DE102006024242A1

DE102006024242A1 - Verfahren zur Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems in Bezug auf eine Soll-Position

Info

Publication number: DE102006024242A1
Application number: DE102006024242A
Authority: DE
Inventors: Konstanze Dr. Gunzert-Marx; Uwe Towara
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US20080002871A1

Abstract

Eine einfache und schnelle Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems (2) in Bezug auf eine Soll-Position erfolgt, indem ein Messobjekt (16) in einer definierten Lage positioniert wird, mit Hilfe des Röntgensystems (2) ein aktuelles Bild (22) der Ist-Position des Messobjekts (16) aufgenommen wird und das aktuelle Bild (22) mit einem hinterlegten Referenzbild (18) des Messobjekts verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems in Bezug auf eine Soll-Position.
Viele medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungsvorrichtungen umfassen ein rotierbares Röntgensystem mit einem Röntgenstrahler und einem gegenüberliegenden Röntgendetektor. Das Röntgensystem ist beispielsweise nach Art eines um einen Patiententisch drehbaren C-Bogens ausgebildet oder ist Teil einer rotierbaren Gantry, in die ein auf einem Patiententisch gelagerter Patient hineingefahren wird. Solche Untersuchungs- und/oder Behandlungsvorrichtungen sind durch mindestens einen Bezugspunkt charakterisiert, wie z.B. einen Fokuspunkt oder ein Isozentrum. Um eine optimale Untersuchung und/oder Behandlung zu gewährleisten, müssen somit die Komponenten der Vorrichtung, darunter auch das Röntgensystem, in eine definierte Soll-Position bezüglich dieses Bezugspunkts gebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache und schnelle Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems in Bezug auf eine Soll-Position zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems in Bezug auf eine Soll-Position, wobei ein Messobjekt in einer definierten Lage positioniert wird, mit Hilfe des Röntgensystems ein aktuelles Bild der Ist-Lage des Messobjekts aufgenommen wird und das aktuelle Bild mit einem hinterlegten Referenzbild des Messobjekts verglichen wird.
Das Verfahren basiert auf der Überlegung, dass die Detektierung einer eventuellen Abweichung möglich ist, indem das ak tuelle Bild des Messobjekts mit seinem Referenzbild verglichen wird, das aufgenommen wurde, als das Messobjekt genau in seiner Soll-Lage positioniert war. Ein solches Referenzbild kann beispielsweise bei der Erstjustage des Röntgensystems aufgenommen sein. Die räumlichen Koordinaten der Lage des Messobjekts bei der Aufnahme des Referenzbildes werden gespeichert, so dass das Messobjekt jederzeit später in genau dieselbe Soll-Lage gebracht werden kann.
Hierbei ist das Messobjekt beispielsweise ein einfaches geometrisches Objekt wie etwa eine Kugel, die für die Aufnahmen zwischen einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor des Röntgensystems positioniert ist.
Die Lage des Messobjekts ist mit der Position des Röntgensystems korreliert, indem das Referenzbild und das aktuelle Bild mit den gleichen Aufnahmeparametern gemacht werden – gleiche Schärfentiefe, Belichtung, Belichtungszeit, Bildauflösung, Entfernung vom Messobjekt und räumliche Orientierung des Röntgensystems während der Aufnahme. Da die Positionierung des Messobjekts in seiner Soll-Lage hoch genau reproduzierbar ist, deutet eine detektierte Abweichung der Ist-Lage des Messobjekts auf dem aktuellen Bild auf eine Verschiebung des Röntgensystems bezüglich seiner Soll-Position hin.
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass bis auf das Messobjekt, das ein einfacher geometrischer Körper ist, keine weiteren technischen Mittel zur Durchführung des Verfahrens notwendig sind. Dies macht das Verfahren besonders kostengünstig. Zudem zeichnet sich das Verfahren durch einen geringen Zeitaufwand aus.
Gemäß einer bevorzugten Variante wird mittels des beschriebenen Verfahrens eine Abweichung eines Fokuspunkts eines Röntgenstrahlers von einem Isozentrum detektiert. Das Isozentrum, der Treffpunkt der Röntgenstrahlen bei der Rotation des Röntgensystems, wird bei einer Erstmontage der medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungsvorrichtung bestimmt und seine raumfesten Koordinaten werden gespeichert. Bei einer nachfolgenden Untersuchung und/oder Behandlung eines Patienten ist dann besonders wichtig, dass sowohl das zu untersuchende/behandelte Gewebe des Patienten genau im Isozentrum positioniert ist, als auch, dass die Strahlungskomponenten der Vorrichtung, wie z.B. das Röntgensystem, genau auf das Isozentrum fokussiert sind. Hierbei entspricht die Soll-Lage des Messobjekts dem Isozentrum. Mit Hilfe des aktuellen Bildes wird dann überprüft, ob der Fokuspunkt des Röntgensystems tatsächlich auf das Isozentrum fokussiert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante umfasst das Röntgensystem einen Patiententisch und eine Abweichung des Patiententisches von seiner Soll-Position wird detektiert. Da die Positionierung des Patienten bezüglich der Untersuchung- und/oder Behandlungsvorrichtung über den Patiententisch erfolgt, ist die Position des Patiententisches von großer Bedeutung für die erfolgreiche Untersuchung/Behandlung des Patienten. Hierbei ist die Lage des Messobjekts mit der des Patiententisches korreliert, beispielsweise indem das Messobjekt auf dem Patiententisch befestigt ist oder mit diesem mechanisch verbunden ist, derart, dass deren Verbindung hoch präzise reproduzierbar ist. Eine detektierte Abweichung der Ist-Lage des Messobjekts von seiner Soll-Lage, wenn das aktuelle Bild mittels des genau justierten Röntgensystems aufgenommen wurde, zeigt also eine Verschiebung des Patiententisches bezüglich seiner Soll-Position an.
Bevorzugt werden die beiden Bilder rechnerisch voneinander subtrahiert und die Bereiche, die sich auf beiden Bildern unterscheiden, werden visualisiert und ausgewertet. Ein wichtiger Vorteil hierbei liegt in der erreichbaren guten Auflösung der Bilder bzw. der hohen Genauigkeit, mit der die Position des Messobjekts bestimmt wird. Zudem werden die aufgenommenen Bilder selbst nicht manipuliert, sondern es erfolgt eine computerbasierte Subtraktion, deren Ergebnis ein generiertes Subtraktionsbild ist, auf dem nur die Bereiche visualisiert sind, die sich auf beiden Bildern unterscheiden. Dar über hinaus erfordert der rechnerische Vergleich der aufgenommenen Bilder einen minimalen menschlichen Aufwand sowie Zeitaufwand.
Weiterhin bevorzugt wird die Auswertung mit Hilfe einer Bildauswertung vorgenommen, die für eine digitale Subtraktionsanalyse eingesetzt wird. Somit kann eine gebräuchliche Software-Implementierung der Subtraktionsmethode verwendet werden, wie z.B. ein Software-Programm zur Auswertung einer digitalen Subtraktionsangiografie. Eine Entwicklung einer neuartigen Software zur Subtraktionsanalyse ist nicht erforderlich. Vielmehr kann auf eine oftmals bereits integrierte Software-Komponente bei bestehenden Anlagen zurückgegriffen werden.
Vorzugsweise ist dem Referenzbild eine Abstandskalibrierung zugeordnet und die Abweichung auf dem aktuellen Bild von der Soll-Position wird auf den Referenzbild ausgemessen wird. Insbesondere ist auf dem Referenzbild eine Messskala in einem geeigneten Maßstab vorgesehen, mit deren Hilfe die Verschiebung des Messobjekts bezüglich seiner Soll-Position z.B. in Mikrometer-Größenordnung gemessen wird. Somit ist neben einer Detektierung einer Abweichung des Röntgensystems von der Soll-Position auch eine Messung der Größe dieser Abweichung möglich, um eine nachfolgende Korrektur der Position des Röntgensystems zu erleichtern und möglichst genau durchzuführen. Insbesondere wird hierbei ein Schwellenwert festgelegt, der in Abhängigkeit von den Aufnahmeparametern einstellbar ist, z.B. von der Auflösung der Bilder. Wenn die Abweichung des Messobjekts unterhalb des Schwellenwerts liegt, ist das Röntgensystem noch ausreichend genau eingestellt; wenn die Abweichung oberhalb des Schwellenwerts liegt, ist eine Nachpositionierung des Röntgensystems erforderlich.
Ein nächster bevorzugter Schritt dieses Verfahrens umfasst eine Nachjustage des Röntgensystems bei einer Abweichung des Messobjekts von seiner Soll-Position in Abhängigkeit von dieser Abweichung. Somit wird das Röntgensystem, nachdem eine Abweichung des Messobjekts ermittelt wurde, die auf eine Verschiebung des Röntgensystems hindeutet, in seine Soll-Position verfahren, um optimale Ergebnisse bei der Untersuchung/Behandlung des Patienten zu erzielen.
Nachdem das Röntgensystem nachjustiert ist, wird vorteilhafterweise ein weiteres aktuelles Bild aufgenommen, das mit dem Referenzbild verglichen wird. Hierbei wird Überprüft, ob das Röntgensystem tatsächlich in seine Soll-Position verfahren wurde, so dass jegliche Verschiebungen, welche die Untersuchung/Behandlung des Patienten beeinträchtigen könnten, ausgeschlossen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Referenzbilder aus mehreren Richtungen, insbesondere aus drei Richtungen parallel zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems hinterlegt und die Ist-Position des Messobjekts wird aus den mehreren Richtungen aufgenommen. Alternativ kann ein Cone Beam Computertomograph verwendet werden, der durch seine Drehung einen 3D-Datensatz über die Lage des Messobjekts liefert. Somit erfolgt die Auswertung der exakten Position des Röntgensystems aus mehreren Blickwinkeln, so dass die Lage des Messobjekts zwei – oder dreidimensional erfasst wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Hierein zeigen:
1 in einer Seitenansicht schematisch ein Röntgensystem mit einem auf einem Patiententisch gelagerten Patienten,
2 in einer Seitenansicht schematisch das Röntgensystem gemäß 1 mit einem Messobjekt,
3a ein Referenzbild eines Messobjekts,
3b ein aktuelles Bild des Messobjekt gemäß 2a, und
3c ein Subtraktionsbild des Messobjekts gemäß 3a und 3b.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
In 1 ist schematisch und beispielhaft ein Röntgensystem 2 dargestellt, das nach Art eines C-Bogens ausgebildet ist. Das Röntgensystem kann alternativ auch Teil einer rotierbaren Gantry sein. Das Röntgensystem 2 weist einen bogenförmigen Arm 4 zum Tragen eines Röntgenstrahlers 6 und eines Röntgendetektors 8 auf, die einander gegenüberliegen. Der Arm 4 wird von einer Halterung 10 getragen. Der Röntgenstrahler 6 umfasst ein nicht näher dargestelltes eingebautes Röntgenstrahlungsrohr und strahlt Röntgenstrahlen in Richtung des Röntgendetektors 8 aus. Der Röntgendetektor 8 weist einen nicht näher dargestellten eingebauten Bildverstärker auf und detektiert die Röntgenstrahlen, die von dem Röntgenstrahler 6 abgestrahlt wurden.
Das Röntgensystem 2 ist durch ein Isozentrum I charakterisiert, das sich in einem Zwischenraum des Röntgenstrahlers 6 und dem Röntgendetektor 8 befindet. Das Isozentrum I entspricht einem Mittelpunkt des Arms 4 und ist ortsfest. Ein nicht näher dargestellter Drehmechanismus, der in der Halterung 10 eingebracht ist, verfährt den Arm 4 entlang eines Bogens, wobei der Röntgenstrahler 6 und der Röntgendetektor 8 sich um das Isozentrum I drehen.
Zwischen dem Röntgenstrahler 6 und einem Röntgendetektor 8 ist ein Patiententisch 12 positioniert, auf dem ein Patient 14 auf dem Rücken liegt. Der Patiententisch 12 wird im Betrieb des Röntgensystems 2 derart positioniert, dass das zu bestrahlende Gewebe des Patienten 14 sich genau im Isozentrum I befindet. Im Betrieb des Röntgensystems 2 werden auch die aus dem Röntgenstrahler 6 emittieren Röntgenstrahlen auf das Isozentrum I und somit auf das zu bestrahlende Gewebe des Patienten 14 fokussiert.
Mit Hilfe eines Messobjekts 16, das in 2 dargestellt ist, wird überprüft, ob eine Abweichung des Röntgensystems 2 vom Isozentrum I vorliegt. Das Messobjekt 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Metallkugel mit einem definierten Durchmesser auf, die im Isozentrum I positioniert ist, um es zu visualisieren.
Bei einer Erstjustage des Röntgensystems 2 wird das Isozentrum I bestimmt und seine Raumkoordinaten werden gespeichert. Das Messobjekt 16 wird dann im Isozentrum I positioniert und mittels des Röntgensystems 2 wird ein Referenzbild 18 (vgl. 3a) des Messobjekts 16 aufgenommen. Dieses Referenzbild 18 wird im Speicher einer hier nicht näher dargestellten Steuereinheit des Röntgensystems 2 hinterlegt. Das Referenzbild 18 wird außerdem mit einer Abstandskalibrierung 20 versehen, die nach Art zweier senkrechten linearen Messskalen an zwei benachbarten Seiten des Referenzbildes 18 ausgebildet ist. Hierdurch ist die Soll-Lage des Messobjekts 16 mikrometergenau angegeben.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird eine weitere Aufnahme des Messobjekts 16 gemacht. Für diesen Zweck wird das Messobjekt 16 erneut im Isozentrum I positioniert. Hierbei wird überprüft, ob die Ist-Lage des Messobjekts 16 mit dem Isozentrum 2 (die Soll-Lage des Messobjekts 16) übereinstimmt, d.h. ob eine Abweichung der Position des Röntgensystems 2 in Bezug auf das Isozentrum I vorliegt. Ein aktuelles Bild 22 des Messobjekts 16, das in 3b gezeigt ist, wird mit genau denselben Parametern wie das Referenzbild 18 aufgenommen. Diese Parameter sind beispielsweise die Schärfentiefe, die Belichtung, die Belichtungszeit, die Bildauflösung, die Entfernung des Röntgenstrahlers 6 und des Röntgendetektors 8 vom Messobjekt 16 sowie die räumliche Orientierung des Röntgensystems 2 bei der Aufnahme.
Die Detektierung einer eventuellen Abweichung des Messobjekts 16 in dem aktuellen Bild 22 von seiner im Referenzbild 18 dargestellten Soll-Lage wird mit Hilfe eines Software-Programms durchgeführt. Dieses Programm ist bevorzugt ein herkömmliches Bildverarbeitungsprogramm, das nach dem Subtraktionsprinzip arbeitet, in diesem Ausführungsbeispiel ein Software-Programm zur Auswertung einer digitalen Subtraktionsangiografie. Hierbei wird das aktuelle Bild 22 von dem Referenzbild 18 rechnerisch abgezogen, so dass nur die Bereiche, die auf beiden Bildern unterschiedlich sind, visualisiert werden.
Jedem Pixel der digitalen Aufnahmen 18, 22 des Messobjekts 16 ist ein Grauwert zugeordnet. Bei der Subtraktion der Bilder 18, 22 werden die Grauwerte der einzelnen Pixels beider Bilder 18, 22 miteinander verglichen. Wenn sich die Grauwerte unterscheiden und dabei eine Schwelle überschritten wird, insbesondere eine einstellbare Schwelle, werden die entsprechenden Pixel in einem Subtraktionsbild 24 visualisiert, das in 3a gezeigt ist. Da auf dem somit generierten Subtraktionsbild 24 lediglich die Bereiche der beiden aufgenommen Bilder 18, 22 dargestellt sind, die sich voneinander unterscheiden, ist eine vorliegende Abweichung des Messobjekts 16 vom Isozentrum I veranschaulicht. Dank der Messskala 20 wird diese Abweichung außerdem mikrometergenau ausgemessen.
Da die Positionierung des Messobjekts 16 im Isozentrum I zur Aufnahme des aktuellen Bildes 22 hoch präzise ist, deutet eine auf dem Subtraktionsbild 24 erkennbare Abweichung seiner Ist-Lage von seiner Soll-Lage auf eine Verschiebung des Röntgensystems 2 in Bezug auf das Isozentrum I hin. Entsprechend der ausgemessenen Abweichung wird in diesem Ausführungsbeispiel das Röntgensystem 2 nachjustiert. Anschließend können weitere aktuelle Bilder 22 aufgenommen werden und der Mess- und Nachjustagevorgang wiederholt werden, bis keine Abweichung auf dem Subtraktionsbild 24 mehr sichtbar ist oder die Abweichung unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Da die Durchführung dieses Verfahrens relativ wenig Zeit in Anspruch nimmt, kann es insbesondere für die Messung der täglichen Abweichung angewendet werden.
In den 3a und 3b ist lediglich ein einziges Referenzbild 18 dargestellt, das aus einer Richtung aufgenommen wurde, aus der auch das aktuelle Bild 22 gemacht wurde. Tatsächlich werden Aufnahmen aus mehreren Richtungen gemacht, insbesondere aus drei Richtungen, die parallel zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems sind. Für jede Aufnahmerichtung wird ein eigenes Referenzbild 18 gemacht, das mit aktuellen Bildern 22 aus denselben Aufnahmerichtungen verglichen wird.
Das Verfahren wurde beispielhaft zur Detektierung einer Abweichung des Röntgensystems 2 in Bezug auf das Isozentrum I. beschrieben. Dieses Verfahren kann außerdem auch verwendet werden, um eine Abweichung des Pattiententisches 12 bezüglich des Isozentrums I zu detektieren. Hierzu wird das Messobjekt 16 bevorzugt auf dem Patiententisch 12 befestigt oder reproduzierbar mit dem Patiententisch 12 verbunden.

Claims

Verfahren zur Detektierung einer Abweichung eines Röntgensystems (2) in Bezug auf eine Soll-Position, wobei ein Messobjekt (16) in einer definierten Lage positioniert wird, mit Hilfe des Röntgensystems (2) ein aktuelles Bild (22) der Ist-Position des Messobjekts (16) aufgenommen wird und das aktuelle Bild (22) mit einem hinterlegten Referenzbild (18) des Messobjekts (16) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Abweichung eines Fokuspunkts eines Röntgenstrahlers (6) von einem Isozentrum (I) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Röntgensystem (2) einen Patiententisch (12) umfasst und eine Abweichung des Patiententisches (12) von seiner Soll-Position ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Bilder (18, 22) rechnerisch voneinander subtrahiert werden und die Bereiche die sich auf beiden Bildern unterscheiden, visualisiert und ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Auswertung mit Hilfe einer Bildauswertung vorgenommen wird, die für eine digitale Subtraktionsanalyse eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Referenzbild (18) eine Abstandskalibrierung (20) zugeordnet ist und die Abweichung auf dem aktuellen Bild (22) von der Soll-Position auf dem Referenzbild (18) ausgemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Röntgensystem (2) bei einer Abweichung des Messobjekts (16) von seiner Soll-Position in Abhängigkeit von der Abweichung nachjustiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein weiteres aktuelles Bild (22) aufgenommen wird, das mit dem Referenzbild (18) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Referenzbilder (18) aus mehreren Richtungen, insbesondere aus drei Richtungen parallel zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems hinterlegt sind und die Ist-Position des Messobjekts (16) aus den mehreren Richtungen aufgenommen wird.