DE102004055766A1

DE102004055766A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung eines Objekts in Bezug auf das Isozentrum eines Akquisitionssystems

Info

Publication number: DE102004055766A1
Application number: DE102004055766A
Authority: DE
Inventors: Jeremie Pescatore
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2005-06-09
Also published as: GB0425837D0; CN100581476C; CN101721223A; US7507027B2; FR2862861B1; US20080118037A1; CN101721223B; GB2408664B; US7357573B2; JP4524172B2; FR2862861A1; CN1636517A; JP2005161055A; US20050119565A1; GB2408664A

Abstract

Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein System und ein Verfahren zur Ausrichtung eines Objekts auf das Isozentrum in einem bildgebenden System. Das System beinhaltet einen elektromagnetischen Sender, einen elektromagnetischen Empfänger und eine Bildgebungseinheit zur Bestimmung des Isozentrums eines Bildscans auf der Basis von Information, die von dem elektromagnetischen Empfänger gewonnen ist. Die Bildgebungseinheit identifiziert das Isozentrum auf der Basis einer Anzahl elektromagnetischer Positionsmessungen. Die Bildgebungseinheit identifiziert das Zentrum eines abzubildenden Objekts auf der Basis von Information des zweiten elektromagnetischen Empfängers. Die Bildgebungseinheit repositioniert das Objekt anhand des Isozentrums. Bei einer Ausführungsform ist der Sender an dem Objekt angeordnet, der erste Empfänger ist an einem Detektor angeordnet und der zweite Empfänger ist an einem Werkzeug zur Identifikation des Zentrums des Objekts oder eines Teils eines Objekts angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist allgemein die Positionierung von Objekten zur Bildakquisition. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere die Positionierung von Objekten in Bezug auf das Isozentrum eines Bildakquisitionssystems.

Zur medizinischen Diagnose eingerichtete bildgebende Systeme umfassen verschiedene Typen der Bildgebung, wie beispielsweise Röntgenstrahlsysteme, Tomodensiometriesysteme (CT), Ultraschallsysteme, Elektronenstrahltomographie(EBT), Magnetoresonanzsysteme (MR) und ähnliches. Zur medizinischen Diagnose eingerichtete bildgebende Systeme erzeugen Bilder eines Objekts, wie beispielsweise eines Patienten, beispielsweise indem sie das Objekt einer Energiequelle, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, aussetzen, die durch den Patienten laufen. Die erzeugten Bilder können für verschiedene Zwecke genutzt werden. Beispielsweise kann man innere Defekte eines Objekts erfassen. Außerdem kann man innere Änderungen in einer Struktur oder Ausrichtungsbeziehung erkennen. Außerdem kann man einen Fluidfluss in einem Objekt darstellen. Weiter kann das Bild das Vorhandensein oder das Fehlen von Objekten in einem Objekt zeigen. Die durch medizinisch diagnostische Bildgebung erhaltene Information kann in verschiedenen Gebieten einschließlich der Medizin und der Herstellungstechnik Anwen dung finden.

Um ein Bild von einem Objekt oder einem Patienten durch Nutzung eines bildgebenden Systems zu erhalten, wird das Objekt oder der Patient typischerweise einem gewissen Strahlenpegel, wie beispielsweise Röntgenstrahlung, ausgesetzt. Je mehr Photoexpositionen oder Scans durchgeführt werden, desto mehr sind das Objekt oder der Patient der Strahlung ausgesetzt. Eine Erhöhung der Strahlungsexposition schließt Risiken hinsichtlich der Gesundheit des Patienten ein, der der Bildgebung unterworfen wird. Außerdem begrenzen Gesundheits- und Sicherheitsstandards die Strahlungsdosis beim Bildscannen eines Patienten. Die Gesundheits- und Sicherheitsstandards können die Bildqualität aufgrund von Scans mit weniger Bildern oder niedrigerer Qualität beeinflussen. Deshalb ist ein System, das die Dosis und Exposition für einen Patienten reduziert, in hohem Maße zu wünschen.

Die topographische Rekonstruktion rekonstruiert topographische Bilder für zwei- oder dreidimensionale Bildscans. Die topographische Rekonstruktion rekonstruiert ein Bild aus Projektionen von Bilddaten (wie beispielsweise eine Röntgenstrahlprojektion), die in einem Bildakquisitionssystem erzeugt worden sind. Daten verschiedener Projektionen werden miteinander kombiniert, um ein Bild zu erzeugen, das das Objekt beschreibt. Häufig werden aus Scans eines dreidimensionalen Objekts zweidimensionale Schnitte rekonstruiert.

Während der tomographischen Rekonstruktion ist ein Objekt oder Organ eines der Bildgebung zu unterwerfenden Patienten nahe dem Drehzentrum (beispielsweise dem Isozentrum) eines verwendeten Akquisitionssystems platziert (beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle und -detektor). Zur Rekonstruktion der Ansichten der zweidimensionalen Röntgenstrahlen, die an einem bildgebenden C-Arm-System akquiriert worden sind, wird beispielsweise die Zentrierung eines Objekts oder Organs normalerweise unter fortgesetzter zweidimensionaler Röntgenradioskopie durchgeführt. Dies bedeutet, dass verschiedene seitliche und frontale Projektionen durchgeführt werden bis durch spezifische Röntgenakquisitionen eine Optimalposition gefunden worden ist. Somit ist ein Positionierprozess für ein Objekt oder Organ eines Patienten an oder nahe dem Isozentrum eines Bildakquisitionssystems in hohem Maße zu wünschen.

Es existiert deshalb ein Bedarf für ein verbessertes Objektpositionierungssystem, das dazu geeignet ist, ein Objekt in dem Isozentrum eines Bildakquisitionssystems zu positionieren.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern ein Verfahren und ein System zur Bestimmung des Isozentrums und der Ausrichtung in einem tomographischen Bildrekonstruktionssystems. Bei einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Akquisition von zwei Röntgenstrahlprojektionen in einem bildgebenden System, die Bestimmung des Isozentrums für das bildgebende System, die Lokalisierung der Position des Zentrums eines der Bildgebung zu unterwerfenden Objekts und die Positionierung der Position des Zentrums des Objekts in Bezug auf das Isozentrum. Das Isozentrum kann auf der Basis eines Segments bestimmt werden, das die Röntgenstrahlprojektio nen schneidet. Elektromagnetische Navigationseinrichtungen, wie beispielsweise elektromagnetische Sender und Empfänger können dazu verwendet, das Isozentrum zu bestimmen und die Position des Zentrums zu lokalisieren. Das Objekt kann manuell und/oder automatisch verlagert werden, um die Position des Zentrums in Bezug auf das Isozentrum zu positionieren.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren wenigstens drei Positionsmessungen für einen elektromagnetischen Empfänger, der an einem bildgebenden System fixiert ist, sowie die Berechnung des Isozentrums in Bezug auf einen elektromagnetischen Sender auf Basis von Positionsmessungen. Das Verfahren kann außerdem beinhalten, dass die Position des Zentrums eines Objekts und die Verlagerung des Objekts in einer solchen Weise angezeigt werden, dass das Isozentrum und die Position des Objekts zueinander ausgerichtet werden. Das Objekt kann manuell und/oder automatisch in einer solchen Weise verlagert werden, dass das Isozentrum und die Position des Zentrums übereinstimmen. Das Isozentrum kann auf der Basis des Zentrums von Positionsmessungen berechnet werden.

In einer Ausführungsform beinhaltet die Berechnung die ungefähre Fokusdistanz in einem bildgebenden System, die Bestimmung der Position und der Orientierungsinformation für einen elektromagnetischen Empfänger in Bezug auf einen elektromagnetischen Sender in einem bildgebenden System und die Identifikation des Isozentrums eines bildgebenden Systems unter Nutzung der Positions- und Orientierungsinformation und der ungefähren Fokusdistanz. Der Prozess kann außerdem eine Overheadprojektion der Positionsinformation zur Identifikation des Isozentrums beinhalten. Außerdem kann der Prozess eine Anzeige der Positi on des Zentrums eines Objekts in den umgebenden Bereichen beinhalten; eine tomographischen Akquisition und eine Verlagerung können so ausgeführt werden, dass das Isozentrum und die Position des Zentrums zueinander ausgerichtet sind. Die Position des Zentrums kann durch Verwendung eines zweiten elektromagnetischen Empfängers angezeigt werden. Das Objekt kann automatisch und/oder manuell verlagert werden, so dass das Isozentrum und die Position des Zentrums zueinander ausgerichtet werden.

Bei einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das System einen elektromagnetischen Sender zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds, einen elektromagnetischen Empfänger zur Erfassung des elektromagnetischen Felds des elektromagnetischen Senders sowie eine bildgebende Einheit zur Bestimmung des Isozentrums eines Bildscans auf der Basis von Information des elektromagnetischen Empfängers. Der elektromagnetische Empfänger kann auf einem Detektor zur Akquisition von Bilddaten angeordnet sein. Der Empfänger kann auf dem der Bildgebung zu unterwerfenden Objekt angeordnet sein. Alternativ kann der Empfänger auf dem Objekt und der Emitter auf dem Detektor angeordnet sein. Die bildgebende Einheit kann das Isozentrum auf der Basis einer Anzahl von Positionsmessungen des elektromagnetischen Empfängers identifizieren. Die bildgebende Einheit kann außerdem das Isozentrum auf der Basis einer Anzahl von Röntgenstrahlprojektionen und einer Anzahl von Positionsmessungen des elektromagnetischen Empfängers identifizieren. Die bildgebende Einheit kann ein abzubildendes Objekt auf der Basis des Isozentrums repositionieren.

Das System kann außerdem einen zweiten elektromagnetischen Empfänger zur Erfassung des magnetischen Felds des elektromagnetischen Empfängers aufweisen. Der zweite elek tromagnetische Empfänger kann an einem Werkzeug angeordnet sein, um das Zentrum eines abzubildenden Objekts zu identifizieren. Die bildgebende Einheit kann das Zentrum eines Objekts auf der Basis der Information von dem zweiten elektromagnetischen Empfänger identifizieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein bildgebendes Magnetoresonanzsystem, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 veranschaulicht ein Flussbild eines Verfahrens zur Positionierung eines Objekts in einem Bildakquisitionssystem, das nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
3 veranschaulicht die Frontal- und Lateralprojektionen eines abzubildenden Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 veranschaulicht ein Werkzeug mit einem elektromagnetischen Empfänger, der zu dem Zentrum eines Objekts orientiert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 veranschaulicht die Ausrichtung des Isozentrums und der Position des Zentrums eines Objekts zueinander gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht ein Flussbild für ein Verfahren zur Identifikation des Isozentrums und der Position eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht eine Anordnung mit vier elektromagnetischen Empfängern, die zu dem Zentrum eines Objekts orientiert sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die obige Zusammenfassung sowie auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch Studium der Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden. Um die Erfindung zu veranschaulichen, sind in den Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Jedoch muss zur Kenntnis genommen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Formate und Ausstattungen beschränkt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Lediglich zu Veranschaulichungszwecken sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand eines bildgebenden C-Arm-Systems beschrieben worden. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf viele Typen von bildgebenden Systemen, wie beispielsweise bei der Magnetoresonanzbildgebung (MR), Röntgenbildgebung, Tomodensiometriebildgebung (CT), Elektronenstrahltomographie (EBT), Positronenemissionstomographie (PET), Einzelphotonencomputertomographie (SPECT) und Ultraschallbildgebung angewendet werden.
1 veranschaulicht ein Objektpositionssystem 100 zur Ultraschallbildgebung, wie es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. Das System 100 weist einen elektromagnetischen Sender 110, einen elektromagnetischen Empfänger 120, 125, einen Röntgendetektor 130, eine Röntgenstrahlenquelle 135, ein Objekt 140, ein Werkzeug 150 und eine tomographische Rekonstruktionseinheit 160 auf. Der elektromagnetische Sender 110 ist an einem Objekt 140 fixiert. An dem Röntgenstrahldetektor 130 ist ein elektromagnetischer Empfänger 120 fixiert. Der elektromagnetische Empfänger 125 ist an dem Werkzeug 150 fixiert.
Der elektromagnetische Sender 110 und der elektromagnetische Empfänger 120, 125 sind elektromagnetische Navigationseinrichtungen. Beispielsweise können der elektromagnetische Sender 110 und die elektromagnetischen Empfänger 120, 125 ein Trio von Drahtspulen zur Lokalisierung eines Subjekts auf der Basis des erzeugten magnetischen Felds bilden. Die elektromagnetischen Navigationseinrichtungen nutzen eine Anzahl von Verfahren zur Lokalisierung eines Subjekts auf der Basis von Information, wie beispielsweise der Feldstärke und Phase. In einer Ausführungsform können die elektromagnetischen Navigationseinrichtungen gemäß der Architektur der Industriestandardspulen (ISCA) konfiguriert sein.
Der elektromagnetische Sender 110 ist an oder in dem Objekt 140, wie beispielsweise einem Patienten, Organ oder anderen zu rekonstruierenden Objekten angeordnet. Der elektromagnetische Sender 110 erzeugt ein Magnetfeld. Die Eigenschaften des durch den Sender 110 erzeugten Magnetfelds können zur Identifikation der Position des Senders 110 und somit des Objekts in Bezug auf die Empfänger 120 und/oder 125 in einem Koordinatensystem genutzt werden.
Der elektromagnetische Sender 110 ist beispielsweise an oder in dem Röntgenstrahldetektor 130 angeordnet. Die Röntgenstrahldetektoren 130 erfassen die durch eine Röntgenstrahlungsquelle 135 erzeugten Strahlen. Der elektromagnetische Empfänger 120 erfasst das Magnetfeld des elektromagnetischen Senders 110 an dem Objekt 140. Der elektromagnetische Empfänger 120 überträgt Daten, die das Feld des elektromagnetischen Senders betreffen, auf die tomographische Rekonstruktionseinheit 160.
Der elektromagnetische Empfänger 125 ist beispielsweise an oder in dem Werkzeug 150 angeordnet. Das Werkzeug 150 ist beispielsweise ein Stab, eine Klemme oder ein anderes Werkzeug, das dazu genutzt werden kann, das Zentrum des zu rekonstruierenden Objekts 140 zu markieren. Der Empfänger 125 erfasst ein Magnetfeld des Senders 110. Der elektromagnetische Empfänger 125 überträgt Daten, die das Feld des Senders 110 betreffen, an die Rekonstruktionseinheit 160.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Empfänger 120, 125 an dem Objekt 140 angeordnet. Der Sender 110 ist an dem Werkzeug 150 oder dem Detektor 130 angeordnet.
Die tomographische Rekonstruktionseinheit 160 (oder andere bildgebende Einheiten) empfangen die Daten von den Empfängern 120, 125 zur Bestimmung des Orts des Objekts 140 und des Werkzeugs 150 und zur Bestimmung des Isozentrums des Systems 100. Die tomographische Rekonstruktionseinheit 160 richtet das Zentrum des Objekts 140 zu dem Isozentrum des Systems 100 zur Optimierung von Operationen, wie beispielsweise der Rekonstruktion der dreidimensionalen Bilder aus. Die tomographische Rekonstruktionseinheit 160 kann ein eigens vorgesehener Prozessor oder ein Teil eines nicht spezifischen Computers sein. Die Rekonstruktionseinheit 160 kann als separate Einheit oder kombiniert mit anderen Komponenten des bildgebenden Systems aufgebaut sein.
Während des Betriebs kann durch Verwendung zweier Positionen des elektromagnetischen Empfängers 120 mit oder ohne Röntgenakquisition (beispielsweise frontal und lateral) eine Rekonstruktionsposition bestimmt werden. Die Quelle 135 erzeugt die Röntgenprojektionen der beispielsweise frontalen und lateralen Positionen durch das Objekt 140. Der Empfänger 120 und der Detektor 130 identifizieren die Frontal- und Lateralprojektionen. In einer Ausführungsform kann die die Projektionen betreffende Information während einer laufenden und/oder einer vorherigen Kalibrierung gewonnen werden. Die Lateral- und Vertikalprojektionsvektoren müssen sich allgemein nicht schneiden. Das Isozentrum des Systems 100 kann als ein Medianpunkt eines orthogonalen Segments bestimmt werden, das die Projektionen verbindet. Während der elektromagnetische Empfänger 120 an dem Detektor 130 und der elektromagnetische Sender 110 an dem Objekt 140 fixiert ist, kann das Isozentrum in Relation zu dem Objekt 140 (dem Sender 110) bestimmt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Fokusdistanz der Röntgenprojektionen näherungsweise bestimmt werden. Durch Nutzung der ungefähren Fokusdistanz und der elektromagnetischen Positionsinformation können die Projektionsvektoren und die Fokuspunkte ohne Aufnahme von Röntgenbildern bestimmt werden. Sobald die Vektoren und die Fokuspunkte bestimmt sind, kann das Isozentrum aus dem Medianpunkt des verbindenden Segments wie vorstehend beschrieben bestimmt werden.
Sobald das Isozentrum in Bezug auf die Position des Senders 110 bestimmt ist, wird das Werkzeug 150 mit dem elektromagnetischen Empfänger 125 zur Identifikation der Position des Zentrums des Objekts 140 oder eines Teils des Objekts genutzt, an dem die tomographische Akquisition durchzuführen ist. Beispielsweise platziert ein Arzt eine Klemme mit einem elektromagnetischen Empfänger in dem Zentrum eines in dem System 100 zu rekonstruierenden Organs. Der Emitter 110 und der elektromagnetische Empfänger 125 können zur Bestimmung der Position des Werkzeugs 150 benutzt werden.
Es wird dann ein (nicht veranschaulichtes) Repositionierungssystem dazu verwendet, das Objekt 140 so zu repositionieren, dass das wie oben stehend identifizierte Zentrum des Objekts in Bezug auf das Isozentrum des Systems 100 ausgerichtet ist. Das Repositionierungssystem kann ein manuelles System und/oder ein automatisches System sein. Das Repositionierungssystem kann beispielsweise ein manuell zu bewegender Tisch oder ein Träger sein, der von einem Techniker verlagert wird, bis das Zentrum des Objekts 140 und das Isozentrum im Wesentlichen ausgerichtet sind. Alternativ kann beispielsweise ein automatischer Tisch oder Träger das Objekt auf der Basis der Daten des Isozentrums und des Zentrums automatisch repositionieren.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Isozentrum ohne Strahlungsexposition (z.B. Röntgenstrahlen) bestimmt werden. Der Detektor 130 ist wie während einer tomographischen Bildakquisition positioniert, jedoch werden von der Quelle 135 keine Röntgenstrahlen erzeugt. Der elektromagnetische, in dem Zentrum des Detektors 130 angeordnete Empfänger 120 bestimmt drei oder mehrere Positionen des Zentrums des Detektors 130 in Bezug auf den Sender. Die tomographische Rekonstruktionseinheit 160 empfängt die Positionsdaten. Wenn drei Positionen aufgenommen sind bilden die drei Positionen ein Dreieck. Das Isozentrum kann als Zentrum des Dreiecks bestimmt werden. Wenn mehr als drei Positionen akquiriert werden, bilden die Positionen einen Kreis. Das Isozentrum kann als Mitte des durchschnittlichen Kreises bestimmt werden, der auf die durchschnittliche Ebene der akquirierten Positionen des Detektors 130 projiziert wird.
Alternativ kann die Rekonstruktionseinheit 160 die elektromagnetische Orientierung der Positionen des Detektors 130 durch Nutzung des Senders 110 und des Empfängers 120 bestimmen. Durch Kalibrierung oder andere Informationen kann der Quellen-Bild-Abstand näherungsweise bestimmt werden. Die Positionen des Detektors 130 können somit von der Rückseite her projiziert werden. Das Isozentrum ist der Medianpunkt eines Segments, das die Projektionen, wie vorstehend beschrieben, verbindet.
Wenn das Isozentrum einmal bestimmt ist, bezeichnet das Werkzeug 150, wie oben beschrieben, die gewünschte Mitte der tomographischen Rekonstruktion des Objekts 140. Das Objekt 140 wird manuell und/oder automatisch so repositioniert, dass die Mitte desselben in Relation zu dem Isocenter des bildgebenden Systems gebracht wird.
2 veranschaulicht ein Flussbild für ein Verfahren 200 zur Positionierung des Isocenters eines Objekts in einem Bildakquisitionssystem, wie es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In Schritt 210 werden Projektionen oder Positionen des elektromagnetischen Empfängers 120 zunächst akquiriert (z.B. lateral oder frontal). Beispielsweise werden mit einem elektromagnetischen Empfänger 120 auf dem Röntgendetektor 130 frontale und laterale Röntgenprojektionen der Röntgenstrahlenquelle erhalten, die auf den Röntgendetektor 130 gerichtet sind. Dann wird in Schritt 220 das Isocenter in Bezug auf die Positionen des elektromagnetischen Senders 110 errechnet. Das Isocenter wird beispielsweise auf der Basis von Vektoren und Fokuspunkten aus den Röntgenprojektionen berechnet. In einer Ausführungsform ist das Isocenter ungefähr auf halbem Wege in dem Segment angeordnet, das die Röntgenprojektionen orthogonal verbindet.
3 veranschaulicht die frontale und laterale Röntgenstrahlprojektion durch ein Objekt, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abgebildet werden muss. Ein lateraler Fokuspunkt F₁ und ein lateraler Projektionsvektor V₁ erzeugen ein laterales Bild auf dem Röntgendetektor 130 mit dem elektromagnetischen Empfänger 120. Ein frontaler Fokuspunkt F_f und ein frontaler Projektionsvektor V_f erzeugen ein frontales Bild auf dem Röntgendetektor 130. die Fokuspunkte F₁ und F_f und die Vektoren V₁ und V_f können mittels Kalibrierung bestimmt werden. Dann kann ein Vektor n auf V₁ und V_f in der folgenden Weise bestimmt werden:
Dann werden die Orte H₁ und Hf zu jedem Zeitpunkt entlang der Vektoren V₁ und Vf unter Nutzung der folgenden Gleichungen bestimmt, beispielsweise:
Das Isocenter I kann unter der Verwendung von H₁ und Hf in der folgenden Weise berechnet werden.
Das Isocenter wird in Bezug auf den elektromagnetischen Sender 110 auf dem Objekt 140 bestimmt. Alternativ werden die Vektoren und die Fokuspunkte F1 und Ff durch Nutzung der Positions- und Orientierungsinformation des elektromagnetischen Senders 110 bestimmt, ohne Röntgenbilder zu akquirieren.
In Schritt 230 wird die Position des Zentrums des Objekts 140 zur tomographischen Akquisition identifiziert, indem das Werkzeug 150 mit dem elektromagnetischen, an dem Werkzeug befestigten Empfänger 125 genutzt wird. 1 veranschaulicht ein Werkzeug 150 mit dem elektromagnetischen Empfänger 125, der das Zentrum des Objekts 140 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Dann wird das Objekt 140 in Schritt 240 so positioniert, dass die Position des in Schritt 230 identifizierten Zentrums in Bezug auf das Isozentrum ausgerichtet wird. Die Positionierung kann (mit einem manuellen Positioniersystem oder -tisch manuell und/oder mit einem kraftbetriebenen Tisch oder Positioniersystem) automatisch durchgeführt werden.
Beispielsweise kann ein kraftbetätigter, in einem C-Arm-Röntgensystem angeordneter Tisch einen Patienten verlagern bis das Zentrum des interessierenden Organs ungefähr mit dem Isocenter des C-Arm-Systems übereinstimmt. 5 veranschaulicht die Ausrichtung des Isozentrums und die Position des Zentrums des Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 250 kann eine tomographischen Rekonstruktion des Objekts 140 durchgeführt werden.
In einer anderen Ausführungsform kann das Isozentrum eines Akquisitionssystems ohne Scans oder Bildprojektionen ausgeführt werden. 6 veranschaulicht ein Flussbild für ein Verfahren 600 zur Identifikation des Isozentrums und zur Positionierung des Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst werden in Schritt 610 drei oder mehrere Positionen von dem elektromagnetischen Empfänger 120 erhalten, der an dem Röntgendetektor 130 befestigt ist. Der elektromagnetische Empfänger 120 gestattet das Aufzeichnen des Zentrums des Detektors 130, beispielsweise während der tomographischen Akquisition ohne Röntgenprojektion, beispielsweise. Die drei Positionen des Detektors 130 bilden die Spitzen eines Dreiecks.
Es wird dann in Schritt 620 das Isozentrum entsprechend dem Dreieck angeordnet. In einer Ausführungsform entspricht das Isozentrum der Mitte des Dreiecks. Das Isozentrum (I) kann in der Ebene des Dreiecks durch Auflösung des folgenden Gleichungssystems gefunden werden:
wobei
die Koordinaten der drei Positionen des Detektors 130 ausgedrückt in der Ebene des Dreiecks sind.
Wenn mehr als drei Positionen des Detektors 130 erhalten werden, entspricht das Isozentrum dem Zentrum eines angenäherten Kreises oder einer Ellipse, die auf die gemittelte Ebene der Positionen des Detektors 130 projiziert wird. Zunächst wird die gemittelte Ebene, die den akquirierten Positionen entspricht, durch Minimierung des folgenden Ausdrucks bestimmt:
wobe
die dreidimensionalen Positionen repräsentieren, die von dem Zentrum des Detektors 130 akquiriert worden sind. Dann wird unter Verwendung der Positionen
der gemittelte Kreis unter Verwendung der Positionen
berechnet, die Projektionen aus den in der gemittelten Ebene akquirierten Positionen sind. Der gemittelte Kreis wird durch Minimierung des folgenden Ausdrucks gewonnen:
Die gemittelte Ellipse wird durch Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt:
Alternativ kann das Isozentrum auf der Basis der elektromagnetischen Orientierung der durch den Detektor 130 akquirierten Positionen und des Näherungswerts des Quelle-Bild-Abstands bestimmt werden. Der Quelle-Bild-Abstand kann mittels Kalibrierung bestimmt werden. Es werden dann die Positionen zur Bestimmung des Isozentrums rückprojiziert.
In Schritt 630 wird dann die Position des Zentrums des Objekts 140 zur tomographischen Akquisition durch Verwendung des Werkzeugs 150 bestimmt, an dem der elektro magnetische Empfänger 125 befestigt ist. In Schritt 640 wird dann das Objekt 140 so positioniert, dass die Position des in Schritt 630 identifizierten Zentrums in Bezug auf das Isozentrum ausgerichtet wird. Die Positionierung kann manuell (beispielsweise mit einem manuellen Positionssystem oder -tisch) und/oder automatisch (beispielsweise mit einem kraftbetätigten Tisch oder -positioniersystem) vorgenommen werden. Ein kraftbetätigter, in einem vaskulären C-Arm-Röntgensystem fixierter Tisch kann beispielsweise einen Patienten verschieben, bis das Zentrum des interessierenden Organs ungefähr oder im Wesentlichen mit dem Isozentrum des C-Arm-Systems übereinstimmt. IN Schritt 650 kann dann die tomographische Rekonstruktion des Objekts 140 vorgenommen werden.
In einer Ausführungsform kann eine „gute" Arbeitsposition mathematisch durch einen Ausdruck definiert werden, der beispielsweise einige Eigenschaften der Position definiert. Die Eigenschaften der Position können entsprechend dem rekonstruierenden Organ oder Objekt variieren. Die Eigenschaften können außerdem entsprechend dem verwendeten Werkzeug zur Lokalisierung des Zentrums des Objekts vor Durchführung der Ausrichtungsmaßnahme variieren. Einige Ausführungsformen liefern verschiedene Verfahren zur Bestimmung einer guten Position zur tomographischen Rekonstruktion durch Nutzung elektromagnetischer Navigationseinrichtungen, wie beispielsweise einen elektromagnetischen Sender und einen elektromagnetischen Empfänger. Eine gute Arbeitsposition zur dreidimensionalen tomographischen Akquisition kann einfach und schnell durch Nutzung von Empfangs- und Sendeeinrichtungen aufgefunden werden, die mit einem Detektor und einem Objekt, wie beispielsweise einem Patienten verbunden sind. Eine effiziente Bestimmung der Position reduziert die Strahlendosis während der Zen trierung des Objekts.
Somit positionieren einige Ausführungsformen der Erfindung ein Objekt in Bezug auf das Isozentrum eines Akquisitionssystems zur Erleichterung der Rekonstruktion von tomographischen Bildern. Einige Ausführungsformen liefern einen halbautomatischen Positionierungsprozess eines Organs oder anderen Objekts zur dreidimensionalen Rekonstruktion durch Nutzung elektromagnetischer Navigationseinrichtungen. Einige Ausführungsformen erbringen eine Positionierung zur optimalen tomographischen Akquisition ohne Bildexposition oder mit einer Minimalzahl von Expositionen. Es können elektromagnetische Navigationseinrichtungen dazu verwendet werden, eine optimale Position zur Bildrekonstruktion aufzufinden.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein System und ein Verfahren zur Ausrichtung eines Objekts auf das Isozentrum in einem bildgebenden System. Das System beinhaltet einen elektromagnetischen Sender, einen elektromagnetischen Empfänger und eine Bildgebungseinheit zur Bestimmung des Isozentrums eines Bildscans auf der Basis von Information, die von dem elektromagnetischen Empfänger gewonnen ist. Die Bildgebungseinheit identifiziert das Isozentrum auf der Basis einer Anzahl elektromagnetischer Positionsmessungen. Die Bildgebungseinheit identifiziert das Zentrum eines abzubildenden Objekts auf der Basis von Information des zweiten elektromagnetischen Empfängers. Die Bildgebungseinheit repositioniert das Objekt anhand des Isozentrums. Bei einer Ausführungsform ist der Sender an dem Objekt angeordnet, der erste Empfänger ist an einem Detektor angeordnet und der zweite Empfänger ist an einem Werkzeug zur Identifikation des Zentrums des Objekts oder eines Teils eines Objekts angeordnet.
Während die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist versteht der Fachmann, dass verschiedene Abwandlungen durchgeführt und Einzelheiten durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können zahlreiche Abwandlungen zur Anpassung an spezielle Situationen oder spezielle Materialien vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Entsprechend ist die Erfindung nicht auf die speziellen, hier geoffenbarten Ausführungsformen beschränkt sondern umfasst alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zur Positionierung eines Objekts in dem Isozentrum eines bildgebenden Systems, wobei das Verfahren beinhaltet: die Akquisition von zwei Röntgenprojektionen in einem bildgebenden System, die Bestimmung des Isozentrums auf der Basis der beiden Röntgenprojektionen in dem bildgebenden System, die Lokalisierung der Position des Zentrums eines der Bildgebung zu unterwerfenden Objekts und die Verlagerung der Position des Zentrums des Objekts in Relation zu dem Isozentrum.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bestimmungsschritt außerdem die Ermittlung des Isozentrums auf der Basis eines Segments beinhaltet, das die Röntgenprojektionen schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ausrichtschritt das manuelle oder automatische Ausrichten des Objekts zur Anordnung der Position des Zentrums in Relation zu dem Isozentrum beinhaltet.
Verfahren zur Zentrierung eines Objekts eines bildgebenden Systems, wobei das Verfahren beinhaltet: die Akquisition wenigstens dreier Messpositionen für einen elektromagnetischen Empfänger in einem bildgebenden System und die Berechnung des Isozentrums in Bezug auf einen elektromagnetischen Sender auf der Basis der drei Positionsmessungen.
Verfahren nach Anspruch 4, zu dem außerdem gehört: die Indikation der Position des Zentrums des Objekts und die Verlagerung des Objekts so, dass das Isozentrum und die Position des Zentrums des Objekts zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Berechnungsschritt außerdem die Berechnung des Isozentrums auf der Basis des Zentrums von wenigstens drei Positionsmessungen beinhaltet.
Verfahren zur Bestimmung einer Arbeitsposition für eine tomographische Rekonstruktion, wobei das Verfahren beinhaltet: die Berechnung einer ungefähren Fokusdistanz in einem bildgebenden System, die Bestimmung von Positions- und Orientierungsinformation für einen elektromagnetischen Empfänger in Bezug auf einen elektromagnetischen Sender in einem bildgebenden System und die Bestimmung des Isozentrums eines bildgebenden Systems unter Nutzung der Positions- und Orientierungsinformation und der ungefähren Fokusdistanz.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Identifikationsschritt außerdem eine Rückprojektion der Positionsinformation zur Identifikation des Isozentrums beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, außerdem aufweisend: die Bestimmung der Position des Zentrums eines Objekts an dem die tomographische Akquisition durchzuführen ist und die Verlagerung des Objekts so, dass das Isozentrum und die Position des Zentrums des Objekts zueinander ausgerichtet sind.
System zur Zentrierung eines Objekts in einem Bildscanner, wobei das System aufweist: einen elektromagnetischen Sender zur Erzeugung eines magnetischen Felds, einen elektromagnetischen Empfänger zur Erfassung des elektromagnetischen Felds des elektromagnetischen Senders und eine Bildgebungseinheit zur Bestimmung des Isozentrums eines Bildscans auf der Basis der Information des elektromagnetischen Empfängers.
System nach Anspruch 10, bei dem die bildgebende Einheit das Isozentrum auf Basis wenigstens einiger Röntgenprojektionen und einer Anzahl von Positionsmessungen des elektromagnetischen Empfängers bestimmt.
System nach Anspruch 10 mit einem zweiten elektromagnetischen Empfänger zur Erfassung des Magnetfelds des elektromagnetischen Senders.