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Die
Erfindung betrifft ein System zur bildlich dargestellten Verfolgung
eines in ein Untersuchungsobjekt mindestens teilweise eingeführten, bewegten medizinischen
Instruments, wobei eine Vielzahl von zweidimensionalen, durch je
eine Projektionsrichtung gekennzeichneten Projektionsdatensätzen eines
Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts erfasst wird, in
welchem wenigstens ein Teil des medizinischen Instruments geführt ist,
wobei die Projektionsdatensätze
jeweils aus einem den Untersuchungsbereich durchsetzenden Röntgenstrahl
gewonnen werden, welcher eine sich in Projektionsrichtung erstreckende
Strahlmittelachse aufweist und durch eine Strahlbegrenzungsfläche begrenzt
wird, und wobei aus den Projektionsdatensätzen mittels eines Bildrekonstruktionsverfahrens
ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Untersuchungsbereichs mit dem
darin geführten
Teil des medizinischen Instruments ermittelt und bildlich dargestellt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbesserung
von Röntgengeräten, insbesondere
im Bereich der Medizintechnik. Ungeachtet der Entwicklung auf dem
Gebiet der Medizintechnik, insbesondere der bildgebenden Verfahren,
z. B. Computertomographie und Magnetresonanztomographie, bleiben
konventionelle Röntgensysteme
ein bedeutendes Instrument zur medizinischen Diagnose und Patientenüberwachung.
Röntgenuntersuchungen
finden zum einen Anwendung in der Diagnostik, z. B. bei der Aufklärung von
Knochenfrakturen, Tumoren, Zysten, Verkalkungen, Lufteinschlüssen oder
auch Vorsorgeuntersuchungen. Andererseits sind Röntgensysteme auch fluoroskopisch
anwendbar z. B. bei angiographischen Untersuchungen zur Erfassung
des Gefäßsystems
eines Patienten, zur Kontrolle medizinischer Interventionen, Lokalisierung
medizinischer Instrumente usw. Durch Reduktion der für Röntgenuntersuchungen genutzten
Strahlendosis für
den Patienten, insbesondere durch technischen Fortschritt, werden
weitere Anwendungsgebiete für
die Röntgentechnik,
insbesondere für
interventionell eingesetzte Angiographiesysteme erschlossen.
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Mit
modernen Angiographie-Anlagen – etwa dem
Siemens Axiom Artis – können nicht
nur zweidimensionale Bilder von einem Patienten gewonnen werden.
Durch Aufnahme mehrerer Bilder bzw. Projektionsdatensätze für den gleichen
Untersuchungsbereich aus unterschiedlichen Aufnahmerichtungen, lassen
sich auch räumliche
Darstellungen eines Untersuchungsbereichs ermitteln. Für native
Aufnahmen von einem Untersuchungsbereich, z. B. einem Organ in seiner
anatomischen Umgebung ohne Zuführung
von Kontrastmitteln, genügt
eine einzige Aufnahmefahrt. Dabei dreht sich beispielsweise ein C-Bogen
um den Untersuchungsbereich, wobei während der Fahrt Bilddatensätze vom
Untersuchungsbereich aufgenommen werden. Durch Rückprojektion lässt sich
aus den aufgenommenen Bildern eine räumliche Darstellung des Untersuchungsbereichs ermitteln.
Aus der Vielzahl an erforderlichen Aufnahmen zur Ermittlung einer
räumlichen
Darstellung resultiert jedoch eine erhöhte Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt.
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Aus
der Offenlegungsschrift 10 2004 016 586 A1 ist eine Bildrekonstruktionseinrichtung
für ein Röntgengerät sowie
ein Verfahren zur lokalen 3-D-Rekonstruktion eines Objektbereiches
eines Untersuchungsobjekts aus 2-D-Bilddaten mehrer 2-D-Durchleuchtungsbilder
des Untersuchungsobjekts bekannt, die in zeitlicher Abfolge mit
unterschiedlichen bekannten Projektionsgeometrien mit dem Röntgengerät aufgenommen
wurden. Das Verfahren und die Bildrekonstruktionseinrichtung ermöglichen
in einfacher Weise eine 3-D-Bildrekonstruktion eines sich bewegenden
lokal begrenzten Objektbereichs ohne Bewegungsartefakte.
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Ist
die Darstellung von Subtraktionsbildern Ziel der Untersuchung, so
sind mehrere Aufnahmefahrten erforderlich, um diese zu erstellen.
Zur Erzeugung eines Subtraktionsbildes wird in der Regel zunächst ein
Maskenbild aufgenommen, was einer nativen Aufnahme des interessierenden
Bereichs des Untersuchungsobjekts entspricht. Anschließend erfolgt
eine Aufnahme desselben Bereichs unter Zufuhr von Kontrastmittel.
Werden diese Bilder voneinander subtrahiert, erhält man ein Subtraktionsbild.
Aus derartigen Subtraktionsbildern lassen sich ebenfalls räumlich Darstellungen
generieren wenn Subtraktionsbilder für mehrere Projektionsrichtungen
erfasst werden.
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Die
heute mittels auf Angiographiesystemen ermittelbaren räumlichen
Darstellungen erreichen bisweilen die Qualität von räumlichen Darstellungen, welche
mittels Computertomographie gewonnen werden. Die hierbei durchstrahlte,
projizierte Fläche zur
Ermittlung von räumlichen
Darstellungen beträgt in
der Regel ca. 400 cm2 bzw. 20 cm mal 20
cm, während
der durchstrahlte Bereich bei Computertomographien in der Regel
auf wenige Quadrat-Millimeter beschränkt ist.
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Werden
Interventionen an kritischen Körperstellen
durchgeführt,
wie etwa bei Neurolysen, Biopsien parenchymatösen Gewebes, Drainage-Behandlung
für pathologische
Flüssigkeitsansammlungen, radiologische,
interventionelle Schmerztherapie, TIPSS – transjugulärer intrahepatischer
portosystemischer Stentshunt, perkutane Gallengangs- und Gallenwegsdrainage,
weitere spezielle Therapien, z. B. Radiofrequenzablation, usw. so
sind räumliche Darstellungen
zur verbesserten Kontrolle der Intervention, z. B. das Eindringen
einer dünnen
Punktions-Nadel
in den kritischen Körperteil,
erwünscht. Dazu
wird zwischen zwei Verschiebungen des medizinischen Instruments
eine räumliche
Darstellung des relevanten Untersuchungsbereichs – mit eingeführtem Instrument – ermittelt.
So kann bspw. der Fortgang der Einführung der Nadel und der Punktion des
Gewebes überwacht
werden.
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Bisher
wird die auf 3D-Bildgebung basierte Kontrolle medizinischer Interventionen,
welche eine Niederkontrast-Auflösung
bzw. genaue Information über
die räumliche
Lage eines Instruments, z. B. einer Nadel, im Körper benötigen, in der Regel mit Computertomographen
durchgeführt.
Hierbei wird eine Schicht oder einige wenige dünnen Schichten des Untersuchungsobjekts
aufgenommen und eine räumliche
Darstellung des untersuchten Bereichs rekonstruiert. Nachteile des
Verfahrens der Computertomographie ergeben sich aus der schlechten
Zugänglichkeit
des Patienten, welcher bei der Bildaufnahme von einer zylinder-artigen
Fläche
vom medizinischen Personal abgegrenzt ist, und einer erhöhten Strahlenbelastung
für den
Patienten, da keine Möglichkeit
für Fluoroskopie,
d. h. Erfassung zweidimensionaler Projektion mit niedriger Röntgendosis
besteht.
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In
der gattungsbildenden
DE
101 14 099 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen
Position eines Katheters beschrieben, in dem vorab mehrere zweidimensionale
Angiographieprojektionsbilder des Untersuchungsbereichs, in das
Instrument einzuführen
ist, aufgenommen werden, woraus eine dreidimensionale Volumenrekonstruktion des
Untersuchungsbereichs erzeugt wird. Nach Einführendes Katheters wird ein
zweidimensionales Projektionsbilderpaar aufgenommen, aus der Abbildung des
Katheters werden die Raumkoordinaten eines ausgewählten Punkts
ermittelt, und dieser ausgewählte
Punkt wird innerhalb der dreidimensionalen Volumenrekonstruktion
des Untersuchungsbereichs an einem Monitor dargestellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten
Art bereitzustellen, welches die Verfolgung eines in ein Untersuchungsobjekt
eingeführten,
bewegten medizinischen Instruments über die Dauer eines medizinischen
Eingriffs ermöglicht
und dabei eine gute Zugänglichkeit zum
Untersuchungsobjekt gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes System der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
dass dreidimensionale Bilddatensätze
sukzessive mit einer Bildermittlungsrate ermittelt werden, wobei
die Bildermittlungsrate derart gewählt ist, dass das bewegte medizinische
Instrument verfolgbar ist, und wobei die Einstellung der Röntgenstrahlung
an die jeweils mittels eines Lokalisierungsverfahrens ermittelte
aktuelle Position und/oder Lage des medizinischen Instruments angepasst
wird. Dadurch kann eine Verfolgung in Form räumlichen Darstellungen eines
in einem Untersuchungsobjekt geführten
medizinischen Instruments ermöglicht
werden, wobei das Untersuchungsobjekt gut zugänglich ist. Die zur Ermittelung
der dreidimensionalen Bilddatensätze
aufgenommenen Projektionsdatensätze
können
in beliebiger Projektionsrichtung erfasst werden. Die Bewegung eines
die Röntgenstrahlung
zur Erfassung der Projektionsdatensätze erzeugenden Röntgenstrahlers
und eines Röntgendetektors
sind dabei aufeinander abgestimmt.
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Beispielsweise
können
Röntgenstrahler
und Röntgendetektor
jeweils an einem beweglichen Roboterstativ angeordnet sein. Die
Roboterstative können
sich derart um das Untersuchungsobjekt bewegen, dass Projektionsdatensätze erfasst
werden, welche zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes
des Untersuchungsbereichs mit oder ohne das darin geführte medizinische
Instrument geeignet sind. Ebenso sind auch C-Bogen-Systeme für derartige
Anwendungen denkbar. Je schneller eine ausreichende Vielzahl an
Projektionsdatensätzen
zur Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes erfasst werden
kann, desto höher
kann die Bildermittlungsrate für
die dreidimensionalen Bilddatensätze gewählt werden.
Vorzugsweise wird nach jeder Änderung
der Position und/oder gegebenenfalls Lage des medizinischen Instruments
eine räumliche
Darstellung des Untersuchungsbereichs mit dem medizinischen Instrument
ermittelt, um eine kontrollierte Bewegung des medizinischen Instruments
im Untersuchungsbereich zu ermöglichen.
Um die Zeit einer medizinischen Intervention, z. B. einer Biopsie,
so gering wie möglich
zu halten, ist vorteilhaft die Bildermittlungsrate so hoch wie möglich zu
wählen.
Damit ist eine schnellere, und trotzdem sichere Führung des
medizinischen Instruments durch den Untersuchungsbereich möglich.
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Aus
den dreidimensionalen Bilddatensätzen werden
räumliche
Darstellungen vom Untersuchungsbereich mit dem medizinischen Instrument
ermittelt und angezeigt. Durch eine räumliche Darstellung der Bewegung
des medizinischen Instrument in dem Untersuchungsbereich, wenn möglich in
Echtzeit, wird die Sicherheit des Patienten erhöht, da die relative Position
und/oder Lage des medizinischen Instruments zur anatomischen Umgebung
im Untersuchungsbereich besser dargestellt werden kann. Dabei kann
der gesamte Teil des in den Untersuchungsbereich eingeführten, medizinischen
Instruments dargestellt werden, oder auch nur Teile des medizinischen
Instruments im Untersuchungsbereich. Insofern kann bspw. eine Biopsie-Nadel
noch zielgerichteter in einem Untersuchungsbereich geführt werden,
bei gleichzeitig geringerer Belastung des Benutzers der Biopsie-Nadel
bzw. des medizinischen Personals.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen die Strahlmittelachsen
der Vielzahl von mittels des Röntgengeräts aufgenommenen
Projektionsdatensätzen
in einer gemeinsamen, den Untersuchungsbereich durchdringenden Untersuchungsebene.
Damit ist eine herkömmliche
Vorrichtung für
das Verfahren für
eine im Bild dargestellte Verfolgung des medizinischen Instruments
im Untersuchungsbereich nutzbar. So zum Beispiel Röntgengeräte mit drehbar
gelagertem C-Bogen oder U-Bogen, an welchem ein Röntgenstrahler
und ein Röntgendetektor
an gegenüberliegenden
Enden des C-Bogens oder U-Bogens
angeordnet sind. Somit können
Kosten für
medizinische Abteilungen reduziert werden, da das erfindungsgemäße System
vorhandener medizinischer Geräte
im Rahmen etabliert werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst der mit dem Untersuchungsbereich dargestellte
Teil des medizinischen Instruments ein Ende des medizinischen Instruments.
Damit kann der Untersuchungsbereich, welcher an das eingeführte Ende
des medizinischen Instruments angrenzt, gut eingeschätzt werden.
Das Vorschieben des medizinischen Instruments kann auf die anatomischen
Gegebenheiten des vor dem Ende des medizinischen Instruments befindlichen
Untersuchungsbereichs angepasst werden, z. B. in Geschwindigkeit und
Richtung des Vorschiebens. Ist ein medizinisches Instrument teilweise
in einen Untersuchungsbereich eingeführt, so liegt ein aus Sicht
des Benutzers des medizinischen Instruments distales, d. h. ein dem
Benutzer abgewandtes Ende des Instruments vor, sowie ein proximales,
d. h. ein dem Benutzer zugewandtes Ende des Instruments. In der
Regel – z. B.
bei Kathetern und Biopsie-Nadeln – handelt es sich bei dem dargestellten
Ende um das distale Ende des medizinischen Instruments.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der
Röntgenstrahl
derart in Abhängigkeit
des in das Untersuchungsobjekt eingeführten medizinischen Instruments
eingestellt, dass die Strahlbegrenzungsfläche den im Untersuchungsbereich
eingeführten
Teil des medizinischen Instruments eng umschließt. Dadurch kann nicht nur
die bildlich dargestellte Verfolgung des medizinischen Instruments
im Untersuchungsbereich erreicht werden, sondern auch eine verringerte
Strahlenbelastung für das
Untersuchungsobjekt. Die Strahlbegrenzungsfläche des Röntgenstrahls wird auf den interessierenden
Bereich des Untersuchungsobjekts, d. h. auf den interessierenden
Teil eines in dem Untersuchungsobjekt geführten medizinischen Instruments
in seiner anatomischen Umgebung des Untersuchungsobjekts angepasst.
Der Röntgenstrahl
durchdringt im Wesentlichen somit nur den interessierenden Bereich des
Untersuchungsobjekts mit dem Teil des eingeführten medizinischen Instruments.
Nach Einstellung des Röntgenstrahls
auf den interessierenden Bereich stimmt der Untersuchungsbereich
mit dem interessierenden Bereich zweckmäßigerweise überein. Dabei liegt es an der
Art des medizinischen Eingriffs sowie dem Ermessen des medizinischen
Personals, den interessierenden Bereich festzulegen. In der Regel
wird man den interessierenden Bereich derart wählen, dass das medizinische
Instrument mit ausreichender Sicherheit im Untersuchungsobjekt geführt werden
kann, jedoch die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt so
gering wie möglich
gehalten wird.
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Dies
kann bspw. erreicht werden, indem der Röntgenstrahl kegelförmig ausgebildet
ist. Zur Veränderung
des Öffnungswinkels
des kegelförmig
ausgebildeten Röntgenstrahls
kann eine Blende mit kreisförmiger Öffnung genutzt
werden, wobei die Größe der Blendenöffnung einstellbar
ist. Alternativ können
keilförmig
oder pyramidenförmig
ausgebildete Röntgenstrahlen
Anwendung finden. Derartig ausgebildete Röntgenstrahlen werden durch
eine einstellbar, spaltförmige
Blendenöffnung
bzw. eine einstellbare, rechtecksförmige Blendenöffnung bereitgestellt.
Je nach Lage des interessierenden Bereichs des Untersuchungsobjekts
kann der jeweilige Röntgenstrahl
zur Erfassung der Projektionsdatensätze gewählt werden, und so die Strahlenbelastung
geringer gehalten werden, als bei herkömmlicher Erfassung der Projektionsdatensätze ohne
Einblendung des Röntgenstrahls.
Weiter kann durch ein enges Umschließen des gewünschten Teils des in das Untersuchungsobjekt
eingeführten
medizinischen Instruments durch die Strahlbegrenzungsfläche die Dauer,
welche zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes
benötigt
wird, aufgrund eines geringeren Datenaufkommens verringert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante der
Erfindung wird ein dreidimensionaler Bilddatensatz einer den Untersuchungsbereich
umgebenden Untersuchungsumgebung des Untersuchungsobjekts ermittelt,
dem die sukzessive ermittelten dreidimensionalen Bilddatensätze des
Untersuchungsbereichs überlagert
werden. Die Untersuchungsumgebung ist vorteilhafterweise von seinen
Abmessungen größer als
der Untersuchungsbereich. Der Untersuchungsbereich wird kontinuierlich
durch Projektionsdatensätze
erfasst und zugehörige
dreidimensionale Bilddatensätze
ermittelt. Durch Überlagerung
der sukzessive ermittelten dreidimensionalen Bilddatensätze mit
der vorzugsweise einmalig ermittelten Untersuchungsumgebung – etwa ohne
medizinisches Instrument – wird
die Orientierung des medizinischen Personals im Untersuchungsobjekt
verbessert. Durch eine sukzessive Ermittlung von dreidimensionalen
Bilddatensätzen
des Untersuchungsbereichs werden anatomische Änderungen – etwa durch Druck einer Biopsie-Nadel
auf ein Gefäß – erfasst, und
in die ermittelte räumliche
Darstellung des einmalig erfassten Untersuchungsbereichs eingefügt. Damit
ist die gesamte Darstellung stets aktuell. Um eine korrekte Überlagerung
der sukzessive ermittelten Bilddatensätze durchzuführen, d.
h. diese orts- und lagerichtig dem Bilddatensatz der Untersuchungsumgebung
zu überlagern,
wird vorzugsweise eine Bildregistrierung vorgenommen. Diese kann durch
eine oder mehrere markante anatomische Stellen oder auch durch zusätzlich am
Untersuchungsobjekt angebrachte, äußere, in den den erfassten
Datensätzen
zugeordneten Bildern sichtbare Markierungen erfolgen. Weiter führt die Überlagerung
der dreidimensionalen Bilddatensätze
des Untersuchungsbereichs und der Untersuchungsumgebung zu einem
verringerten Datenaufkommen, da nicht bei jeder räumlichen
Darstellung die gesamte Untersuchungsumgebung mit medizinischem
Instrument rekonstruiert werden muss, um eine verbesserte Orientierung
für das
medizinische Personal im Untersuchungsobjekt zu schaffen. Durch
die sukzessive Erfassung eines gegenüber der Untersuchungsumgebung
kleineren Untersuchungsbereichs wird auch die Strahlenbelastung
des Untersuchungsobjekts verringert.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein
zweidimensionaler Projektionsdatensatz dem zuletzt ermittelten dreidimensionalen
Bilddatensatz überlagert.
Durch die überlagerte
Darstellung des zuletzt ermittelten dreidimensionalen Bilddatensatzes
mit einem danach erfassten zweidimensionalen Projektionsdatensatz
lässt sich die
Strahlenbelastung für
das Untersuchungsobjekt weiter verringern. In bestimmten Fällen ist
zur Aufklärung
der Position und/oder Lage des medizinischen Instruments bezüglich der
Anatomie des Untersuchungsbereichs keine räumliche Darstellung erforderlich.
Es genügt
einen zweidimensionalen, gegenüber
dem zuletzt ermittelten dreidimensionalen Bilddatensatz registrierten
Projektionsdatensatz dem zuletzt ermittelten dreidimensionalen Bilddatensatz
zu überlagern.
Damit ist es nicht erforderlich eine Vielzahl von Projektionsdatensätzen zur
Ermittlung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes zu erfassen,
was mit einer verringerten Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts
einhergeht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Röntgenstrahl
derart eingestellt, dass seine Strahlbegrenzungsfläche etwa
durch eine Grenzpositionen verläuft,
welche vorab in einem der erfassten Projektionsdatensätze und/oder
in dem oder in einem der ermittelten Bilddatensätze markiert wird. Die Grenzposition
begrenzt den Untersuchungsbereich und wird in der Regel durch das
medizinische Personal festgelegt. Die Festlegung erfolgt vorteilhafterweise
durch Markierung einer Position in einem erfassten Projektionsdatensatz
und/oder in einem ermittelten Bilddatensatz, vorzugsweise elektronisch
an einer Ausgabe/Eingabeeinheit. Anhand der vorgenommenen Markierung
wird der Röntgenstrahl vorzugsweise
automatisch eingestellt. Die Grenzposition kann dabei vom Röntgenstrahl
gerade noch erfasst werden, gerade nicht mehr erfasst werden, oder möglicherweise
teilweise erfasst werden, sofern die Grenzposition eine Ausdehnung
aufweist. Somit lässt
sich einfach anhand des vorliegenden Untersuchungsobjekts der Untersuchungsbereich
festlegen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante der
Erfindung wird eine Überlagerung
eines dreidimensionalen Bilddatensatzes und eines Ebenendatensatzes
dargestellt, wobei die Ebene durch die aktuelle Position des eingeführten Endes
des medizinischen Instruments und durch zwei aus einem ermittelten
Bilddatensatz und/oder erfassten Projektionsdatensatz wählbare Punkte
definiert wird. Die zwei aus einem Projektionsdatensatz und/oder
Bilddatensatz wählbaren
Punkte definieren zweckmäßigerweise
einen Zielabschnitt für
einen Teil, insbesondere das Ende des medizinischen Instruments.
Dies kann beispielsweise ein in der räumlichen Darstellung des Untersuchungsbereichs
sichtbares, zu punktierendes Gefäß sein.
Der dritte Punkt der Ebene wird durch das eingeführte Ende des medizinischen
Instruments vorgegeben. In der Regel liegen die zwei wählbaren
Punkte und das Ende des medizinischen Instruments nicht auf einer
Geraden, so dass eine Ebene mittels dieser Punkte aufgespannt werden kann.
Die Ebene dient zur Führung
des medizinischen Instruments in den gewählten Zielabschnitt. Durch
eine überlagerte
Darstellung der Ebene und der räumlichen
Darstellung des Untersuchungsbereichs kann die Orientierung des
medizinischen Personals und die Zielführung des Instruments verbessert
werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus einem Ausführungsbeispiel,
welches nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, in deren
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1 ein
erfindungsgemäßes System
zur bildlich dargestellten Verfolgung eines in ein Untersuchungsobjekt
mindestens teilweise eingeführten,
bewegten medizinischen Instruments,
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des das erfindungsgemäße System
bestimmenden Verfahrens,
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3 eine
räumliche
Darstellung einer Untersuchungsumgebung mit überlagertem Untersuchungsbereich
und darin eingeführtem
medizinischen Instrument
schematisch veranschaulicht sind.
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Das
in 1 dargestellte erfindungsgemäße System 10 weist
einen Strahlerkopf 11 auf, welcher eine Röntgenquelle 12 zur
Erzeugung eines Röntgenstrahls
X umfasst. Dem Strahlerkopf 11 ist gegenüberliegend
ein Röntgendetektor 14 angeordnet,
wobei Strahlerkopf 11 und Röntgendetektor 14 mittels eines
C-Bogens 15 verbunden sind. Mittels einer Einblendeinrichtung 13 kann
der von der Röntgenquelle 12 erzeugte
Röntgenstrahl
X auf einen Röntgenstrahlenanteil
X' eingeblendet
und begrenzt werden Der Röntgenstrahl
X' bzw. X weist
eine Strahlbegrenzungsfläche
F auf. Weiter weist der Röntgenstrahl X sowie
der eingeblendete Röntgenstrahl
X' eine in der Regel
identische Strahlmittelachse S auf. Die Strahlmittelachse S gibt
die Projektionsrichtung für
die mittels des Röntgenstrahls
X' erfassten Projektionsdatensätze eines
Untersuchungsobjekts 30 an. Zwischen dem Strahlerkopf 11 und
dem Röntgendetektor 14 ist
eine Liege 60 anordenbar, auf der das Untersuchungsobjekt 30 während der
Untersuchung bzw. eines medizinischen Eingriffs positioniert ist. Das
Untersuchungsobjekt 30 weist einen Untersuchungsbereich 32 auf,
in welchem die Durchführung des
medizinischen Eingriffs mittels eines medizinischen Instruments 20 vorgesehen
ist. Der eingeblendete Röntgenstrahl
X' tritt durch einen
Untersuchungsbereich 32 des Untersuchungsobjekts 30 und erfasst
den Zustand des Untersuchungsbereichs 32 in Form eines
Projektionsdatensatzes. Die Intervention besteht im Ausführungsbeispiel
in der Punktion eines zu punktierende Gefäßes 33 mit einer Punktions-Nadel 20.
Nach Einführung
der Punktions-Nadel 20 in das Untersuchungsobjekt 30 weist
die Punktions-Nadel 20 einen eingeführten Teil 21 auf.
Zur Verfolgung des eingeführten
Teils 21 der Punktions-Nadel 20 werden Projektionsdatensätze von
dem Untersuchungsbereich 32 mit dem eingeführten Teil 21 der Punktions-Nadel 20 aus
unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst bzw. aufgenommen.
Dabei ist der Röntgenstrahl
X' derart eingestellt,
dass seine Strahlbegrenzungsfläche
F den eingeführten
Teil 21 des medizinischen Instruments 20 eng umschließt. Damit
kann eine geringe Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts 30 erreicht
werden. Eine Steuerung 17 steuert die Erfassung der Projektionsdatensätze, unter
anderem die Projektionsrichtung, die Erfassungsrate für Projektionsdatensätze sowie
die Bewegung des C-Bogens 15 und der am C-Bogen 15 befestigten
Komponenten 11 bzw. 13. bzw. 14.
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Die
Steuerung 17 steuert einen mit dem C-Bogen 15 verbundenen
Antrieb 16, welcher den C-Bogen 15 in die von
der Steuerung 17 vorgegebene Position bewegt. Für das in 1 gezeigte
C-Bogen-Röntensystem 10 erfolgt
bspw. die Drehung des C-Bogens 15 derart, das der Röntgenstrahlers 11 die Blattebene
in Richtung des Betrachters und gleichzeitig der Röntgendetektor 14 die
Blattebene in Blickrichtung des Betrachters verlässt. Die Bewegung des Röntgendetektors 14 und
den Röntgenstrahlers 11 kann
auch umgekehrt erfolgen. Alternativ kann die Drehung auch in der
Blattebene erfolgen, indem der C-Bogen 15 orbital um den
Untersuchungsbereich 32 gedreht wird. Der Antrieb 16 ist
ebenfalls vorgesehen zur Einstellung der Einblendeinrichtung 13,
welche den von der Röntgenquelle 12 emittierten
Röntgenstrahl
X räumlich
begrenzt. Die Strahlmittelachsen S der unterschiedlichen Projektionsrichtungen
liegen dabei in einer gemeinsamen Untersuchungsebene E und schneiden
in der Regel ein Untersuchungszentrum, was auch als Isozentrum bezeichnet
wird.
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Die
mittels des Röntgendetektors 14 erfassten
Projektionsdatensätze
werden einer Datenverarbeitungseinheit 18 direkt vom Röntgendetektor 14 zugeführt. Alternativ
kann die Zuführung
der erfassten Projektionsdatensätze
in die Datenverarbeitungseinheit 18 über die Steuerung 17 erfolgen.
In der Datenverarbeitungseinheit 18 werden die Projektionsdatensätze gespeichert,
und anschließend
aus den erfassten Projektionsdatensätzen ein zugehöriger dreidimensionaler
Bilddatensatz ermittelt. Die Rate mit der die Bilddatensätze ermittelt
werden, wird als Bildermittlungsrate bezeichnet und ist abhängig von der
Erfassungsrate der Projektionsdatensätze und der Berechnungszeit
zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes. Die Erfassungsrate der Projektionsdatensätze sollte
daher möglichst
hoch gewählt
und gleichzeitig ein zeiteffizienter Rekonstruktionsalgorithmus für den zu
rekonstruierenden Bilddatensatz verwendet werden. Um eine hohe Erfassungsrate
gewährleisten
zu können,
ist eine möglichst
hohe Drehgeschwindigkeit des Röntgenstrahlers 11 und
des Röntgendetektors 14 sowie
eine hohe Bildaufnahmerate erforderlich. Nach Ermittlung des dreidimensionalen Bilddatensatzes
erfolgt eine räumliche
Darstellung des ermittelten Bilddatensatzes auf einer Ein-/Ausgabeeinheit 19.
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Durch
kontinuierliches Erfassen von Projektionsdatensätzen des Untersuchungsbereichs 32 mit dem
eingeführten
Teil 21 des medizinischen Instruments 20 erfolgt
eine Aktualisierung der Bilddatensätze mit der Bildermittlungsrate
f. Dadurch kann eine Verfolgung des eingeführten Teils 21 des
medizinischen Instruments 20, insbesondere des eingeführten Endes 22,
in einer räumlichen
Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 ermöglicht werden. Somit
kann das Vorschieben und Zurückziehen
der Punktions-Nadel 20 genau kontrolliert werden. Insbesondere
kann beurteilt werden, ob ein neben dem zu punktierenden Gefäß 33 angeordnetes
erstes Organ 34 durch die Punktions-Nadel bei weiterem Vorschieben beeinflusst,
z. B. durchstochen, wird. Ebenfalls kann durch die räumliche
Darstellung des medizinischen Instruments 20 im Untersuchungsbereich 32 besser
beurteilt werden, ob das zu punktierende Gefäß 33 mit dem Ende 22 der
Punktions-Nadel 20 erreicht ist, oder ob es verfehlt wurde.
Dafür kann
beispielsweise zusätzlich
eine freie Drehung des räumlich
dargestellten Untersuchungsbereichs 32 mit eingeführtem Teil 21 des
medizinischen Instruments 20 auf der Ein-/Ausgabeeinheit
vorgesehen sein. Durch eine hohe Bildermittlungsrate kann sichergestellt werden,
dass das medizinische Instrument 20 schnell und sicher
kontrolliert geführt
werden kann.
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Im
Folgenden werden die Verfahrenschritte gemäß 2 in Verbindung
mit der in 1 gezeigten Vorrichtung erläutert, wobei
sich Bezugszeichen von Vorrichtungskomponenten auf 1 beziehen. Das
in 2 dargestellte Flussdiagramm zeigt eine beispielhafte
Ausführung
des Verfahrens. In einem ersten Schritt 50 des Verfahrens
wird die Untersuchungsumgebung 31 durch das medizinische
Personal festgelegt und die Einblendeinrichtung 13 zur
Erzeugung eines eingeblendeten Röntgenstrahls
X' derart eingestellt,
dass sie die festgelegte Untersuchungsumgebung 31 durchstrahlt.
Als Untersuchungsumgebung 31 wird dabei z. B. der Brust-Bauch-Bereich
eines Patienten 30 festgelegt, wenn das darin enthaltene
Gefäß 30 oder
Organ 31 punktiert werden soll. Möglicherweise ist dazu eine Einstellung
der Einblendeinrichtung 13 nicht erforderlich.
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Anschließend wird
in einem nächsten
Schritt 51 durch Drehung des C-Bogens 15 um die
Untersuchungsumgebung 31 und Durchstrahlung der Untersuchungsumgebung 31 mit
dem Röntgenstrahl
X bzw. X' eine Vielzahl
an Projektionsdatensätzen
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst. Die Bewegung
des C-Bogens 15 um die Untersuchungsumgebung 31 kann
beliebig gewählt
werden, jedoch muss sie derart sein, dass nach Erfassung bzw. Aufnahme
der Projektionsdatensätze
der Untersuchungsumgebung 31 eine Rekonstruktion eines
dreidimensionalen Bilddatensatzes der Untersuchungsumgebung 31 ermittelt
werden kann. In der Regel ist bei der Erfassung der Untersuchungsumgebung 31 das
medizinische Instrument 20 noch nicht in den Untersuchungsbereich 32 eingeführt. Die
Ermittelung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus einer Vielzahl
zweidimensionaler Projektionsdatensätze erfolgt in einem weiteren
Verfahrensschritt 52. Dem Verfahrensschritt 52 schließt sich
ein Verfahrensschritt 53 an, in welchem ein vorab ermittelter
Bilddatensatz mit einem aktuell ermittelten Bilddatensatz überlagert
wird. Bei der ersten Ermittlung eines Bilddatensatzes, z. B. für die Untersuchungsumgebung 31,
wird keine überlagerte
Darstellung ermittelt, da kein vorab ermittelter Datensatz vorliegt.
Anschließend
erfolgt eine räumliche
Darstellung des überlagerten
Bilddatensatzes bzw. der Untersuchungsumgebung 31 auf einer
Ein-/Ausgabeeinheit 19 in einem Verfahrensschritt 54.
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Damit
ist die einmalige Ermittlung eines Bilddatensatzes erfolgt. Die
Ermittlung von weiteren Bilddatensätzen wird in einem Verfahrensschritt 55 abgefragt.
Solange eine Intervention durchgeführt wird, ist die Ermittlung
von weiteren Bilddatensätzen
zweckmäßig. In
einem weiteren Verfahrensschritt 56 wird abgefragt, ob
der mit dem Röntgenstrahl
X' durchstrahlbare
Bereich noch mit dem gewünschten
Untersuchungsbereich 32 übereinstimmt. Nach Ermittlung der
räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 wird das nicht
der Fall sein, da der Röntgenstrahl
X' bzw. X nicht
den Untersuchungsbereich 32, sondern die Untersuchungsumgebung 31 durchstrahlt.
Daher wird in einem weiteren Verfahrensschritt 57die Einstellung
des Röntgenstrahls
X' bzw. X derart
angepasst, dass der gewünschten
Untersuchungsbereich 32 durchstrahlt wird. Anschließend erfolgt
eine erneute Erfassung von Projektionsdatensätzen gemäß Verfahrensschritt 51.
Stimmt gemäß Verfahrensschritt 56 der
durchstrahlbare Bereich noch mit dem gewünschten Untersuchungsbereich 32 überein,
so wird Verfahrensschritt 57 übersprungen, und es erfolgt
eine erneute Erfassung von Projektionsdatensätzen mit unveränderter
Röntgenstrahleinstellung
gemäß Verfahrensschritt 51.
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Ist
eine Änderung
der Röntgenstrahleinstellung
gemäß Verfahrensschritt 56 und 57 erforderlich, so
kann dazu die auf der Ein-/Ausgabeeinheit 19 dargestellte
Untersuchungsumgebung 31 genutzt werden. Dabei ist es zweckmäßig, dass
die Ein-/Ausgabeeinheit
als Touch-Screen 19 ausgebildet, so dass eine erste Grenzposition
P1 und eine zweite Grenzposition P2 für den Untersuchungsbereich 32 in
der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 am Touch-Screen 19 ausgewählt werden kann.
Die graphisch ausgewählten
Grenzpositionen P1 bzw. P2 werden der Datenverarbeitungseinheit 18 zugeführt, welche
aus den in der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 markierten Grenzpositionen
P1 bzw. P2 die Stell-Parameter für die
Einblendeinrichtung 13 ermittelt. Die Stell-Parameter werden
der Steuerung 17 zugeführt,
welche mit Hilfe des gesteuerten Antriebs 16 oder eines
weiteren nicht dargestellten Antriebs die Einstellung der Einblendeinrichtung 13 und
damit des Röntgenstrahls
X vornimmt. Der Vorgang der Einstellung des Röntgenstrahls X bzw. des Untersuchungsbereichs 32 wird
vorteilhafterweise der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 graphisch überlagert
angezeigt, damit das medizinische Personal die Grenzpositionen P1
bzw. P2 verifizieren bzw. korrigieren kann. Dies kann beispielsweise
derart durchgeführt
werden, dass aus der Einstellung der Öffnung der Einblendeinrichtung
die Strahlbegrenzungsfläche F
des eingeblendeten Röntgenstrahls
X' errechnet wird
und in der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 ortsrichtig und/oder
lagerichtig überlagert
angezeigt wird.
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Ist
der Untersuchungsbereich 32 bzw. die Einstellung des eingeblendeten
Röntgenstrahls
X' korrekt vorgenommen,
wird mit der medizinischen Intervention begonnen. Dazu wird die
Punktions-Nadel 20 nach und nach in den Untersuchungsbereich 32 eingeführt und
in Richtung des zu punktierenden Gefäßes 33 navigiert.
Dabei werden mit der Bildermittlungsrate räumliche Darstellungen des Untersuchungsbereichs 32 mit
der teilweise eingeführten Punktions-Nadel 20 gemäß den Verfahrensschritten 51 bis 54 ermittelt.
Gegebenenfalls wird nach dem Verfahrensschritt 54, jedoch
vor erneuter Ausführung des
Verfahrensschrittes 51 ein Verfahrensschritt 57 durchgeführt, um
die Röntgenstrahleinstellung
dem Fortgang der medizinischen Intervention anzupassen, insbesondere
der Position und Lage des eingeführten
Teils 21 des medizinischen Instruments 20.
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Vorzugsweise
ist die Bildermittlungsrate in einem Bereich von mehreren Bildern
pro Sekunde angesiedelt, um die Position und/oder Lage des eingeführten Teils
des medizinischen Instruments 20 in Echtzeit und ohne Wartezeiten
bei der Einführung des
Instruments 20 bestimmen zu können. Das Vorschieben und Zurückziehen
des medizinischen Instruments 20 sollte stets abgestimmt
zur Bildermittlungsrate durchgeführt
werden, um die Sicherheit für das
Untersuchungsobjekt 30 zu erhöhen. Insofern ist in der Regel
bei geringer Bildermittlungsrate auch nur ein langsames Arbeiten
des medizinischen Personals möglich.
Jedoch kann die Bildermittlungsrate bewusst niedrig gehalten werden,
um die Strahlenbelastung für
das Untersuchungsobjekt 30 zu verringern, da weniger Projektionsdatensätze pro
Zeiteinheit erfasst werden.
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Ein
Ausgleich für
eine niedrige Bildermittlungsrate kann jedoch teilweise geschaffen
werden, indem in Einzelfällen
zur Einschätzung
der Position und/oder Lage des medizinischen Instruments 20 bzgl.
der anatomischen Gegebenheiten 33 bzw. 34 keine
räumliche
Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 ermittelt wird,
sondern nur eine zweidimensionale Projektion des Untersuchungsbereichs 32 mit eingeführtem Teil 21 des
medizinischen Instruments 20. Dieser Projektionsdatensatz
kann ohne größere Verzögerung der
räumlich
dargestellten Untersuchungsumgebung 31 bzw. der vorher
ermittelten räumlichen
Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 überlagert
werden.
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Die
Bestimmung des Untersuchungsbereichs 32 und die damit verbundene
Einstellung des Röntgenstrahls
X kann auch mit einem vorzugsweise automatischen Lokalisierungsverfahren
für das
medizinische Instrument 20 gekoppelt werden. Der Vorteil eines
solchen Verfahrens besteht darin, dass die Auswahl des Untersuchungsbereichs 32 nach
jeder Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes automatisiert
erfolgen kann, und bspw. das Ende 22 des medizinischen
Instruments 20 stets im Zentrum der ermittelten räumlichen
Darstellung aufzufinden ist, obwohl das Ende 22 des medizinischen Instruments 20 kontinuierlich
im Untersuchungsbereich 32 vorgeschoben wird. Es bietet
sich hier an, ein bildbasiertes Lokalisierungsverfahren zu nutzen, welches
die bereits erfassten Projektionsdatensätze und die ermittelten Bilddatensätze zur
Lokalisierung des medizinischen Instruments 20 im Untersuchungsobjekt 30 verwendet.
Dazu wird die mittels des Lokalisierungsverfahrens ermittelte Position und/oder
Lage des medizinischen Instruments 20 der Steuerung 17 zugeführt, welche
die Einstellung des Röntgenstrahls
X, z. B. Verschiebung des C-Bogens 15, veränderte Röntgenstrahlkollimierung/-einstellung durch
die Einblendeinrichtung 13 mittels des gesteuerten Antriebs
an die Position und/oder Lage des medizinischen Instruments 20 anpasst.
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Das
Verfahren wird gemäß den Verfahrensschritten 51 bis 54 und
gegebenenfalls eines Zwischenschritts 57 zwischen Schritt 54 und 51 zweckmäßigerweise
solange durchgeführt
bis die medizinische Intervention abgeschlossen ist. Die Abfrage,
ob eine der Untersuchungsbereich noch korrekt eingestellt ist, erfolgt
mit dem Verfahrensschritt 56.
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In 3 ist
eine räumliche
Darstellung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes der Untersuchungsumgebung 31 und
des Untersuchungsbereichs 32 mit einem teilweise eingeführten medizinischen
Instrument 20 gezeigt. Die räumliche Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 ist
der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 überlagert.
Der Untersuchungsbereich weist ein erstes Organ 34 und
ein zweites Organ 35 auf, welche in der Nähe eines
zu punktierenden Gefäßes 33 angeordnet
sind. Weiter weist die Untersuchungsumgebung 31 die räumliche
Fortsetzung des zu punktierenden Gefäßes 33 auf sowie ein
weiteres drittes Organ 36. Durch die erweiterte räumliche
Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 in Form der Untersuchungsumgebung 31 wird
die Orientierung des medizinischen Fachpersonals verbessert.
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Zur
verbesserten Zielführung
des medizinischen Instruments 20 in den Zielabschnitt des
zu punktierenden Gefäßes 33 können vorteilhafterweise zwei
den Zielabschnitt des zu punktierenden Gefäßes 33 markierende
Punkte 41 bzw. 42 in der räumlichen Darstellung der räumlichen
Darstellung des Unersuchungsbereichs 32 oder der Untersuchungsumgebung 31 markiert
werden. Ein dritter Punkt ist durch das Ende 22 des medizinischen
Instruments 20 festgelegt. Mit Hilfe dieser drei Punkte
wird eine Ebene 43 ermittelt, welche der räumlichen
Darstellung des Untersuchungsbereichs 32 bzw. der Untersuchungsumgebung 31 überlagert
wird. Der dargestellte Teil der Ebene 43 kann durch den
gesamten Untersuchungsbereich 32 verlaufen, um die Orientierung
für das
medizinische Personal zu verbessern. Somit kann die Richtung, in
welcher der eingeführte Teil 21 des
medizinischen Instruments 20 vorzuschieben ist, um den
Zielabschnitt zu erreichen, besser durch das medizinische Personal
eingeschätzt werden.
Weiter sind Organe bspw. das erste Organ 34 oder das zweite
Organ 35, welche zwischen Zielabschnitt des zu punktierenden
Gefäßes 33 und
dem eingeführten
Ende 22 des medizinischen Instruments angeordnet sind,
besser für
das medizinische Personal erkennbar. Somit kann das medizinische
Instrument 20 besser um nicht zu verletzende Organe – etwa das
erste Organ 34 – im
Untersuchungsbereich 32 herumnavigiert werden.
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Der
Untersuchungsbereich 32 wird dabei mit der Bildermittlungsrate
aktualisiert und der räumlichen
Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 überlagert
angezeigt. Die Untersuchungsumgebung 31 wird in der Regel
einmal zu Beginn der medizinischen Intervention ermittelt. Sollten
Bewegungen des Untersuchungsobjekts 30 während der
Intervention auftreten, und daher der Untersuchungsbereich 32 der
Untersuchungsumgebung 31 nicht mehr artefaktfrei, d. h.
orts- und/oder lagerichtig, überlagert werden
können,
so sind derartige Artefakte mittels dem Verfahren der Bildregistrierung
beseitigbar. Dadurch wird das Untersuchungsobjekt 30 keiner
weiteren Strahlenbelastung ausgesetzt. Es sind jedoch zusätzliche
Rechenschritte in der Datenverarbeitungseinheit 18 erforderlich,
um die Artefakte in der überlagerten
räumlichen
Darstellung von Untersuchungsumgebung 31 und Untersuchungsbereich 32 zu
beseitigen. Alternativ kann die räumliche Darstellung der Untersuchungsumgebung 31 neu
ermittelt werden.
