DE102008008750A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Bildfolge für eine 3 D-Rekonstruktion - Google Patents

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Abstract

Beim Aufnehmen einer Bildfolge mit einem Röntgenbildaufnahmesystem, das einen um einen Mittelpunkt drehbaren Röntgen-C-Bogen aufweist, wird der Patiententisch nachgeführt und in eine spezielle, zu der Winkelstellung des Röntgen-C-Bogens berechnete Stellung verbracht. Diese Stellung des Patiententisches wird wie folgt ermittelt: Es wird eine Hüllkurve (H1, H2) festgelegt, ein Punkt (P1, P2) festgelegt, der Mittelpunkt eines interessierenden Bereichs (IB) ist, und in besagter Stellung des Patiententisches passend zu der Stellung des Röntgen-C-Bogens steht der Detektor (D1, D2) jeweils senkrecht auf einer von dem Punkt (P1, P2) ausgehenden Linie (L1, L2) und berührt gleichzeitig die Hüllkurve (H1, H2) tangential. Dadurch wird der interessierende Bereich (IB) optimal in der Bildfolge abgebildet, so dass eine möglichst gute 3-D-Rekonstruktion gewonnen werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Bildfolge für eine 3-D-Rekonstruktion durch ein Röntgenbildaufnahmesystem, das einen um einen Mittelpunkt drehbaren Röntgen-C-Bogen aufweist, der eine Röntgenquelle und einen Flachdetektor trägt, und das einen verfahrbaren Patiententisch aufweist.
  • Ein solches Verfahren ist in der DE 10 2006 037 565.3 beschrieben, die nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde.
  • Eine 3-D-Rekonstruktion eines abgebildeten Bereichs eines Objekts, insbesondere eines Patienten, ist dann ableitbar, wenn Abbildungen aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden. Die 3-D-Rekonstruktion ermöglicht wiederum die Berechnung von Schnittbildern. Um das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, wird herkömmlicherweise ein Röntgen-C-Bogen über einen Winkel von 180° in gleichmäßigen Winkelabständen verfahren. Bei den durch die Winkelabstände definierten Stellungen wird jeweils ein Röntgenbild (eine sogenannte Projektion) aufgenommen.
  • Damit ein interessierender Bereich des Objekts tatsächlich rekonstruiert werden kann, ist es erforderlich, dass der Bereich in jedem der Röntgenbilder vollständig abgebildet ist. Dies ist dann problematisch, wenn sich der interessierende Bereich jenseits des Mittelpunkts des Objekts befindet, der üblicherweise das Drehzentrum bildet. Das ist z. B. der Fall, wenn die Leber eines Patienten abgebildet werden soll. Der interessierende Bereich, der außerhalb des Mittelpunkts des Patienten liegt, kann nicht einen neuen Mittelpunkt für eine kreisförmige Bewegung definieren, weil sonst die Röntgenquel le oder der Röntgendetektor gegen den Patienten stoßen würden.
  • In der DE 10 2006 037 565.3 ist beschrieben, dass eine Objektlagerungseinrichtung, also ein Patiententisch, in horizontaler Richtung kollisionsfrei so nachgeführt wird, dass ein interessierender Objektbereich bei jedem Rotationswinkel des Röntgen-C-Bogens, bei dem eine Bildaufzeichnung erfolgt, innerhalb eines Strahlkegels eines Röntgenstrahlenbündels des Bildaufnahmesystems liegt.
  • Die DE 10 2004 004 603 A1 kennt ein Nachfahren eines Patiententisches in drei Dimensionen zum Zwecke einer Kompensation von Bewegungen des Patienten auf dem Patiententisch.
  • Die DE 10 2006 037 565.3 gibt hingegen keine Details, wie ein Nachführen des Patiententisches in mehreren Dimensionen erfolgen kann.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren aus der DE 10 2006 037 565.3 weiter zu entwickeln und eine konkrete Anweisung zu geben, wie ein Patiententisch verfahren werden kann, damit eine optimale 3-D-Rekonstruktion erhalten werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten gemäß Patentanspruch 1 und ein Röntgenbildaufnahmesystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 3 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Bildfolge umfasst somit folgende Schritte:
    • a) Empfangen, durch das Röntgenaufnahmesystem, einer Eingabe zur Festlegung einer (geschlossenen) Hüllkurve in zu dem Patiententisch definierten (und sich mit dem verfahrenen Patiententisch mitbewegenden) Koordinaten,
    • b) Empfangen, durch das Röntgenbildaufnahmesystem, einer Eingabe zur Festlegung eines Punktes in einem interessierenden Bereich (im Inneren der Hüllkurve),
    • c) zu einer Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens Berechnen einer (zugehörigen) Stellung des Patiententisches derart, dass jeweils (bei Einnahme dieser Stellung durch den Patiententisch koordiniert, also zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig, mit der zugehörigen Stellung des Röntgen-C-Bogens) der Flachdetektor einerseits senkrecht auf einer von dem Punkt in dem interessierenden Bereich ausgehenden geraden Linie steht und andererseits die Hüllkurve tangential berührt,
    • d) Durchlaufen der Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens, wobei zu jeder Stellung des Röntgen-C-Bogens der Patiententisch in seine in Schritt c) berechnete zugehörige Stellung verfahren wird und jeweils (bevorzugt automatisch) ein Röntgenbild aufgenommen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Umkehr des in der nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichten DE 10 2007 044 368.6 beschriebenen Verfahrens, bei dem die Relativstellung von Patiententisch und Flachdetektor in der oben beschriebenen Weise nicht durch ein Verfahren des Patiententisches, sondern durch ein Verfahren des Röntgen-C-Bogens alleine erzielt wird, wobei der Röntgen-C-Bogen an einem Knickarmrobotor angeordnet werden muss, der eine kompliziertere Bewegung des Röntgen-C-Bogens ermöglicht. Vorliegend genügt es, wenn der Röntgen-C-Bogen in an sich bekannter Weise um einen Mittelpunkt drehbar ist, derart, dass sich Röntgenquelle und Flachdetektor auf einer Kreisbahn bewegen, und nur der Patiententisch muss geeignet verfahrbar sein.
  • In geeigneter Weise wird man eine solche Hüllkurve eingeben, die bei der üblichen Stellung des Patienten auf dem Patiententisch den Patienten auf jeden Fall umgibt. Die Hüllkurve kann aus zwei Halbellipsen bestehen, deren Parameter nume risch eingegeben werden, oder die interaktiv auf einem Bildschirm durch die eingebende Person eingezeichnet werden. Die Hüllkurve legt fest, bis wohin sich der Patiententisch relativ zum Flachdetektor bewegen kann. Umgibt die Hüllkurve den Patienten, so bedeutet die Tatsache, dass der Flachdetektor die Hüllkurve tangential berührt, dass der Flachdetektor den Patienten gerade nicht berührt. Dadurch wird das Ziel erreicht, dass ein Zusammenstoß des Flachdetektors mit dem Patienten vermieden wird.
  • Es sei im Übrigen darauf hingewiesen, dass unter dem tangentialen Berühren der Hüllkurve durch den Flachdetektor zu verstehen ist, dass der graphisch dargestellte Flachdetektor die Hüllkurve tangential berührt, denn der reale Flachdetektor kann dies nicht.
  • Naturgemäß wird es schwerfallen, den Punkt in dem interessierenden Bereich ohne Bezugnahme auf irgendwelche Röntgenbilder festzulegen. Daher ist es bevorzugte Ausführungsform, dass Schritt b) umfasst, dass das Röntgenbildaufnahmesystem zumindest einmal (bevorzugt zweimal) eine Eingabe zur Festlegung einer Bildaufnahmestellung des Röntgen-C-Bogens und zum Aufnehmen eines Röntgenbildes in dieser Bildaufnahmestellung empfängt und in Antwort auf die Eingabe ein Röntgenbild in dieser Bildaufnahmestellung aufnimmt, und dass das Röntgenbildaufnahmesystem nachfolgend eine Eingabe zur Festlegung eines Punktes in dem aufgenommenen Röntgenbild bzw. den aufgenommenen Röntgenbildern empfängt. Insbesondere, wenn der Röntgen-C-Bogen in senkrecht zueinander stehende Stellungen gebracht wird, in denen jeweils ein Röntgenbild aufgenommen wird, lässt sich der interessierende Bereich besonders gut durch einen Arzt erkennen und ein einzelner Punkt wohldefiniert festlegen.
  • Das erfindungsgemäße Röntgenbildaufnahmesystem umfasst einen um einen Mittelpunkt drehbaren Röntgen-C-Bogen, der eine Röntgenquelle und einen Flachdetektor trägt, es umfasst einen bevorzugt längs zweier Achsen senkrecht zur Drehachse des Röntgen-C-Bogens verfahrbaren Patiententisch, und es umfasst eine Steuereinheit. Die Steuereinheit soll dazu ausgelegt sein:
    • a) eine erste Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser ersten Eingabe eine Hüllkurve in zu dem Patiententisch definierten Koordinaten festzulegen,
    • b) eine zweite Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser zweiten Eingabe einen Punkt in den zu dem Patiententisch definierten Koordinaten festzulegen,
    • c) zu einer Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens jeweils eine zugehörige Stellung des Patiententisches zu berechnen, derart, dass jeweils der Flachdetektor einerseits senkrecht auf einer von dem Punkt ausgehenden geraden Linie steht und andererseits die Hüllkurve tangential berührt,
    • d) Stellelemente für den Röntgen-C-Bogen und den Patiententisch so anzusteuern, dass die Stellungen des Röntgen-C-Bogens aus der Mehrzahl von Stellungen nacheinander durchlaufen werden und der Patiententisch jeweils in die zugehörige Stellung verfahren wird, um jeweils, bei gleichzeitiger Einnahme der zugehörigen Stellungen durch Röntgen-C-Bogen und Patiententisch, ein Röntgenbild aufzunehmen.
  • Das erfindungsgemäße Röntgenbildaufnahmesystem kann ausgelegt sein, ein Röntgenbild in Antwort auf das Empfangen einer entsprechenden Eingabe aufzunehmen. Bevorzugt wird zu jeder Stellungskombination von Röntgen-C-Bogen und Patiententisch zumindest ein Röntgenbild automatisch aufgenommen, wozu die Steuereinheit Röntgenquelle und Flachdetektor entsprechend ansteuert.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
  • 1 die der Erfindung zugrunde liegende Problematik beim Aufnehmen einer Bildfolge im Stand der Technik anhand einer Schemazeichnung veranschaulicht,
  • 2 an 1 anknüpfend die Lösung zur Überwindung des Problems entsprechend der Erfindung veranschaulicht,
  • 3 die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Röntgenquelle, Flachdetektor und Patiententisch durchlaufenen Kurven veranschaulicht.
  • In 1 ist symbolisch ein Körper K gezeigt. Es sollen Abbildungen des Körpers K mit Hilfe eines Röntgenbildaufnahmesystems gewonnen werden, wobei die 1 symbolisch eine Röntgenquelle Q und einen Röntgendetektor D veranschaulicht. Von der Röntgenquelle Q geht ein Strahlenbündel SB zum Detektor D. Die Röntgenquelle Q und der Detektor D sind an einem Röntgen-C-Bogen bzw. -Arm befestigt, der aus Gründen der Einfachheit der Darstellung in 1 nicht gezeigt ist. Der Röntgen-C-Bogen wird um den Mittelpunkt M des Körpers K gedreht, so dass die Quelle Q die Stellung Q' und der Detektor D die Stellung D' erreicht. Dann durchläuft das Strahlenbündel SB' den Körper K. Aufgrund in den jeweiligen Stellungen aufgenommener Röntgenbilder (Projektionen) sind Teile des Körpers K rekonstruierbar. Eine dreidimensionale Rekonstruktion aus einer Mehrzahl von Röntgenbildern, die jeweils nach Drehung der Quelle Q des Detektors D aufgenommen wurden, ist nur von dem Bereich möglich, der in allen Röntgenbildern abgebildet ist. Dies ist der durch den Kreis KB in 1 dargestellte Bereich. Es ist nun so, dass ein interessierender Bereich IB jenseits des Mittelpunktes M liegt, und dieser überschneidet sich kaum mit dem kreisförmigen Bereich KB. Der interessierende Bereich IB ist daher durch die 3-D-Rekonstruktion nicht darstellbar.
  • Nun würde es sich anbieten, anstatt den Röntgen-C-Bogen um den Mittelpunkt M des Körpers K zu drehen, den Mittelpunkt P des interessierenden Bereichs IB zu ermitteln und um diesen zu drehen. Würde man den Röntgen-C-Bogen jedoch so drehen, dass er sich um den Mittelpunkt P des interessierenden Bereichs IB genau auf einer Kreisbahn dreht, so würde der Detektor mit dem Körper kollidieren.
  • Es ist nun wünschenswert, im Sinne einer möglichst guten Rekonstruktion des interessierenden Bereichs IB eine Relativbewegung zwischen Körper K einerseits und Röntgenquelle Q und Röntgendetekor so zu erreichen, dass näherungsweise eine Drehung um den Punkt P erreicht wird. Dies geschieht durch folgende Maßnahme: Man definiert eine Hüllkurve H1, H2 (siehe 2), die auf jeden Fall den Körper K umgibt und vorliegend elliptisch ist. Die Hüllkurve H1, H2 kann in einer komplizierteren Version aus zwei Halbellipsen bestehen, wobei eine den Rücken des Patienten umgibt und die andere den Brustkorb. Bei der Definition der Hüllkurve H1, H2 orientiert man sich an der Standardlage des Patienten auf dem Patiententisch des Röntgenbildaufnahmesystems. Es ist zu beachten, dass die Hüllkurven H1 und H2 zwar in 2 kaum anders aussehen als die Patientenkontur K aus 1. Bei der Patientenkontur K handelt es sich jedoch um eine schematische Darstellung, während die Hüllkurven H1 und H2 tatsächlich die in 2 gezeigte Form haben können. Die Form der Hüllkurve kann in das Röntgenbildaufnahmesystem einprogrammiert sein, d. h. bei Aufnahme des Betriebssystems eingegeben werden, oder es kann durch einen Benutzer interaktiv eine Eingabe der Hüllkurve H1 oder H2 erfolgen, damit dieser auf individuelle Eigenschaften ihrer jeweiligen Patienten reagieren kann. Zum Beispiel kann die Hüllkurve kleiner ausfallen, wenn der Patient schlanker ist, und sie muss größer ausfallen, wenn der Patient beleibt ist.
  • Der interessierende Bereich IB wird nun über seinen Mittelpunkt P1, P2 festgelegt. Hierzu werden vorab zwei Röntgenbilder aufgenommen, zwischen denen Röntgenquelle und Röntgendetektor jeweils um 85° bis 95°, bevorzugt um 90°, verfahren werden. Der behandelnde Arzt kann interaktiv über eine Einga bevorrichtung, z. B. eine Computermaus, einen Punkt in beiden Röntgenbildern markieren. Diese Punkte repräsentieren Linien, und das Röntgenbildaufnahmesystem kann dann den Schnittpunkt dieser Linien berechnen, und dieser Schnittpunkt entspricht dann dem Punkt P.
  • Während der Röntgen-C-Bogen vorliegend nach wie vor um den Mittelpunkt M wie in 2 gezeigt gedreht werden soll, soll zur Vermeidung von Kollisionen der Patient bewegt werden. Dies geschieht über ein Verfahren des Patiententisches. Zu jeder Winkelstellung des Röntgen-C-Bogens, also zu jeder Stellung von Röntgenquelle und Detektor, wird eine zugehörige Stellung des Patiententisches berechnet: Zu einer Stellung des Detektors lässt sich eine Ebene definieren, in der die Oberfläche des Detektors liegt. Ausgehend von dem Punkt P1 bzw. P2 wird nun im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnahmesystems eine gerade Linie L1, L2 gezeichnet, welche senkrecht auf der Ebene D1, D2 des Detektors auftrifft. Nun wird die Hüllkurve H1, H2, die im Koordinatensystem des Patiententisches definiert ist, zusammen mit dem Patiententisch im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnahmesystems bewegt, und zwar so, dass die Ebene des Detektors D1, D2 die Hüllkurve H1, H2 genau schneidet. Die so erhaltene Stellung definiert dann passend zur Detektorstellung die zugehörige Zielstellung des Patiententisches. 2 zeigt, dass bei Stellung der Röntgenquelle am Punkt Q1 die Stellung des Detektors entsprechend der gestrichelten Linie D1 die Hüllkurve als Hüllkurve H1 von der den Detektor symbolisierenden gestrichelten Linie D1 genau tangential berührt wird. Genauso lässt sich eine Patiententischstellung bestimmen, bei der die Hüllkurve im Vergleich zur Hüllkurve H1 als Hüllkurve H2 (selbstverständlich bei unveränderter Grundform) verschoben ist. Bei Stellung der Röntgenquelle am Punkt Q2 und Verlauf des Detektors entsprechend der gestrichelten Linie D2 rückt die Hüllkurve H2 dann genau tangential an den Detektor D2.
  • 3 veranschaulicht die in dem Röntgenbildaufnahmesystem durchlaufenen Bahnen als Ganzes, nämlich die Bahn BQ, die die Röntgenquelle durchläuft, die Punkte Q1 und Q2 auf der Bahn BQ in Analogie zur 2, und die Bahn BD, die einen Punkt auf dem Detektor durchläuft. Die Bahnen BQ und BD sind Teilkreise mit demselben Mittelpunkt M. Ein Punkt auf dem Patiententisch durchläuft die Bahn BP. Während naturgemäß die Bewegung des Detektors an die der Röntgenquelle gekoppelt ist, ist a priori die Bewegung des Patiententisches unabhängig. Es lassen sich jedoch die Bewegungen des Röntgen-C-Bogens und die des Patiententisches mit einem gewissen Gleichlauf verwirklichen, wobei eine perfekte Synchronisierung allerdings nicht unbedingt notwendig ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung steht lediglich die Aufnahme der Bildfolge für die 3-D-Rekonstruktion im Interesse, nicht die 3-D-Rekonstruktion selbst. Es wurden im Stand der Technik bereits Verfahren entwickelt, wie solche 3-D-Rekonstruktionen aufgrund von Projektionen erhalten werden können, bei denen sich die Relativstellung zwischen Röntgen-C-Bogen und Patient ändert. Zu Details hierzu sei auf die DE 10 2006 037 564.5 verwiesen. Für die 3-D-Rekonstruktion ist es unerheblich, ob der Röntgen-C-Bogen eine nicht kreisförmige Bahn von Röntgenquelle und Detektor bewirkt, oder ob eine Relativbewegung durch ein Verfahren des Patiententisches wie vorliegend erhalten wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine optimale Abbildung des interessierenden Bereichs IB in der Bildfolge, so dass die 3-D-Rekonstruktion in besonders guter Weise die Darstellung von Schichtbildern durch den interessierenden Bereich ermöglicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006037565 [0002, 0005, 0007, 0008]
    • - DE 102004004603 A1 [0006]
    • - DE 102007044368 [0011]
    • - DE 102006037564 [0027]

Claims (3)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer Bildfolge für eine 3-D-Rekonstruktion durch ein Röntgenbildaufnahmesystem, das einen um einen Mittelpunkt (M) drehbaren Röntgen-C-Bogen aufweist, der eine Röntgenquelle und einen Flachdetektor trägt und das einen verfahrbaren Patiententisch aufweist, mit den Schritten: a) Empfangen einer Eingabe zur Festlegung einer Hüllkurve (H1, H2) in zu dem Patiententisch definierten Koordinaten, b) Empfangen einer Eingabe zur Festlegung eines Punktes (P1, P2) in einem interessierenden Bereich (IB), c) zu einer Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens Berechnen einer Stellung des Patiententisches derart, dass jeweils der Flachdetektor (D1, D2) einerseits senkrecht auf einer von dem Punkt (P1, P2) in dem interessierenden Bereich (IB) ausgehenden geraden Linie (L1, L2) steht und andererseits die Hüllkurve (H1, H2) tangential berührt, d) Durchlaufen der Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens, wobei zu jeder Stellung des Röntgen-C-Bogens der Patiententisch in die in Schritt c) berechnete zugehörige Stellung verfahren wird und jeweils ein Röntgenbild aufgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) umfasst, dass das Röntgenbildaufnahmesystem zunächst einmal eine Eingabe zur Festlegung einer Bildaufnahmestellung des Röntgen-C-Bogens und zum Aufnehmen eines Röntgenbildes in dieser Bildaufnahmestellung empfängt und ein Röntgenbild in dieser Bildaufnahmestellung aufnimmt, und dass das Röntgenbildaufnahmesystem nachfolgend eine Eingabe zur Festlegung eines Punktes in dem aufgenommenen Röntgenbild empfängt.
  3. Röntgenbildaufnahmesystem mit einem um einen Mittelpunkt (M) drehbaren Röntgen-C-Bogen, der eine Röntgenquelle und einen Flachdetektor trägt, mit einem verfahrbaren Patiententisch und mit einer Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist: a) eine erste Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser ersten Eingabe eine Hüllkurve (H1, H2) in zu dem Patiententisch definierten Koordinaten festzulegen, b) eine zweite Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser zweiten Eingabe einen Punkt (P1, P2) in den zu dem Patiententisch definierten Koordinaten festzulegen, c) zu einer Mehrzahl von Stellungen des Röntgen-C-Bogens jeweils eine zugehörige Stellung des Patiententisches zu berechnen, derart, dass jeweils der Flachdetektor (D1, D2) einerseits senkrecht auf einer von dem Punkt (P1, P2) ausgehenden geraden Linie (L1, L2) steht und andererseits die Hüllkurve (H1, H2) tangential berührt, d) Stellelemente für den Röntgen-C-Bogen und den Patiententisch so anzusteuern, dass die Stellungen des Röntgen-C-Bogens aus der Mehrzahl von Stellungen nacheinander durchlaufen werden und der Patiententisch jeweils in seine zugehörige Stellung verfahren wird, um jeweils ein Röntgenbild aufzunehmen.
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