DE102006006041A1

DE102006006041A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs eines Untersuchungsobjekts

Info

Publication number: DE102006006041A1
Application number: DE102006006041A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boese; Marcus Dr. Pfister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US20080031401A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs (B) eines Untersuchungsobjekts (U), die einen um das Untersuchungsobjekt (U) drehbaren Röntgenstrahler (20) zur Erzeugung eines Röntgenstrahls (X) und einen um das Untersuchungsobjekt (U) drehbaren Röntgendetektor (22) zur Erfassung eines das Untersuchungsobjekts (U) durchdringenden Anteils des Röntgenstrahls, wobei in einem Abstand (d) von dem Röntgenstrahler (20) eine Einrichtung (30) mit einer Öffnung (31s, 31r, 31k, 31e) zum Einblenden eines Teilstrahls (X') angeordnet ist. Indem die Öffnung (31s, 31r, 31k, 31e) und/oder der Abstand (d) der Einblendeinrichtung (30) einstellbar sind, kann ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit welchen die Strahlenbelastung für ein Untersuchungsobjekt verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs eines Untersuchungsobjekts, wobei eine Vielzahl von zweidimensionalen, durch je eine Projektionsrichtung gekennzeichneten Projektionsdatensätzen erfasst wird, wobei ein Projektionsdatensatz aus einem das Untersuchungsobjekt durchsetzenden Röntgenstrahl gewonnen wird, welcher eine sich in Projektionsrichtung erstreckende Strahlmittelachse aufweist und durch eine Strahlbegrenzungsfläche begrenzt wird, und wobei die Strahlmittelachsen der Vielzahl von Projektionsdatensätzen in einer gemeinsamen, den zu untersuchenden Bereich durchdringenden Untersuchungsebene liegen, wobei aus den Projektionsdatensätzen mittels eines Bildrekonstruktionsverfahrens ein dreidimensionaler Bilddatensatz des zu untersuchenden Bereichs ermittelt und dargestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs eines Untersuchungsobjekts, die einen um das Untersuchungsobjekt drehbaren Röntgenstrahler zur Erzeugung eines Röntgenstrahls und einen um das Untersuchungsobjekt drehbaren Röntgendetektor zur Erfassung eines das Untersuchungsobjekts durchdringenden Anteils des Röntgenstrahls, wobei in einem Abstand von dem Röntgenstrahler eine Einblendeinrichtung mit einer Blendenöffnung zum Ausblenden eines Teilstrahls angeordnet ist.

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, 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.

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.

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.

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.

Die heute mittels Angiographiesystemen ermittelbaren räumlichen Darstellungen erreichen bisweilen die Qualität von räumlichen Darstellungen, welche mittels Computertomographie gewonnen werden. Die hierbei durchstrahlte, projizierte Fläche eines Röntgenstrahls zur Ermittlung von räumlichen Darstellungen beträgt in der Regel ca. 400cm² bzw. 20cm mal 20cm, während der durchstrahlte Bereich bei Computertomographien in der Regel auf wenige Quadrat-Millimeter pro Umlauf beschränkt ist.

Werden Interventionen an kritischen Körperstellen durchgeführt, wie etwa Neurolysen, Biopsien parenchymatösen Gewebes, Drainage-Behandlung für pathologische Flüssigkeitsansammlungen, radiologische, interventionelle Schmerztherapie, TIPSS transjugulärer intrahepatischer portosystemischer Stentsshunt, 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.

Bisher wird die auf 3D-Bildgebung bzw. räumliche Darstellungen 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine eingangs genannte Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen eine räumliche Darstellung für einen Bereich eines Untersuchungsobjekts bei verringerter Strahlenbelastung gegenüber herkömmlichen Röntgenvorrichtungen und Computertomographen ermittelt wird. Außerdem soll das Untersuchungsobjekt für medizinisches Personal während der Ermittelung der räumlichen Darstellung leicht zugänglich sein.

Die durch das Verfahren zu lösende Teilaufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Röntgenstrahl derart in Abhängigkeit des zu untersuchenden Bereichs eingestellt wird, dass die Strahlbegrenzungsfläche den zu untersuchenden Bereich eng umschließt. Das Untersuchungsobjekt ist dabei in der Regel auf einer Liege derart positioniert, so dass der zu untersuchende Bereich von einem Röntgenstrahl, welcher von einer Röntgenquelle aus geht, erfasst wird. Der zu untersuchende Bereich des Untersuchungsobjekts wird durch den medizinischen Fachmann festgelegt. Er ist derart zu wählen, dass die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt möglichst gering ist, und dabei eine räumliche Darstellung des zu untersuchenden Bereichs des Untersuchungsobjekts, z.B. genau ein Organ, für den medizinischen Fachmann in ausreichender Qualität ermöglicht wird.

Der zu untersuchende Bereich wird flächig mittels eines auf den zu untersuchenden Bereich eingestellten Röntgenstrahls erfasst. Der Röntgenstrahl wird beim Durchdringen des Untersuchungsobjekts teilweise absorbiert. Der transmittierte Anteil des Röntgenstrahls wird mit einem Röntgendetektor detektiert. Zur Auflösung von niedrigen Bildkontrasten sind in der Regel digitale Flachbilddetektoren erforderlich. Eine Strahlbegrenzungsfläche des Röntgenstrahls trennt den Röntgenstrahl von der röntgenstrahlfreien Umgebung. Das über die Detektorfläche detektierte Signal stellt eine Projektion des zu untersuchenden Bereichs des Untersuchungsobjekts dar. Die Aufnahme eines Projektionsdatensatzes erfolgt in eine bestimmte Richtung, der Projektionsrichtung, welche durch die Richtung des Mittelstrahls des Röntgenstrahls vorgegeben ist. Die Richtung des Mittelstrahls des durch den zu untersuchenden Bereich dringenden Röntgenstrahls wird als Mittelstrahlachse bezeichnet. Um eine räumliche Darstellung des zu untersuchenden Bereichs ermitteln zu können, ist es erforderlich, den zu untersuchenden Bereich aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen zu durchleuchten. Dies kann bspw. durch eine Drehung einer Aufnahmeeinrichtung der Vorrichtung zur räumlichen Auflösung um den zu untersuchenden Bereich erfolgen. Man erhält durch Drehung der Aufnahmeeinrichtung eine Vielzahl an Projektionsdatensätzen in unterschiedlichen Projektionsrichtungen des zu untersuchenden Bereichs, aus denen durch Rekonstruktionsalgorithmen ein Datensatz zur räumlichen Darstellung des zu untersuchenden Bereichs ermittelt wird. Die räumliche Darstellung wird in der Regel auf einer Ausgabeeinheit dargestellt.

Da zur Ermittlung einer räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs eine Vielzahl von Projektionsdatensätzen mittels Röntgenstrahlung eines zu untersuchenden Bereichs erfasst wird, ist in der Regel die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt gegenüber einfachen, zweidimensionalen, mit geringer Röntgendosis ermittelten Darstellungen – der klassischen Fluoroskopie – des Untersuchungsobjekt erhöht. Um die Strahlenbelastung bei der Ermittlung einer dreidimensionalen Darstellung zu verringern, wird die Strahlbegrenzungsfläche des Röntgenstrahls, gemäß der Erfindung, auf den zu untersuchenden Bereich angepasst. Dazu kann die Form des Röntgenstrahls durch eine Einblendeinrichtung nahezu beliebig gestaltet werden. Die Strahlbegrenzungsflächen werden dabei derart justiert, dass die Grenzen des zu untersuchenden Bereichs möglichst eng von den Strahlbegrenzungsflächen umschlossen werden. Dies kann abschnittsweise für den zu untersuchenden Bereich erfolgen, d.h. die enge Umschließung besteht in der Tangierung bzw. Berührung möglichst vieler Grenzpunkte des zu untersuchenden Bereichs, oder für die gesamte Grenzlinie des zu untersuchenden Bereichs. Weist der zu untersuchende Bereich in unterschiedliche Projektionsrichtungen unterschiedliche Abmessungen auf, so kann für jede Projektionsrichtung eine Anpassung der Strahlenbegrenzungsfläche auf den zu untersuchenden Bereich vorgenommen werden.

Ein enges Umschließen kann auch in der Einhaltung eines bestimmten, geringen Abstands der Strahlbegrenzungsfläche vom zu untersuchenden Bereich bestehen. Durch eine Einstellung des Röntgenstrahls auf den zu untersuchenden Bereich ist es möglich, bspw. angepasst auf Alter, Größe und Geschlecht eines Patienten, die Strahlenbelastung im Vergleich zu herkömmlichen Röntgenuntersuchungen, welche der Ermittlung einer räumlichen Darstellung dienen, zu verringern. Die Einstellung des Röntgenstrahls bzw. der Strahlbegrenzungsfläche auf den zu untersuchenden Bereich kann, unabhängig von der gewählten Form des Röntgenstrahls, für jede Projektionsrichtung durchgeführt werden. Durch die Anpassung der Strahlbegrenzungsfläche, so dass diese den zu untersuchenden Bereich eng um schließt, kann auch die Berechnungszeit zur Rekonstruktion der räumlichen Darstellung verringert werden, da sich der zu rekonstruierende Bereich entsprechend verkleinert. Zudem ist das Untersuchungsobjekt bei Verwendung einer offenen Röntgendiagnosevorrichtung gut zugänglich für das medizinische Personal, was Interventionen am Untersuchungsobjekt unterstützt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Röntgenstrahl keilförmig ausgebildet, so dass zwei im Wesentlichen ebene, gegeneinander geneigte Teilflächen der Strahlbegrenzungsfläche eng am zu untersuchenden Bereich anliegen. Die gegeneinander geneigten Teilflächen sind als Ebenenabschnitte ausgebildet. Die weiteren Strahlbegrenzungsflächen können beliebig gestaltet sein. Mittels eines keilförmigen Röntgenstrahls kann somit eine Einschränkung der bestrahlten Fläche des Untersuchungsobjekts in eine bestimmte Richtung erfolgen. Vorzugsweise findet diese Einschränkung in Kopf-Fuß-Richtung eines menschlichen Patienten statt. Dabei wird in der Regel der zu untersuchende Bereich nur abschnittsweise eng umschlossen, d.h. stückweise tangiert. In der nicht eingeschränkten Richtung kann das Untersuchungsobjekt derart bestrahlt werden, dass die Röntgendetektorbreite voll ausgenutzt wird. Durch eine derartige Einschränkung der bestrahlten Fläche in Kopf-Fuß-Richtung lassen sich auch Rekonstruktionsartefakte vermeiden. Der keilförmig ausgebildete Röntgenstrahl ist insbesondere in der Kinderradiologie bzw. – fluoroskopie vorteilhaft, da hier der bestrahlte Bereich des Untersuchungsobjekts auf die Anatomie des Patienten einfach angepasst werden kann. Damit kann eine im Gegensatz zu konventionellen 3D-Röntgenuntersuchungen reduzierte Strahlenbelastung erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Röntgenstrahl pyramidenförmig ausgebildet, so dass zwei Paare im Wesentlichen ebener, gegeneinander geneigter Teilflächen der Strahlbegrenzungsfläche eng am zu untersuchenden Bereich anliegen. Hierbei sind die zwei Paare gegeneinander geneigter Teilfläche jeweils als Ebenenabschnitte ausgebildet. Mit einer derartigen Form des Röntgenstrahls kann eine Einschränkung des bestrahlten Bereichs in zwei Richtungen unabhängig voneinander vorgenommen werden. Damit kann der Röntgenstrahl besser als ein keilförmiger Röntgenstrahl auf den zu untersuchenden Bereich angepasst werden, insbesondere dann, wenn das medizinische Fachpersonal eine räumliche Darstellung eines einzelnen Organs oder Organteile in seiner näheren Umgebung ermitteln lassen möchte. Damit kann die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt weiter reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verlaufen alle Strahlmittelachsen einer Untersuchungsebene durch ein gemeinsames, im zu untersuchenden Bereich liegendes Untersuchungszentrum. Durch Drehung des eingestellten Röntgenstrahls um den zu untersuchenden Bereich, schneiden sich die Projektionsrichtungen unterschiedlicher Projektionsdatensätze in einem Untersuchungszentrum, welches auch als Isozentrum bezeichnet wird. Das Isozentrum der Untersuchung ist vorzugsweise im Zentrum des zu untersuchenden Bereichs platziert. Durch Drehung des eingestellten Röntgenstrahls um das Untersuchungsobjekt, kann eine Vielzahl zweidimensionaler Projektionsdatensätze unterschiedlicher Projektionsrichtungen des zu untersuchenden Bereichs mit einer einfach gestalteten Röntgenvorrichtung, z.B. einem Monoplan-C-Bogen-Röntgengerät, aufgenommen werden. Alternativ kann auch ein Biplan-C-Bogen-Röntgengerät verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Projektionsdatensätze einer Untersuchungsebene mit konstanter Strahleinstellung erfasst. Dazu wird der Röntgenstrahl derart eingestellt, dass der zu untersuchende Bereich für alle Projektionsrichtungen mit konstanter Strahleinstellung erfasst werden kann. Eine konstante Strahleinstellung für unterschiedliche Projektionsrichtungen verringert den Aufwand zur Durchführung des Verfahrens, da eine Steuerung der Strahleinstellung, manuell oder automatisch, in Abhängigkeit von der Projektionsrichtung nicht erforderlich ist. Da mit verkürzt sich gegebenenfalls auch die Untersuchungszeit. Nachteil dabei ist jedoch, dass das Untersuchungsobjekt einer erhöhten Strahlenbelastung ausgesetzt ist.

Die durch die Vorrichtung zu lösende Teilaufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Öffnung und/oder der Abstand der Einblendeinrichtung einstellbar sind. Die Blendenöffnung kann beliebig gestaltet werden, z.B. als Kreisfläche, Ellipsenfläche oder in anderen denkbaren, auch unsymmetrischen Flächenformen, wobei die Größe der Blendenöffnung einstellbar ist. Dies kann bspw. bei einer Kreisblende durch eine Irisblende ermöglicht werden. Der vom Röntgenstrahler emittierte Röntgenstrahl wird durch die Einblendeinrichtung in zwei Anteile aufteilt. Der eingeblendete Anteil des Röntgenstrahls tritt durch die Blendenöffnung hindurch, der ausgeblendete Anteil wird an den den Röntgenstrahl begrenzenden Blendenelementen reflektiert oder absorbiert. Blendenelemente mit Röntgenstrahl-absorbierenden Eigenschaften sind bspw. aus Blei oder anderen Elementen mit hoher Kernladungszahl hergestellt. Die Nutzung von Reflexion kann durch Reflektoren – etwa unter Ausnutzung von Bragg-Bedingungen einkristalliner, an die Wellenlänge angepasster Materialschichten – erfolgen.

Es können mehrere, zweckmäßigerweise einstellbare Blendenöffnungen auf einer gemeinsamen Einrichtung – etwa einer Blendenplatte – angeordnet sein, um für einen zu untersuchenden Bereich jeweils die geeignetste Blendenöffnung schnell auswählen zu können. Weiter ist der Abstand der Blendenöffnung von der Röntgenquelle mittels eines Stellmittels einstellbar, welches z.B. als Teleskoparm ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Einblendeinrichtung beweglich in Bezug auf die Röntgenquelle angeordnet, während die Röntgenquelle relativ zum Röntgenstrahler ortsfest ist. Durch eine Veränderung des Abstands der Blendenöffnung zum Röntgenstrahler, kann ebenfalls eine Strahleinstellung erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Blendenöffnung als Spalt ausgebildet. Die Blendenöffnung ist durch die Breite des Spalts vorgegeben und kann durch Verschieben beweglich angeordneter, den Röntgenstrahl begrenzender Blendenelemente auf den zu untersuchenden Bereich eingestellt werden. Da bei einem Spalt die Einstellung der Spaltbreite nur in eine Richtung erfolgt, ist der Röntgenstrahl in den nicht von den Blendenelementen begrenzten Richtungen gegebenenfalls auf die räumliche Ausdehnung des genutzten Detektors angepasst. So ist der Spalt vorzugsweise parallel zur auf die Patientenlagerung projizierten Drehbewegung von Röntgenstrahler und Röntgendetektor angeordnet, da für eine derartige Anordnung artefaktfreie Rekonstruktionsalgorithmen bekannt sind. Die Einblendeinrichtung ist vorteilhafterweise drehbar angeordnet, so dass der Röntgenstrahl auf einen schief liegenden zu untersuchenden Bereich eingestellt werden kann, welcher auf eine Schieflage des Untersuchungsobjekts auf einer zwischen Röntgenstrahler und Röntgendetektor, unterhalb der Blende, positionierten Liege, oder auf die Anatomie des Untersuchungsobjekts zurückzuführen ist. Durch die Nutzung einer als Spalt ausgebildeten Blendenöffnung kann die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt verringert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Blendenöffnung als Rechteck ausgebildet. Dadurch kann eine weitere Reduktion der Strahlenbelastung erreicht werden. Der Röntgenstrahl wird mittels einer rechteckförmigen Blendenöffnung in zwei zueinander orthogonalen Richtungen eingeschränkt. Die die Blendenöffnung begrenzenden Blendenelemente sind dabei verschiebbar an der Einblendeinrichtung angebracht, so dass die Blendenelemente manuell oder durch entsprechende andere Stellmittel justiert werden können, um die Strahlbegrenzungsflächen auf den zu untersuchenden Bereich einzustellen. Damit wird das Untersuchungsobjekt einer möglichst geringen Strahlenbelastung ausgesetzt. Die rechteckförmige, einstellbare Blende ist, wie die kreisförmige, einstellbare Blende, geeignet, eine Begrenzung der Röntgenstrah lung zu ermöglichen, welche nur einzelne, zu untersuchende Organe oder deren Teilbereiche erfasst. Damit ist es nicht erforderlich bei Untersuchungen, z.B. am schlagenden Herzen, den gesamten Thorax bei einer Vielzahl von Projektionsdatenerfassungen mit der Röntgenstrahlung zu belasten, sondern der Röntgenstrahl kann auf die projizierte Organgröße der jeweiligen Projektionsrichtung angepasst werden, so dass eine räumliche Darstellung mit Hilfe der Vielzahl von Projektionsdatensätzen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen ermittelt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Mittel zum Einstellen der Blendenöffnung und/oder des Blendenabstands vorgesehen, die mit einer Einrichtung zum Ansteuern der Stellmittel wirkverbunden sind. Die Stellmittel können bspw. als Antriebseinrichtung und/oder als Getriebe ausgebildet sein. Die Antriebseinrichtung – etwa ein Elektromotor – erzeugt eine Kraft, welche durch ein Getriebe auf die einstellbaren Blendenelemente als Linear oder Zirkularbewegung übertragen wird. Durch derartige Stellmittel kann eine schnellere und exaktere Einstellung der Blendenöffnung erfolgen. Durch eine Steuereinrichtung, kann die Blendenöffnung derart steuern, dass die Begrenzung des Röntgenstrahls durch die vorgesehene Blendenöffnung stets auf den zu untersuchenden Bereich eingestellt ist. Durch eine Steuereinrichtung kann daher eine räumliche Darstellung von einem zu untersuchenden Bereich mittels einer gesteuerten Blende zeiteffizient ermittelt werden, wobei die Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt bedeutend verringert wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit der Steuereinrichtung verbundene Einheit zur Ein-/Ausgabe von Soll- und/oder Istwerten von Stellparametern vorgesehen. Damit kann der Benutzer bspw. Blendenöffnungen auswählen, den Abstand der Röntgenquelle zur Einblendeinrichtung vorgeben, den zu untersuchenden Bereich vorgeben, usw. Des weiteren kann die Ein-/Ausgabeeinheit den Untersuchungsfortschritt sowie Ist- und Sollwerte eines Stellparameters anzeigen.

Die Auswahl des zu untersuchenden Bereichs durch das medizinische Personal kann mittels Markierungen erfolgen, welche auf dem Untersuchungsobjekt an den Grenzen des zu untersuchenden Bereichs positioniert werden. Die Position einer Markierung kann mittels eines Lokalisierungssystems erfasst werden. Der Steuerungseinrichtung wird dann die erfasste Position der vorhandenen Markierungen zugeführt. Durch die bekannte Position der Blende und der Röntgenquelle sowie der Position und Anzahl der Markierungen, kann die Blendenöffnung durch die von der Steuerungseinrichtung angesteuerten Stellmittel derart einstellt werden, dass der Röntgenstrahl gerade die Markierungen bspw. nicht berührt, oder gerade mit einschließt, usw. Wird beispielsweise ein Spalt als Blendenöffnung verwendet, werden zwei Markierungen auf dem Untersuchungsobjekt angebracht, zwischen denen der zu untersuchende Bereich des Untersuchungsobjekts, nach Meinung des medizinischen Fachpersonals, angeordnet ist. Die Steuerung justiert mittels der Stellmittel die Spaltbreite derart, dass genau der zwischen den beiden Markierungen liegende Bereich des Untersuchungsobjekts mit dem Röntgenstrahl durchleuchtet wird. Zur Festlegung eines zu untersuchenden Bereichs mittels lokalisierbarer Markierungen kann für unterschiedliche Formen der Blendenöffnung eine unterschiedliche Anzahl an Markierungen vorgesehen sein. Zur Justierung einer Rechtecksblende können bspw. vier lokalisierbare Markierungen vorgesehen sein, während für eine Kreisblende nur eine Markierung vorgesehen ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, in deren
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen, als Angiographie-Vorrichtung ausgebildeten Vorrichtung zur räumlichen Darstellung,
2 eine Frontansicht der Angiographie-Vorrichtung aus 1,
3 eine Draufsicht auf eine Einblendeinrichtung der Angiographie-Vorrichtung schematisch veranschaulicht sind.
In 1 ist eine Vorrichtung zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs B eines Untersuchungsobjekts in Form einer Angiographie-Vorrichtung 10 gezeigt. Die Angiographie-Vorrichtung 10 weist eine Röntgenaufnahmeeinrichtung 11 auf, welche einen Röntgenstrahler 20 umfasst, in welchem eine Röntgenquelle 21 fest angeordnet ist. Gegenüber dem Röntgenstrahler 20 ist ein Röntgendetektor 22 angeordnet, welcher einen auf den Röntgendetektor 20 treffenden Röntgenstrahl detektiert. Der Röntgenstrahler 20 und der Röntgendetektor 22 sind relativ zueinander unbeweglich. Jedoch ist die Aufnahmeeinrichtung 11 drehbar um ein auf einer Liege 60 positionierbares Untersuchungsobjekt U gelagert, welches zwischen Röntgenstrahler 20 und Röntgendetektor 22 angeordnet ist.
Die Röntgenquelle 21 erzeugt einen Röntgenstrahl X, welcher im Wesentlichen in Richtung eines Röntgendetektors 22 abgestrahlt wird und eine Strahlmittelachse S_x aufweist. Ist ein Untersuchungsobjekt U auf der Liege 60 zwischen Röntgenstrahler 20 und Röntgendetektor 22 angeordnet, so wird bei Betrieb der Röntgenquelle 21 das Untersuchungsobjekt U von einem Röntgenstrahl X durchstrahlt. Die Anordnung von Röntgenstrahler 20 und Röntgendetektor 22 kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein, z.B. als Obertischsystem, wie in 1 gezeigt, oder auch als ein nicht dargestelltes Untertischsystem. Die Aufnahmeeinrichtung 11 weist eine Einblendvorrichtung 30 auf, welche zwischen dem Untersuchungsobjekt U und der Röntgenquelle 21 angeordnet ist. Die Einblendeinrichtung 30 dient dazu, den von der Röntgenquelle 21 erzeugten Röntgenstrahl X auf einen Teilstrahl X' einzublenden. Dazu weist die Einblendeinrichtung 30 eine Öffnung 31s auf, welche als Spalt ausgebildet ist. Die Einblendeinrichtung 30 ist im Wesentli chen aus Röntgenstrahlen-absorbierendem Material, hier Blei, gefertigt. Der Spalt 31s weist eine Spaltbreite b auf, welche mittels Stellmitteln in Form von nicht dargestellten Blendenelementen einstellbar ist. Zudem weist der Spalt eine Spaltlänge auf, welche jedoch die Ausbreitung des von der Röntgenquelle 21 emittierten Röntgenstrahls X, welche durch eine Strahlbegrenzungsfläche vorgegeben ist, nicht beschränkt. Zwischen der Röntgenquelle 21 und der Einblendeinrichtung 30 ist ein Abstand d vorgesehen. Dieser Abstand d des Spalts 31s von der Röntgenquelle 21 ist hier durch einen Teleskoparm 40 einstellbar. Die Einstellung des Abstands d und der Spaltbreite b kann manuell oder automatisiert erfolgen.
Der Spalt 31s ist derart zwischen Röntgenquelle 21 und dem Untersuchungsobjekt U angeordnet, dass die Strahlmittelachse S_x punktsymmetrisch durch den Spalt 31s hindurch tritt. Durch den Spalt 31s wird der von der Röntgenquelle 21 emittierte Röntgenstrahl X auf einen Teilstrahl X' keilförmig eingeblendet. Durch die Einblendung des Röntgenstrahls X auf den Teilstrahl X' kommt es zu einer Ausbildung von zwei im Wesentlichen, ebenen, den Röntgenstrahl X begrenzenden Teilflächen ∂X'. Diese Teilflächen ∂x' der Strahlbegrenzungsfläche sind gegeneinander geneigt. Die Einstellungen der Einblendeinrichtung 30, welche den Abstand d und die Spaltbreite b umfassen, sind derart eingestellt, dass die Teilflächen ∂X' der Strahlbegrenzungsflächen eng am zu untersuchenden Bereich B anliegen.
Im vorliegenden Fall, soll ein menschlicher Magen B eine Kindes U untersucht werden. Um die Strahlenbelastung für das Kind U möglichst gering zu halten, wird der Röntgenstrahler 20 derart oberhalb des auf der Liege positionierten Kindes U so angeordnet, dass eine möglichst geringe Spaltbreite b der Einblendeinrichtung 30 gewählt werden kann, um beide Teilflächen ∂X' der Strahlbegrenzungsflächen eng am Magen B anliegen zu lassen. Die Spaltbreite b der Einblendeinrichtung 30 ist auch im Hinblick auf Alter, Größe und Statur des Kindes U zu wählen.
Zur Erstellung einer räumlichen Darstellung des Magens B des Kindes U wird ein Datenverarbeitungssystem 52 genutzt. Die mittels des eingeblendeten Teilstrahls X' erfasste Vielzahl an zweidimensionalen Projektionsdatensätze des Magens B wird der Datenverarbeitungseinheit 52 zugeführt und dort gespeichert. Aus der Vielzahl an zweidimensionalen Projektionsdatensätzen wird durch ein Rekonstruktionsverfahren eine räumliche Darstellung des Magens B ermittelt, welche auf einer Ein-/Ausgabeeinheit 53 dargestellt wird.
Die Einblendeinrichtung 30 kann über Stellmittel, hier einer Antriebseinrichtung 51, eingestellt werden. Die Einstellung umfasst die Spaltbreite b der Einblendeinrichtung 30 sowie deren Abstand von der Röntgenquelle 21. Die Größe dieser Parameter kann über eine Ein-/Ausgabeeinheit 53 vorgegeben werden. Dies kann durch direkte Eingabe von Werten erfolgen, oder aber durch Markierung des zu untersuchenden Bereichs an einem im Datenverarbeitungssystem 52 vorliegenden auf die Ein-/Ausgabeeinheit 53 ausgegebenen Patientenmodell. Durch die Markierung des untersuchenden Bereichs B am Patientenmodell wird die Einblendeinrichtung 30 durch die Steuerungseinrichtung 50 in Verbindung mit den Stellmitteln 51 derart eingestellt, dass die Teilflächen ∂X' der Strahlbegrenzungsfläche des Röntgenstrahls X' eng am zu untersuchenden Bereich B anliegen.
Während der Erfassung der zweidimensionalen Projektionsdatensätze wird der Röntgenstrahler 20 und der dem Röntgenstrahler 20 gegenüberliegende Röntgendetektor 22 um den zu untersuchenden Bereich B gedreht. Während der Drehung um den Magen B werden in bestimmten Zeitabständen Projektionsdatensätze vom Magen B aufgenommen. Die durch die Mittelstrahlachse S_x des eingeblendeten Röntgenteilstrahls X' festgelegte Projektionsrichtung der Projektionsdatensätze, liegen in einer den Magen B durchdringenden Untersuchungsebene E_x, welche in 1 senkrecht zur Blattebene steht und deren senkrechte Projektion auf die Blattebene mit der in 1 eingezeichnete Mit telstrahlachse S_x zusammenfällt. Die Mittelstrahlachsen S_x der erfassten Projektionsdatensätze bilden ein Geradenbüschel mit einem gemeinsamen Büschelpunkt. Der Büschelpunkt ist dabei identisch mit einem Untersuchungszentrum Z_x. Das Untersuchungszentrum Z_x wird bei der durchgeführten Drehung der Aufnahmeeinrichtung 11 um das Untersuchungsobjekt U von allen Strahlmittelachse S_x des eingeblendeten Röntgenteilstrahls X' geschnitten. Zweckmäßigerweise liegt das Untersuchungszentrum Z_x, im Zentrum des zu untersuchenden Bereichs B, d.h. hier im Mittelpunkt des Magens. Dadurch ist eine bestmögliche Abbildung des zu untersuchenden Bereichs B in den Projektionsdatensätzen zu gewährleisten und damit in der zu ermittelnden räumlichen Darstellung.
2 zeigt eine Frontansicht der in 1 schematisch dargestellten Aufnahmevorrichtung 11. Der Röntgenstrahler 20 mit Röntgenquelle 21 ist mit einem C-Bogen 23 mit dem Röntgendetektor 22 verbunden. Der C-Bogen 23 ist an einem nicht dargestellten Stativ angebracht. Um mittels der in 1 gezeigten Steuervorrichtung 50 eine gesteuerte Drehung des Röntgenstrahlers 20 und des Röntgendetektors 22 um das Untersuchungsobjekt U zu ermöglichen, ist eine Antriebseinrichtung 24, welche als Orbitalantrieb ausgebildet ist, vorgesehen. Der Orbitalantrieb 24 dreht die Aufnahmeeinrichtung 11 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um das Untersuchungsobjekt U. Die Drehung der Aufnahmeeinrichtung 11 weist zwei Umkehrpunkte auf, zwischen denen die Aufnahmeeinrichtung 11 gedreht wird. Weiter ist 2 zu entnehmen, dass bei der als Spalt 31s ausgebildeten Einblendeinrichtung 30 eine Durchleuchtung der gesamten Breite des Kindes U mit dem eingeblendeten Teilstrahl X' erfolgt, der in dieser Richtung gleiche räumliche Ausmaße aufweist, wie der Röntgenstrahl X. Es wird somit eine Schicht des Kindes U durchstrahlt. Durch Nutzung einer einstellbaren, als Rechteck ausgebildeten Blendenöffnung 31r, siehe 3, kann auch die in 2 gezeigte Strahlenbegrenzungsfläche in Richtung des zu untersuchenden Bereichs B derart eingestellt werden, dass auch diese Strahlenbegrenzungs flächen den Magen B eng umschließen, und damit nicht die gesamte Breite des Kindes U durchstrahlt wird.
In 3 ist eine Einblendeinrichtung 30 dargestellt, welche verschiedene, einstellbare Blendenöffnungen aufweist. Insbesondere weist die Einblendeinrichtung 30 neben einem Spalt 31s eine einstellbare, rechteckige Blendenöffnung 31r auf, eine kreisförmige, mit einer nicht dargestellten Iris-Blende einstellbare Blendenöffnung 31k sowie eine ellipsenförmige, einstellbare Blendenöffnung 31e. Abhängig von der Form und Größe des zu untersuchenden Bereichs B des Untersuchungsobjekts U kann eine entsprechende Blende ausgewählt, und auf den zu untersuchenden Bereich eingestellt werden. Die gestrichelte und durchgezogene Markierung für die jeweilige Blendenöffnung 31s bzw. 31r bzw. 31e bzw. 31k innerhalb der Einblendeinrichtung 30 zeigen zwei von mehreren möglichen Stellpositionen der jeweiligen Blendenöffnung 31s bzw. 31r bzw. 31e bzw. 31k. Durch eine derartige Einblendeinrichtung 30 ist ein manueller Wechsel von Blenden mit zugehöriger Blendenöffnung nicht erforderlich. Durch eine Antriebseinrichtung, bspw. der in 1 genannten Antriebseinrichtung 51, können die auf der Einblendeinrichtung 30 angeordneten Blendenöffnungen 31s bzw. 31r bzw. 31e bzw. 31k derart in den Strahlengang des emittierten Röntgenstrahls X, siehe 1, verschoben und eingestellt werden, dass die mit die den Röntgenstrahl X begrenzenden Blendenelemente eine Strahlbegrenzungsfläche ∂X', siehe 1, erzeugen, welche den zu untersuchenden Bereich B, siehe 1, eng umschließt.

Claims

Verfahren zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs (B) eines Untersuchungsobjekts (U), wobei eine Vielzahl von zweidimensionalen, durch je eine Projektionsrichtung gekennzeichneten Projektionsdatensätzen erfasst wird, wobei ein Projektionsdatensatz aus einem das Untersuchungsobjekt (U) durchsetzenden Röntgenstrahl (X) gewonnen wird, welcher eine sich in Projektionsrichtung erstreckende Strahlmittelachse (S_x) aufweist und durch eine Strahlbegrenzungsfläche begrenzt wird, und wobei die Strahlmittelachsen (S_x) der Vielzahl von Projektionsdatensätzen in einer gemeinsamen, den zu untersuchenden Bereich durchdringenden Untersuchungsebene (E_x) liegen, wobei aus den Projektionsdatensätzen mittels eines Bildrekonstruktionsverfahrens ein dreidimensionaler Bilddatensatz des zu untersuchenden Bereichs (B) ermittelt und dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahl (X) derart in Abhängigkeit des zu untersuchenden Bereichs (B) eingestellt wird, dass die Strahlbegrenzungsfläche (∂X') den zu untersuchenden Bereich (B) eng umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahl (X') keilförmig ausgebildet ist, so dass zwei im Wesentlichen ebene, gegeneinander geneigte Teilflächen der Strahlbegrenzungsfläche (∂X') eng am zu untersuchenden Bereich (B) anliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahl (X') pyramidenförmig ausgebildet ist, so dass zwei Paare im Wesentlichen ebener, gegeneinander geneigter Teilflächen der Strahlbegrenzungsfläche (∂X') eng am zu untersuchenden Bereich (B) anliegen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Strahlmittelachsen (S_x) einer Untersuchungsebene (E_x) durch ein gemeinsames, im zu untersuchenden Bereich (B) liegendes Untersuchungszentrum (Z_x) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsdatensätze der Untersuchungsebene (E_x) mit konstanter Strahleinstellung erfasst werden.
Vorrichtung zur räumlichen Darstellung eines zu untersuchenden Bereichs (B) eines Untersuchungsobjekts (U), die einen um das Untersuchungsobjekt (U) drehbaren Röntgenstrahler (20) zur Erzeugung eines Röntgenstrahls (X) und einen um das Untersuchungsobjekt (U) drehbaren Röntgendetektor (22) zur Erfassung eines das Untersuchungsobjekts (U) durchdringenden Anteils des Röntgenstrahls, wobei in einem Abstand (d) von dem Röntgenstrahler (20) eine Einrichtung (30) mit einer Öffnung (31s, 31r, 31k, 31e) zum Einblenden eines Teilstrahls (X') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (31s, 31r, 31k, 31e) und/oder der Abstand (d) der Einblendeinrichtung (30) einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (31s, 31r, 31k, 31e) als Spalt (31s) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (31s, 31r, 31k, 31e) als Rechteck (31r) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (51) zum Einstellen der Blendenöffnung (31s, 31r, 31k, 31e) und/oder des Blendenabstands (d) vorgesehen sind, die mit ei ner Einrichtung (50) zum Ansteuern der Stellmittel (51) wirkverbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuereinrichtung (50) verbundene Einheit (53) zur Ein-/Ausgabe von Soll- und/oder Istwerten von Stellparametern vorgesehen ist.