-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenbildaufzeichnung
mit einem Röntgenbildgebungsgerät, das an
einem bogenförmigen Träger eine
Röntgenquelle
und einen der Röntgenquelle
gegenüberliegenden
Röntgendetektor
aufweist, so dass ein von einem Röntgenfokus der Röntgenquelle
ausgehendes Röntgenstrahlenbündel auf den
Röntgendetektor
auftrifft. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren, bei dem in
einem Scan durch eine Bewegung des Trägers um ein zwischen der Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor
positioniertes Untersuchungsobjekt mehrere Röntgenbildaufnahmen eines interessierenden
Bereiches des Untersuchungsobjektes unter unterschiedlichen Projektionswinkeln
aufgezeichnet werden, aus denen ein dreidimensionales Bild des interessierenden
Bereiches rekonstruierbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Röntgenbildgebungssystem,
das zur Durchführung
des vorgeschlagenen Verfahrens ausgebildet ist.
-
C-Bogen-Geräte kommen
in der medizinischen Praxis vielfach zum Einsatz. Bei diesen Systemen
sind der Röntgendetektor
sowie die Röntgenquelle
gegenüberliegend
an einem so genannten C-Arm angebracht, der für die Durchführung einer Rotationsbewegung
ausgebildet ist. Damit lässt
sich das Bildaufnahmesystem mit der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor
um ein Drehzentrum, das so genannte Iso-Zentrum des C-Bogen-Systems,
rotieren. Auf diese Weise können
mit modernen C-Bogen-Systemen nicht nur zweidimensionale Durchleuchtungsbilder
gewonnen werden, sondern durch Rotation des Bildaufnahmesystems
um den Patienten auch dreidimensionale, CT-ähnliche Bilder oder Schnittbilder.
Die Bildrekonstruktion der dreidimensionalen Bilder oder der Schnittbilder
aus den unter verschiedenen Rotationswinkeln oder Projektionen aufgezeichneten
Durchleuchtungsbildern erfolgt in ähnlicher Weise wie bei einem
Compu ter-Tomographen (CT). Eine Rotation des C-Bogens um den Patienten
um einen Winkelbereich von 180° zuzüglich des
Fächerwinkels
des Röntgenstrahlenbündels ist hierfür ausreichend.
Es können
damit Weichteile oder, durch Subtraktion von Kontrastmittelbildern
und nativen Bildern, Angiographien dreidimensional dargestellt werden.
Ein derartiges C-Bogen-Gerät
ist beispielsweise in der
US 2006/0120507 A1 beschrieben.
-
Neben
diesen verbreiteten C-Bogen-Systemen sind beispielsweise aus der
DE 10 2005 012 700 A1 auch
Roboter-geführte
C-Bogen-Systeme bekannt, bei denen ein C-Arm mit einer Röntgenquelle und
einem der Röntgenquelle
gegenüberliegenden Röntgendetektor
an die Hand eines Roboters angekoppelt ist, der dieses Röntgenaufzeichnungssystem zur
Aufzeichnung der zweidimensionalen Röntgenbilder um das interessierende
Objekt bewegt.
-
Der
durchleuchtete Objektbereich, von dem anschließend durch Rekonstruktion ein
dreidimensionales Bild gewonnen wird, ist durch die Größe des Strahlkegels
des Röntgenstrahlenbündels beschränkt. Die
Größe des Strahlkegels
ist wiederum auf die Größe und den
Abstand des Röntgendetektors,
in der Regel ein Flachdetektor, abgestimmt. Der interessierende
Objektbereich muss im Iso-Zentrum des C-Bogen-Systems liegen, damit
er für
jeden Rotations- bzw. Projektionswinkel durch das Bildaufnahmesystem
abgebildet werden kann. Bei interessierenden Objektbereichen der
medizinischen Bildgebung, die zentral im Patientenquerschnitt liegen,
ist diese Bedingung ohne weiteres erfüllt. Sollen jedoch andere Bereiche
dargestellt werden, so ergeben sich durch die obige Bedingung Probleme.
So ist es in vielen praktischen Fällen, beispielsweise bei der
Vertebroplastie oder der Kyphoplastie, nicht möglich, die Rotation des C-Bogens
auf einer Kreisbahn um den gewünschten
Abbildungsbereich durchzuführen,
da es in diesem Fall zu Kollisionen des C-Arms mit dem Patienten,
der Patientenliege oder verwendeten Instrumenten kommen würde.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
sowie ein Röntgenbildgebungssystem
zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben, mit denen eine dreidimensionale Bildgebung
auch von Bereichen eines Objektes möglich ist, die nicht zentrisch
in die durch den Fokus der Röntgenquelle
bei herkömmlichen
C-Bogen-Systemen beschriebene Kreisbahn gebracht werden können.
-
Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem Röntgenbildgebungssystem gemäß den Patentansprüchen 1 und
8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Röntgenbildgebungssystems
sind Gegenstand der Unteransprüche oder
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
-
Bei
dem vorgeschlagenen Verfahren zur Röntgenbildaufzeichnung wird
ein Röntgenbildgebungsgerät eingesetzt,
das an einem bogenförmigen Träger eine
Röntgenquelle
und einen der Röntgenquelle
gegenüberliegenden
Röntgendetektor
aufweist, so dass ein von einem Röntgenfokus der Röntgenquelle
ausgehendes Röntgenstrahlenbündel gegebenenfalls
nach Durchgang durch ein dazwischen positioniertes Untersuchungsobjekt,
auf den Röntgendetektor
auftrifft. Unter bogenförmig
sind hierbei sowohl runde als auch eckige Anordnungen zu verstehen,
beispielsweise C-förmige,
U-förmige,
V-förmige
oder ähnliche
Träger,
bei denen die Röntgenröhre und
der Röntgendetektor
an zwei sich gegenüberliegenden
Schenkeln befestigt sind. Bei dem vorliegenden Verfahren werden
in einem Scan durch eine Bewegung des Trägers um ein zwischen der Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor
positioniertes Untersuchungsobjekt mehrere Röntgenbildaufnahmen eines interessierenden
Bereiches des Untersuchungsobjektes unter unterschiedlichen Projektionswinkeln
aufgezeichnet, aus denen ein dreidimensionales Bild des interessierenden
Bereiches rekonstruierbar ist. Bei dieser Bewegung wird der Röntgenfokus
auf einem Segment einer Kreisbahn um zumindest 180° um das Untersuchungsobjekt
geführt, wobei
die Röntgenbildaufnahmen
bei unterschiedlichen Positionen des Röntgenfokus auf dem Kreisbahnsegment
aufgezeichnet werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass
der Träger
bei einer nicht-zentrischen Lage des interessierenden Bereiches,
bei der der Mittelpunkt der Kreisbahn des Röntgenfokus nichtzentrisch im
interessierenden Bereich liegt, vor jeder der Röntgenbildaufnahmen um eine durch
den Röntgenfokus
verlaufende Drehachse so gedreht wird, dass ein Zentralstrahl des
Röntgenstrahlenbündels bei
den Röntgenbildaufnahmen durch
das Zentrum des interessierenden Bereiches verläuft. Die durch den Röntgenfokus
verlaufende Drehachse für
diese zusätzliche
Drehbewegung des Trägers
liegt dabei senkrecht zur Ebene der Kreisbahn des Röntgenfokus.
Unter dem Zentrum des interessierenden Bereiches wird das geometrische Zentrum
in der Ebene der Kreisbahn verstanden.
-
Bei
dem vorgeschlagenen Verfahren wird somit zusätzlich zur Bewegung des Röntgenfokus
auf der Kreisbahn um den interessierenden Bereich der Träger so um
den Röntgenfokus
bzw. die Röntgenquelle
geschwenkt, dass der Zentralstrahl des Röntgenstrahlenbündels bei
jeder Röntgenbildaufnahme durch
das Zentrum des interessierenden Bereiches verläuft. Auf diese Weise liegt
der interessierende Bereich bei jeder der Röntgenbildaufnahmen auch bei
nicht-zentrischer Lage immer innerhalb des Röntgenstrahlenbündels, so
dass keine abgeschnittenen Aufnahmen entstehen. Der zusätzliche
Schwenk um die Drehachse durch den Röntgenfokus kann dabei beispielsweise
unmittelbar vor jeder Röntgenbildaufnahme
durchgeführt
werden. Vorzugsweise erfolgt diese Nachführbewegung jedoch kontinuierlich
und synchron zur Drehbewegung des Röntgenfokus um das Untersuchungsobjekt.
Da sich bei den unterschiedlichen Röntgenbildaufnahmen der Röntgenfokus
nach wie vor, wie auch bei den bekannten Röntgenbildsystemen des Standes
der Technik, auf einer Kreisbahn bzw. einem Segment einer Kreisbahn
um das Untersuchungsobjekt bewegt, können die gleichen Algorithmen
zur 3D-Bildrekonstruktion eingesetzt werden, beispielsweise ein
Algorithmus zur einfachen gefilterten Rückprojektion, wie dies auch
bei den Systemen des Standes der Technik mit einem zentrisch liegenden
interessierenden Bereich der Fall ist. Geeignete Rekonstruktions-Algorithmen
sind dem Fachmann bekannt und können
beispielsweise auch den in der
DE 10 2004 057 308 A1 genannten Literaturstellen
entnommen werden.
-
Die
zusätzlich
zur Bewegung des Röntgenfokus
bzw. der Röntgenröhre auf
eine Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt erforderliche Nachführbewegung
kann durch Einsatz eines geeigneten, vielseitig bewegbaren Manipulatorarms
durchgeführt werden,
an dem der Träger
mit der Röntgenquelle und
dem Röntgendetektor
montiert ist. Vorzugsweise wird hierfür ein Roboterarm, beispielsweise
eines Industrieroboters, eingesetzt.
-
Mit
dem vorliegenden Verfahren wird auch bei kleineren interessierenden
Bereichen, die nicht zentrisch innerhalb der Kreisbahn des Röntgenfokus liegen,
eine Dosisreduktion für
den Patienten erreicht, wenn das Röntgenstrahlenbündel entsprechend
auf den kleineren Bereich kollimiert wird. Durch diese Kollimation
wird der Öffnungswinkel
der Röntgenquelle
mit Hilfe von Blenden eingeschränkt und
dadurch der Abbildungsbereich verkleinert und die Patientendosis
reduziert.
-
Werden
mehrere Scans mit identischen Fokuspositionen aber unterschiedlichen
Abbildungsbereichen aufgenommen, so können diese vor der Rekonstruktion
in eine gemeinsame, so genannte virtuelle Projektion hineinprojiziert
werden. Hierzu werden die aufgezeichneten Bilddaten der Röntgenbilder,
die bei gleicher Position des Röntgenfokus
auf dem Segment der Kreisbahn aufgezeichnet wurden, so zusammengefasst,
als ob sie aus einer einzigen Bildaufnahme mit einem ausreichend
großen
Detektor stammen würden.
Sind einzelne Bereiche der virtuellen Projektion in mehreren realen
Projektionen enthalten, so kann durch Mittelwertbildung der für diese Bereiche
mehrfach vorliegenden Bilddaten eine Rauschreduktion im Bild erreicht
werden. Die anschließende
Bildrekonstruktion des dreidimensionalen Bildes erfolgt auf Basis
der zusammengefassten Bilddaten.
-
Diese
Vorgehensweise kann auch genutzt werden, um den Gesamtabbildungsbereich
zu vergrößern. Hierzu
werden mehrere überlappende
Abbildungsbereiche gewählt
und in aufeinanderfolgenden Scans aufgezeichnet, wobei die Projektionen
der einzelnen Scans dann vor der Rekonstruktion wiederum in einer
virtuel len Projektion kombiniert werden. Auch hier werden bei dieser
virtuellen Projektion die Bilddaten von Röntgenbildern der unterschiedlichen
Scans, die bei gleicher Position des Röntgenfokus aufgezeichnet wurden,
zusammengefasst. Auf diese Weise können bei der späteren Bildrekonstruktion
aus den zusammengefassten Bilddaten Artefakte durch abgeschnittene
Projektionsbilder vermieden werden.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens
werden ebenfalls mehrere Scans durchgeführt. Einer dieser Scans erfolgt dabei
bei einem größeren Öffnungswinkel
des Röntgenstrahlenkegels,
beispielsweise ohne Kollimierung oder mit einer nur geringen Kollimierung,
so dass der Querschnitt des Untersuchungsobjektes noch vollständig innerhalb
des Röntgenstrahlenkegels
liegt. Bei ein oder mehreren weiteren Scans wird das Röntgenstrahlenbündel entsprechend
des jeweils interessierenden Bereiches dann stärker kollimiert. Der Scan mit
geringer oder ohne Kollimierung wird mit einer niedrigeren Röntgendosis
durchgeführt
als die Scans der interessierenden Bereiche mit kollimiertem Röntgenstrahlenbündel. Werden
dann die Bilddaten der unterschiedlichen Scans in der oben angegebenen
Weise zusammengefasst, so kann ein dreidimensionales Bild des Untersuchungsbereiches
erhalten werden, in dem die interessierenden Bereiche mit hoher
Bildqualität
in umgebenden Bereichen niedrigerer Bildqualität eingebettet sind und keinerlei Artefakte
durch abgeschnittene Objektbereiche auftreten. Die Zusammenfassung
der Bilddaten erfolgt dabei in den überlappenden Bereichen durch
gewichtete Mittelwertbildung, bei der die Bilddaten der Scans mit
stärkerer
Kollimierung und höherer
Röntgendosis
mit höherem
Gewicht eingehen als die Bilddaten des Scans mit geringerer Röntgendosis.
-
Das
vorgeschlagene Röntgenbildgebungssystem
umfasst einen bogenförmigen
Träger,
an dem eine Röntgenquelle
und ein der Röntgenquelle
gegenüberliegender
Röntgendetektor
so angebracht sind, dass ein von einem Röntgenfokus der Röntgenquelle
ausgehendes Röntgenstrahlenbündel auf
den Röntgendetektor auftrifft.
Der Träger
ist an einem Manipulatorarm befestigt, mit dem der Träger um ein zwischen
der Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor
positioniertes Untersuchungsobjekt bewegbar ist. Das Röntgenbildgebungssystem
weist eine Steuereinheit zur Röntgenbildaufzeichnung
auf, die neben der Ansteuerung der Röntgenröhre und des Röntgendetektors
zur Röntgenbildaufzeichnung
den Manipulatorarm bei der Röntgenbildaufzeichnung
gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren ansteuert. Durch diese Ansteuerung bewegt der Manipulatorarm
den Träger
derart, dass der Röntgenfokus
bei einem Scan auf einem Segment einer Kreisbahn um zumindest 180° um das Untersuchungsobjekt
geführt wird,
um mehrere Röntgenbildaufnahmen
eines interessierenden Bereiches des Untersuchungsobjektes unter
unterschiedlichen Projektionswinkeln aufzuzeichnen, aus denen ein
dreidimensionales Bild des interessierenden Bereiches rekonstruierbar
ist. Weiterhin wird der Träger
durch den Manipulatorarm während
eines Scans derart bewegt, dass er bei einer nicht-zentrischen Lage
des interessierenden Bereiches, bei der der Mittelpunkt der Kreisbahn nicht-zentrisch
im interessierenden Bereich liegt, vor jeder der Röntgenbildaufnahmen
um eine durch den Röntgenfokus
verlaufende Drehachse so gedreht wird, dass ein Zentralstrahl des
Röntgenstrahlenbündels bei
den Röntgenbildaufnahmen
durch das Zentrum des interessierenden Bereiches verläuft. Die Steuereinheit
steuert dabei den Manipulatorarm vorzugsweise so an, dass die Drehung
des Trägers
um die durch den Röntgenfokus
verlaufende Drehachse synchron zur Führung des Röntgenfokus auf der Kreisbahn
erfolgt. Der jeweils erforderliche Drehwinkel bei den unterschiedlichen
Fokuspositionen auf der Kreisbahn wird dabei vorzugsweise vor der Durchführung des
jeweiligen Scans bestimmt. Dies kann über ein oder mehrere Übersichtsaufnahmen des
Objektes erfolgen, die dem Benutzer an dem Bildanzeigegerät dargestellt
werden. Der Benutzer kann in diesen Darstellungen dann den interessierenden
Bereich markieren. Da die Dimensionen des Trägers mit der Röntgenröhre und
dem Röntgendetektor
sowie die Position des Untersuchungsobjektes zueinander bekannt
sind, kann dann die jeweils erforderliche Drehbewegung mit rein
geometrischen Mitteln durch eine Recheneinheit berechnet und der Steuereinheit übergeben
werden.
-
Vorzugsweise
handelt es sich bei dem vorgeschlagenen Röntgenbildgebungssystem um ein
robotergeführtes
C-Arm-System, bei dem der Manipulatorarm der Arm eines Roboters
ist. Der Roboter kann beispielsweise sechs Drehachsen aufweisen. Es
kann sich hierbei in einer Ausgestaltung um einen Knickarm-Roboter
handeln, wie er in Fertigungsstraßen der Automobilindustrie
zum Einsatz kommt.
-
Das
vorgeschlagene Röntgenbildgebungssystem
umfasst vorzugsweise einen Bildrechner, der die gemäß ein oder
mehreren Ausführungsbeispielen des
Verfahrens beschriebene Zusammenfassung der Bilddaten mehrerer Scans
gemäß diesem
Verfahren vornimmt und auf Basis der zusammengefassten Bilddaten
die 3D-Rekonstruktion
durchführt.
Diese Zusammenfassung und Bildrekonstruktion kann dabei durch ein
geeignetes Software-Modul erfolgen.
-
Das
vorliegende Verfahren sowie das zugehörige Röntgenbildgebungssystem werden
nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Aufzeichnungssituation, bei der der
interessierende Bereich zentrisch innerhalb der Fokusbahn liegt;
-
2 eine
schematische Darstellung der Aufzeichnungssituation beim vorliegenden
Verfahren, bei der der interessierende Bereich außerhalb des
Zentrums der Fokusbahn liegt;
-
3 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden
Verfahrens, bei der die Bilddaten mehrerer Scans zusammengefasst
werden; und
-
4 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufzeichnungsvorrichtung.
-
Bei
bekannten C-Bogen-Systemen erfolgt die Rotation des C-Arms mit der Röntgenröhre und dem
Röntgendetektor
um ein ortsfestes Drehzentrum, in dem auch der interessierende Bereich
des Untersuchungsobjektes liegen muss. Das Untersuchungsobjekt ist
hierbei in der Regel ein Patient, der auf einem Patiententisch geeignet
positioniert ist. 1 zeigt schematisch eine derartige
Aufnahmesituation, bei der der Röntgenfokus 13 des
C-Bogen-Systems auf einem Segment einer Kreisbahn, im Folgenden
auch als Fokusbahn 14 bezeichnet, geführt wird. Durch die Rotation
des Trägers
mit der Röntgenröhre um das
feste Drehzentrum bewegt sich auch der Röntgendetektor 9 auf
einer entsprechenden Kreisbahn, wie dies in der 1 angedeutet ist.
Für eine
fehlerfreie Bildrekonstruktion muss der interessierende Bereich 15 bei
jeder Projektion bzw. Röntgenbildaufnahme
innerhalb des Strahlkegels 16 des Röntgenstrahlenbündels liegen,
das vom Röntgenfokus 13 in
Richtung des Röntgendetektors 9 emittiert
wird. Der Zentralstrahl 17 des Röntgenstrahlenbündels verläuft dabei
jeweils durch das Drehzentrum, das auch das Zentrum des fehlerfrei
abbildbaren Bereiches, im vorliegenden Fall der interessierende
Bereich 15, repräsentiert.
Die Größe dieses Abbildungsbereiches
ist durch die Größe des Detektors
und den Strahlkegel des Röntgenstrahlenbündels begrenzt. 1 deutet
hierbei unterschiedliche Positionen des Röntgenfokus 13 auf
der Fokusbahn 14 an, bei denen eine Röntgenbildaufzeichnung erfolgt.
Aus den auf diese Weise aufgezeichneten Röntgenbilddaten lassen sich
dann mit den bekannten Verfahren der gefilterten Rückprojektion
dreidimensionale Bilder des interessierenden Bereiches 15 rekonstruieren.
-
Probleme
ergeben sich jedoch, wenn der interessierende Bereich 15 nicht-zentrisch
innerhalb der Fokusbahn 14 liegt. In diesem Falle wird
dieser Bereich nicht bei jedem Projektionswinkel vom Röntgenstrahlenbündel vollständig erfasst,
so dass abgeschnittene Projektionen (truncated protections) auftre ten.
Diese abgeschnittenen Projektionen führen zu störenden Bildartefakten im späteren dreidimensionalen
Bild des interessierenden Bereiches. Beim vorliegenden Verfahren
werden diese abgeschnittenen Projektionen durch eine zusätzliche
Drehbewegung des Trägers
um eine Achse durch die momentane Fokusposition verhindert, wie
dies in der 2 schematisch angedeutet ist.
Bei dieser Vorgehensweise wird der Röntgenfokus 13 nach
wie vor auf dem Segment einer Kreisbahn, der Fokusbahn 14,
geführt. Dies
erfolgt allerdings unter Einsatz eines sehr vielseitig bewegbaren
Manipulatorarms, an dem der C-Bogen bzw. Träger montiert ist.
-
Bei
der Durchführung
eines Scans zur Röntgenbildaufzeichnung
liegen die Positionen der Röntgenquelle
bzw. des Röntgenfokus 13 für die einzelnen
Aufnahmen – wie
beim herkömmlichen
Scan – äquidistant
auf der Kreisbahn. Das Lot von der Röntgenquelle auf die Detektormitte,
das den Zentralstrahl 17 repräsentiert, geht jedoch nicht
mehr durch den Mittelpunkt des Fokuskreises. Der Träger wird vielmehr
um die Röntgenquelle
bzw. den Röntgenfokus
während
des Scans derart geschwenkt, dass das Lot durch den Mittelpunkt
des gewünschten
Abbildungsbereiches 15 geht. Der Detektor bewegt sich bei
dieser Anordnung nicht mehr auf einer Kreisbahn, liegt jedoch immer
noch innerhalb der Fokusbahn 14. Die Positionen des Detektors
liegen in der Regel außerhalb
eines Kreises, den der Detektor bei Aufnahme von zentrisch gelagerten
Objektbereichen beschreiben würde.
Es ist daher möglich,
Bereiche abzubilden, die sehr nahe an diesem bisherigen Detektorkreis
liegen. 2 zeigt die drei Aufnahmesituationen
bei den drei Fokuspositionen, die in der 1 bereits
dargestellt wurden. Wie aus der 2 ersichtlich
ist, kann jedoch mit dem vorliegenden Verfahren durch entsprechende
Drehung des Trägers um
eine Achse durch den Röntgenfokus 13 (und senkrecht
zur Blattebene) der interessierende Bereich 15 bei jeder
der Fokuspositionen in den Strahlkegel 16 gebracht werden,
so dass der interessierende Bereich 15 bei jeder Röntgenbildaufnahme
auch bei der gezeigten nicht-zentrischen Lage jederzeit vollständig erfasst
wird. Da der Röntgenfokus 13 weiterhin
auf einer Kreisbahn geführt
wird, ermöglicht
die hier dargestellte Aufnahmegeometrie die 3D-Rekonstruktion eines
Bildes aus den gewonnenen Projektionsdaten mit Hilfe eines Algorithmus
zur einfachen gefilterten Rückprojektion,
wie dieser auch bei zentrischem Abbildungsbereich üblich ist.
-
Werden
mehrere Scans mit identischen Fokuspositionen, aber unterschiedlichen
Abbildungsbereichen aufgenommen, so können diese vor der Rekonstruktion
in eine gemeinsame virtuelle Projektion hineinprojiziert werden.
Dies ist anhand der 3 veranschaulicht. In dieser
Figur sind zwei Fokuspositionen bei der Röntgenbildaufzeichnung eines
interessierenden Bereiches 15 für einen Scan eingezeichnet.
Werden weitere Scans für
neben dem Bereich 15 liegende Bereiche durchgeführt, so
können die
Bilddaten der Scans so zusammengeführt werden, als ob ein einziger
Scan mit einem größeren Detektor,
als virtueller Detektor 18 bezeichnet, durchgeführt worden
wäre. Sind
einzelne Bereiche der virtuellen Projektion in mehreren realen Projektionen
enthalten, so kann durch Mittelwertbildung der jeweiligen Bilddaten
in diesem Bereich eine Rauschreduktion im Bild erreicht werden.
-
Dies
ermöglicht
z.B. die Aufnahme des maximalen Abbildungsbereiches (ohne Kollimation)
mit geringer Dosis, um Artefakte durch abgeschnittene Projektionsbilder
zu vermeiden, und die anschließende
Aufnahme eines oder mehrerer kleinerer Abbildungsbereiche (mit Kollimation
des Röntgenkegels) mit
hoher Dosis, um in diesen Bereichen maximale Bildqualität (geringes
Rauschen) zu erhalten. Der gesamte Untersuchungsbereich muss dabei
selbstverständlich
bei jeder Projektion mit geringer Dosis innerhalb des Strahlkegels
liegen. Durch eine gewichtete Mittelwertbildung der Daten auf dem
virtuellen Detektor 18 erhält man eine Rekonstruktion
des gesamten Abbildungsbereiches mit niedriger Qualität, in den
Teilbereiche mit sehr hoher Bildqualität eingebettet sind. Artefakte
durch abgeschnittene Projektionen bei den kollimierten Projektionen
können
auf diesem Weg vermieden werden. So kann der in 3 eingezeichnete
Strahlkegel 19 beispielsweise der Strahlkegel des Röntgenstrahlenbündels ohne
Kollimierung sein, während
der engere Strahlkegel 16 durch Kollimierung aus der Röntgenquelle
erhalten wird. Der interessierende Bereich 15 wird hierbei
in ein Bild des Untersuchungsobjektes 20 eingebettet, wobei
der interessierende Bereich 15 mit deutlich besserer Bildqualität als der
verbleibende Bereich des Untersuchungsobjektes 20 dargestellt
wird.
-
Das
vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine
hoch flexible 3D-Abbildung von anatomischen Strukturen mit Hilfe
von flexiblen C-Bogen-Röntgengeräten. Die
Möglichkeit
zur freien Festlegung eines Abbildungsbereiches innerhalb der Fokuskreisbahn ermöglicht den
Einsatz der 3D-Bildgebung auch bei schwieriger Patientenpositionierung
und dem Einsatz zusätzlicher
Geräte
ohne Kollision des C-Bogens mit Instrumenten, Patient oder Patientenliege.
Die Kombination mehrerer Scans ermöglicht die Erweiterung des
maximalen Abbildungsbereiches und/oder die Reduktion der gesamten
Patientendosis durch die Festlegung unterschiedlicher Abbildungsbereiche
mit unterschiedlicher Aufnahmedosis (effiziente Dosisausnutzung).
-
Die
Aufnahmegeometrie für
die Durchführung
des vorgeschlagenen Verfahrens kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass ein C-Bogen an einem Roboterarm montiert wird. Eine derartige
Ausgestaltung ist im Beispiel der 4 schematisch
dargestellt. Diese Figur zeigt ein Beispiel für ein geeignetes Röntgenbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung in perspektivischer Ansicht. Das System umfasst einen
bekannten Roboter mit sechs Drehachsen. An einem Grundgestell 1,
das beispielsweise am Boden eines Operationssaals fest montiert
sein kann, ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell 2 aufgenommen.
Am Karussell 2 ist schwenkbar um eine zweite Drehachse
eine Schwinge 3 angebracht. An der Schwinge 3 ist
drehbar um eine dritte Drehachse ein Arm 4 befestigt. Am
Ende des Arms 4 ist drehbar um eine vierte Drehachse eine
Roboterhand 5 angebracht. Die Hand 5 weist eine
Schnittstelle 6 zur Ankopplung eines Werkzeugs auf, das über die
Schnittstelle 6 um eine Rotationsachse rotierbar um eine
senkrecht dazu verlaufende fünfte
Drehachse schwenkbar ist. An der Schnittstelle 6 der Hand 5 ist
ein allgemein mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneter Träger angekoppelt.
-
Der
Träger 7 ist
im vorliegenden Beispiel nach Art eines U-Profils mit zwei einander gegenüberliegenden
Schenkeln 8a, 8b ausgebildet. An dem ersten Schenkel 8a ist
ein Röntgendetektor 9 und
am zweiten Schenkel 8b eine Röntgenquelle 10 in
gegenüberliegender
Anordnung angebracht. Der erste Schenkel 8a und der zweite
Schenkel 8b können
bezüglich
eines Zentralelementes 11 des Trägers linear bewegbar angebracht
sein, so dass der Abstand A zwischen dem Röntgendetektor 9 und
der Röntgenquelle 10 verstellbar
ist.
-
Die
Ansteuerung des Roboters zur Bewegung des aus Röntgenquelle 10 und
Röntgendetektor 9 gebildeten
Bildaufzeichnungssystems gemäß dem vorliegenden
Verfahren erfolgt über
die Steuereinrichtung 12, die auch die Bildaufzeichnung
mit dem Bildaufzeichnungssystem übernimmt.
Die Steuereinrichtung 12 steuert den Roboter gemäß dem vorangehend
beschriebenen Verfahren zur Bildaufzeichnung und Nachführung des
Trägers
an.
-
Die
Rekonstruktion der gewonnenen Projektionsbilder zu einem dreidimensionalen
Datensatz kann in Form einer Software auf einem allgemeinen Rechner,
beispielsweise dem in 4 angedeuteten Bildrechner 21,
oder in Form von Spezial-Hardware realisiert werden. Es können sowohl
ein Algorithmus zur gefilterten Rückprojektion wie auch ein iterativer Algorithmus
(z.B. das im Buch A.C. Kak, M.Slaney, "Principles of Computerized Tomographic
Imaging" IEEE Press,
1988, Seiten 283 und 284 beschriebene Verfahren ART) zum Einsatz
kommen. Die Kombination von Projektionsbildern aus unterschiedlichen Scans
erfolgt zweckmäßig durch
Projektion der realen Projektionsdaten in eine gemeinsame virtuelle Projektion
vor der Rekonstruktion.