromagnetic, sensor is assigned to a, in particular electromagnetic, tracking system located outside of the patient comprises the following steps: Recording of image data of the organ irradiated by X-rays by means of the X-ray device, determination of the position and orientation of the at least one sensor based on measurement data of the tracking system, in particular electromagnetic, which were measured at the same time as the recording of the image data, processing of the image data to create an X-ray image, and during or before processing the image data, using the determined position and orientation of the sensor to correct the image data with regard to metal artifacts generated by the sensor. The method according to the invention makes use of the fact that the sensors actually used as detection aids can also be precisely tracked in their position by the tracking system and uses the result for a metal artifact correction of recorded X-ray image data. Since the position and orientation of the sensors can be determined very precisely, a particularly precise correction of metal artifacts is possible, so that an X-ray image of very high image quality can also be generated in the immediate vicinity of the (electromagnetic) sensors. As a result, improved diagnosis and therapy can be achieved and patient safety can be improved.

Für eine besonders hochqualitative 3D-Bildgebung werden die Bilddaten aus einer Vielzahl von Projektionsrichtungen aufgenommen und es wird ein Röntgen-Volumenbild mittels einer Bildrekonstruktion erstellt. Dabei sind alle möglichen bekannten Verfahren zur Bildrekonstruktion anwendbar.For a particularly high-quality 3D imaging, the image data is recorded from a large number of projection directions and an X-ray volume image is created by means of an image reconstruction. In this case, all possible known methods for image reconstruction can be used.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung liegt zu Beginn des Verfahrens eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem des Röntgengeräts und dem Koordinatensystem des Trackingsystems vor. Dadurch werden alle folgenden Schritte vereinfacht, da eine Bestimmung von Lage und Orientierung von Objekten und Sensoren in einem Koordinatensystem sofort in das andere Koordinatensystem übertragbar ist. Das Verfahren wird dadurch insgesamt vereinfacht und Untersuchungen und Aufnahmen können schneller durchgeführt werden. Die Registrierung kann auch im Laufe des Verfahrens unter Verwendung der aufgenommenen Bilddaten ermittelt werden.According to one embodiment of the invention, at the beginning of the method there is a registration between the coordinate system of the X-ray device and the coordinate system of the tracking system. This simplifies all subsequent steps, since a determination of the position and orientation of objects and sensors in one coordinate system can be immediately transferred to the other coordinate system. This simplifies the process overall and enables examinations and recordings men can be carried out more quickly. The registration can also be determined in the course of the method using the recorded image data.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen Informationen zu dem Sensor vor und werden bei der Korrektur der Metallartefakte verwendet. Hierbei kann es sich z.B. um Informationen zu der Form des Sensors handeln. Es können auch zusätzlich oder alternativ Informationen zu den räumlich aufgelösten, spektralen oder nicht-spektralen Abschwächungseigenschaften und/oder der Materialzusammensetzung und/oder den Streueigenschaften des Sensors vorliegen. So kann z.B. das dreidimensionale Modell des Sensors (z.B. ein 3D-CAD-Modell mit Geometrie, räumlich aufgelösten Abschwächungseigenschaften, ggf. auch spektraler Abschwächung) in einer Speichereinheit gespeichert sein und bei Bedarf abgefragt und zur Ermittlung der Position und Orientierung der Sensoren verwendet werden.According to a further embodiment of the invention, information about the sensor is available and is used in the correction of the metal artifacts. This can be information about the shape of the sensor, for example. Additionally or alternatively, information on the spatially resolved, spectral or non-spectral attenuation properties and/or the material composition and/or the scattering properties of the sensor can also be present. For example, the three-dimensional model of the sensor (e.g. a 3D CAD model with geometry, spatially resolved attenuation properties, possibly also spectral attenuation) can be stored in a memory unit and queried as required and used to determine the position and orientation of the sensors.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden bei der Erstellung des Röntgenbildes Daten des Sensors für eine Bewegungskompensation verwendet. Eine Bewegungskompensation kann sich ebenfalls auf die Daten des Trackingsystems stützten und z.B. mit einer 3D-Bildrekonstruktion verknüpft sein.According to a further embodiment of the invention, data from the sensor are used for movement compensation when the X-ray image is created. A motion compensation can also be based on the data of the tracking system and e.g. linked to a 3D image reconstruction.

Die Erfindung umfasst außerdem ein Medizinisches System zur Durchführung des oben gezeigten erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend ein Röntgengerät mit einer eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor halternden Halterung, mit einer Systemsteuerung und mit einer Bildbearbeitungseinheit zur Bearbeitung und Korrektur von Bilddaten und Erstellung eines Röntgenbildes, und aufweisend ein elektromagnetisches Trackingsystem mit zumindest einem elektromagnetischen Sensor, welcher in oder an einem Organ eines Patienten angeordnet ist, und mit einer Trackingeinheit zur Ermittlung der Position und Lage des Sensors. Außerdem kann eine Speichereinheit zur Speicherung der Form des Sensors vorhanden sein. Insbesondere sind dabei die Halterung als C-Bogen und das Röntgengerät als C-Bogen-Röntgengerät ausgebildet.The invention also includes a medical system for carrying out the method according to the invention shown above, having an X-ray device with a holder holding an X-ray source and an X-ray detector, with a system controller and with an image processing unit for processing and correcting image data and creating an X-ray image, and having an electromagnetic Tracking system with at least one electromagnetic sensor, which is arranged in or on a patient's organ, and with a tracking unit for determining the position and orientation of the sensor. A storage unit for storing the shape of the sensor can also be provided. In particular, the holder is designed as a C-arm and the X-ray device is designed as a C-arm X-ray device.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trackingeinheit an der Halterung, insbesondere an dem Röntgendetektor, angeordnet.According to one embodiment of the invention, the tracking unit is arranged on the holder, in particular on the x-ray detector.

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:

  • 1 eine Abfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Röntgenbildes; und
  • 2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen medizinischen Systems mit einem Röntgengerät und einem Trackingsystem.
The invention and further advantageous configurations according to features of the subclaims are explained in more detail below using exemplary embodiments shown schematically in the drawing, without the invention being restricted to these exemplary embodiments as a result. Show it:
  • 1 a sequence of steps of the method according to the invention for creating an X-ray image; and
  • 2 a view of a medical system according to the invention with an X-ray device and a tracking system.

In der 1 ist eine Abfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei das entsprechende medizinische System zur Durchführung des Verfahrens in der 2 gezeigt ist. Das medizinische System 1 weist dabei ein Röntgengerät 2 sowie ein Trackingsystem auf. Das Röntgengerät 2 weist einen C-Bogen 3 mit einer Röntgenquelle 4 und einem Röntgendetektor 5 auf und ist zur Aufnahme von Röntgenbilddaten eines Organs 8 eines Patienten 7 ausgebildet. Der C-Bogen ist verstellbar ausgebildet, so dass Projektionsbilddaten aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden können. Der C-Bogen 3 ist hierfür in verschiedene Angulationen verstellbar. Das Röntgengerät 2 wird von einer Systemsteuerungseinheit 9 angesteuert. Außerdem ist eine Bearbeitungseinheit 11 vorhanden, welche die Bilddaten bearbeitet, so dass Röntgenbilder entstehen. So kann z.B. aus (2D) Projektionsbilddaten aus einer Vielzahl von verschiedenen Projektionsrichtungen ein (3D) Volumenbild rekonstruiert werden. Es kann sich bei dem Röntgengerät 2 um ein festinstalliertes oder ein mobiles Röntgengerät handeln, z.B. um ein Cone Beam CT, ein Angiographieröntgengerät, ein CT oder ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät. Der Patient ist im Allgemeinen auf einem Patiententisch 13 angeordnet. Im Allgemeinen weist das Röntgengerät 2 noch mindestens eine Speichereinheit 12 sowie eine Anzeigeeinheit und eine Eingabeeinheit (nicht gezeigt) auf.In the 1 a sequence of the steps of the method according to the invention is shown, with the corresponding medical system for carrying out the method in the 2 is shown. The medical system 1 has an x-ray device 2 and a tracking system. The X-ray device 2 has a C-arm 3 with an X-ray source 4 and an X-ray detector 5 and is designed to record X-ray image data of an organ 8 of a patient 7 . The C-arm is designed to be adjustable, so that projection image data can be recorded from different projection directions. For this purpose, the C-arm 3 can be adjusted into different angulations. The X-ray device 2 is controlled by a system control unit 9 . There is also a processing unit 11 which processes the image data so that x-ray images are produced. For example, a (3D) volume image can be reconstructed from (2D) projection image data from a large number of different projection directions. The x-ray device 2 can be a permanently installed or a mobile x-ray device, for example a cone beam CT, an angiography x-ray device, a CT or a mobile C-arm x-ray device. The patient is generally placed on a patient table 13 . In general, the x-ray device 2 also has at least one memory unit 12 and a display unit and an input unit (not shown).

Das medizinische System 1 weist außerdem ein elektromagnetisches Trackingsystem auf, welches die Eigenschaften von Magnetfeldern nutzt, um Objekte im Organ 8 zu lokalisieren. Das Trackingsystem umfasst eine Trackingeinheit 10 und einen oder mehrere (z.B. kabellose) elektromagnetische Sensoren 6. Die elektromagnetischen Sensoren 6 werden in das Gewebe des Organs 8 (z.B. eine Leber oder Niere) eines Patienten (bzw. in der Nähe davon) eingebracht, sie können z.B. von Transpondern gebildet werden. Durch das Trackingsystem können in das Organs 8 eingebrachte Objekte wie Katheter oder andere Instrumente lokalisiert und nachverfolgt werden. Die Trackingeinheit 10 kann dabei neben einer Messeinheit eine Datenverarbeitungseinheit und eine Speichereinheit aufweisen. Derartige elektromagnetische Trackingsysteme z.B. auf der Basis der Magnetischen Ortung oder der Transponderlokalisierung sind aus dem Stand der Technik bekannt (z.B. Artikel „Kabelloses elektromagnetisches Tracking in der Medizin“, A.M. Franz et al., Bildverarbeitung für die Medizin 2014, Informatik aktuell, 2014). Die Trackingeinheit 10 ist an dem Röntgendetektor 5 des Röntgengeräts 2 angeordnet, kann aber auch an einer anderen Position des C-Bogens 3 oder auch außerhalb des Röntgengeräts 2 angeordnet sein. Das Koordinatensystem des Röntgengeräts 2 und das Koordinatensystem des elektromagnetischen Trackingsystems sind insbesondere zueinander räumlich registriert.The medical system 1 also has an electromagnetic tracking system that uses the properties of magnetic fields to localize objects in the organ 8 . The tracking system comprises a tracking unit 10 and one or more (eg wireless) electromagnetic sensors 6. The electromagnetic sensors 6 are introduced into (or in the vicinity of) the tissue of the organ 8 (eg a liver or kidney) of a patient be formed by transponders, for example. Objects introduced into the organ 8, such as catheters or other instruments, can be localized and tracked by the tracking system. The tracking unit 10 can have a data processing unit and a memory unit in addition to a measuring unit. Electromagnetic tracking systems of this type, for example based on magnetic localization or transponder localization, are known from the prior art (e.g. article “Wireless electromagnetic tracking in medicine”, AM Franz et al., Image processing for medicine 2014, Informatik aktuell, 2014). The tracking unit 10 is arranged on the x-ray detector 5 of the x-ray device 2 , but can also be arranged at a different position on the C-arm 3 or also outside of the x-ray device 2 . The coordinate system of the x-ray device 2 and the coordinate system of the electromagnetic tracking system are spatially registered in particular with respect to one another.

Bei dem Verfahren werden in einem ersten Schritt 30 Bilddaten des von Röntgenstrahlung durchstrahlten Organs 8 mit den darin befindlichen Sensoren 6 mittels des Röntgengerätes aufgenommen. Es können z.B. Projektionsbilddaten aus einer Vielzahl von verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden. Im Allgemeinen sind solche Bilddaten durch die metallischen bzw. teilweise metallischen Sensoren voller Artefakte und dadurch von geminderter Bildqualität. Während der Aufnahme der Bilddaten werden gleichzeitig in einem zweiten Schritt 31 Messdaten des (elektromagnetischen) Trackingsystems aufgenommen, insbesondere hinsichtlich der Sensoren 6 selbst. Aus diesen Messdaten kann dann in einem dritten Schritt 32 durch das Trackingsystem die Position und die Orientierung des Sensors oder der Sensoren selbst ermittelt werden. Dafür ist unter anderem auch die genaue Form des Sensors bzw. der Sensoren (z.B. als 3D-CAD-Modell mit Geometrie und/oder räumlich aufgelösten Abschwächungseigenschaften und/oder spektraler Abschwächung) gespeichert und können abgerufen und zur genauen Bestimmung von Position und Orientierung der Sensoren verwendet werden. Auf diese Weise können auch Bewegungen der Sensoren 6 und damit des Objekts 8 während der Aufnahme der Bilddaten ermittelt werden. Die ermittelten Positionen und Orientierungen der Sensoren und eventuelle weitere Informationen zu Bewegungen können dann an die Bearbeitungseinheit 11 des Röntgengeräts weitergeleitet werden. Während oder bevor in einem vierten Schritt 33 die Bilddaten zur Erstellung eines Röntgenbildes in bekannter Weise bearbeitet werden (z.B. durch Rekonstruktion, Streustrahlenkorrektur, Rauschkorrektur, Bewegungskorrektur auf Basis der Daten des Trackingsystems usw.), wird dann in einem fünften Schritt 34 eine Metallartefaktkorrektur der Bilddaten durchgeführt, wobei die ermittelten Positionen und Orientierungen des Sensors oder der Sensoren verwendet werden. Beides kann z.B. durch die Bearbeitungseinheit 11 durchgeführt werden. Durch die exakte Positionsbestimmung ist auch eine besonders exakte Entfernung der Metallartefakte möglich. Hierdurch kann eine verbesserte Bildqualität von insbesondere 3D-Volumenbildern im direkten Umfeld implantierter EM-Tracking Sensoren erzielt werden. Zusätzlich können auch multispektrale Abschwächungseigenschaften der einzelnen Volumenelemente der Sensoren in der Speichereinheit hinterlegt sein, wodurch eine besonders gute Korrektur der Metallartefakte ermöglicht wird. Insbesondere können auch Streueigenschaften der einzelnen Volumenelemente der Sensoren oder der gesamten Sensoren hinterlegt sein, wodurch eine besonders gute Streustrahlenkorrektur im Umfeld der Sensoren ermöglicht wird.In the method, in a first step 30, image data of the organ 8 irradiated by X-rays with the sensors 6 located therein are recorded by means of the X-ray device. For example, projection image data can be recorded from a large number of different projection directions. In general, such image data are full of artifacts due to the metallic or partially metallic sensors and are therefore of reduced image quality. During the recording of the image data, measurement data of the (electromagnetic) tracking system are simultaneously recorded in a second step 31, in particular with regard to the sensors 6 themselves. In a third step 32, the position and orientation of the sensor or sensors can then be determined from these measurement data by the tracking system be determined by yourself. Among other things, the exact form of the sensor or sensors (e.g. as a 3D CAD model with geometry and/or spatially resolved attenuation properties and/or spectral attenuation) is stored for this purpose and can be called up and used to precisely determine the position and orientation of the sensors be used. In this way, movements of the sensors 6 and thus of the object 8 can also be determined during the recording of the image data. The determined positions and orientations of the sensors and any additional information on movements can then be forwarded to the processing unit 11 of the X-ray device. During or before the image data are processed in a known manner to create an X-ray image in a fourth step 33 (e.g. by reconstruction, scattered radiation correction, noise correction, movement correction based on the data of the tracking system, etc.), metal artifacts are then corrected in the image data in a fifth step 34 performed using the determined positions and orientations of the sensor or sensors. Both can be carried out by the processing unit 11, for example. Due to the exact position determination, a particularly exact removal of the metal artefacts is also possible. In this way, an improved image quality of, in particular, 3D volume images in the immediate vicinity of implanted EM tracking sensors can be achieved. In addition, multispectral attenuation properties of the individual volume elements of the sensors can also be stored in the memory unit, as a result of which a particularly good correction of the metal artifacts is made possible. In particular, scattering properties of the individual volume elements of the sensors or of the sensors as a whole can also be stored, as a result of which particularly good scattered radiation correction is made possible in the vicinity of the sensors.

Das Verfahren nutzt in erfinderischer Weise die Erkenntnis, dass nicht nur weitere Objekte, sondern vor allem auch die Sensoren selbst durch das EM-Trackingsystem getrackt werden können und führt auf dieser Basis eine besonders exakte Metallartefaktkorrektur der Röntgenbilddaten hinsichtlich der Sensoren aus. Während bei bekannten lediglich bildbasierten Metallartefaktkorrekturen Informationen aus den artefaktbelasteten Bilddaten gezogen werden müssen, können hier die Informationen aus einer sehr präzisen und zuverlässigen Positionsbestimmung, dem elektromagnetischen Tracking, genommen werden.The method inventively uses the knowledge that not only other objects, but above all the sensors themselves can be tracked by the EM tracking system and, on this basis, performs a particularly precise metal artifact correction of the X-ray image data with regard to the sensors. While with known only image-based metal artifact corrections information has to be drawn from the artifact-laden image data, here the information can be taken from a very precise and reliable position determination, the electromagnetic tracking.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass durch die über das Trackingsystem bekannte 6D- Bewegungstrajektorie der Sensoren die Metallartefakte auch dann korrigiert werden können, wenn die Sensoren sich während der Aufnahme bewegen. Insbesondere können die Metallartefakte der Sensoren auch dann korrigiert werden, falls diese sich relativ zum umgebenden Gewebe während der Aufnahme bewegen bzw. sich das umgebende Gewebe während der Aufnahme deformiert. Bei einer bildbasierten Metallartefaktkorrektur nach dem Stand der Technik ist dies nicht möglich, da die klassische Metallartefaktkorrektur eine Konsistenz der Bilddaten voraussetzt (d.h. keine Bewegungen zwischendrin).A further advantage of the method compared to the prior art is that the metal artifacts can also be corrected by the 6D movement trajectory of the sensors, which is known via the tracking system, if the sensors move during the recording. In particular, the metal artifacts of the sensors can also be corrected if they move relative to the surrounding tissue during the recording or if the surrounding tissue is deformed during the recording. This is not possible with image-based metal artifact correction according to the prior art, since classic metal artifact correction requires consistency of the image data (i.e. no movements in between).

Zusätzlich können im Rahmen des Verfahrens auch Informationen aus Bilddaten verwendet werden, um die Metallartefaktkorrektur noch präziser zu machen.In addition, information from image data can also be used as part of the method in order to make the metal artifact correction even more precise.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor oder die Sensoren erzeugten Metallartefakten zusätzlich mittels eines sogenannten fiberoptic shape sensing Verfahrens gewonnene Informationen verwendet. Über fiberoptic shape sensing kann die Form, Lage und Orientierung eines zumindest teilweise schlecht röntgensichtbaren Objekts (z.B. Katheters) bestimmt werden. Diese Informationen werden bei der Korrektur von durch den Katheter verursachten Bildartefakten verwendet. Das fiberoptic shape sensing Verfahren benutzt optische Fasern, welche in in den Körper eingeführte Objekte (z.B. Katheter, Führungsdrähte usw.) integriert sind. In diese optischen Fasern wird Laserlicht gesendet und dann wird analysiert, wie das Laserlicht zurückreflektiert wird. Aus dem Ergebnis kann die genaue Form des Objekts sowie dessen Bewegung zeitnah rekonstruiert werden. Fiberoptic shape sensing kann beim vorliegenden Verfahren z.B. durchgeführt werden, indem der Sensor oder die Sensoren sich an der Spitze eines oder mehrerer für shape sensing ausgebildeten Führungsdrahts befinden und so die genaue Form und Lage des Sensors oder der Sensoren auch auf diese Weise bestimmt wird. Dies wird bei der Metallartefaktkorrektur dann zusätzlich miteinbezogen.According to a further embodiment of the invention, information obtained by means of a so-called fiber-optic shape sensing method is additionally used to correct the image data with regard to metal artifacts generated by the sensor or the sensors. Fiberoptic shape sensing can be used to determine the shape, position and orientation of an object (eg a catheter) that is at least partially poorly visible by X-rays. This information is used in correcting for image artifacts caused by the catheter. The fiberoptic shape sensing method uses optical fibers which are integrated into objects (e.g. catheters, guide wires, etc.) introduced into the body. Laser light is transmitted into these optical fibers is sent and then it is analyzed how the laser light is reflected back. The exact shape of the object and its movement can be reconstructed promptly from the result. In the present method, fiberoptic shape sensing can be carried out, for example, by the sensor or sensors being located at the tip of one or more guide wires designed for shape sensing and the exact shape and position of the sensor or sensors being determined in this way. This is then additionally included in the metal artifact correction.

Grundsätzlich können mittels fiberoptic shape sensing mit einem Katheter oder Führungsdraht mit entsprechender Ausstattung (z.B. optische Faser) verbundene Objekte oder Instrumente sehr zeitnah detektiert und anschließend im Röntgenbild korrigiert werden. Hierbei können z.B. Metallartefaktkorrekturen, andere Artefaktkorrekturen oder Bewegungskorrekturen durchgeführt werden.In principle, objects or instruments connected to a catheter or guide wire with the appropriate equipment (e.g. optical fiber) can be detected very quickly using fiberoptic shape sensing and then corrected in the X-ray image. Here, for example, metal artifact corrections, other artifact corrections or motion corrections can be carried out.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Bewegungskompensation verknüpft sein, zum Beispiel bei der 3D-Bildrekonstruktion. So können ebenfalls die Daten des Trackingsystems verwendet werden, um die Bewegungen zu orten und mittels dieser Informationen die Bewegungskompensation durchgeführt.In addition, the method according to the invention can be linked to motion compensation, for example in 3D image reconstruction. The data from the tracking system can also be used to locate the movements and the movement compensation can be carried out using this information.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine besonders präzise und hochqualitative Metallartefaktkorrektur ist ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs eines Patienten mit einem Röntgengerät vorgesehen, wobei in oder an dem Organ zumindest ein, insbesondere elektromagnetischer, Sensor angeordnet ist, und wobei der, insbesondere elektromagnetische, Sensor einem außerhalb des Patienten befindlichen, insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystem zugeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte: Aufnahme von Bilddaten des von Röntgenstrahlung durchstrahlten Organs mittels des Röntgengerätes, Ermittlung der Position und Orientierung des zumindest einen Sensors aufgrund von Messdaten des insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystems, welche gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilddaten gemessen wurden, Bearbeitung der Bilddaten zur Erstellung eines Röntgenbildes, und Während oder vor der Bearbeitung der Bilddaten Verwendung der ermittelten Position und Orientierung des zumindest einen Sensors zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor erzeugten MetallartefaktenThe invention can be briefly summarized as follows: For a particularly precise and high-quality correction of metal artifacts, a method is provided for creating an X-ray image of an organ of a patient using an X-ray device, with at least one sensor, in particular an electromagnetic sensor, being arranged in or on the organ, and wherein the, in particular electromagnetic, sensor is assigned to a, in particular electromagnetic, tracking system located outside of the patient, comprising the following steps: Recording of image data of the organ irradiated by X-rays by means of the X-ray device, determination of the position and orientation of the at least one sensor based on measurement data of the in particular electromagnetic tracking systems, which were measured at the same time as the image data was recorded, processing of the image data to create an X-ray image, and use of the determined during or before processing of the image data en position and orientation of the at least one sensor for correcting the image data with regard to metal artifacts generated by the sensor

Claims (9)

Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes eines Organs (8) eines Patienten (13) mit einem Röntgengerät (2), wobei in oder an dem Organ (8) zumindest ein, insbesondere elektromagnetischer, Sensor (6) angeordnet ist, und wobei der, insbesondere elektromagnetische, Sensor (6) einem außerhalb des Patienten (13) befindlichen, insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystem zugeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte: • Aufnahme von Bilddaten des von Röntgenstrahlung durchstrahlten Organs (8) mittels des Röntgengerätes (2), • Ermittlung der Position und Orientierung des zumindest einen Sensors (6) aufgrund von Messdaten des insbesondere elektromagnetischen, Trackingsystems, welche gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilddaten gemessen wurden, • Bearbeitung der Bilddaten zur Erstellung eines Röntgenbildes, und • Während oder vor der Bearbeitung der Bilddaten Verwendung der ermittelten Position und Orientierung des zumindest einen Sensors (6) zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor (6) erzeugten Metallartefakten.Method for creating an X-ray image of an organ (8) of a patient (13) with an X-ray device (2), wherein at least one, in particular electromagnetic, sensor (6) is arranged in or on the organ (8), and wherein the, in particular electromagnetic , Sensor (6) is assigned to a tracking system located outside of the patient (13), in particular an electromagnetic tracking system, comprising the following steps: • Recording of image data of the organ (8) irradiated by X-rays by means of the X-ray device (2), • Determination of the position and orientation of the at least one sensor (6) on the basis of measurement data, in particular the electromagnetic tracking system, which were measured at the same time as the image data were recorded, • Processing of the image data to create an X-ray image, and • During or before the processing of the image data, the determined position and orientation of the at least one sensor (6) is used to correct the image data with regard to metal artifacts generated by the sensor (6). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bilddaten aus einer Vielzahl von Projektionsrichtungen aufgenommen werden und ein Röntgen-Volumenbild mittels einer Bildrekonstruktion erstellt wird.procedure after claim 1 , wherein the image data are recorded from a multiplicity of projection directions and an X-ray volume image is created by means of an image reconstruction. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zu Beginn des Verfahrens eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem des Röntgengeräts (2) und dem Koordinatensystem des Trackingsystems vorliegt.Method according to one of the preceding claims, wherein at the beginning of the method there is a registration between the coordinate system of the X-ray device (2) and the coordinate system of the tracking system. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Informationen zu dem Sensor (6), insbesondere zu dessen Form, vorliegen und bei der Korrektur der Metallartefakte verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein information about the sensor (6), in particular about its shape, is available and is used in the correction of the metal artifacts. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Erstellung des Röntgenbildes Daten des Sensors (6) für eine Bewegungskompensation verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, data from the sensor (6) being used for movement compensation when the X-ray image is created. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Korrektur der Bilddaten hinsichtlich durch den Sensor (6) erzeugten Metallartefakten zusätzlich mittels fiber optic shape sensing gewonnene Informationen verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, in which information obtained by means of fiber optic shape sensing is additionally used to correct the image data with regard to metal artifacts produced by the sensor (6). Medizinisches System (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend ein Röntgengerät (2) mit einer eine Röntgenquelle (4) und einen Röntgendetektor (5) halternden Halterung, mit einer Systemsteuerungseinheit (9) und mit einer Bildbearbeitungseinheit (11) zur Bearbeitung und Korrektur von Bilddaten und Erstellung eines Röntgenbildes, und aufweisend ein, insbesondere elektromagnetisches, Trackingsystem mit zumindest einem, insbesondere elektromagnetischen, Sensor (6), welcher in oder an einem Organ (8) eines Patienten (7) angeordnet ist, und mit einer Trackingeinheit (10) zur Ermittlung der Position und Lage des Sensors (6).Medical system (1) for carrying out a method according to one of Claims 1 until 6 , having an X-ray device (2) with a holder holding an X-ray source (4) and an X-ray detector (5), with a system control unit (9) and with an image processing unit (11) for processing and correcting image data and creating an X-ray image, and having a , In particular electromagnetic tracking system with at least one, in particular electro magnetic sensor (6), which is arranged in or on an organ (8) of a patient (7), and with a tracking unit (10) for determining the position and location of the sensor (6). Medizinisches System nach Anspruch 7, wobei die Halterung als C-Bogen (3) und das Röntgengerät (2) als C-Bogen-Röntgengerät ausgebildet ist.Medical system after claim 7 , wherein the holder is designed as a C-arm (3) and the X-ray device (2) as a C-arm X-ray device. Medizinisches System nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Trackingeinheit (10) an der Halterung, insbesondere an dem Röntgendetektor (5), angeordnet ist.Medical system according to one of the Claims 7 or 8th , wherein the tracking unit (10) is arranged on the holder, in particular on the X-ray detector (5).
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