DE102008035548A1

DE102008035548A1 - Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung einer bewegten Struktur und Röntgensystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008035548A1
Application number: DE102008035548A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Klingenbeck-Regn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-08-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimen ein tomographisches Verfahren, bei welchem von einer Bildaufnahmeeinheit (3, 4) während mehrerer Rotationsläufe eine Vielzahl von Projektionsbildern aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen wird, wobei aus den Projektionsbildern dreidimensionale Bilddaten rekonstruierbar sind, wobei die Bewegungen der Struktur erfasst werden und die Rotationsläufe der Bildaufnahmeeinheit (3, 4) bei erfassten Bewegungen gestoppt und bei in Zeitintervallen Deltat1 und/oder Deltat2 erkannten Bewegungspausen fortgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung einer bewegten Struktur durch ein tomographisches Verfahren, bei welchem von einer Bildaufnahmeeinheit während mehrerer Rotationsläufe eine Vielzahl von Projektionsbildern aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen wird, wobei aus den Projektionsbildern dreidimensionale Bilddaten rekonstruierbar sind, sowie ein Röntgensystem zur Durchführung des Verfahrens.
Heutige Durchleuchtungssysteme mit Flachbilddetektoren, beispielsweise Siemens – AXIOM Artis C-Bogen Systeme, wie sie aus dem Prospekt "AXIOM Artis FD Systems/DynaCT – A Breakthrough in Interventional 3D Imaging" von Patrick Kurp, ein "Reprint from Medical Solutions, January 2005, page 46–51", Bestellnr. A91100-M1400-D105-1-7600, Druckzeichen CC 66105 SD 12043, bekannt sind, erlauben eine CT-artige Aufnahme von Volumendaten. Die Produktbezeichnung ist DynaCT für Radiologie bzw. DynaCT Cardiac für Kardiologie und Elektrophysiologie.
Da die Aufnahmezeit bis zu 20 Sekunden und mehr betragen kann, können beispielsweise Atembewegungen auftreten, die zu Bildartefakten führen, die sehr störend sind. Viele schwerkranke Patienten können jedoch den Atem nicht so lange anhalten; viele Patienten sind auch sediert.
Mit der herkömmlichen Mechanik für die Bewegung des C-Bogens ist eine schnelle "Stop and Go" Bewegung mit kurzen Standzeiten während der Rotation nur schwer möglich.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass eine problemlose 3-D-Aufnahme erstellt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren dadurch gelöst, dass die Bewegungen der Struktur erfasst werden und die Rotationsläufe der Bildaufnahmeeinheit bei erfassten Bewegungen gestoppt und bei in Zeitintervallen Δt₁ und/oder Δt₂ erkannten Bewegungspausen fortgesetzt werden.
Erfindungsgemäß können die Atembewegungen eines Patienten erfasst werden, wobei die Zeitintervalle Δt₁ oder Δt₂ die Zeitpunkte maximaler Inhalation oder maximaler Exhalation des Patienten sein können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Röntgensystem mit einer Bildaufnahmeeinheit, bestehend aus einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor, wobei die Bildaufnahmeeinheit von wenigstens einem Industrieroboter direkt oder mittels eines Trägers gehaltert und um ein Drehzentrum oder eine Drehachse in der Ebene des Röntgendetektors drehbar ist, und mit einer die Komponenten steuernden Systemsteuerungseinheit dadurch gelöst, dass ein Atemsensor zur Erfassung der Atembewegung eines auf einem Patientenlagerungstisch liegenden Patienten an der Systemsteuerungseinheit angeschlossen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie den Industrieroboter in Bewegungspausen antreibt und während Bewegungen stoppt und dass sie die Bilderfassung der Bildaufnahmeeinheit während der Bewegung des Industrieroboters aktiviert und in Bewegungspausen des Industrieroboters stoppt, wobei der Atemsensor ein Brustgurt sein kann.
Erfindungsgemäß kann die Aufnahmeeinheit an einem C-Bogen gehaltert sein und der C-Bogen von dem Industrieroboter getragen werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes Röntgen-C-Bogen-System mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
2 eine Ansicht der Bahn eines Detektors und einer Strahlungsquelle gemäß 1 um ein zu untersuchendes Objekt in axialer Blickrichtung und
3 eine Atemkurve eines Patienten zur Erläuterung der Erfindung.
In der 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung dargestellt, die einen an einem Ständer in Form eines Industrieroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3, und ein Röntgenbilddetektor 4 angebracht sind.
Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist.
Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet. Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor 9 betrachtet werden.
Ein Atemsensor 13, der beispielsweise um den Brustkorb des Patienten 6 angelegt ist, erfasst die Atembewegung des Patienten 6 und übermittelt sie der Systemsteuerungseinheit 7.
Mittels des beispielsweise aus der DE 10 2005 012 700 A1 bekannten Industrieroboters 1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 2 beliebig räumlich verstellt werden, indem er beispielsweise um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgendetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgensystem 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der Ebene des Röntgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen.
Sollen 3-D-Datensätze nach dem sogenannten DynaCT-Verfahren erstellt werden, wird der drehbar gelagerte C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 derart gedreht, dass, wie die 2 schematisch in Aufsicht auf die Drehachse zeigt, sich der hier bildlich durch seinen Strahlenfokus dargestellte Röntgenstrahler 3 sowie der Röntgenbilddetektor 4 um ein zu untersuchendes Objekt 11 auf einer Umlaufbahn 10 bewegen. Die Umlaufbahn 10 kann zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden.
Der C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 bewegt sich dabei gemäß dem DynaCT-Verfahren vorzugsweise um mindestens einen Winkelbereich von 180°, beispielsweise 180° plus Fächerwinkel, und nimmt in schneller Folge Projektionsbilder aus verschiedenen Projektionen auf. Die Rekonstruktion kann nur aus einem Teilbereich dieser aufgenommenen Daten erfolgen.
Bei dem zu untersuchenden Objekt 11 kann es sich beispielsweise um einen tierischen oder menschlichen Körper aber auch einen Phantomkörper handeln.
Der Röntgenstrahler 3 emittiert ein von einem Strahlenfokus seiner Röntgenstrahlungsquelle ausgehendes Strahlenbündel 12, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft.
Der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 laufen jeweils so um das Objekt 5 herum, dass sich der Röntgenstrahler 3 und der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegengesetzten Seiten des Objekts 11 gegenüberliegen.
Bei der normalen Radiographie oder Fluoroskopie mittels einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung werden die medizinischen 2-D-Daten des Röntgenbilddetektors 4 im Bildsystem 8 ggf. zwischengespeichert und anschließend auf dem Monitor 9 wiedergegeben.
Erfindungsgemäß werden nun bei der Durchführung des Verfahrens die 3-D-Aufnahmen anhand der durch den Atemsensor 13 erfasste Atemkurve, die beispielhaft in 3 als Funktion F(t) über der Zeit aufgetragen dargestellt ist, getriggert. Dazu wird abgewartet, bis sich die Atmung des Patienten in einem der Zeitintervalle Δt₁ oder Δt₂ befindet. Das Zeitintervall Δt₁ betrifft die Atempause während der maximalen Inhalation und das Zeitintervall Δt₂ die Atempause während der maximalen Exhalation.
Zu Beginn eines der Zeitintervalle Δt₁ oder Δt₂ wird die 3-D-Aufnahme gestartet, wobei die Durchleuchtung eingeschaltet wird und der Industrieroboter 1 den C-Bogen 2 auf der kreisförmigen Umlaufbahn 10 bewegt. Am Ende des aktuellen Zeitintervalls Δt₁ oder Δt₂ wird die Durchleuchtung gestoppt und der Industrieroboter 1, der den C-Bogen 2 trägt, angehalten, bis das nächste Zeitintervall auftritt Δt₁ oder Δt₂.
Mit einer mittels eines neu entwickelten Industrieroboters 1 durchgeführten Bewegung des C-Bogens 2 in sechs Achsen kann die Bewegung des C-Bogens 2 z. B. auf der kreisförmigen Umlaufbahn 10 schnell gestoppt und wieder angefahren werden.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke ist, die Atemkurve des Patienten durch den Atemsensor 13 in Echtzeit aufzuzeichnen. Der Industrieroboter 1 bewegt den C-Bogen 2 nur während einer vorher gewählten Bewegungspause, z. B. bei maximaler Inhalation oder maximaler Exhalation, und stoppt ansonsten.
Nur in den Zeitintervallen Δt₁ oder Δt₂ wird der C-Bogen 2 beispielsweise auf der kreisförmigen Umlaufbahn 10 bewegt und die Röntgenstrahlung eingeschaltet.
Zwar verlängert sich dadurch die Messzeit erheblich, aber der Patient 6 kann komfortabel atmen. Die Verlängerung der Mess zeit kann zumindest zum Teil dadurch kompensiert werden, dass die Messdaten aus den betreffenden Zeitintervallen Δt₁ oder Δt₂ sofort der Vorverarbeitung und Rekonstruktion zugeführt werden. Das rekonstruierte 3-D-Volumen liegt dann unmittelbar nach Abschluss der Messung vor.
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 102005012700 A1 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "AXIOM Artis FD Systems/DynaCT – A Breakthrough in Interventional 3D Imaging" von Patrick Kurp, ein "Reprint from Medical Solutions, January 2005, page 46–51", Bestellnr. A91100-M1400-D105-1-7600, Druckzeichen CC 66105 SD 12043 [0002]

Claims

Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung einer bewegten Struktur durch ein tomographisches Verfahren, bei welchem von einer Bildaufnahmeeinheit (3, 4) während mehrerer Rotationsläufe eine Vielzahl von Projektionsbildern aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen wird, wobei aus den Projektionsbildern dreidimensionale Bilddaten rekonstruierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Struktur erfasst werden und die Rotationsläufe der Bildaufnahmeeinheit (3, 4) bei erfassten Bewegungen gestoppt und bei in Zeitintervallen Δt₁ und/oder Δt₂ erkannten Bewegungspausen fortgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Atembewegungen eines Patienten (6) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitintervalle Δt₁ oder Δt₂ die Zeitpunkte maximaler Inhalation oder maximaler Exhalation des Patienten (6) sind.
Röntgensystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Bildaufnahmeeinheit (3, 4), bestehend aus einer Röntgenquelle (3) und einem Röntgendetektor (4), wobei die Bildaufnahmeeinheit (3, 4) von wenigstens einem Industrieroboter (1) direkt oder mittels eines Trägers (2) gehaltert und um ein Drehzentrum oder eine Drehachse in der Ebene des Röntgendetektors (4) drehbar ist, und mit einer die Komponenten steuernden Systemsteuerungseinheit (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein Atemsensor (13) zur Erfassung der Atembewegung eines auf einem Patientenlagerungstisch (5) liegenden Patienten (6) an der Systemsteuerungseinheit (7) angeschlossen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie den Industrieroboter (1) in Bewegungspausen antreibt und während Bewegungen stoppt und dass sie die Bilderfassung der Bildaufnahmeeinheit (3, 4) während der Bewegung des Industrieroboters (1) aktiviert und in Bewegungspausen des Industrieroboters (1) stoppt.
Röntgensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemsensor (13) ein Brustgurt ist.
Röntgensystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (3, 4) an einem C-Bogen (2) gehaltert ist und der C-Bogen (2) von dem Industrieroboter (1) getragen wird.