DE102007005377A1

DE102007005377A1 - Verfahren zur Positionierung eines Objektes bei der Röntgenbildgebung sowie Röntgengerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007005377A1
Application number: DE102007005377A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Hoheisel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-07-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines Objektes (3) bei der Röntgenbildgebung mit einem tomographischen bildgebenden Röntgengerät. Bei dem Verfahren werden mindestens zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') eines auf der Lagerungseinrichtung (4) gelagerten Objektes (3) aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnet und an einer Bildanzeigeeinrichtung (7) dargestellt. Die Position eines interessierenden Bereiches (10) des Objektes (3) oder eine gewünschte Position des Isozentrums wird über eine graphische Benutzerschnittstelle interaktiv in der Darstellung der Durchleuchtungsbilder (9, 9') markiert. Aus den markierten Positionen wird durch eine Recheneinheit (13) eine relative räumliche Position des Objektes (3) oder der Lagerungseinrichtung (4) zum Bildaufnahmesystem (1, 5) berechnet, bei der das Isozentrum im interessierenden Bereich (10) oder an der gewünschten Position liegt. Anschließend wird die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung (4) und Isozentrum automatisiert so eingestellt, dass sich das Objekt (3) oder die Lagerungseinrichtung (4) an der errechneten Position befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines Objektes bei der Röntgenbildgebung mit einem tomographischen bildgebenden Röntgengerät, das eine Lagerungseinrichtung für das Objekt und ein in zumindest einer Rotationsebene um ein Isozentrum im Bereich der Lagerungseinrichtung drehbares Bildaufnahmesystem umfasst, wobei eine gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum automatisiert in drei Dimensionen verstellbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Röntgengerät zur tomographischen Röntgenbildgebung, das für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
Gerade beim Einsatz von Röntgen-C-Bogen-Geräten oder Biplan-Geräten ist der Bildaufnahmebereich aufgrund der geringen aktiven Fläche der verwendeten Röntgen-Detektoren von derzeit 30 cm × 40 cm sehr begrenzt. Es ist daher erforderlich, den Patienten bzw. das Organ des Patienten, das abgebildet werden soll, genau im Isozentrum des C-Bogens zu positionieren. Dies erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand für das medizinische Personal, verbunden mit einer zeitlichen Verzögerung im Arbeitsablauf und der Gefahr von Fehlpositionierungen.
Die gängige Praxis bei der Bildaufzeichnung besteht darin, den Patienten zunächst nach Augenmaß ungefähr zu positionieren und mehrere Durchleuchtungsbilder aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln anzufertigen. Die Lage des Patienten wird dann durch Sichtung der Durchleuchtungsbilder überprüft und erforderlichenfalls durch Verstellung der Patientenlagerungseinrichtung korrigiert. Anschließend wird dieser Vorgang wiederholt, bis das Isozentrum annähernd in der Mitte des Bildfeldes einjustiert ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die korrekte Positionierung eines zu untersuchenden Objektes bei der tomographischen Röntgenbildgebung für das Bedienpersonal zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem Röntgengerät gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Röntgengerätes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird von einem tomographischen bildgebenden Röntgengerät ausgegangen, das eine Lagerungseinrichtung für das Objekt und ein in zumindest einer Rotationsebene um ein Isozentrum im Bereich der Lagerungseinrichtung drehbares Bildaufnahmesystem umfasst, wobei eine gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum automatisiert in drei Dimensionen verstellbar ist. Bei dem Verfahren werden mit dem Bildaufnahmesystem mindestens zwei Durchleuchtungsbilder des auf der Lagerungseinrichtung gelagerten Objektes aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnet und an einer Bildanzeigeeinrichtung dargestellt. In der Darstellung der Durchleuchtungsbilder wird dann durch das Bedienpersonal eine Position des interessierenden Bereiches des Objektes oder eine gewünschte Position des Isozentrums über eine graphische Benutzerschnittstelle interaktiv markiert. Bei der Markierung kann es sich bspw. um das Anklicken eines entsprechenden Bildpunktes in der Bilddarstellung mit einer Maus oder einem anderen graphischen Eingabegerät handeln. Es sich jedoch auch möglich, den Umriss oder die Fläche des interessierenden Bereiches zu markieren, wodurch dessen Position ebenfalls feststeht. Durch eine Recheneinheit wird dann aus den markierten Positionen in den mindestens zwei Durchleuchtungsbildern unter Berücksichtigung der bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder verwendeten Aufnahmestellungen des Bildaufnahmesystems und der bekannten Position des Isozentrums jeweils eine relative räumliche Position des Objektes oder der Lagerungseinrichtung zum Bildaufnahmesystem berechnet, bei der das Isozentrum im interessierenden Bereich oder an der gewünschten Position liegt. Dies ist möglich, da die relative räumliche Position zwischen Lagerungseinrichtung und Isozentrum bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder ebenso wie die zugehörigen Projektionsrichtungen bekannt sind. Mit der Recheneinheit kann somit ermittelt werden, in welcher Weise die gegenseitige räumliche Lage zwischen Lagerungseinrichtung und Isozentrum verändert werden muss, um die Vorgabe des Bedienpersonals zu erfüllen. Diese Verstellung wird anschließend automatisiert vorgenommen. Nach Einstellung dieser neuen relativen räumlichen Position kann die beabsichtigte Bildaufzeichnung am zu untersuchenden Objekt beginnen.
Vorzugsweise erfolgt die automatisierte Einstellung der gegenseitigen räumlichen Lage zwischen Isozentrum und Bildaufnahmesystem durch eine Verstellung der Patientenlagerungseinrichtung, die sich vorzugsweise in drei Dimensionen motorisch oder über andere steuerbare Antriebe verstellen lässt. Dies erfolgt vorzugsweise über eine Steuereinrichtung, die auch die Bildaufzeichnung mit dem Bildaufnahmesystem steuert. Unter Bildaufzeichnung ist hierbei sowohl die Ansteuerung von Röntgenröhre und Röntgendetektoren als auch die Ansteuerung des Drehantriebes für die Drehung des Bildaufnahmesystems zu verstehen.
Das vorgeschlagene Verfahren und das zugehörige Röntgengerät ermöglichen somit eine automatisierte Positionierung des Objektes. Das Bedienpersonal muss lediglich die gewünschte Position des Isozentrums oder die Position des interessierenden Bereiches in den Bilddarstellungen der zumindest zwei Durchleuchtungsbilder markieren. Alle weiteren Schritte werden vollkommen automatisiert durchgeführt, so dass unmittelbar anschließend die gewünschte Bildaufzeichnung starten kann. Die Positionierung des Objektes, bspw. eines Patienten, für eine Bildaufzeichnung wird dem Bedienpersonal damit erheblich vereinfacht. Das Verfahren und das zugehörige Röntgengerät erlauben eine schnelle und genaue Positionierung des Objektes bzw. des interessierenden Bereiches des Objektes im Isozentrum.
Für eine hohe Genauigkeit der Positionierung ist es von Vorteil, wenn die zumindest zwei Durchleuchtungsbilder unter Projektionsrichtungen aufgezeichnet werden, die sich in der Rotationsebene um zumindest 30° voneinander unterscheiden. Besonders vorteilhaft ist eine Unterscheidung um einen Winkel von 90°. Dies liefert die höchste Genauigkeit bei der Ermittlung der räumlichen Sollposition des Isozentrums.
Das Verfahren lässt sich nicht nur bei Röntgen-C-Bogen-Systemen oder Röntgen-Biplan-Geräten anwenden. Auch bei Computertomographen ist eine derartige automatisierte Objektpositionierung von Vorteil. Hierzu werden dann ebenfalls zwei Durchleuchtungsbilder, hier als Topogramme bezeichnet, bei unterschiedlichen Aufnahmewinkeln aufgezeichnet. Auch die anderen Verfahrensschritte können dann unverändert auf einen Computertomographen übertragen werden.
Das für die Durchführung des Verfahrens ausgebildete Röntgengerät weist mindestens eine Lagerungseinrichtung für ein zu untersuchendes Objekt, ein in zumindest einer Rotationsebene um ein Isozentrum im Bereich der Lagerungseinrichtung drehbares Bildaufnahmesystem, eine Steuereinrichtung, eine Bilddarstellungseinrichtung, eine graphische Benutzerschnittstelle, einen Bildrechner und eine Recheneinheit auf, die auch Bestandteil des Bildrechners sein kann. Die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum sind bei diesem Röntgengerät automatisiert in drei Dimensionen verstellbar. Dies erfolgt vorzugsweise über eine dreidimensionale Verstellbarkeit der Patientenlagerungseinrichtung. Die Steuereinrichtung ist zur Ansteuerung des Bildaufnahmesystems für die Bildaufzeichnung ausgebildet und kann auch zur automatisierten Verstellung der gegenseitigen räumlichen Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum ausgebildet sein. Der Bildrechner dient in bekannter Weise der Verarbeitung und Darstellung der aufgezeichneten Bilddaten des Objektes. Bei dem vorliegenden Röntgengerät ist der Bildrechner so ausgebildet, dass er auf eine Eingabe eines Bedieners hin mindestens zwei Durchleuchtungsbilder des auf der Lagerungseinrichtung gelagerten Objektes, die aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnet wurden, an der Bildanzeigeeinrichtung darstellt. Die Recheneinheit ist so ausgebildet, dass sie aus in der Darstellung über die graphische Benutzerschnittstelle durch den Bediener markierten Positionen eines interessierenden Bereiches des Objektes oder einer gewünschten Position des Isozentrums, bekannten Aufnahmestellungen des Bildaufnahmesystems und der bekannten Position des Isozentrums (jeweils bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder) eine relative räumliche Position des Objektes oder der Lagerungseinrichtung zum Bildaufnahmesystem berechnet, bei der das Isozentrum im interessierenden Bereich oder an der markierten Position liegt. Die Recheneinheit ist weiterhin so ausgebildet, dass sie die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum automatisiert auf Basis der Berechnung so einstellt, dass sich das Objekt oder die Lagerungseinrichtung an der errechneten relativen räumlichen Position befindet. Dies kann durch direkte Ansteuerung, über die Steuereinrichtung oder über eine zusätzliche dafür ausgebildete Steuerung erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Röntgengerätes werden auch die zumindest zwei Durchleuchtungsbilder unter den unterschiedlichen Projektionsrichtungen automatisiert durch das Röntgengerät erstellt. Hierzu gibt der Bediener lediglich einen Startbefehl, ggf. nach Auswahl dieser Funktion aus einem Auswahlmenü. Auf diesen Startbefehl hin steuert die Steuereinrichtung das Bildaufnahmesystem automatisch zur Bildaufnahme aus zwei Projektionsrichtungen an, die sich um einen ausreichend großen Winkel, vorzugsweise ≥30°, besonders vorteilhaft durch einen Winkel von 90°, voneinander unterscheiden. Die beiden Bilder werden dem Bediener dann automatisch zur Markierung des interessierenden Bereiches oder der gewünschten Position des Isozentrums in den Bilddarstellungen angezeigt.
Das vorgeschlagene Verfahren sowie das zugehörige Röntgengerät werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Röntgengeräts sowie der Vorgehensweise bei dem vorgeschlagenen Verfahren;
2 zwei unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnete Durchleuchtungsbilder; und
3 einen beispielhaften Ablaufplan für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens.
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand der Bildaufzeichnung mit einem C-Bogen-Röntgensystem nochmals kurz erläutert. Dieses C-Bogen-System ist in 1 in stark schematisierter Darstellung veranschaulicht. Das C-Bogen-System umfasst u. a. ein Bildaufnahmesystem bestehend aus einer Röntgenröhre 1, der ein Röntgendetektor 5 an einem nicht dargestellten C-Bogen gegenüberliegt. Der C-Bogen wird in bekannter Weise durch einen Antrieb in einer Rotationsebene um einen auf einer Patientenlagerungseinrichtung 4 gelagerten Patienten 3 gedreht, wie dies durch den Rotationspfeil 8 in 1 angedeutet ist. Die von der Röntgenröhre 1 ausgehende Röntgenstrahlung 2 durchdringt den Patienten 3 und trifft anschließend auf den Röntgendetektor 5. Das so erhaltene Röntgenbild wird im Röntgenbildsystem 6 verarbeitet und auf einem Monitor 7 dargestellt.
Durch Drehung des Bildaufnahmesystems gemäß dem Rotationspfeil 8 um den Patienten 3 lassen sich Durchleuchtungsbilder unter verschiedenen Projektionsrichtungen bzw. Projektionswinkeln aufzeichnen. Jeder Projektionswinkel entspricht einer anderen Aufnahmestellung des Bildaufnahmesystems. 1 zeigt hierbei eine zweite Aufnahmestellung des Bildaufnahme systems, bei der die Röntgenquelle mit dem Bezugszeichen 1' und der Röntgendetektor mit dem Bezugszeichen 5' bezeichnet sind. Bei den beiden in 1 dargestellten Aufnahmepositionen werden zwei Durchleuchtungsbilder 9, 9' auf dem Monitor 7 erhalten, wie sie in 2 dargestellt sind. Aus mehreren Aufzeichnungen unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen lässt sich mit dem Bildsystem 6 auch ein 3D-Bilddatensatz des interessierenden Bereiches des untersuchten Patienten 3 rekonstruieren.
In der 1 ist ein Organ 10 angedeutet, das den Gegenstand der Untersuchung darstellen soll. Dieses Organ 10 befindet sich nicht im Isozentrum, d. h. dem Drehzentrum des Bildaufnahmesystems um den Patienten 3. Das Organ 10 wird dadurch jeweils an unterschiedlichen Orten 11, 11' in den Durchleuchtungsbildern 9, 9' abgebildet (vgl. 2).
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden mit dem C-Bogen-System zwei derartige Durchleuchtungsbilder des Objektes aufgezeichnet und am Monitor 7 dargestellt, wie dies in den 1 und 2 ersichtlich ist. Anschließend markiert der Bediener die beiden Stellen 11, 11' in den beiden Bildern 9, 9' mit einem graphischen Eingabegerät, im vorliegenden Beispiel einer Maus 12. Die Koordinaten dieser mit der Maus angeklickten Stellen in den Bildern werden an eine Recheneinheit 13 übermittelt. Da dem System und somit auch der Recheneinheit 13 die jeweiligen Positionen von C-Bogen bzw. Bildaufnahmesystem und Patientenlagerungseinrichtung 4 bei beiden Bildaufnahmen bekannt sind, kann die gewünschte Lage des Isozentrums, die den vom Bediener markierten Positionen 11, 11' entspricht, durch die Recheneinheit 13 berechnet werden. Aus dem Unterschied in den räumlichen Positionen des Isozentrums, der bekannten räumlichen Position bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder 9, 9' sowie der berechneten räumlichen Position wird die erforderliche Verstellung der Patientenlagerungseinrichtung 4 berechnet. Anschließend wird die Patientenlagerungseinrichtung 4 an die berechnete räumliche Position verfahren. In dieser neuen Position befindet sich das Organ 10 genau im Isozentrum der C-Bogen-Bewegung. Die motorische Verstelleinrichtung 14 für die Patientenlagerungseinrichtung 4 ist in der 1 angedeutet. Sie wird durch die Recheneinheit 13 gesteuert. Die einzelnen Verfahrensschritte sind schematisch in der 3 nochmals aufgelistet.
Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem tomographischen bildgebenden Gerät beispielsweise um Röntgen-C-Bogen-Systeme, Röntgen-Biplan-Geräte oder Computertomographen handeln. Die Röntgengeräte können mit üblichen mittels Stative an Decke oder Boden befestigten C-Bögen ausgestattet sein. Die C-Bögen können aber auch an Roboterarmen geführt sein, die an Decke oder Boden angebracht sind. Auch lässt sich das Verfahren mit Röntgengeräten durchführen, bei denen die einzelnen bilderzeugenden Komponenten jeweils von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden angeordnet sind.

Claims

Verfahren zur Positionierung eines Objektes (3) bei der Röntgenbildgebung mit einem tomographischen bildgebenden Gerät, das eine Lagerungseinrichtung (4) für das Objekt (3) und ein in zumindest einer Rotationsebene um ein Isozentrum im Bereich der Lagerungseinrichtung (4) drehbares Bildaufnahmesystem (1, 5) umfasst, wobei eine gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung (4) und Isozentrum automatisiert in drei Dimensionen verstellbar ist, bei dem – mit dem Bildaufnahmesystem (1, 5) mindestens zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') des auf der Lagerungseinrichtung (4) gelagerten Objektes (3) aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnet und an einer Bildanzeigeeinrichtung (7) dargestellt werden, – eine Position eines interessierenden Bereiches (10) des Objektes (3) oder eine gewünschte Position des Isozentrums über eine graphische Benutzerschnittstelle interaktiv in der Darstellung der Durchleuchtungsbilder (9, 9') markiert wird, – aus den markierten Positionen in den beiden Durchleuchtungsbildern (9, 9'), bekannten Aufnahmestellungen des Bildaufnahmesystems (1, 5) und der bekannten Position des Isozentrums bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder (9, 9') durch eine Recheneinheit (13) eine relative räumliche Position des Objektes (3) oder der Lagerungseinrichtung (4) zum Bildaufnahmesystem (1, 5) berechnet wird, bei der das Isozentrum im interessierenden Bereich (10) oder an der gewünschten Position liegt, und – die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung (4) und Isozentrum automatisiert so eingestellt wird, dass sich das Objekt (3) oder die Lagerungseinrichtung (4) an der errechneten relativen räumlichen Position befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrich tung (4) und Isozentrum durch automatisierte Bewegung der Patientenlagerungseinrichtung (4) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') aus Projektionsrichtungen aufgezeichnet werden, die sich in der Rotationsebene um das Isozentrum um einen Winkel von mindestens 30° unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') aus Projektionsrichtungen aufgezeichnet werden, die in der Rotationsebene um das Isozentrum einen Winkel von 90° unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das tomographische bildgebende Gerät ein Computertomograph ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das tomographische bildgebende Gerät ein Röntgen-C-Bogen- oder ein Röntgen-Biplan-Gerät ist.
Röntgengerät zur tomographischen Röntgenbildgebung mit mindestens – einer Lagerungseinrichtung (4) für ein zu untersuchendes Objekt (3), – einem in zumindest einer Rotationsebene um ein Isozentrum im Bereich der Lagerungseinrichtung (4) drehbaren Bildaufnahmesystem (1, 5), wobei eine gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung (4) und Isozentrum automatisiert in drei Dimensionen verstellbar ist, – einer Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung des Bildaufnahmesystems (1, 5) für die Bildaufzeichnung ausgebildet ist, – einer Bilddarstellungseinrichtung (7), – einer graphischen Benutzerschnittstelle, – einem Bildrechner (6) zur Verarbeitung und Darstellung von aufgezeichneten Bilddaten des Objektes, und – einer Recheneinheit (13) zur Objektpositionierung, – wobei der Bildrechner (6) so ausgebildet ist, dass er auf eine Eingabe eines Bedieners hin mindestens zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') des auf der Lagerungseinrichtung (4) gelagerten Objektes (3), die aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgezeichnet wurden, an der Bildanzeigeeinrichtung (7) darstellt, und – die Recheneinheit (13) so ausgebildet ist, dass sie aus in der Darstellung über die graphische Benutzerschnittstelle durch den Bediener markierten Positionen eines interessierenden Bereiches (10) des Objektes (3) oder einer gewünschten Position des Isozentrums, bekannten Aufnahmestellungen des Bildaufnahmesystems (1, 5) und der bekannten Position des Isozentrums bei der Aufzeichnung der beiden Durchleuchtungsbilder (9, 9') eine relative räumliche Position des Objektes (3) oder der Lagerungseinrichtung (4) zum Bildaufnahmesystem (1, 5) berechnet, bei der das Isozentrum im interessierenden Bereich (10) oder an der gewünschten Position liegt, und durch direkte Ansteuerung oder über die Steuereinrichtung oder eine zusätzliche Steuerung die gegenseitige räumliche Lage von Lagerungseinrichtung und Isozentrum automatisiert so einstellt, dass sich das Objekt (3) oder die Lagerungseinrichtung (4) an der errechneten relativen räumlichen Position befindet.
Röntgengerät nach Anspruch 7, bei dem die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die mindestens zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') des auf der Lagerungseinrichtung (4) gelagerten Objektes aus den unterschiedlichen Projektionsrichtungen auf einen Startbefehl eines Bedieners hin automatisch aufzeichnet.
Röntgengerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') aus Projektionsrichtungen aufzeichnet, die sich in der Rotationsebene um das Isozentrum um einen Winkel von mindestens 30° unterscheiden.
Röntgengerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die zwei Durchleuchtungsbilder (9, 9') aus Projektionsrichtungen aufzeichnet, die sich in der Rotationsebene um das Isozentrum um einen Winkel von 90° unterscheiden.
Röntgengerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das als Computertomograph ausgebildet ist.
Röntgengerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das als Röntgen-C-Bogen- oder ein Röntgen-Biplan-Gerät ausgebildet ist.