DE102005030609A1

DE102005030609A1 - Verfahren bzw. Röntgeneinrichtung zum Erstellen einer Serienaufnahme von medizinischen Röntgenbildern eines sich während der Serienaufnahme ggf. bewegenden Patienten

Info

Publication number: DE102005030609A1
Application number: DE102005030609A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boese; Benno Dr. Heigl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-04
Also published as: US7508913B2; JP2007007411A; JP5173157B2; US20070003014A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. Röntgeneinrichtung (7) zum Erstellen einer Serienaufnahme von bei einer Auswertung aufeinander zu beziehenden, zweidimensionalen, medizinischen Röntgenbildern (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) eines Patienten (36), wobei zunächst ein erstes Röntgenbild (1) und dann jeweils ein weiteres Röntgenbild (m) erstellt, in einem anschließenden Verfahrensschritt (4) jeweils eine durch eine Patientenbewegung verursachte Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild (m) und einem Röntgenbild (3) der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1) ermittelt und in einem anschließenden Verfahrensschritt (5) jeweils eine relative Lage zwischen einem zum Erstellen der Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) verwendeten Röntgenstrahler (10) und/oder Röntgendetektor (11) einerseits und dem Patienten (36) andererseits im Sinne einer Kompensation der Patientenbewegung abhängig von der jeweiligen Abweichung eingestellt wird, um über die gesamte Erstreckung einer Serienaufnahme trotz der Patientenbewegung in aufwandsarmer Weise fehlerarm aufeinander zu beziehende Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren bzw. eine Röntgeneinrichtung zum Erstellen einer Serienaufnahme von bei einer Auswertung aufeinander beziehbaren, zweidimensionalen medizinischen Röntgenbildern eines sich während der Serienaufnahme ggf. bewegenden Patienten, insbesondere in Anwendung auf eine Serienaufnahme gemäß einer Pfadfindertechnik.

Bei einigen Röntgenuntersuchungsverfahren ist ein Erstellen einer Serienaufnahme von zweidimensionalen Röntgenbildern eines Patienten vorgesehen, die bei einer Auswertung aufeinander bezogen werden, wobei eine fehlerarme Auswertung möglichst deckungsgleiche Röntgenbilder voraussetzt. Durch eine mögliche Patientenbewegung im Verlauf des Erstellens der Serienaufnahme wird die Deckungsgleichheit der Röntgenbilder beeinträchtigt und somit eine korrekte Auswertung der Röntgenbilder erschwert oder sogar vollständig verhindert, so dass die Serienaufnahme verbunden mit zusätzlichem Aufwand an Zeit und Kontrastmittel sowie mit zusätzlicher Strahlenexposition des Patienten teilweise oder vollständig wiederholt werden muss.

Bei der Auswertung werden die Röntgenbilder der Serienaufnahme beispielsweise bei einer Beurteilung der Röntgenbilder der Serienaufnahme durch einen Arzt aufeinander bezogen, indem der Arzt die Röntgenbilder abwechselnd oder gleichzeitig betrachtet. Die Röntgenbilder können auch durch eine rechnergestützte Bildverarbeitung aufeinander bezogen werden, indem beispielsweise zwei der Röntgenbilder rechnerisch zu einem neuen Röntgenbilder, z.B. einem Differenzbild, verarbeitet werden.

Ein Beispiel für das vorgenannte Röntgenuntersuchungsverfahrens ist die so genannte Pfadfindertechnik, die auch als Roadmapping bezeichnet wird. Diese Technik wird insbesondere dazu verwendet, die aktuelle Position eines durch ein Gefäßsystem des Patienten navigierten, Röntgenstrahlung absorbierenden Katheters anhand von während des Navigierens fortlaufend erstellten und unmittelbar angezeigten, zweidimensionalen Röntgenbildern visuell zu verfolgen. Ein solches fortlaufendes Erstellen von Röntgenbildern mit deren sofortigen Anzeige wird auch Fluoroskopie und die Röntgenbilder dementsprechend Fluoroskopiebilder genannt. Um die Position des Katheters relativ zu dem Gefäßsystem besser erkennen zu können, wird vor einem Einführen des Katheters in das Gefäßsystem in dieses zunächst ein Kontrastmittel injiziert und ein erstes Röntgenbild des Gefäßsystems als so genanntes Maskenbild erstellt. Dieses Maskenbild stellt das Gefäßsystem als so genannte Roadmap für die Navigation dar. Die im Verlauf der Navigation erstellten Röntgenbilder des Gefäßsystems ohne Kontrastmittel werden von dem Maskenbild subtrahiert, so dass der Katheter auf dabei jeweils erzeugten Differenzbildern als helle Abbildung in dem dunkel erscheinenden Gefäßsystem erkennbar ist, wohingegen ein für die Navigation unwesentlicher Bildhintergrund des Maskenbilds bzw. des jeweiligen Fluoroskopiebilds durch deren Subtraktion eliminiert wird. In diesem Beispiel werden das jeweilige Fluoroskopiebild und das Maskenbild durch die Subtraktion aufeinander bezogen. Die grundlegende Technik der Subtraktion eines ersten Röntgenbilds des Gefäßsystems mit Kontrastmittel einerseits und eines weiteren Röntgenbildes des Gefäßsystems ohne Kontrastmittel wird auch als Digitale Subtraktionsangiographie (DSA) bezeichnet. Aufgrund der Patientenbewegung zwischen dem Erstellen der Fluoroskopiebilder sind diese nicht mehr deckungsgleich mit dem Maskenbild, so dass in den jeweiligen Differenzbildern störende Bewegungsartefakte auftreten.

Zur Lösung des durch die im Verlauf der Serienaufnahme mögliche Patientenbewegung verursachten Problems sind drei verschiedene Methoden bekannt.

Durch eine Registrierung genannte Methode zur nachträglichen Bildverarbeitung können zwei Röntgenbilder, z.B. das Maskenbild und ein jeweiliges Fluoroskopiebild, nach deren Erstellung zur Deckung gebracht werden. Bei der Registrierung zweier Röntgenbilder wird deren relative Lage, z.B. anhand von charakteristischen Bildelementen, insbesondere in Form von so genannten Landmarken, oder anhand eines, insbesondere auf einer Grauwertverteilung basierenden, Ähnlichkeitsmaßes der zwei Röntgenbilder, bestimmt und die zwei Röntgenbilder durch eine Transformation, z.B. durch eine so genannte starre Transformation umfassend eine relative Rotation und/oder eine relative Translation, zur Deckung gebracht; solche und weitere Methoden zur Registrierung sind an sich aus dem Artikel „A survey of medical Image registration" von J.B. Antoine Maintz und Max A. Viergever (veröffentlicht in „Medical Image Analysis", 1998, Band 2, Nummer 1, Seiten 1-36) bekannt. Durch die Registrierung können nur bestimmte Patientenbewegungen nachträglich kompensiert werden, wie z.B. eine Patientenverschiebung senkrecht zu einer Achse von einem Röntgenstrahler zu einem Röntgendetektor, die jeweils zum Erstellen der Röntgenbilder verwendet werden; eine Drehung des Patienten um eine Achse, die senkrecht zu der vorgenannten Achse ausgerichtet ist, kann aufgrund der Projektionsgeometrie durch die Registrierung gar nicht oder nur sehr unvollständig kompensiert werden.

Gemäß einer zweiten Methode lässt sich eine speziell durch eine zyklische Patientenbewegung verursachte, unerwünschte Abweichung der Röntgenbilder der Serienaufnahme durch eine auf den jeweiligen Zyklus der Patientenbewegung abgestimmte zeitliche Steuerung des Erstellens der Röntgenbilder vermeiden. Solche zyklischen Patientenbewegungen werden z.B. durch die Atmung oder den Herzschlag des Patienten hervorgerufen. Ein Nachteil dieses Lösungsansatzes, der im Fall der zyklischen Bewegung in Form der Atmung als Atmen-Gating bekannt ist, besteht darin, dass sie sich nur auf zyklische Patientenbewegungen anwenden lässt.

Gemäß einer dritten Methode wird die Patientenbewegung an sich vermieden. Dies geschieht z.B. dadurch, dass der Patient seine Atmung während der Serienaufnahme anhält. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Patienten während der Serienaufnahme zu fixieren. Beide genannten Methoden dieses Lösungsansatzes können aber die Patientenbewegung, insbesondere bei lang andauernden Serienaufnahmen, nur teilweise verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über die gesamte Erstreckung einer Serienaufnahme von Röntgenbildern eines Patienten trotz einer möglichen Patientenbewegung in aufwandsarmer Weise fehlerarm aufeinander zu beziehende Röntgenbilder zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Röntgeneinrichtung gemäß Patentanspruch 15; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.

Durch ein auf einer zuvor ermittelten, durch eine Patientenbewegung verursachten Abweichung zwischen einem jeweils weiteren Röntgenbild der Serienaufnahme und einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder basierendes Einstellen einer relativen Lage zwischen einem zum Erstellen der Röntgenbilder verwendeten Röntgenstrahler und/oder Röntgenempfänger einerseits und dem Patienten andererseits im Sinne einer Kompensation der jeweiligen Patientenbewegung sind unabhängig von der jeweiligen Patientenbewegung fehlerarm aufeinander beziehbare Röntgenbilder erreichbar, ohne dabei den Patienten, z.B. durch Einüben einer speziellen Atemtechnik oder durch dessen Fixierung, in einer für den Patienten unangenehmen Weise einzuschränken; das Einstellen der relativen Lage zwischen dem Röntgenstrahler und/oder dem Röntgendetektor einerseits und dem Patienten andererseits bereits während des Erstellens der Röntgenbilder ermöglicht eine flexibler an die jeweilige Patientenbewegung angepasste Kompensation als eine anschließen de Registrierung der zweidimensionalen Röntgenbilder, die aufgrund der Projektionsgeometrie eingeschränkt ist; vorteilhaft wird durch die vorliegende Erfindung eine aufwendige, an das Erstellen der Serienaufnahme anschließende Nachbearbeitung der Röntgenbilder vermieden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild und dem ersten Röntgenbild der Serienaufnahme ermittelt wird; der wiederholte Rückgriff auf das erste Röntgenbild als das eine der zuvor erstellten Röntgenbilder vereinfacht das Verfahren. Im Fall einer Serienaufnahme gemäß der Pfadfindertechnik entspricht das jeweils weitere Röntgenbild dem jeweils aktuellen Fluoroskopiebild, dessen Abweichung von dem ersten Röntgenbild in Form des Maskenbildes ermittelt wird; bei dem Ermitteln der Abweichung ist zu berücksichtigen, dass sich das Fluoroskopiebild von dem Maskenbild nicht nur durch die Patientenbewegung, sondern auch durch ein Kontrastmittel bzw. durch eine Abbildung eines Katheters unterscheiden.

Durch eine iterative Wiederholung der Verfahrensschritte des Erstellens des jeweils weiteren Röntgenbildes, des Ermittelns der Abweichung zu einem jeweils zuvor erstellten Röntgenbild und des Einstellens der relativen Lage zwischen dem Röntgenstrahler und/oder dem Röntgendetektor einerseits und dem Patienten andererseits im Sinne eines auf die Reduzierung der Abweichung bezogenen Optimierungsprozesses ist eine schrittweise Annäherung an eine weitgehend vollständige Kompensierung der Patientenbewegung möglich.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, die für den Optimierungsprozess relevanten Verfahrensschritte als iterative Zwischenschritte mit zumindest einem probeweise, insbesondere mit geringer Strahlungsdosis, erstellten Röntgenbild als das jeweils weitere Röntgenbild durchzuführen; dies ermöglicht eine Selektion von Röntgenbildern, die aufgrund der vollständig kompensierten Patientenbewegung besonders gut für die Auswertung geeignet sind, ohne dabei den Optimierungsprozess einzuschränken. Die mit der geringen Strahlendosis erstellten Röntgenbilder sind besonders geeignet, den Optimierungsprozess fortzusetzen, ohne dass der Patient einer hohen Strahlenbelastung durch eine hohe Anzahl von Iterationsschritten ausgesetzt ist. Falls die mit der geringen Strahlendosis erstellten Röntgenbilder keine ausreichende diagnostische Qualität aufweisen, werden sie nicht zur Auswertung herangezogen. Der Optimierungsprozess kann auch während der interventionellen Behandlung durchgeführt werden, sofern diese eine häufige und längere Strahlungsauslösung mit geringer Dosis erfordert (z.B. Durchleuchtung während der Katheterpositionierung). In diesem Fall ist die zusätzliche Strahlenexposition des Patienten für den Optimierungsprozess vermeidbar.

Dadurch dass die Parameter des Einstellens der relativen Lage abhängig von der jeweils quantitativ ermittelten Abweichung im Sinne einer planmäßig direkten Reduzierung der Abweichung vor dem Einstellen berechnet werden, ist die Kompensation der Patientenbewegung verbunden mit einer geringen Strahlendosis besonders schnell möglich; dadurch kann insbesondere bei einer iterativen Reduzierung der Abweichung die Anzahl der dazu benötigten Iterationsschritte verringert werden.

Besonders einfach ist die Abweichung in Form einer quantifizierten Rotation bzw. quantifizierten Translation des weiteren Röntgenbildes relativ zu einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder ermittelbar; basierend auf der in dieser Form quantifizierten Abweichung gelingt die direkte Reduktion bzw. die iterative Reduzierung der Abweichung besonders schnell. Basierend auf dieser quantifizierten Abweichung kann die Patientenbewegung in einer Ebene senkrecht zu einer Achse durch den Röntgenstrahler und den Röntgendetektor durch einen Rotationswinkel und einen Translationsvektor quantitativ beschrieben werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigen:

1 einen zeitlichen Ablauf des erfindungemäßen Verfahrens anhand einer Abfolge von Röntgenbildern einer Serienaufnahme;

2 in einer perspektivischen Ansicht eine Röntgeneinrichtung mit einem um drei Achsen drehbaren C-Bogen und mit einem in drei Richtungen verschiebbaren Patiententisch;

3 in einer perspektivischen Ansicht einen sechs Drehachsen aufweisenden Roboter mit einem Befestigungselement;

4 den Roboter gemäß 3, an dessen Befestigungselement der C-Bogen mit einem Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor angeordnet ist;

5 in einer Seitenansicht einen sich bewegenden Patienten auf einer Patientenliege sowie einen C-Bogen, der zur Kompensation der Patientenbewegung in seiner relativen Lage zu dem Patienten eingestellt wird;

6 den Patienten und den C-Bogen gemäß 5, wobei zur Kompensation der Patientenbewegung der Patiententisch mit dem Patienten in seiner relativen Lage zu dem C-Bogen eingestellt wird.

1 zeigt den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Abfolge von n zweidimensionalen, medizinischen Röntgenbildern 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n mit 1<m<n, die entsprechend des jeweiligen Zeitpunktes ihres Erstellens entlang einer in Richtung einer zunehmenden Zeit t weisenden Zeitachse 6 angeordnet sind; zwei weitere, zu einer Kompensation einer Patientenbewegung wesentliche Verfahrensschritte 4 und 5 sind exemplarisch basierend auf einem jeweils weiteren Röntgenbild m, einem Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 und einem unmittelbar nachfolgenden Röntgenbild m+1 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Zeitpunkt, an dem das jeweils weitere Röntgenbild m erstellt wird, das demzufolge auch als das aktuelles Röntgenbild bezeichnet werden kann.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Serienaufnahme der Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n eines sich im Verlauf der Serienaufnahme möglicherweise bewegenden Patienten ist nach dem Erstellen des auf das erste Röntgenbild 1 folgenden, jeweils weiteren Röntgenbildes m und vor dem Erstellen des diesem unmittelbar nachfolgenden Röntgenbildes m+1 vorgesehen, dass:

– in dem Verfahrensschritt 4 eine durch eine Patientenbewegung verursachte Abweichung zwischen dem jeweils weiteren Röntgenbild m einerseits und dem einen Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 andererseits selbsttätig ermittelt wird und
– in dem Verfahrensschritt 5 der jeweils zum Erstellen der Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n verwendete Röntgenstrahler und/oder Röntgendetektor in seiner jeweiligen relativen Lage zu dem Patienten im Sinne einer Kompensation der Patientenbewegung abhängig von der jeweiligen Abweichung selbsttätig eingestellt werden.

Mit diesem Verfahren wird ermöglicht, eine Patientenbewegung nach ihrem Auftreten anhand des jeweils weiteren Röntgenbildes m zu ermitteln und in einem jeweils unmittelbar nachfolgenden Röntgenbild m+1 zu kompensieren. Dadurch wird einerseits verhindert, dass sich durch die Patientenbewegung verursachte Fehler in den im Verlauf der Serienaufnahme der Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n kumulieren, und andererseits wird gewährleistet, dass nach einem vorübergehenden Abklingen einer jeweiligen Patientenbewegung eine vollständige Kompensation dieser Patientenbewegung in den jeweils darauf folgenden Röntgenbildern gelingt.

Insbesondere bei Serienaufnahmen, deren auf das erste Röntgenbild 1 folgenden Röntgenbilder 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n zur Auswertung jeweils auf das erste Röntgenbild 1 bezogen werden, wird zweckmäßig das erste Röntgenbild 1 als das eine Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 zum Ermitteln der Abweichung verwendet. Dementsprechend wird bei der Anwendung des Verfahrens auf eine Katheternavigation gemäß der Pfadfindertechnik das Maskenbild, das gemäß der Pfadfindertechnik das erste Röntgenbild 1 der Serienaufnahme ist, als das eine Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 berücksichtigt. Durch das Verfahren wird vermieden, dass der in ein Gefäßsystem eingeführte Katheter in einem Differenzbild aus dem jeweils weiteren Röntgenbild m und dem Maskenbild 1 aufgrund der Patientenbewegung an einer falschen Stelle, insbesondere außerhalb eines auf dem Differenzbild dargestellten Gefäßsystems, erscheint. Nur bei besonders ruckartigen Patientenbewegung oder bei einer Patientenbewegung während eines besonders großen Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Röntgenbildern der Serienaufnahme kann es vorübergehend zu einer fehlerhaften Darstellung kommen, die jedoch durch das Verfahren anschließend behoben wird, so dass die Navigation problemlos fortgesetzt werden kann.

Durch eine iterative Wiederholung des Erstellens eines jeweils weiteren Röntgenbildes m und der vorgenannten Verfahrensschritte 4 und 5 im Sinne eines auf die Reduzierung der Abweichung bezogenen Optimierungsprozesses wird eine zunehmend gesteigerte Kompensation der Patientenbewegung ermöglicht. Dabei können die vorgenannten Verfahrensschritte als iterative Zwischenschritte mit zumindest einem probeweise, insbesondere mit geringer Strahlungsdosis, erstellten Röntgenbild als das jeweils weitere Röntgenbild m durchgeführt werden, um nur ein solches jeweils weiteres Röntgenbild m bei der Auswertung zu berücksichtigen, das fehlerfrei auf zumin dest eines der übrigen Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, m+1, ..., n beziehbar ist; Röntgenbilder, die trotz der Anwendung des Verfahrens eine zu hohe Abweichung aufweisen, werden hingegen zur Auswertung nicht herangezogen.

Im Fall einer ermittelten Abweichung in Form einer quantifizierten Rotation bzw. quantifizierten Translation des jeweils weiteren Röntgenbildes m relativ zu dem einen Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 kann die auf diese Weise quantifizierte Abweichung direkt durch ein einmaliges Ausführen der vorgenannten Verfahrensschritte 4 und 5 reduziert werden. In diesem Fall kann der iterative Optimierungsprozess zur Berechnung eines entsprechenden Einstellens der relativen Lage computergestützt vorab erfolgen.

Ein für den Optimierungsprozess verwendeter Algorithmus kann z.B. einem Algorithmus zur so genannten 2D-3D-Registrierung eines zweidimensionalen Röntgenbildes in Bezug auf ein dreidimensionales Röntgenbild entsprechen; solche Algorithmen zur 2D-3D-Registrierung sind an sich z.B. aus Kapital 3 der Dissertation „Registration of Tomographic Images to X-ray Projections for Use in Images Guides Interventions" von G.P. Penney (Dezember 1999, King's College London) bekannt. Bei der 2D-3D-Registrierung wird eine Projektion, mit der aus dem dreidimensionalen Röntgenbild ein zweidimensionales Röntgenbild digital rekonstruiert wird, derart iterativ verbessert, dass eine Abweichung zwischen einem tatsächlichen zweidimensionalen Röntgenbild und dem digital rekonstruierten Röntgenbild reduziert wird, wobei die Algorithmen, welche die Projektion betreffen, auf das Einstellen der Lage gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren angewendet werden können.

Besonders genau wird die Abweichung durch einen Vergleich der Positionen von charakteristischen Bildelementen, insbesondere in Form von anatomischen Landmarken, in dem jeweiligen weiteren Röntgenbild m mit den entsprechenden Positionen der gleichen charakteristischen Bildelementen in dem einen der je weils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 ermittelt; diese charakteristischen Bildelemente können auf einfach Weise automatisch erkannt und in zwei verschiedenen Bildern verglichen werden.

Ebenfalls besonders genau gelingt das Ermitteln der Abweichung basierend auf einem Ähnlichkeitsmaß des jeweiligen weiteren Röntgenbildes m im Vergleich zu dem einen Röntgenbild 3 der zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, wobei die Reduzierung der Abweichung einer Erhöhung des Ähnlichkeitsmaßes entspricht; Beispiele für ein solches Ähnlichkeitsmaß, z.B. basierend auf einer Pixelintensität bzw. einer Grauwertverteilung in den Röntgenbildern, sind an sich bereits aus der zuvor genannten Dissertation „Registration of Tomographic Images to X-ray Projections for Use in Images Guides Interventions" von G.P. Penney bekannt.

Die beiden zuvor beschriebenen Methoden zum besonders genauen Ermitteln der Abweichung entsprechen im Wesentlichen an sich aus dem bereits genannten Artikel „A survey of medical Image registration" von J.B. Antoine Maintz und Max A. Viergever bekannten Methoden zur intrinsischen Registrierung (siehe insbesondere Abschnitt „Intrinsic registration methods"); vergleichbare Methoden zur Registrierung sind auch aus der DE 102 10 646 A1 bekannt. Im Gegensatz zu den in diesen Texten genannten Methoden zur Registrierung ist anstelle einer rechnergestützten Ausrichtung der betreffenden Röntgenbilder 3 und m das Einstellen der Lage des Röntgenstrahlers und/oder Röntgendetektors relativ zu dem Patienten vorgesehen.

Ein die Durchführung des Verfahrens überwachender Benutzer kann zweckmäßiger Weise die Anwendung des Verfahrens bei dem Erstellen des jeweils weiteren Röntgenbildes m zeitweise aussetzen, falls offensichtlich keine Patientenbewegung vorliegt, so dass insbesondere ein unnötiges Durchlaufen von iterativen Optimierungsschritten, die ggf. mit einer zusätzlichen Strahlenbelastung für den Patienten verbunden sind, vermieden werden kann. Bei einer entsprechenden Benutzereingabe werden die Verfahrensschritte 4 und 5 des Ermittelns der Abweichung bzw. des Einstellens der relativen Lage bei Erstellen des jeweils weiteren Röntgenbildes m nicht durchgeführt.

Durch eine zusätzliche Registrierung der Röntgenbilder nach dem Erstellen aller Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n der Serienaufnahme ist es möglich, trotz des zuvor beschriebenen Einstellens der relativen Lage nicht vollständig deckungsgleiche Röntgenbilder aneinander auszurichten und auf diese Weise einen nachträglichen Beitrag zur Kompensation der Patientenbewegung zu leisten; Methoden zur Registrierung sind aus den zuvor bereits zitierte Texten an sich bekannt. Eine nachträgliche Registrierung ist besonders dann zweckmäßig anzuwenden, wenn nicht alle unabhängigen Freiheitsgrade, welche die Lage des Röntgenstrahlers und/oder Röntgenempfängers relativ zu dem Patienten bestimmen, mit der jeweiligen Röntgeneinrichtung einstellbar sind oder wenn die relative Lage nicht ausreichend schnell der Patientenbewegung folgen kann.

2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einer Röntgeneinrichtung 7 mit einem inneren C-Bogen 9 zur Halterung eines Röntgenstrahlers 10 und eines Röntgendetektors 11 sowie mit einem Patiententisch 12 für einen zu untersuchenden Patienten, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der innere C-Bogen 9 ist mit einem äußeren C-Bogen über einen Orbitalhub 13 verbunden, der eine Rotation des inneren C-Bogens um die Orbitalachse 17 und um die Angulationsachse 18 ermöglicht. Der äußere C-Bogen ist mit einer Deckenhalterung 15 über ein Drehgelenk 16 verbunden, das eine Rotation des äußeren C-Bogens 13 sowie des inneren C-Bogens 9 um eine vertikale Achse 19 ermöglicht. Der Patiententisch 12, dessen Halterung im Sinne einer möglichst übersichtlichen Zeichnung nicht dargestellt ist, kann durch eine Translation in den beiden horizontalen Richtungen 20 und 21 sowie durch eine Translation in der vertikalen Richtung 22 eingestellt werden. Durch die zuvor beschriebene Rotation und Translation kann die relative Lage zwischen dem inneren C-Bogen 9 mit dem Röntgenstrahler 10 und/oder dem Röntgendetektor 11 einerseits und dem Patien ten andererseits in allen möglichen sechs Freiheitsgraden eingestellt werden.

Zum Ermitteln der durch eine Patientenbewegung verursachten Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild m und dem einen Röntgenbild 3 der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 ist ein Rechenmittel 38 und zum Einstellen der relativen Lage zwischen dem Röntgenstrahler 10 und/oder dem Röntgendetektor 11 einerseits und dem Patienten andererseits ist ein Steuermittel 39 vorgesehen.

Durch eine Bewegung des Röntgenstrahlers 10 und/oder des Röntgendetektors 11 gelingt das Einstellen der relativen Lage besonders einfach, da alle an deren Bewegung beteiligten Bauteile in ihren mechanischen Eigenschaften bekannt bzw. diese mechanischen Eigenschaften vorbetrieblich ermittelbar sind. Darüber hinaus kann für die Bewegung des Röntgenstrahlers 10 und/oder des Röntgendetektors 11 aufwandsarm auf an sich bekannte Mittel, wie das C-Bogenstativ 9, 13-16 zur zuvor beschriebenen Rotation, zurückgegriffen werden.

Dadurch dass die Bewegung des Röntgenstrahlers 10 und des Röntgendetektors 11 durch eine Translation und/oder Rotation aufwandsarm in einer zueinander starren Anordnung, wie in diesem Beispiel in Form eines inneren C-Bogens 9, mit dem Röntgenstrahlers 10 und des Röntgendetektors 11 erfolgt, wird eine separate Bewegungssteuerung des Röntgenstrahlers 10 und des Röntgendetektors 11 vermieden, ohne dabei die Möglichkeiten zur Kompensation der Patientenbewegung einzuschränken.

Die relative Lage zwischen dem Röntgenstrahler 10 und/oder dem Röntgendetektor 11 einerseits und dem Patienten andererseits kann zweckmäßig aber auch durch eine Translation, wie in 2 dargestellt, und/oder durch eine Rotation des Patienten erfolgen; in diesem Ausführungsbeispiel ist der Patient, der sich zum Erstellen der Serienaufnahme auf den Patiententisch 12 legt, durch eine Translation des Patiententisches 12 in die drei Richtungen 20-22 zu bewegen. Je nach der verwendeten Röntgeneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann die relative Lage, wie in diesem Ausführungsbeispiel, durch eine Kombination aus einer Bewegung des Röntgenstrahlers 10 und/oder des Röntgendetektors 11 einerseits und des Patienten bzw. des Patiententisches 12 andererseits eingestellt werden, wobei ggf. auch weniger als sechs Freiheitsgrade berücksichtigt werden.

In Bezug auf 1 ist der Fall einer ermittelten Abweichung in Form einer quantifizierten Rotation bzw. quantifizierten Translation des jeweils weiteren Röntgenbildes m relativ zu einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder 1, 2, ..., m-1 erläutert. Diese Abweichung entspricht einer Patientenbewegung in einer Ebene senkrecht zu einer – in diesem Ausführungsbeispiel mit der vertikalen Achse 19 identischen – Achse durch den Röntgenstrahler 10 und den Röntgendetektor 11. Eine solche Patientenbewegung kann durch eine Rotation des inneren C-Bogens 9 um die in dieser Zeichnung vertikale Achse bzw. eine Translation des Patiententisches 12 in einer durch die Richtungen 20 und 21 definierte, horizontale Ebene kompensiert werden.

3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Roboter 23 mit sechs Drehachsen 24-29; ein solcher Roboter 23 ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. An einem Grundgestell 30 ist drehbar um eine erste Drehachse 24 ein Karussell 31 aufgenommen, an dem eine Schwinge 32 schwenkbar um eine zweite Drehachse 25 angebracht ist. An der Schwinge 32 ist drehbar um eine dritte Drehachse 26 ein Arm 33 befestigt, an dem endseitig eine Hand 34 drehbar um eine vierte Drehachse 27 angebracht ist. Die Hand 5 weist ein Befestigungselement 35 auf, das um eine fünfte Drehachse 28 drehbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Drehachse 29 schwenkbar ist.

4 zeigt den Roboter 23 gemäß 3, an dessen Befestigungselement 35 der bereits in 2 dargestellten C-Bogen 9 mit dem Röntgenstrahler 10 und dem Röntgendetektor 11 angeordnet ist. Mithilfe des Roboters 23 kann der C-Bogen 9 hinsichtlich seiner sechs grundsätzlich möglichen Freiheitsgrade in seiner relativen Lage zu einem in dieser Zeichnung nicht dargestellten Patienten eingestellt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die relative Lage zwischen dem Röntgenstrahler 10 und dem Röntgendetektor 11 einerseits und dem Patienten andererseits vorteilhaft ausschließlich durch die Bewegung des an dem C-Bogen 9 angeordneten Röntgenstrahlers 10 und des Röntgendetektors 11 eingestellt, so dass ein Bewegen des Patienten, der durch eine bei seinem Bewegen auftretende Beschleunigung möglicherweise zu einer unkontrollierten zusätzlichen Patientenbewegung angeregt wird, vermieden wird.

Durch eine Verwendung eines, in diesem Ausführungsbeispiel in sechs Freiheitsgraden steuerbaren, Roboters 23 zum Bewegen des C-Bogens 9 ist es möglich, den Röntgenstrahler 10 sowie den Röntgendetektor 11 in ihrer relativen Lage zu dem Patienten besonders schnell einzustellen, so dass auf diese Weise eine besonders verzögerungsfreie Kompensation der Patientenbewegung gelingt; dabei kann aufwandsarm auf bereits verfügbare Roboter nach Art des in der 3 abgebildeten Roboters 23 zurückgegriffen werden.

Der Patient kann sich während der Serienaufnahme – analog zu 2 – auf einem Patiententisch 12 befinden. Alternativ ist es bei der Verwendung des schnell bewegbaren Roboters 23 auch möglich, eine Serienaufnahme von Röntgenbildern 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n des Patienten in einer aufrechten Körperhaltung zu erstellen. Dadurch gelingt es, den Patienten in einer natürlichen Belastungssituation zu untersuchen.

Es ist auch denkbar, den Röntgenstrahler 10 und den Röntgendetektor 11 an je einen Roboter 23 anzuordnen und separat zu bewegen.

5 zeigt in einer stark vereinfachten Seitenansicht den Patiententisch 12 und den C-Bogen 9 mit dem Röntgenstrahler 10 sowie mit dem Röntgendetektor 11 gemäß 2, wobei auf dem Patiententisch 12 ein sich bewegender Patient 36 liegt, von dessen Kopf 37 eine Serienaufnahme von Röntgenbildern 1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n erstellt wird.

Der Patient 36 bewegt seinen Kopf 37 von einer Ausgangsposition, die durch eine gestrichelte Linienkontur dargestellt ist, vertikal nach unten auf eine Endposition, die durch eine durchgezogene Linienkontur dargestellt ist. Die durch diese Patientenbewegung verursachte Abweichung zwischen einem Röntgenbild m des Kopfes 37 in der Endposition und einem zuvor erstellten Röntgenbild 3 wird ermittelt und anschließend die relative Lage zwischen dem C-Bogen 9 mit dem Röntgenstrahler 10 und dem Röntgendetektor 11 einerseits und dem Kopf 37 des Patienten 36 andererseits abhängig von der ermittelten Abweichung – in diesem Ausführungsbeispiel – durch eine Rotation des C-Bogens gegen den Uhrzeigersinn von einer Ausgangslage, die durch eine gestrichelte Linienkontur dargestellt ist, zu einer Endlage, die durch eine durchgezogene Linienkontur dargestellt ist, eingestellt, so dass die Patientenbewegung für das nachfolgend erstellte Röntgenbild m+1 kompensiert ist.

6 zeigt analog zu 5 ebenfalls den Patiententisch 12, den C-Bogen 9 und den auf dem Patiententisch 12 liegenden Patienten 36. Im Unterschied zur 5 wird die Patientenbewegung nicht durch eine Rotation des C-Bogens 9 kompensiert, sondern durch eine Rotation des Patiententisches 12 im Uhrzeigersinn von einer durch eine gestrichelte Linienkontur dargestellten Ausgangslage zu einer durch eine durchgezogene Linienkontur dargestellte Endlage.

Allgemein wird angemerkt, dass mit eine Patientenbewegung nicht nur die Bewegung des Patienten 36 als Ganzes, sondern auch – wie in dem anhand der 5 und 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel – die Bewegung eines Körperteils des Pa tienten 36 oder auch die Bewegung eines inneren Organs des Patienten 36 verstanden sein soll.

Die Erfindung lässt sich grundsätzlich wie folgt zusammenfassen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. Röntgeneinrichtung zum Erstellen einer Serienaufnahme von bei einer Auswertung aufeinander zu beziehenden, zweidimensionalen, medizinischen Röntgenbildern eines Patienten, wobei zunächst ein erstes Röntgenbild und anschließend jeweils ein weiteres Röntgenbild erstellt, dann jeweils eine durch eine Patientenbewegung verursachten Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild und einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder ermittelt und abschließend jeweils eine relative Lage zwischen einem zum Erstellen der Röntgenbilder verwendeten Röntgenstrahler und/oder Röntgendetektor einerseits und dem Patienten andererseits abhängig von der jeweiligen Abweichung eingestellt wird, derart dass die Patientenbewegung kompensiert wird, um über die gesamte Erstreckung einer Serienaufnahme trotz der Patientenbewegung in aufwandsarmer Weise fehlerarm aufeinander zu beziehende Röntgenbilder zu gewährleisten.

Claims

Verfahren zum Erstellen einer Serienaufnahme von bei einer Auswertung aufeinander zu beziehenden, zweidimensionalen, medizinischen Röntgenbildern (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) eines sich während der Serienaufnahme ggf. bewegenden Patienten (36) unter Benutzung eines Röntgenstrahlers (10) und eines Röntgendetektors (11), insbesondere in Anwendung auf eine Serienaufnahme gemäß einer Pfadfindertechnik, umfassend folgende Schritte: a) Erstellen eines ersten Röntgenbildes (1) der Serienaufnahme, b) Erstellen zumindest eines jeweils weiteren Röntgenbildes (m) der Serienaufnahme, c) Ermitteln einer durch eine Patientenbewegung verursachten Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild (m) und einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, .., m-1), d) Einstellen einer relativen Lage zwischen dem Röntgenstrahler (10) und/oder dem Röntgendetektor (11) einerseits und dem Patienten (36) andererseits im Sinne einer Kompensation der Patientenbewegung abhängig von der jeweiligen Abweichung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Ermitteln der Abweichung das erste Röntgenbild (1) als das eine der zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Verfahrenschritte b)-d) im Sinne eines auf eine Reduzierung der Abweichung bezogenen Optierungsprozesses iterativ wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verfahrensschritte b)-d) zusätzlich als iterative Zwischenschritte mit zumindest einem probeweise, insbesondere mit geringer Strahlungsdosis, erstellten Röntgenbild als das jeweils weitere Röntgenbild (m) durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-4, wobei die Parameter des Einstellens der relativen Lage abhängig von der. jeweils quantitativ ermittelten Abweichung im Sinne einer planmäßig direkten Reduzierung der Abweichung vor dem Einstellen berechnet werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-5, wobei die Abweichung in Form einer quantifizierten Rotation bzw. quantifizierten Translation des jeweils weiteren Röntgenbildes (m) relativ zu einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-6, wobei die Abweichung durch einen Vergleich der jeweiligen Positionen von charakteristischen Bildelementen, insbesondere in Form von anatomischen Landmarken, ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-7, wobei die jeweilige Abweichung basierend auf ein Ähnlichkeitsmaß des jeweiligen weiteren Röntgenbildes (m) im Vergleich zu dem einen der zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-8, wobei das Einstellen der relativen Lage durch eine Benutzereingabe zeitweise aussetzbar ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-9, wobei das Einstellen der relativen Lage, insbesondere ausschließlich, durch eine Bewegung des Röntgenstrahlers (10) und/oder des Röntgendetektors (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Bewegung durch eine Translation und/oder Rotation einer zueinander starren Anordnung, insbesondere in Form eines C-Bogens (9), des Röntgenstrahlers (10) und des Röntgendetektors (11) relativ zu dem Patienten (36) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Anordnung von einem, insbesondere in sechs Freiheitsgraden steuerbaren, Roboter (23) bewegt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-12, wobei die relative Lage zwischen dem Röntgenstrahler (10) und/oder dem Röntgendetektor (11) einerseits und dem Patienten (36) andererseits, insbesondere ausschließlich, durch eine Translation und/oder Rotation eines Patiententisches (12) mit dem Patienten (36) erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-13, wobei nach dem Erstellen aller Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) der Serienaufnahme eine Registrierung der Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) erfolgt.
Röntgeneinrichtung zum Erstellen einer Serienaufnahme von bei einer späteren Auswertung aufeinander beziehbaren, zweidimensionalen, medizinischen Röntgenbildern (1, 2, ..., m-1, m, m+1, ..., n) eines sich während der Serienaufnahme ggf. bewegenden Patienten (36), insbesondere zum Erstellen einer Serienaufnahme gemäß einer Pfadfindertechnik, – mit einem Röntgenstrahler (10) und mit einem Röntgendetektor (11) zum Erstellen eines ersten Röntgenbildes (1) und eines jeweils weiteren Röntgenbildes (m), – mit einem Rechenmittel (38) zum Ermitteln einer durch eine Patientenbewegung verursachten Abweichung zwischen dem jeweiligen weiteren Röntgenbild (m) und einem der jeweils zuvor erstellten Röntgenbilder (1, 2, ..., m-1), – mit einem Steuermittel (39) zum Einstellen einer relativen Lage zwischen dem Röntgenstrahler (10) und/oder dem Röntgendetektor (11) einerseits und dem Patienten (36) andererseits im Sinne einer Kompensation der Patientenbewegung abhängig von der jeweiligen Abweichung.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 15 ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1-14.