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Die
Erfindung betrifft ein Röntgensystem zur Aufnahme von Röntgenabbildungen
eines Untersuchungsobjektes gemäß dem Patentanspruch
1 und ein Verfahren zur Aufnahme von einem Paar von Röntgenabbildungen
gemäß dem Patentanspruch 12.
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Um
eine genaue Positionserfassung von dreidimensionalen Bereichen eines
Untersuchungsobjektes gewährleisten zu können,
werden zwei Projektionsabbildungen des Untersuchungsobjektes aus verschiedenen
Projektionsrichtungen, also mit verschiedenen Winkeln in Bezug auf
das Untersuchungsobjekt aufgenommen und wird dann die dreidimensionale
Position mittels Triangulation rekonstruiert. Zur Aufnahme der zwei
Projektionsabbildungen aus verschiedenen Projektionsrichtungen wird entweder
ein Biplan-Röntgensystem, also ein aus zwei Aufnahmesystemen
mit je einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor
bestehendes Röntgensystem verwendet oder es wird ein einziges
Aufnahmesystem aus Röntgenquelle und Röntgendetektor verwendet,
welches zwischen verschiedenen Projektionsabbildungen um das Untersuchungsobjekt
gedreht wird.
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Bei
dem Biplan-Röntgensystem werden die beiden Projektionsabbildungen
gleichzeitig aufgenommen, während die beiden Aufnahmesysteme aus
verschiedenen Projektionsrichtungen Röntgenstrahlung auf
das Untersuchungsobjekt einstrahlen. Bei dem Röntgensystem
mit nur einem Aufnahmesystem werden die beiden Projektionsabbildungen nacheinander
aufgenommen, indem zuerst eine erste Abbildung aufgenommen wird,
anschließend das Aufnahmesystem um das Untersuchungsobjekt
gedreht und dann eine zweite Abbildung aufgenommen wird. Ein derartiges
Verfahren ist zum Beispiel aus dem Dokument
WO 01/24703 A1 bekannt.
Hier werden zur Lokalisation eines Konkrements in einem Patienten
zwei Projektionsabbildungen aus verschiedenen Projektionsrichtungen
aufgenommen und anschließend wird mittels Tri angulation
die dreidimensionale Position des Konkrements rekonstruiert.
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Eine
Bewegung des Aufnahmesystems ist jedoch bei einigen Anwendungen
nicht erwünscht. Außerdem ist bei einer Bewegung
des Aufnahmesystems eine sehr schnelle Abfolge der beiden Projektionsabbildungen
wegen der Dauer der Bewegung nur sehr schwierig und aufwändig
realisierbar. Bei einem Biplan-Röntgensystem hingegen ist
häufig eine aufwändige Kalibration zwischen den
beiden Aufnahmesystemen notwendig, um die Relativpositionen für
die Rekonstruktion festzustellen und um eine genaue Abstimmung der
Bewegungen der beiden Aufnahmesysteme zu gewährleisten.
Außerdem ist ein Biplan-Röntgensystem deutlich
teurer als ein einfaches Röntgensystem.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgensystem
bereitzustellen, welches auf einfache Weise eine schnelle Abfolge
von zwei Röntgenaufnahmen eines Untersuchungsobjektes aus verschiedenen
Projektionsrichtungen ermöglicht; es ist weiterhin Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein zum Betrieb des Röntgensystems
geeignetes Verfahren bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch
1 sowie durch ein Verfahren zur Aufnahme von einem Paar von Röntgenabbildungen
gemäß dem Patentanspruch 12; vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Röntgensystem wird
durch die Anbringung einer zweiten Röntgenquelle an der
Halterung eines Aufnahmesystems mit einer ersten Röntgenquelle
und einem Röntgendetektor, wobei insbesondere die zweite
Röntgenquelle den gleichen Abstand zu dem Röntgendetektor
aufweist wie die erste Röntgenquelle, die Aufnahme von
zwei Röntgenabbildungen eines Untersuchungsobjekts aus
verschiedenen Projektionsrichtungen in Bezug auf das Untersuchungsobjekt
auf einfache Weise und in schneller Abfolge möglich. Hierzu
wird lediglich zuerst von der ersten Röntgenquelle und
anschließend von der zweiten Röntgenquelle Röntgenstrahlung
ausgesandt, die das Untersuchungsobjekt durchstrahlt, und von dem
Röntgendetektor werden zwei Röntgenabbildungen
aufgezeichnet. Ein derartiges Röntgensystem kann die Position
eines interessierenden Bereichs des Untersuchungsobjekts mit einer
Präzision von unter einem Millimeter bestimmen.
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Zudem
können die beiden Röntgenabbildungen mit einer
relativ geringen Winkeldifferenz zwischen den beiden Projektionsrichtungen
in Bezug auf das Untersuchungsobjekt aufgenommen werden, so dass
derselbe Bereich in den beiden Projektionsaufnahmen leichter wieder
erkennbar ist als in zwei Projektionsaufnahmen, die nahezu rechtwinklig
zueinander aufgenommen wurden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Fokus der ersten Röntgenquelle
und der Fokus der zweiten Röntgenquelle einen festen Abstand zueinander
auf. Die erste Röntgenquelle und die zweite Röntgenquelle
sind hierzu nebeneinander fest an der Halterung angeordnet. Vorteilhafterweise kann
ein solcher fester Abstand zwischen 5 und 50 cm, insbesondere 20
cm, betragen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Halterung von
einem C-Bogen oder U-Bogen gebildet, an dessen einem Ende die beiden Röntgenquellen
und an dessen anderem Ende der Röntgendetektor angeordnet
ist. Derartige C-Bögen sind besonders gut geeignet, in
verschiedene Positionen verfahren zu werden und gewährleisten
für den Arzt eine gute Zugänglichkeit zu einem
zu untersuchenden Patienten.
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Vorteilhafterweise
sind die beiden Röntgenquellen bezüglich des C-Bogens
axial nebeneinander angeordnet. Hierdurch können auf einfache
Weise die erste und die zweite Röntgenquelle derart angeordnet
werden, dass ein gleichbleibender Abstand von der ersten Röntgenquelle
und von der zweiten Röntgenquelle zu dem Röntgendetektor
gewährleistet ist.
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In
vorteilhafter Weise ist die Halterung beweglich angeordnet, so dass
die Halterung in verschiedene Positionen verfahren werden kann.
Dies kann z. B. derart realisiert sein, dass die Halterung von einem
Roboterarm, insbesondere einem mindestens sechsachsigen Knickarmroboter,
getragen wird. Derartige Roboterarme beziehungsweise Knickarmroboter
können die Halterung beliebig dreidimensional verstellen,
so dass auch kompliziert zu erreichende Stellen des Untersuchungsobjektes
aufgenommen werden können.
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Um
Platz und Geld zu sparen, weist das Röntgensystem einen
einzigen Röntgengenerator auf, der beide Röntgenquellen
mit Spannung versorgt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem
eine Steuerungseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die
Röntgenquellen zur Aussendung von Röntgenstrahlung und
den Röntgendetektor zur Erfassung von Bilddaten anzusteuern.
Die Steuerungseinheit weist zweckmäßigerweise
eine Berechnungseinheit auf, die zur Rekonstruktion mittels Triangulation
von dreidimensionalen Bereichen eines Untersuchungsobjekts aus zwei
Röntgenabbildungen, welche aus verschiedenen Projektionswinkeln
aufgenommen wurden, ausgebildet ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren sieht derart aus,
dass zuerst Röntgenstrahlung von der ersten Röntgenquelle
ausgesendet wird und eine erste Röntgenabbildung durch
den Röntgendetektor aufgenommen wird, und anschließend
Röntgenstrahlung von der zweiten Röntgenquelle
ausgesendet wird und eine zweite Röntgenabbildung durch
den Röntgendetektor aufgenommen wird. Um eine besonders
genaue und fehlerfreie Rekonstruktion zu ermöglichen, werden
die beiden Röntgenabbildungen direkt nacheinander aufgenommen.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeich nung näher erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:
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1 eine
Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgensystems
mit zwei Röntgenquellen und einem Röntgendetektor;
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2 eine
Darstellung der geometrischen Anordnung zwischen den beiden Röntgenquellen, dem
Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor bei einem erfindungsgemäßen
Röntgensystem;
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3 eine
Ansicht eines für ein erfindungsgemäßes
Röntgensystem geeigneten Röntgendetektors;
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4 eine
weitere Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgensystems
mit zwei Röntgenquellen und einem Röntgendetektor.
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes Röntgensystem
mit einer ersten Röntgenquelle 3 und einer zweiten
Röntgenquelle 4 sowie einem Röntgendetektor 2,
die gemeinsamen an einer Halterung in Form eines C-Bogens 1 angeordnet
sind, gezeigt. Der C-Bogen 1 ist wiederum an einem Knickarmroboter 6 angeordnet,
der mit sechs Drehachsen versehen ist, durch welche der C-Bogen 1 dreidimensional verstellt
werden kann. Zusätzlich weist das Röntgensystem
eine Steuerungseinrichtung 7 zur Ansteuerung des Gesamtsystems
sowie eine Berechnungseinheit 8 zur Rekonstruktion von
Bilddaten auf.
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Die
beiden Röntgenquellen 3; 4 sind bezüglich
des C-Bogens 1 axial nebeneinander angeordnet, wobei der
Abstand zwischen dem Fokus der beiden Röntgenquellen zwischen
fünf und 50 cm beträgt, insbesondere z. B. 20
cm. Durch die axiale Anordnung der beiden Röntgenquellen 3; 4 nebeneinander
weisen die beiden Röntgenquellen 3; 4 bzw. deren
Fokusse den gleichen Abstand zu dem Röntgendetektor beziehungsweise
zu dessen Mittelpunkt 16 auf. Die Anordnung ist dabei derart,
dass eine Mittelsenkrechte auf die Verbindungslinie zwischen den beiden Fokussen
der beiden Röntgenquellen den Röntgendetektor
in dem Mittelpunkt 16 der Detektorebene schneidet. Die
beiden Röntgenquellen 3; 4 können
auch radial nebeneinander angeordnet sein, wie in der 4 gezeigt
ist. Die beiden Röntgenquellen 3; 4 können
zum Beispiel von einem gemeinsamen Generator angetrieben werden
oder weitere Komponenten teilen, um Kosten zu sparen.
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Das
erfindungsgemäße Röntgensystem ist dazu
ausgebildet, Röntgenabbildungen eines Untersuchungsobjekts 5 aufzunehmen,
die sich in ihrer Projektionsrichtung unterscheiden, ohne dass die Halterung,
also zum Beispiel der C-Bogen 1, dazu bewegt werden muss.
Da eine solche Bewegung nicht durchgeführt wird, können
die beiden Röntgenabbildungen in sehr schneller Abfolge
nacheinander erstellt werden.
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In 2 ist
die Geometrie einer Anordnung der beiden Fokusse 10; 11 der
beiden Röntgenquellen und des Röntgendetektors
des erfindungsgemäßen Röntgensystems
gezeigt. Der erste Fokus 10 der ersten Röntgenquelle 3 erzeugt
einen ersten Röntgenstrahl 12 und der zweite Fokus 11 der
zweiten Röntgenquelle 4 erzeugt einen zweiten
Röntgenstrahl 13, wobei beide Röntgenstrahlen 12; 13 ein Untersuchungsobjekt
durchstrahlen können um einen interessierenden Bereich 9 zu
lokalisieren.
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Die
Anordnung ist dabei derart, dass die Mittelsenkrechte 15 auf
die Verbindungslinie 14 zwischen den beiden Fokussen 10; 11 der
beiden Röntgenquellen 3; 4 den Röntgendetektor 2 in
dem Mittelpunkt 16 der Detektorebene schneidet. Der Abstand b1
zwischen dem ersten Fokus 10 und dem Mittelpunkt 16 der
Detektorebene des Röntgendetektors ist dabei gleich dem
Abstand b2 zwischen dem zweiten Fokus 11 und dem Mittelpunkt 16 er
Detektorebene des Röntgendetektors. Der Fokus 10 der
ersten Röntgenquelle 3 und der Fokus 11 der
zweiten Röntgenquelle 4 weisen einen Abstand a
zueinander auf.
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Durch
den Abstand zwischen den beiden Fokussen 10; 11 unterscheiden
sich der Projektionswinkel des ersten Röntgenstrahls 12 von
dem Projektionswinkel des zweiten Röntgenstrahls 13.
Aus diesem Grund kann aus den zwei entsprechend aufnehmbaren Röntgenabbildungen
der interessierende Bereich 9 des Untersuchungsobjektes 5 bzw.
dessen Position dreidimensional rekonstruiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Röntgendetektor
um eine in der Detektorebene liegende Achse durch den Mittelpunkt 16 der
Detektorebene kippbar ist, welche senkrecht zu der Verbindungslinie 14 der
beiden Fokusse und senkrecht zu der Mittelsenkrechten 15 des
Röntgendetektors 2 ist. Auf diese Weise kann gewährleistet
werden, dass der jeweilige Röntgenstrahl gleichmäßig
auf dem Röntgendetektor auftrifft. Hierfür wird
der Röntgendetektor 2 bei Aufnahme einer Röntgenabbildung
der ersten Röntgenquelle 3 derart in Richtung
der ersten Röntgenquelle gekippt, dass der erste Röntgenstrahl 12 symmetrisch
auf den Röntgendetektor 2 auftrifft. Ebenso wird
der Detektor bei Aufnahme einer Röntgenabbildung mit der
zweiten Röntgenquelle 4 derart in Richtung der
zweiten Röntgenquelle gekippt, dass der zweite Röntgenstrahl 13 symmetrisch
auf den Röntgendetektor 2 auftrifft. Die Kippung
des Röntgendetektors 2 ist in 3 dargestellt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Röntgendetektor
unbeweglich an dem C-Bogen montiert.
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Im
Folgenden wird beispielhaft berechnet, welche Auflösung
ein erfindungsgemäßes Röntgensystem mit
einer dreidimensionalen Positionserfassung erzielen kann: Der Abstand
zwischen den Fokussen und dem Röntgendetektor beträgt
z. B. 1200 mm, der Abstand zwischen den Fokussen z. B. 200 mm und
der Abstand der Fokusse zu einem festgelegten Punkt des Untersuchungsobjekts
z. B. 750 mm, die Größe der Pixel des Röntgendetektors
beträgt z. B. 0,152 mm. Bei einem Wechsel von dem ersten
Fokus auf den zweiten Fokus bewegt sich die Projektion des Punkts
um 120 mm in der Bildebene. Bei einer Bewegung des Punkts um 1 mm
in Richtung des Röntgendetektors ändert sich die
Projektion bei einem Wechsel der Fokusse um 0,426 mm, was bei der
Pixelgröße etwa 2,76 Pixeln entspricht. Mit einer
derartigen Anordnung kann also das Untersuchungsobjekt mit einer
Auflösung von unter 1 mm aufgelöst werden, wenn
das Untersuchungsobjekt auf den beiden Abbildungen mit einer Präzision,
die besser als zwei Pixel ist, lokalisiert werden kann.
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Die
Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen:
Zur einfachen Aufnahme einer schnelle Abfolge von zwei Röntgenaufnahmen eines
Untersuchungsobjektes aus verschiedenen Winkeln ist ein Röntgensystem
zur Aufnahme von Röntgenabbildungen eines Untersuchungsobjektes, mit
einer Röntgenquelle zur Aussendung von Röntgenstrahlung,
einem Röntgendetektor zur Erfassung von Bilddaten und einer
Halterung vorgesehen, wobei die Röntgenquelle und der Röntgendetektor
derart an der Halterung angeordnet sind, dass die Röntgenquelle
und der Röntgendetektor einen festen Abstand zueinander
aufweisen, und wobei die Halterung eine zweite Röntgenquelle
aufweist. Insbesondere weist die zweite Röntgenquelle denselben
festen Abstand zu dem Röntgendetektor auf wie die erste
Röntgenquelle.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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