DE102006028326A1

DE102006028326A1 - Verfahren zur zeitlich optimierten Röntgenbildgebung mit einem Bi-Plan Röntgengerät sowie Bi-Plan Röntgengerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006028326A1
Application number: DE102006028326A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Hoffman Estates Spahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenbildgebung sowie ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Bi-Plan Röntgengerät, bei denen ein Objektbereich eines Untersuchungsobjektes (5) in zumindest einer Ebene unter verschiedenen Projektionswinkeln über einen Winkelbereich von zumindest 180° bei einer Röntgenaufzeichnung abgetastet wird, um aus den Messwerten der Röntgenaufzeichnung ein Schicht- oder Volumenbild des Objektbereiches zu rekonstruieren. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Röntgenaufzeichnung simultan mit beiden C-Armen (1, 2) und Röntgensystemen (3, 4) erfolgt, wobei das erste Röntgensystem (3, 4) des ersten C-Arms (1) über einen Abschnitt des Winkelbereiches bewegt wird, der kleiner als 180° ist, und das zweite Röntgensystem (3, 4) des zweiten C-Arms (2) während der Röntgenaufzeichnung simultan über den verbleibenden Abschnitt des Winkelbereichs bewegt wird. Mit dem vorliegenden Verfahren und dem zugehörigen Bi-Plan Röntgengerät lässt sich die Akquisitionszeit bei 3-D-Anwendungen in der Radiologie mit Bi-Plan Röntgengeräten verringern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenbildgebung mit einem Bi-Plan Röntgengerät, das einen ersten C-Arm mit einem ersten Röntgensystem und einen zweiten C-Arm mit einem zweiten Röntgensystem aufweist, bei dem ein Objektbereich eines Untersuchungsobjektes in zumindest einer Ebene durch Röntgenaufzeichnung unter verschiedenen Projektionswinkeln über einen Winkelbereich von mindestens 180° abgetastet wird, um aus Messwerten bei den unterschiedlichen Projektionswinkeln Schicht- oder Volumenbilder des Objektbereiches zu rekonstruieren. Die Erfindung betrifft auch ein Bi-Plan Röntgengerät für die Durchführung des Verfahrens.
In der Neuroradiologie und allgemeinen Angiographie setzen sich zunehmend sog. 3D-Anwendungen durch, bei denen mittels Röntgenbildgebung dreidimensionale Bilddatensätze eines Objektbereiches des Untersuchungsobjektes generiert werden. Für die Erstellung der 3D-Bilddatensätze werden auch C-Arm-Röntgengeräte eingesetzt, mit denen viele unterschiedliche Projektionen unter Nutzung eines großflächigen Detektors aufgezeichnet werden, der zusammen mit der gegenüberliegenden Röntgenröhre zumindest auf einem Abschnitt einer kreisförmigen Trajektorie um das Untersuchungsobjekt rotiert. Während einer Abtastbewegung werden in der Regel 150 bis über 600 unterschiedliche Projektionen über einen Winkelbereich von etwas mehr als 180° (180° + Öffnungswinkel Röntgenquelle – Detektorfläche) aufgezeichnet. Aus den Messdaten dieser Projektionen kann dann in einem Bildrekonstruktionsrechner ein 3D-Bilddatensatz rekonstruiert werden, wie dies von herkömmlichen Computertomographen bekannt ist. Im Unterschied zu einem Computertomographen kommt ein großflächiger Detektor zum Einsatz, so dass kein Vorlauf in z-Richtung, d. h. entlang der Patientenachse, erforderlich ist.
Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden häufig sog. Bi-Plan C-Arm-Röntgengeräte eingesetzt, die zwei voneinander unabhängige C-Arme mit entsprechenden Röntgensystemen zur Röntgenaufzeichnung aufweisen. In der Regel ist hierbei einer der C-Arme für die Durchführung einer Orbitalbewegung, der andere für die Durchführung einer Rotationsbewegung ausgebildet. Für die Generierung eines 3D-Bilddatensatzes wird jeweils einer der C-Arme zur Röntgenaufzeichnung eingesetzt, während der zweite C-Arm abseits des Untersuchungsobjektes geparkt wird.
Eine Akquisition zur Generierung eines 3D-Bilddatensatzes mit einem C-Arm-Gerät dauert heutzutage in der Regel fünf bis 10 Sekunden. Dies wird durch mehrere Randbedingungen erzwungen. So ist die maximale Bildfrequenz des eingesetzten Detektors begrenzt, so dass bspw. bei einer Begrenzung auf 30 Bilder pro Sekunde (30 fps) eine Akquisition von 300 Bildern einen Zeitraum von zehn Sekunden erfordert. Eine weitere Begrenzung stellt die mechanische Bewegung des C-Arms dar, die die Zeit für die Abtastung über den Winkelbereich von zumindest 180° ebenfalls begrenzt.
Durch diese relativ lange Akquisitionszeit können jedoch bei Bewegung des Patienten oder eines Organs während der Röntgenaufzeichnung unerwünschte Bewegungsartefakte in den Bildern auftreten. Eine möglichst kurze Akquisitionszeit ist daher auch im Hinblick auf zukünftige Anwendungen wünschenswert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Röntgenbildgebung sowie ein Bi-Plan Röntgengerät anzugeben, die eine schnellere Akquisitionszeit bei der Generierung von Schicht- oder Volumenbildern ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie dem Bi-Plan Röntgengerät gemäß den Patentansprüchen 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Bi-Plan Röntgengerätes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorliegenden Verfahren zur Röntgenbildgebung wird ein Bi-Plan Röntgengerät eingesetzt, das einen ersten C-Arm mit einem ersten Röntgensystem und einen zweiten C-Arm mit einem zweiten Röntgensystem aufweist. Die Röntgensysteme weisen dabei in bekannter Weise eine Röntgenröhre und einen dieser gegenüber liegenden Röntgendetektor auf, die am C-Arm befestigt sind. Unter einem C-Arm ist hierbei selbstverständlich nicht nur ein C-förmiger Träger zu verstehen. Vielmehr kann der C-Arm bspw. auch beispielsweise einen U- oder V-förmigen Träger für das Röntgensystem bilden. Bei dem Verfahren zur Röntgenbildgebung wird ein Objektbereich eines Untersuchungsobjektes in zumindest einer Ebene durch Röntgenaufzeichnung unter verschiedenen Projektionswinkeln über einen Winkelbereich von mindestens 180° abgetastet, um aus Messwerten bei den unterschiedlichen Projektionswinkeln Schicht- oder Volumenbilder des Objektbereiches zu rekonstruieren. Somit werden unter verschiedenen Projektionswinkeln unterschiedliche Röntgenbilder aufgezeichnet, aus deren Bild- oder Rohdaten und der Kenntnis über die genaue Projektionsrichtung mit bekannten Rekonstruktionsalgorithmen ein Schichtbild oder ein Volumenbild des Objektbereiches rekonstruiert werden kann. Die genaue Projektionsrichtung bei jedem Projektionswinkel eines Röntgenbildes wird vorzugsweise aus der Stellung des C-Arms abgeleitet, der vorher entsprechend kalibriert wurde. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich gegenüber der bekannten Nutzung eines Bi-Plan Röntgengerätes dadurch aus, dass für die Röntgenbildaufzeichnung des Objektbereiches in der zumindest einen Ebene simultan beide Röntgensysteme eingesetzt werden, wobei das erste Röntgensystem über einen ersten Abschnitt des Winkelbereiches und das zweite Röntgensystem simultan über einen verbleibenden zweiten Abschnitt des Winkelbereiches bewegt werden. Vorzugsweise deckt bei dieser Röntgenbildaufzeichnung jedes der Röntgensysteme die Hälfte des insgesamt erforderlichen Winkelbereiches ab.
Durch diese Vorgehensweise kann die Akquisitionszeit für die Röntgenbildaufzeichnung zur Generierung eines Schichtbildes oder eines Volumenbildes verringert bzw. halbiert werden, da mit beiden Röntgensystemen simultan aufgezeichnet wird. Da beide Röntgensysteme den Objektbereich simultan in der gleichen Ebene abtasten, dürfen sie sich gegenseitig nicht behindern. Dies ist bei bekannten Bi-Plan Röntgengeräten, die einen C-Arm für eine Orbitalbewegung und einen C-Arm für eine Rotationsbewegung aufweisen, bereits durch unterschiedliche Öffnungsdurchmesser der C-Arme gewährleistet. Dieser Öffnungsdurchmesser lässt sich bei den rotatorisch bewegten C-Armen häufig auch durch den Anwender verändern, so dass die obige Bedingung in diesem Fall ohne weiteres erfüllt werden kann. Einer der beiden C-Arme kann sich somit ohne Behinderung des anderen C-Arms innerhalb von dessen Öffnungsdurchmesser bewegen.
Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass Bi-Plan Röntgengeräte weit verbreitet sind, da häufig die gleichzeitige Darstellung von Gefäßstruktur, Katheter oder anderen Objekten, z.B. Stent, unter verschiedenen Winkeln erforderlich ist. Hierfür sind Bi-Plan Röntgengeräte durch die Verfügbarkeit einer zweiten Ebene, d.h. des zweiten C-Arms, besonders geeignet.
Das vorgeschlagene Bi-Plan Röntgengerät unterscheidet sich von bekannten Bi-Plan Röntgengeräten lediglich durch die Steuereinrichtung, die für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet sein muss. Die Steuereinrichtung weist bei dem vorgeschlagenen Bi-Plan Röntgengerät daher einen Betriebsmodus auf, in dem sie simultan beide C-Arme und Röntgensysteme so zur Röntgenaufzeichnung ansteuert, dass das erste Röntgensystem während der Röntgenaufzeichnung über einen ersten Abschnitt eines Winkelbereiches von zumindest 180° und das zweite Röntgensystem simultan über einen verbleibenden zweiten Abschnitt des Winkelbereiches bewegt wird. Das Röntgengerät umfasst dabei vorzugsweise auch bereits einen Bildrekonstruktionsrechner, der aus Messwerten der beiden Röntgensys teme bei der simultanen Röntgenaufzeichnung Schicht- oder Volumenbilder des Objektbereiches rekonstruieren kann.
Vorzugsweise sind die Detektoren der beiden Röntgensysteme großflächige Detektoren mit einer Vielzahl von Zeilen. Eine Vorwärtsbewegung in z-Richtung wie bei einem Computertomographen, ist für die Aufzeichnung eines Volumendatensatzes mit einem derartigen Detektor nicht erforderlich, da der Detektor einen ausreichend großen Objektbereich abdeckt. Die Röntgensysteme rotieren dabei gegenüber dem Patienten lediglich in der x-y-Ebene ohne Vorschub in z-Richtung.
Das vorliegende Bi-Plan Röntgengerät ist selbstverständlich nicht auf die üblichen mechanischen Ausgestaltungen derartiger Röntgengeräte beschränkt. Vielmehr lassen sich die C-Arme mit den Röntgensystemen beispielsweise auch über geeignete Roboterarme, beispielsweise mit zwei Knickarm-Robotern, bewegen. Die Röntgensysteme müssen hierbei nicht in jedem Fall auf kreisförmigen Trajektorien geführt sondern können auf beliebigen Trajektorien um das Untersuchungsobjekt bewegt werden.
Das vorliegende Verfahren und ein zugehöriges Bi-Plan Röntgengerät werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Beispiel für eine übliche Röntgenbildgebung mit einem Bi-Plan Röntgengerät zur Generierung eines Volumenbildes;
2 ein Beispiel für die Röntgenbildgebung gemäß dem vorliegenden Verfahren;
3 eine schematische Darstellung des Datenflusses bei der 3D-Bildrekonstruktion auf Basis der gemäß dem vorliegenden Verfahren aufgezeichneten Daten; und
4 eine schematische Darstellung eines von einem Roboter geführten C-Arms.
1 zeigt die Vorgehensweise bei der bisherigen Röntgenbildgebung mit einem Bi-Plan Röntgengerät, wie sie bei der Erzeugung eines Volumenbildes eingesetzt wird. Das Bi-Plan Röntgengerät weist zwei C-Arme 1, 2 auf. Jeder C-Arm 1, 2 trägt ein Röntgensystem bestehend aus Röntgenröhre 3 und dieser gegenüberliegendem Röntgendetektor 4. Hierbei handelt es sich um großflächige Röntgendetektoren, die einen größeren Objektbereich abdecken. In der Regel sind die beiden C-Arme 1, 2 mit dem zugehörigen Röntgensystem 3, 4 für die Bildaufzeichnung in unterschiedlichen Ebenen zuständig, so dass ein derartiges Bi-Plan Röntgengerät auch als 2-Ebenen-System bezeichnet wird.
Bei der Bildaufzeichnung eines Volumendatensatzes wird bisher einer der C-Arme 1 eingesetzt, während der andere in eine Parkposition verschoben und nicht verwendet wird, wie dies aus der 1 ersichtlich ist. Der zur Generierung des Volumendatensatzes in 1 eingesetzte C-Arm 1 führt dabei eine Orbitalbewegung auf einer kreisförmigen Trajektorie um den Patienten 5 aus, der auf einem Patientenlagerungstisch 6 gelagert ist. Unter verschiedenen Projektionswinkeln werden Röntgenaufnahmen gemacht, aus denen später der gewünschte Volumendatensatz rekonstruiert werden kann. Hierfür ist eine Bewegung des Röntgensystems 3, 4 um einen Winkelbereich von zumindest 180° um den Patienten 5 erforderlich. Die Bewegung des Röntgensystems 3, 4 ist in der 1 angedeutet.
Der zweite C-Arm 2 des Bi-Plan Röntgengerätes, der während dieser Bildaufzeichnung auf einer Seite des Patienten 5 in einer Parkposition verharrt, ist in der Regel zur Durchführung einer Rotationsbewegung um eine Symmetrieachse 7 (hier senkrecht zur Zeichnungsebene) des C-Arms ausgebildet. Ein derartiger C-Arm 2 eignet sich vor allem für Bildaufzeichnungen im Bereich des Kopfes des Patienten.
Das in 1 dargestellte Bi-Plan Röntgengerät kann auch beim vorliegenden Verfahren eingesetzt werden, wie dies in der 2 veranschaulicht ist. Hierbei werden beide C-Arme 1, 2 gleichzeitig zur Bildaufzeichnung in der gleichen Ebene eingesetzt. Der in 1 geparkte zweite C-Arm 2 wird hierbei um 90° zum ersten C-Arm 1 gedreht eingesetzt. Während der Bildaufzeichnung werden die Röntgensysteme 3, 4 beider C-Arme 1, 2 gleichzeitig so um den Patienten bewegt, dass jedes Röntgensystem nur etwa die Hälfte des für die Bildaufzeichnung erforderlichen Winkelbereichs abdeckt. Beide C-Arme müssen daher nur etwas mehr als jeweils 90° bewegt werden, um insgesamt etwas mehr als 180° abzudecken und die für die 3D-Rekonstruktion erforderlichen Datensätze zu erzeugen. Dadurch wird die Aufnahmezeit um den Faktor 2 verringert.
Die beiden C-Arme 1, 2 sowie die daran befestigten Röntgensysteme 3, 4 dürfen sich hierbei selbstverständlich nicht gegenseitig behindern. In dem vorliegenden Beispiel ist dies dadurch gewährleistet, dass der Öffnungsdurchmesser des zweiten C-Arms 2 geringer als der Öffnungsdurchmesser des ersten C-Arms 1 ist. Der zweite C-Arm 2 kann sich somit innerhalb des ersten C-Arms 1 zumindest über den für die Bildaufzeichnung erforderlichen Abschnitt des Winkelbereiches bewegen.
Die Steuerung der beiden C-Arme sowie der daran befestigten Röntgensysteme zur Bildaufzeichnung erfolgt über eine Steuereinrichtung 8, die in der 2 nur schematisch angedeutet ist. Diese Steuereinrichtung umfasst ein Steuerprogramm, das die beiden C-Arme 1, 2 und Röntgensysteme 3, 4 zur simultanen Bildaufzeichnung gemäß dem vorliegenden Verfahren ansteuert.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Datenflusses für die 3D-Rekonstruktion aus den mit dem vorliegenden Verfahren erzeugten Daten. Die Bildrekonstruktion erfolgt in einem mit dem Bi-Plan Röntgengerät verbundenen Bildrekonstruktionsrechner 9, der die Bilddaten 10 des Röntgensystems 3, 4 des ersten C-Arms 1, die Bilddaten 11 des Röntgensystems 3, 4 des zweiten C-Arms 2, die Kalibrierdaten 12 des ersten C-Arms 1 sowie die Kalibrierdaten 13 des zweiten C-Arms 2 erhält und mit einem geeigneten Rekonstruktionsalgorithmus den 3D-Datensatz (Volumendatensatz) 14 rekonstruiert. Die Kalibrierdaten der beiden C-Arme sind erforderlich, um die genauen Projektionswinkel für die einzelnen Röntgenbilder zu ermitteln, aus denen die Rekonstruktion erfolgt.
Das vorliegende Bi-Plan Röntgengerät kann auch Robotergeführte C-Arme aufweisen. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines von einem 6-Achs Knickarm-Roboter 15 geführten C-Arms 2. Der C-Arm 2 ist an der Roboterhand des Knickarm-Roboters 15 angekoppelt und kann durch diesen auf einer durch die Steuereinrichtung vorgebbaren Bewegungsbahn um den Patienten bewegt werden.

Claims

Verfahren zur Röntgenbildgebung mit einem Bi-Plan Röntgengerät, das einen ersten C-Arm (1) mit einem ersten Röntgensystem (3, 4) und einen zweiten C-Arm (2) mit einem zweiten Röntgensystem (3, 4) aufweist, bei dem ein Objektbereich eines Untersuchungsobjektes (5) in zumindest einer Ebene durch Röntgenaufzeichnung unter verschiedenen Projektionswinkeln über einen Winkelbereich von mindestens 180° abgetastet wird, um aus Messwerten bei den unterschiedlichen Projektionswinkeln Schicht- oder Volumenbilder des Objektbereiches zu rekonstruieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenaufzeichnung simultan mit beiden Röntgensystemen (3, 4) erfolgt, wobei das erste Röntgensystem (3, 4) über einen ersten Abschnitt des Winkelbereiches und das zweite Röntgensystem (3, 4) simultan über einen verbleibenden zweiten Abschnitt des Winkelbereiches bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt die Hälfte des Winkelbereiches umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste C-Arm (1) für die simultane Röntgenaufzeichnung unter einem Winkel von 90° zum zweiten C-Arm (2) positioniert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden C-Arme (1, 2) bei der Röntgenaufzeichnung mit einem Roboter (15) geführt wird.
Bi-Plan Röntgengerät mit einem ersten C-Arm (1) mit einem ersten Röntgensystem (3, 4) und einem zweiten C-Arm (2) mit einem zweiten Röntgensystem (3, 4) sowie mit einer Steuereinrichtung (8) für die Ansteuerung der beiden C-Arme (1, 2) und Röntgensysteme (3, 4) zur Röntgenaufzeichnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Betriebsmodus aufweist, in dem sie simultan beide C-Arme (1, 2) und Röntgensysteme (3, 4) so zur Röntgenaufzeichnung ansteuert, dass das erste Röntgensystem (3, 4) während der Röntgenaufzeichnung über einen ersten Abschnitt eines Winkelbereiches von zumindest 180° und das zweite Röntgensystem (3, 4) simultan über einen verbleibenden zweiten Abschnitt des Winkelbereiches bewegt wird.
Bi-Plan Röntgengerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste C-Arm (1) einen anderen Öffnungsdurchmesser als der zweite C-Arm (2) aufweist.
Bi-Plan Röntgengerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgensysteme (3, 4) Detektorarrays (4) mit mehreren Detektorzeilen aufweisen.
Bi-Plan Röntgengerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bi-Plan Röntgengerät einen Bildrekonstruktionsrechner (9) umfasst, der aus Messwerten der beiden Röntgensysteme (3, 4) bei der simultanen Röntgenaufzeichnung Schicht- oder Volumenbilder des Objektbereiches rekonstruieren kann.
Bi-Plan Röntgengerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bi-Plan Röntgengerät zumindest einen Roboter (15) mit einer Roboterhand umfasst, an dem der erste (1) oder zweite C-Arm (2) angekoppelt ist und der den ersten (1) oder zweiten C-Arm (2) durch Ansteuerung mit der Steuereinrichtung (8) zur Röntgenaufzeichnung bewegen kann.