DE102004015540B4

DE102004015540B4 - Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE102004015540B4
Application number: DE102004015540A
Authority: DE
Inventors: Franz Atzinger; Peter Scheuering
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015540A1; US20050232397A1; US7114849B2

Abstract

Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung mit einer Strahlungsquelle und einem digitalen Strahlungsempfänger, die zur Positionierung bezüglich eines Patienten bewegbar sind, und mit einer Steuerungseinrichtung zur Bewegungssteuerung und zur Erzeugung eines ausgebbaren Strahlungsbilds, dadurch gekennzeichnet, dass über eine an der Strahlungsquelle (2) vorgesehene licht-optische Markierungseinrichtung (14), die einen einstellbaren Lichtkegel (15) emittiert, mittels des Lichtkegels die Höhe (h1–h2) des gesamten aufzunehmenden Patientenbereichs am Patienten (P) markierbar und die Steuerungseinrichtung (10) zur automatischen Bestimmung der erforderlichen Anzahl und Höhe der aufzunehmenden Strahlungsbilder und der Aufnahmepositionen der Strahlungsquelle (2) und des Strahlungsempfängers (3) in Abhängigkeit der definierten Patientenbereichshöhe unter Berücksichtigung der Einstellparameter der Markierungseinrichtung (14) oder einer diese enthaltenden Tiefenblende (13) ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung (10) die Höhe der einzelnen Strahlungsbilder so bestimmt, dass die Strahlungsbilder gleich hoch sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der modernen röntgengestützten Diagnostik kommt es immer häufiger vor, große Untersuchungsbereiche wie beispielsweise die komplette Wirbelsäule oder den Beinbereich zur Diagnose von Knochenstellungen zu untersuchen. Hierbei wird der Patient stehend (oder bei Patienten, die dies nicht können, liegend) mit der Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung, also einer üblichen Röntgeneinrichtung umfassend eine Röntgenröhre und einen Röntgenstrahlungsempfänger, abgetastet. Der Empfänger weist in der Regel eine 40 × 120 cm große Filmkassette auf, sofern diese Größe ausreichend ist, den gesamten Untersuchungsbereich abzubilden. Alternativ ist es bekannt, unter Verwendung kleinerer Filmkassetten mehrere Speicherfolienbilder, die den Untersuchungsbereich abbilden, aufzunehmen und diese anschließend zusammenzukleben, so dass sich ein Gesamtbild ergibt. Diese Vorgehensweise ist umständlich und kompliziert, im Übrigen bedarf die Speicherfolie der nachfolgenden Entwicklung, was relativ lange Zeit in Anspruch nimmt, so dass die Diagnose nicht zeitnah erfolgen kann.

Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 102 44 609 A1 ist bekannt, zur Bildaufnahme einen digitalen Strahlungsempfänger, also einen bekannten Halbleiter-Flachdetektor zu verwenden, und diesen zusammen mit der Strahlungsquelle bezüglich des Patienten zu verfahren und in unterschiedlichen Aufnahmepositionen Strahlungsbilder aufzunehmen, die anschließend seitens der Steuerungseinrichtung zu einem Gesamtbild miteinander verknüpft werden.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 197 35 112 A1 offenbart ein Verfahren zur Erstellung frei programmierbarer Röntgenaufnahmen von Körperteilen eines Patienten in Slot-Technik.

Dabei wird der interessierende Aufnahmebereich zunächst durch einen Scan-Vorgang bei abgeschaltetem Strahler festgelegt, indem die beiden Lichtzeiger eines Lichtvisiers bewegt werden, wobei Start- und Stopppunkt des interessierenden Bereiches durch Setzen solcher Markierungspunkte bestimmt werden können. Eine Steuereinrichtung greift auf diese Einstellung der Scan-Wege zurück und bestimmt auch die Blendenöffnung. Die resultierenden Teilbilder unterscheiden sich in der Regel in Höhe und Breite.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine in ihrer Bedienung einfach konzipierte Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung anzugeben, die es dem Anwender sehr einfach ermöglicht, den aufzunehmenden Untersuchungsbereich zu definieren, insbesondere wenn dieser größer als die Höhe der aktiven Fläche des digitalen Strahlungsempfängers ist.

Das Problem wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Strahlungsbildaufnahme bietet eine sehr einfache Möglichkeit, die Einrichtung zur Bildaufnahme einzurichten und den aufzunehmenden Patientenbereich zu definieren. Man bedient sich einer licht-optischen Markierungseinrichtung, z. B. in Form eines Licht- oder Laservisiers, das zweckmäßigerweise in der Tiefenblende der Strahlungsquelle integriert ist, um auf dem Patienten, der unmittelbar benachbart zum digitalen Strahlungsempfänger steht, eine Markierung licht-optisch abzubilden, ihn also zu beleuchten, um hierüber die Höhe des Untersuchungsbereichs zu definieren. Anhand der hierüber definierten Höhe bzw. der Einstellparameter der Markierungseinrichtung ist nun die Steuerungseinrichtung, die die geometrischen Verhältnisse, insbesondere auch den Abstand zwischen Strahlungsquelle bzw. Position der Markierungseinrichtung und dem Strahlungsempfänger kennt, in der Lage, den sich in der Ebene des Strahlungsempfängers ergebenden Abbil dungsbereich hinsichtlich der Höhe exakt zu bestimmen, um aus dieser Kenntnis die Anzahl der aufzunehmenden Bilder, die erforderlich sind, um den gesamten Untersuchungsbereich abzubilden, wie auch die Höhe der Einzelbilder, die in ihrer Gesamtheit dann der Höhe des Untersuchungsbereichs entsprechen, zu ermitteln. Zusätzlich werden natürlich die jeweiligen Aufnahmepositionen, in die die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger synchron über die Steuerungseinrichtung zweckmäßigerweise automatisch gesteuert bewegt werden, ermittelt.

Sind sämtliche Parameter bekannt, kann unmittelbar der automatische Belichtungsbetrieb gestattet werden, im Rahmen welchem vorteilhaft die Steuerungseinrichtung die Strahlungsquelle und den Strahlungsempfänger synchron in die jeweiligen Aufnahmepositionen verfährt, dort die Bildaufnahme ansteuert und die Sequenz bis zum Ende durchführt, um anschließend das Gesamtbild auszugeben, sofern es sich um einen Untersuchungsbereich handelt, der die aktive Höhe des Detektors übersteigt. Ist der licht-optisch definierte Untersuchungsbereich kleiner als die aktive Fläche oder entspricht er dieser gerade, ist lediglich die Aufnahme eines einzigen Strahlungsbilds erforderlich, auch dies wird seitens der Steuerungseinrichtung erkannt, die dann die entsprechende optimale Aufnahmeposition ermittelt.

Die erfindungsgemäße Strahlungsbildaufnahme lässt also eine besonders einfache und weitgehend automatische Erfassung der relevanten Daten für die Bildaufnahme zu. Der Arzt oder die Röntgenassistentin muss lediglich über die licht-optische Markierungseinrichtung den Untersuchungsbereich optisch markieren, wonach alle relevanten Informationen seitens der Steuerungseinrichtung automatisch ermittelt und die entsprechenden Bildaufnahmetätigkeiten angesteuert werden. Hierfür sind zur Berechnung der einzelnen Aufnahmepositionen seitens der Steuerungseinrichtung entsprechende Verarbeitungsdaten hinterlegt, die die maximale Höhe einer Einzelaufnahme umfassen, wobei diese Höhe mit der maximalen Höhe der aktiven De tektorfläche korreliert. Ferner sind Informationen hinsichtlich der maximalen Anzahl der Aufnahmen für eine komplette Sequenz hinterlegt, die bezogen auf die maximale Größe eines relevanten Untersuchungsbereichs (z. B. der Wirbelsäule) vordefiniert sein kann. Gegebenenfalls kann der entsprechende Parametersatz in Abhängigkeit einer vorherigen Eingabe des Untersuchungsbereichs ausgewählt werden.

Weiterhin können Informationen betreffend den Überlappungsbereich zweier miteinander zu verbindender Aufnahmen hinterlegt sein, wenn die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei der Ermittlung der Höhe mehrerer aufeinander folgend aufzunehmender Strahlungsbilder ein Überlappungsbereich zu berücksichtigen ist. Dieser Überlappungsbereich kann fest definiert sein, er beträgt beispielsweise 3–5 cm, er kann aber auch abhängig von der Höhe der letztendlich bestimmten Bilder ermittelt werden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung die Höhe der einzelnen Strahlungsbilder jeweils gleich bestimmt. Das heißt, die Steuerungseinrichtung „zerlegt" den definierten Patientenbereich in mehrere gleichgroße Teilbereiche, die mit jeweils einem Strahlungsbild abgetastet werden, was dahingehend von Vorteil ist, als die entsprechende Blendeneinstellung für die jeweilige Strahlungsbildaufnahme während der Aufnahmesequenz nicht geändert werden muss, vielmehr mit ein und derselben Blendeneinstellung alle mehreren Bilder aufgenommen werden können.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann über die licht-optische Markierungseinrichtung auch die Breite des aufzunehmenden Patientenbereichs markierbar und die Steuerungseinrichtung zur Bestimmung der Breite der aufzunehmenden Strahlungsbilder ausgebildet sein. Übliche Strahlungsempfänger weisen eine Breite von 40 cm (wie auch üblicherweise eine Höhe von 40 cm) auf, weshalb die Bildbreite und damit auch der Strahlungsfächer maximal 40 cm betragen darf. Gleichwohl kann aber natürlich über die Tiefenblende auch ein schmälerer Strahlungsfächer definiert werden, so dass ein schmälerer Patientenbereich belichtet wird, was abhängig von der Untersuchungsart mitunter nötig ist. Die Steuerungseinrichtung ist nun erfindungsgemäß auch dazu ausgebildet, die entsprechende Bildbreite anhand der Breite der licht-optischen Markierung die wie auch die Höhe über den Öffnungsgrad der Tiefenblenden eingestellt werden kann, z. B. anhand der Einstellparameter der Tiefenblende zu bestimmen und für die Bildaufnahme die entsprechenden Einstellungen an der Blende vorzunehmen, so dass ein vollständiger Automatismus realisiert ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung bei der Definition des Patientenbereichs, und

2 die Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung aus 1 während einer ablaufenden Bildaufnahmesequenz.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung 1 bestehend aus einer Strahlungsquelle 2, hier einem Röntgenstrahler, sowie einem Strahlungsbildempfänger 3, hier einem digitalen Festkörperbilddetektor. Die Strahlungsquelle 2 ist an einem Stativ 4 mit einer teleskopierbaren Stange 5 angeordnet, kann also, wie durch den Doppelpfeil A dargestellt ist, vertikal bewegt werden. Entsprechendes gilt für den Strahlungsempfänger 3, auch er ist an einem Stativ 6 angeordnet und, wie durch den Doppelpfeil B dargestellt, ebenfalls vertikal bewegbar. Während das Stativ 4 deckengestützt ist, handelt es sich bei dem Stativ 6 um ein Bodenstativ.
Nahe dem Strahlungsempfänger ist ein Podest 7 vorbestimmter Höhe vorgesehen, auf das sich der Patient P zur Aufnahme stellen muss. Am Podest 7 sind zum einen beidseitige Haltemittel 8 in Form von vertikal bewegbaren Haltegriffen angeordnet, an denen sich der Patient festhalten kann, da er zur Bildaufnahme sehr ruhig stehen muss. Ferner ist eine rückseitige strahlungstransparente Platte 9 vorgesehen, die aus Schutzgründen angeordnet ist und verhindert, dass der Patient den Strahlungsempfänger 3, der unmittelbar hinter der Platte 9 angeordnet ist, berührt.
Die erfindungsgemäße Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung 1 umfasst ferner eine zentrale Steuerungseinrichtung 10, die eine integrierte Bildverarbeitungseinrichtung 11 sowie einen zugeordneten Monitor 12 aufweist. Die Steuerungseinrichtung 10 dient der Verschiebung der Strahlungsquelle 2 und des Strahlungsempfängers 3 in der Vertikalen, so dass unterschiedliche Aufnahmepositionen angefahren werden können, um den Bildaufnahmebetrieb, der ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 10 gesteuert wird, zu steuern. Die steuerungsseitig integrierte Bildverarbeitungseinrichtung dient dazu, aus den der Steuerungseinrichtung gegebenen Daten betreffend die Einzelbilder ein Gesamtbild zu errechnen, das anschließend auf dem Monitor 12 ausgegeben wird.
Im Ausführungsbeispiel gem. 1 ist an der Strahlungsquelle 2 eine Tiefenblende 13 vorgesehen, in der eine licht-optische Markierungseinrichtung 14, vorzugsweise ein Lichtvisier, integriert ist. Über diese Markierungseinrichtung ist es möglich, am Patienten P eine licht-optische Markierung über den Lichtkegel 15 abzubilden und hierüber die Höhe des über einzelne Strahlungsbilder aufzunehmenden Untersuchungsbereichs zu definieren. Hierzu wird die Strahlungsquelle in eine entsprechende Position gebracht, wonach über die Tiefenblende die Höhe und gegebenenfalls auch die Breite des von der Markierungseinrichtung 14 emittierten Lichtkegels 15 so eingestellt wird, dass nur der gewünschte Patientenbereich beleuchtet wird, wobei die Einstellung vornehmlich derart erfolgt, dass der Lichtkegel 15 symmetrisch ist, wozu gegebe nenfalls die Strahlungsquelle in ihrer Höhe noch nachgeführt werden muss.
Die Steuerungseinrichtung 10 ist nun in der Lage, anhand der über die licht-optische Markierung definierten Höhe des Patientenbereichs die Anzahl und Höhe der aufzunehmenden Bilder zu errechnen, die erforderlich sind, um diesen Patientenbereich, der im gezeigten Ausführungsbeispiel die Höhe des Detektors übersteigt, vollständig abzubilden. Dies ist möglich, nachdem der Steuerungseinrichtung zum einen die geometrischen Verhältnisse, insbesondere der Abstand der Strahlungsquelle 2 bzw. der Markierungseinrichtung 14 nebst Tiefenblende 13 zur Ebene des Detektors 3 bekannt ist, zum anderen ist der Steuerungseinrichtung 10 der Öffnungswinkel α (in der Höhe) und gegebenenfalls ein speziell eingestellter Öffnungswinkel in der Breite des Strahlungskegels, definiert über die Einstellung der Tiefenblende, bekannt, so dass exakt ermittelt werden kann, wie hoch der Untersuchungsbereich in der Ebene des Strahlungsempfängers tatsächlich ist. Im gezeigten Beispiel läuft der Untersuchungsbereich von h1–h2, er entspricht lediglich aus beispielhaften Gründen hier der Höhe der transparenten Platte 9. Dies ist aber keinesfalls zwingend, er kann selbstverständlich jede andere Höhe einnehmen. Die maximale Höhe ist abhängig davon, wie weit die Tiefenblende geöffnet werden kann, wie groß also der Winkel α sein kann. Bei bekannten Blenden ist dies bis maximal ca. 180 cm in der Ebene des Strahlungsempfängers möglich. In der Breite sind maximal 40 cm möglich.
Aus den ihr vorliegenden Informationen errechnet nun die Steuerungseinrichtung 10 wie beschrieben die Höhe (und gegebenenfalls die Breite) des Untersuchungsbereichs, hier also den Abstand zwischen h1 zu h2. Aus dieser Gesamthöhe wird nun die Anzahl und Höhe der Einzelbilder errechnet, die nötig sind, um diese Gesamthöhe abzubilden. Dabei werden die einzelnen Parameter so berechnet, dass alle Strahlungsbilder gleich hoch sind. Zu jedem Strahlungsbild wird anschließend die jeweilige Aufnahmeposition der Strahlungsquelle 2 wie auch des Strahlungsempfängers 3 berechnet. Berücksichtigt wird dabei auch eine etwaige nötige Bildüberlappung zweier benachbarter Bilder, um diese anschließend zu dem Gesamtbild verbinden zu können. Sind sämtliche Parameter bekannt, werden noch die entsprechenden Bildaufnahme-Einstellparameter an der Tiefenblende berechnet, wonach die Bildaufnahme erfolgen kann.
Dieser Ablauf ist in 2 dargestellt. Im gezeigten Beispiel werden drei separate Aufnahmepositionen angefahren, nämlich die Positionen I, II und III, wozu die Strahlungsquelle 2 und der Strahlungsempfänger 3 automatisch über die Steuerungseinrichtung 10 bewegt werden. In jeder Position wird ein Strahlungsbild aufgenommen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden zur Erfassung des gesamten Patientenbereichs drei Einzelbilder aufgenommen, die jeweils von der Höhe her im Wesentlichen die gesamte aktive Fläche des Detektors ausnutzen. Ersichtlich überlappen sich auch die Strahlungsfächer in den jeweiligen Aufnahmepositionen, um in zwei benachbarten Bildern Bereiche abzubilden, die identisch sind und anschließend der Verknüpfung beider Bilder dienen.
Sind sämtliche Einzelbilder aufgenommen, erfolgt seitens der Steuerungseinrichtung 10 bzw. der Bildaufnahmeeinrichtung 11 die Ermittlung des Gesamtbilds, das anschließend ausgegeben wird.
Neben der beschriebenen Erfassung der Höhe des abzutastenden Patientenbereichs ist die Steuerungseinrichtung 10 auch zur Erfassung der Breite des über den Lichtkegel 15 definierten Patientenbereichs ausgebildet, wenn dieser Bereich kleiner als die aktive Breite des Strahlungsempfängers 3 ist. Über die Tiefenblende ist es möglich, den Lichtkegel 15 in seiner Breite zu beeinflussen, er kann beispielsweise auf 20 cm halbiert werden. Die Steuerungseinrichtung 10 ist nun in der Lage, die entsprechenden Blendeneinstellparameter auch bezüg lich der Breite zu ermitteln, die dann für die Einzelaufnahmen, wie in 2 gezeigt, eingestellt werden. Das heißt, hier werden also nicht nur die Parameter für die Höheneinstellung der Blenden für die einzelnen Bildaufnahmen bestimmt, sondern auch sofern erforderlich die der Blendenbreite.

Claims

Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung mit einer Strahlungsquelle und einem digitalen Strahlungsempfänger, die zur Positionierung bezüglich eines Patienten bewegbar sind, und mit einer Steuerungseinrichtung zur Bewegungssteuerung und zur Erzeugung eines ausgebbaren Strahlungsbilds, dadurch gekennzeichnet, dass über eine an der Strahlungsquelle (2) vorgesehene licht-optische Markierungseinrichtung (14), die einen einstellbaren Lichtkegel (15) emittiert, mittels des Lichtkegels die Höhe (h1–h2) des gesamten aufzunehmenden Patientenbereichs am Patienten (P) markierbar und die Steuerungseinrichtung (10) zur automatischen Bestimmung der erforderlichen Anzahl und Höhe der aufzunehmenden Strahlungsbilder und der Aufnahmepositionen der Strahlungsquelle (2) und des Strahlungsempfängers (3) in Abhängigkeit der definierten Patientenbereichshöhe unter Berücksichtigung der Einstellparameter der Markierungseinrichtung (14) oder einer diese enthaltenden Tiefenblende (13) ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung (10) die Höhe der einzelnen Strahlungsbilder so bestimmt, dass die Strahlungsbilder gleich hoch sind.
Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die licht-optische Markierungseinrichtung (14) auch die Breite des aufzunehmenden Patientenbereichs markierbar und die Steuerungseinrichtung (10) zur Bestimmung der Breite der aufzunehmenden Strahlungsbilder ausgebildet ist.
Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die licht-optische Markierungseinrichtung (14) ein Licht- oder Laservisier ist.
Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) oder eine in der Steuerungseinrichtung integrierte Bildverarbeitungseinrichtung (11) zum Verbinden mehrerer Strahlungsbilder zur Ausgabe eines den gesamten Patientenbereich darstellenden Gesamtbilds ausgebildet ist.
Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) zur Ermittlung der Höhe mehrere aufzunehmender Strahlungsbilder unter Berücksichtigung eines Überlappungsbereichs, in dem zwei miteinander zu verbindende Strahlungsbilder überlappen, ausgebildet ist.
Strahlungsbildaufnahmeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) nach Ermittlung der Aufnahmepositionen die Strahlungsquelle (2) und den Strahlungsempfänger (3) automatisch in die jeweilige Aufnahmeposition (I, II, III) bewegt und das jeweilige Strahlungsbild automatisch aufnimmt.