DE102005030364A1

DE102005030364A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenbildfolge

Info

Publication number: DE102005030364A1
Application number: DE102005030364A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boese; Norbert Rahn; Bernhard Dr. Sandkamp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: US20070003017A1; DE102005030364B4; US7460642B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenbildfolge zum Unterstützen beispielsweise einer Intervention an einem Patienten mit einem Katheter (oder Führungsdraht) erfolgt bei aufgenommenen (10) Röntgenbildern eine automatische Erkennung des Katheters (Schritt 12) mit einem Computersystem. Auf Grund der ermittelten Qualität der Abbildung des Objekts werden die Röntgenbildaufnahme-Parameter geändert (14), wobei das Röntgengerät bevorzugt automatisch mit den geänderten Röntgenbildaufnahme-Parametern angesteuert wird, um weitere Röntgenbilder aufzunehmen. Dadurch kann sich der Arzt auf die eigentliche Intervention konzentrieren und muss sich nicht mit der Bedienung des Röntgengeräts befassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenbildfolge sowie ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einem Röntgengerät und einem Computersystem.

Insbesondere zu Zwecken der Diagnose oder zu kleineren Eingriffen im Körper eines Patienten werden minimalinvasive Interventionen an Patienten durchgeführt. Es werden hierbei bestimmte Objekte, zum Beispiel Katheter oder Führungsdrähte, in den Körper des Patienten eingeführt. Ein Röntgenbildaufnahmesystem wird häufig hierbei dazu verwendet, die Spur der bestimmten Objekte zu verfolgen, d. h. die bestimmten Objekte in der Patientenumgebung abzubilden.

Ein Problem im Stand der Technik ist die Optimierung der Röntgenbildaufnahme-Parameter. Mit zunehmender Funktionalität von Röntgenbildaufnahmesystemen steigt die Anzahl der einstellbaren Parameter. Bisher wurde es dem Benutzer überlassen, diese Parameter so gut wie möglich einzustellen. Dies gelingt jedoch nicht immer perfekt, da die Aufmerksamkeit des Benutzers auf der eigentlichen Intervention und der Diagnostik liegt. Personell sehr gut ausgestattete Einrichtungen haben gelegentlich zusätzliches Personal, welches sich ausschließlich um die Einstellung der Röntgenbildparameter kümmert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erzeugung einer Röntgenbildfolge zum Zweck der Unterstützung einer Intervention bzw. eines Diagnosevorgangs zu optimieren. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 7 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte, dass zunächst die Röntgenbildaufnahme-Parameter an einem Röntgengerät eingestellt werden. In der Regel erfolgt dies von Hand, es können jedoch auch automatisch die Einstellungen vom vorherigen Mal übernommen werden. Nun wird ein Röntgenbild mit einem abzubildenden Objekt anhand der eingestellten Röntgenbildaufnahme-Parameter aufgenommen. Das abzubildende Objekt ist bei einer Intervention insbesondere ein interventionelles Instrument, beispielsweise ein Katheter. Nun wird das aufgenommene Röntgenbild einer automatischen Computer-Objekterkennung mit einem Computersystem unterzogen, und es wird eine Größe ermittelt, welche die Qualität der Abbildung des Objekts repräsentiert. Im Weiteren ermittelt das Computersystem automatisch eine Anpassung zumindest eines der Röntgenbildaufnahme-Parameter auf Grund der ermittelten Größe, und es werden die Einstellungen des Röntgengeräts dementsprechend geändert, vorzugsweise automatisch angesteuert von dem Computersystem. Dann können weitere Röntgenbilder aufgenommen werden, wobei die Schritte der Objekterkennung und der Anpassung der Röntgenparameter beliebig oft wiederholbar sind.

Die Erfindung macht sich also die Möglichkeiten der Computertechnik zunutze, Bildobjekte automatisch zu erkennen. Hierfür gibt es im Stand der Technik Verfahren, die hier nicht im Einzelnen erläutert werden müssen. Als Größe, welche die Qualität der Abbildung des Objekts repräsentiert, kommen u. a. die Bildschärfe, die absolute Helligkeit und/oder der Kontrast in Frage. Selbst bei schlechten Röntgenbildern ist dies zumindest qualitativ möglich. In Extremfällen kann die Größe auch eine logische Größe sein, die anzeigt, ob ein entsprechender Schwellwert überschritten wurde oder nicht.

Als Röntgenbildaufnahme-Parameter kommen bei modernen Röntgenbildaufnahmesystemen die Koordinaten für eine Patiententischposition d. h. die Koordinaten des Patententischs in X- und Y-Richtung sowie die Höhe Z in Frage, ferner die Einstellungen eines Röntgenkollimators, d. h. von Bleischeiben, die manche Bereiche des Bildobjekts (des Patienten) von der Röntgenstrahlung abschirmen, und auch Größen betreffend die Röntgenstrahlenmenge, wie die Hochspannung an der Röntgenröhre, die Vorfilterungseinstellung, z. B. bei Vorfilterung mit Kup fer (Dicke in mm), die Bildrate bzw. die Bildfrequenz oder die Detektordosis am Röntgendetektor kommen in Frage.

Moderne Computersysteme können nicht nur das Objekt selbst erkennen, sondern auch die Umgebung des Objekts analytisch auswerten. So kann das hier im Bereich der Medizintechnik eingesetzte Computersystem ermitteln, ob und wo in der Umgebung des Objekts Strukturen im Röntgenbild abgebildet sind. Im Falle eines Katheters kann von Interesse sein, ob Knochenstrukturen abgebildet werden. Da diese die Erkennbarkeit des Katheters beeinträchtigen, kann gegebenenfalls eine Änderung der Richtung erfolgen, aus der das Röntgenbild aufgenommen wird. Besonders leicht ist die bei einem Röntgengerät mit C-Bogen möglich, bei dem in Abhängigkeit von der computererfassten Umgebung des Objekts im Röntgenbild die Angulation des Röntgen-C-Bogens über zumindest eine von zwei Angulationsachsen oder auch die Detektorentfernung zur Röntgenquelle (Röntgenstrahlung) angepasst werden kann. Im Computer kann beispielsweise ein Mindestabstand von einer Katheterspitze zum abgebildeten Knochen festgelegt sein und eine dreidimensionale Auswertung der Röntgenbilddaten kann dann für entsprechende Steuerbefehle für den Röntgen-C-Bogen sorgen. Zur Erfindung gehört es auch, dass mehrere Röntgenbilder gemeinsam der automatischen Computer-Objekterkennung unterzogen werden, so dass derartige dreidimensionale Auswertungen möglich werden.

Das erfindungsgemäße Röntgenbildaufnahmesystem besteht aus einem Röntgengerät und einem Computersystem, wobei das Röntgengerät erfindungsgemäß dazu ausgelegt ist, bestimmte Objekte in von dem Röntgengerät aufgenommenen Bildern automatisch zu erkennen. Die Verbindung von einem Röntgengerät mit einem Computersystem ist als solche im Stand der Technik, insbesondere bei modernen Röntgenangiographiesystemen, verbreitet. Die Computersysteme wurden bisher jedoch noch nicht verwendet, um eine Objekterkennung durchzuführen. Die Erfindung macht sich hier den Fortschritt der Technik im Bereich derar tiger Objekterkennungssysteme und gleichzeitig bei der Qualität der Röntgenabbildungen zunutze.

Bevorzugt ist das Computersystem dazu ausgelegt, eine Größe betreffend die Qualität der Abbildung der bestimmten Objekte in den aufgenommenen Bildern zu ermitteln und das Röntgengerät in Abhängigkeit von dieser Größe automatisch anzusteuern.

Durch die automatische Ansteuerung des Röntgengeräts wird der Benutzer bei der Intervention von der eigentlichen Bedienung des Röntgengeräts und des gesamten Röntgenbildaufnahmesystems entlastet und muss nicht selbst die Qualität der Bilder überprüfen. Er kann sich seiner eigentlichen Aufgabe dem Patienten gegenüber widmen. Zusätzliche Personen zur Einstellung der Röntgenbildaufnahme-Parameter sind nicht mehr erforderlich.

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, worin:
1 die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Es wird eine Intervention an einem Patienten mit einem Katheter durchgeführt, beispielsweise von einem Kardiologen im Herz eines Patienten. Hierbei verfolgt der Kardiologe die Position des Katheters anhand von Röntgenbildern. Nach einer Grundeinstellung der Röntgenbildaufnahme-Parameter, beispielsweise durch den Kardiologen selbst oder einer Bedienperson an dem Röntgenbildaufnahmesystem, erfolgt eine erste Röntgenbildaufnahme in Schritt 10. Auf diesem Röntgenbild ist der Katheter in aller Regel gut erkennbar. Es ist somit möglich, das Röntgenbild oder auch eine Vielzahl von Röntgenbildern zusammen einer automatischen Computer-Objekterkennung zu unterziehen (Schritt 12). Das Computersystem des verwendeten Röntgenaufnahmesystems, beispielsweise eines Röntgenangiographiesystems, muss entsprechend zur automatischen Erkennung von Objekten in den aufgenommenen Bildern ausgelegt werden.
Da die Röntgenbilddaten ohnehin in computerlesbarer Form erzeugt werden und auf einem Computerbildschirm dargestellt sind, muss lediglich eine entsprechende Software verwendet werden. Das Computersystem ermittelt nun zumindest eine Größe betreffend die Qualität der Abbildung des Katheters. Mit herkömmlichen Mitteln ist es möglich, entsprechende Größen für die Bildschärfe, die absolute Helligkeit oder auch den Kontrast zu definieren und zu ermitteln. Die Größe gibt eine Information über die Erkennbarkeit des Katheters wieder. Auch weitere solche Größen können definiert und verwendet werden.
Anhand der Größe kann ermittelt werden, ob die bisherigen Röntgenbildaufnahme-Parameter geeignet sind oder auch nicht. Zu den Röntgenbildaufnahme-Parametern können beispielsweise die Koordinaten für die Patiententischposition gehören.
Befindet sich der Katheter ganz am Rande des Bilds, so kann der Patiententisch in vorteilhafter Weise verschoben werden, damit der Katheter in die Mitte des Bilds gelangt.
Analog kann ein Röntgenkollimator des Röntgenbildaufnahmesystems so eingestellt werden, dass lediglich der interessierende Bereich mit dem abgebildeten Objekt (Katheter) bestrahlt wird, was dazu beiträgt, die Strahlenbelastung des Patienten zu reduzieren.
Ist der Kontrast oder die Bildschärfe des erkennbaren Objekts besonders gut, so lässt dies darauf schließen, dass auch mit einer geringeren Strahlenbelastung qualitativ ausreichende Röntgenbilder erzielbar wären. Entsprechend kann man Parameter betreffend die Röntgenstrahlungsmenge ändern. Hierzu gehört die Hochspannung an der Röntgenröhre, die Detektordosis des Röntgendetektors oder auch die Bildfrequenz bei Systemen, bei denen wiederholt mehrere Bilder hintereinander aufgenommen werden, beispielsweise wenn der Katheter gerade verschoben wird und dies anhand der Bilder verfolgt werden soll.
Nach der automatischen Erkennung eines Objekts im Schritt 12 kann also im Schritt 14 eine Änderung der Röntgenbildaufnahme-Parameter von dem Computersystem ermittelt werden und eine entsprechende Einstellung am Röntgenbildaufnahmesystem automatisch gesteuert erfolgen. Anschließend wird mit der bisherigen Röntgenbildaufnahme fortgefahren, wobei abermals nur ein Röntgenbild aufgenommen werden kann oder eine ganze Folge von Röntgenbildern. In vorteilhafter Weise wird die automatische Erkennung des Objekts im Schritt 12 wiederholt und die Röntgenbildaufnahme-Parameter werden im Schritt 14 regelmäßig an die aufgenommenen Bilder angepasst.
Zur fortgeschrittenen Technik gehört es, dass auch die Umgebung des Objekts einbezogen wird (Schritt 16). Bei dem genannten Beispiel der Untersuchung des Herzens mit einem Katheter durch Kardiologen können vor allem die Knochen der Wirbelsäule und die Rippen störend sein.
Die fortgeschrittene Objekterkennungstechnik ermöglicht es, Strukturen, die von dem Objekt, d. h. dem Katheter verschieden sind, ebenfalls zu erfassen (zum Beispiel anhand eines Schwellwertkriteriums betreffend die Helligkeit in der Abbildung). Mit anderen Worten kann das Computersystem erkennen, welche Strukturen im Röntgenbild Knochen sind. Diese Strukturen stören die Abbildung des Katheters. Es kann daher wünschenswert sein, die Abbildungsrichtung so zu drehen, dass die Knochen in einen gewissen Abstand zum Katheter gelangen. Eine solche Drehung ist besonders bei einem Röntgengerät mit Röntgen-C-Bogen (zum Beispiel einem Röntgenangiographiesystems) leicht möglich, wobei die Winkelstellung (Angulation) des Röntgen-C-Bogens um zwei Achsen definierbar ist. Ferner kann auch die Entfernung des Röntgendetektors von dem Röntgenstrahler an dem C-Bogen anpassbar sein. Auch hier kann somit wieder eine Änderung der Röntgenbildaufnahme-Parameter sinnvoll sein, wobei hier die Angulationen des C-Bogens und die Entfernung des Detektors von dem Röntgenstrahler zu den Röntgenbildaufnahme-Parametern gehören. Entsprechend kann eine abermalige Röntgenbildaufnahme erfolgen. Schiebt der Kar diologe den Katheter in Richtung zum Herz, so kann wiederholt eine Anpassung der Parameter von Nöten sein. Gegebenenfalls ist es sinnvoll, dass die Änderung der Röntgenbildaufnahme-Parametern von dem Kardiologen selbst abfragbar bzw. auslösbar ist, beispielsweise durch Betätigung von entsprechenden Eingabetasten an dem Computersystem.
Die Erfindung ermöglicht es dem Kardiologen sich auf die eigentliche Tätigkeit, das Einschieben des Katheters zu konzentrieren, während bei Aufnahme einer Röntgenbildfolge automatisch eine Anpassung der Röntgenbildaufnahme-Parameter an ein Optimum erfolgt. So wird der Katheter in optimaler Weise in der Mitte des Bilds abgebildet und die Strahlenbelastung ist so, dass der Katheter auf den Bildern gut zu erkennen ist, ohne dass die Strahlenbelastung über Gebühr hoch wird.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Röntgenbildfolge, mit den Schritten: a) Einstellen der Röntgenbildaufnahme-Parameter an einem Röntgengerät, b) Aufnehmen (10) zumindest eines Röntgenbilds mit einem abzubildenden Objekt anhand der eingestellten Röntgenbildaufnahme-Parameter, c) Unterziehen zumindest eines aufgenommenen Röntgenbilds einer automatischen Computer-Objekterkennung (12) mit einem Computersystem und Ermittlung zumindest einer Größe betreffend die Qualität der Abbildung des Objekts, d) Ermitteln einer automatischen Anpassung zumindest eines der Röntgenbildaufnahme-Parameter auf Grund der ermittelten Größe und Änderung der Einstellungen des Röntgengeräts (14), und e) Aufnehmen (10) zumindest eines weiteren Röntgenbilds.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe in Schritt c) die Bildschärfe, die absolute Helligkeit und/oder den Kontrast des abzubildenden Objekts im Röntgenbild zumindest qualitativ erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenbildaufnahme-Parameter die Koordinaten für eine Patiententischposition und/oder die Einstellungen eines Röntgenkollimators und/oder zumindest einen Parameter betreffend die Röntgenstrahlungsmenge, insbesondere die Hochspannung einer Röntgenröhre, die Vorfilterdicke, die Bildfrequenz oder die Detektordosis eines Röntgendetektors umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c) bis e) wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) mittels des Computersystems auch ermittelt wird, ob und vorzugsweise wo in der Umgebung des Objekts Strukturen im Röntgenbild abgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgengerät mit Röntgen-C-Bogen verwendet wird, und dass in Schritt d) in Abhängigkeit von der computererfassten Umgebung des Objekts im Röntgenbild die Angulation des Röntgen-C-Bogens über zumindest eine von zwei Achsen und vorzugsweise auch eine Entfernung eines Röntgendetektors von einem Röntgenstrahler angepasst werden.
Röntgenbildaufnahmesystem, mit: – einem Röntgengerät und – einem Computersystem dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem dazu ausgelegt ist, bestimmte Objekte in von dem Röntgengerät aufgenommenen Bildern automatisch zu erkennen.
Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem dazu ausgelegt ist, eine Größe betreffend die Qualität der Abbildung der bestimmten Objekte in den aufgenommenen Bildern zu ermitteln und das Röntgengerät in Abhängigkeit von dieser Größe automatisch anzusteuern.