DE102008049695A1

DE102008049695A1 - Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbildaufnahmesystems sowie Röntgenbildaufnahmesystem

Info

Publication number: DE102008049695A1
Application number: DE102008049695A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Pfister; Norbert Dr. Strobel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Damit bei bestimmten Eingriffen Patient und Arzt möglichst wenig Röntgenstrahlung ausgesetzt sind, wenn der Arzt sich anhand von mithilfe eines Röntgenbildaufnahmesystems gewonnenen Bildern des Patienten orientiert, wird eine Blendeinrichtung automatisch in Abhängigkeit von einer Stellung von Röntgenstrahlenquelle (Q; Q1, Q2 und Q3) und Röntgenstrahlendetektor (D; D1, D2, D3) angesteuert, so dass nur diejenigen Bereiche (B2T) des Patienten auf einem Röntgenbild abgebildet werden, die den behandelnden Arzt interessieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbildaufnahmesystems, das die Eigenschaft, dass eine Röntgenstrahlenquelle und ein Röntgenstrahlendetektor miteinander gekoppelt in unterschiedliche Stellungen verbringbar sind, was z. B. der Fall ist, wenn Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor an einem Röntgen-C-Bogen angeordnet sind.
Derartige Röntgen-C-Bogen-Systeme werden regelmäßig zur unterstützenden Bildgebung bei einem interventionellen oder operativen Eingriff eingesetzt. Eine Eingriffsplanung erfolgt hierbei aufgrund von präoperativ aufgenommenen Bildern, seien dies Röntgenbilder oder mithilfe eines anderen Bildgebungssystems aufgenommene Bilder. Während des Eingriffs orientiert sich der behandelnde Arzt an Röntgenbildern, die das Röntgenbildaufnahmesystem aufnimmt. Der Eingriff kann es, insbesondere aufgrund seiner Art, mit sich bringen, dass der Arzt seine Hände bei Aufnahme der Röntgenbilder nicht immer zurückziehen kann. Beispielsweise muss er bei einer Punktion die Punktionsnadel festhalten, wenn Röntgenbilder aufgenommen werden, anhand derer sich der Arzt bei der Führung der Punktionsnadel in den Patientenkörper hinein zu einem Punktionsziel hin orientiert.
Es ist wünschenswert, bei der Aufnahme von Röntgenbildern menschliche Personen einer möglichst geringen Röntgenstrahlenbelastung auszusetzen. Dies gilt sowohl für den Patienten als auch für den Arzt, der in seinem täglichen Geschäft wiederholt gewissen Röntgenstrahlendosen ausgesetzt ist.
Es ist bekannt, an einem Röntgenbildaufnahmesystem eine Blendeinrichtung vorzusehen, mithilfe derer die von der Röntgenstrahlenquelle abgehende bereichsweise ausblendbar ist.
Die Blendeinrichtung kann sogar so eingestellt werden, dass nur ein Teilbereich der eigentlichen strahlungsempfindlichen Fläche des Röntgenstrahlendetektors von Röntgenstrahlung getroffen wird. Dieses Ausblenden wird teilweise auch als ”Kollimieren” bezeichnet, die Blendeinrichtung als ”Röntgenkollimator”.
Blendeinrichtungen der genannten Art werden üblicherweise von Hand eingestellt. Das Vorsehen von Motoren zum Verstellen der Blendeinrichtung ist üblich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beitrag zur Verringerung der Strahlendosis von Patient und Arzt beim Betreiben eines Röntgenbildaufnahmesystems zu leisten.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Röntgenbildaufnahmesystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren die Blendeinrichtung automatisch angesteuert und so eingestellt, dass bei zumindest einer Stellung nur ein von der Stellung von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor abhängiger Teilbereich der strahlungsempfindlichen Fläche bestrahlt wird.
Es wird somit eine Automatik beim Einstellen der Blendeinrichtung bereitgestellt. Werden Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor (z. B. ein Röntgen-C-Bogen, der beide trägt) in eine andere Stellung gebracht, wird bevorzugt automatisch die Blendeinrichtung nachgefahren.
Das Nachfahren lässt sich so gestalten, dass ein in Anbetracht der technischen Möglichkeiten bei Bereitstellung der gleichen nützlichen Information minimaler Bereich des Patienten bestrahlt wird. Bei einem interventionellen Eingriff ist nämlich nicht der gesamte Patient bzw. der gesamte Bereich des Patienten, der sich im Strahlengang der Röntgenstrahlenquelle bei Nichtausblenden befindet, von Interesse, sondern lediglich ein kleiner Teilbereich des Patientenkörpers. Bei einer Punktion ist beispielsweise lediglich der sich von einer Einstichstelle zum Punktionsziel führende Bereich, gegebenenfalls höchstens ein kleiner Bereich in der Umgebung hiervon von Interesse. Es kann sogar sein, dass lediglich der Bereich von der Punktionsnadelspitze bis zum Punktionsziel von Interesse ist. Wenn das Interesse ausreichend genau definiert ist, lässt sich somit ein interessierender Bereich definieren und so die Röntgenstrahlung soweit ausblenden, dass im Wesentlichen nur der interessierende Bereich abgebildet wird, wohingegen nicht von Interesse seiende Bereiche des Patienten nicht von Röntgenstrahlung durchdrungen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung bereits vorteilhaft ist, wenn eine so genannte symmetrische Kollimierung erfolgt. Bevorzugt wird hierbei jedoch von asymmetrischen Ausblendungen Gebrauch gemacht, es wird dann ein zu einer bezüglich der strahlungsempfindlichen Fläche des Röntgenstrahlendetektors definierten Symmetrieachse asymmetrischer Teilbereich bei zumindest einer Stellung bestrahlt. Der Bereich lässt sich dann besser maßgeschneidert zu einem Patienten definieren.
Es ist nun möglich, dass in dem Röntgenbildaufnahmesystem eine Patientenliege bereitgestellt ist, zu der grundsätzlich eine Sollstellung des Patienten definiert ist, wenn ein vorbestimmter Eingriff vorgenommen wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass an dem Patienten Markierungen gesetzt werden, die an bestimmte Stellen in das Röntgenbildaufnahmesystem verbracht werden. Dann lässt sich das Röntgenbildaufnahmesystem so betreiben, dass bei bestimmten Stellungen stets dieselbe Einstellung der Blendeinrichtung vorgesehen ist. Die Einstellung der Blendeinrichtung in Abhängigkeit von der Stellung von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor kann dann einprogrammiert sein. Gegebenenfalls können mehrere Programme zur Auswahl stehen.
Bevorzugt wird jedoch der Teilbereich der strahlungsempfindlichen Fläche, welcher bestrahlt wird, unter Berücksichtigung zumindest einer Information über ein mögliches Bildobjekt ermittelt oder ausgewählt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dann der Schritt vorausgehen, dass eine solche Information dem Röntgenbildaufnahmesystem zugeführt wird. Dann kann patientenindividuell der jeweilige Teilbereich ausgewählt werden und damit auf die speziellen Gegebenheiten des Patientenkörpers und des an diesem vorzunehmenden Eingriffs so genau Rücksicht genommen werden, dass die Röntgenstrahlenbelastung des Patienten und damit auch in der Regel des behandelnden Arztes minimiert wird.
Die Information ist bei einer Alternative zumindest zu einem mit dem Röntgenbildaufnahmesystem selbst gewonnenen 3D-Bilddatensatz bereitgestellt. Bei einem Röntgen-3D-Bilddatensatz ist der vom Röntgenbildaufnahmesystem beobachtbare Raum in Volumenelemente (sogenannte Voxel) unterteilt, und diesen Volumenelementen ist jeweils ein Grauwert zugeordnet, der z. B. der Dichte von Patientengewebe o. ä. entspricht. Mit Röntgen-C-Bögen lassen sich derartige 3D-Röntgenbilddatensätze gewinnen, es wird nämlich eine Folge von 2D-Röntgenbildern bei unterschiedlichen Stellungen des Röntgen-C-Bogens aufgenommen wird und hieraus ein 3D-Bilddatensatz errechnet wird.
Alternativ hierzu kann die Information zumindest teilweise zu einem mit einem von dem Röntgenbildaufnahmesystem verschiedenen Bildaufnahmesystem gewonnenen 3D-Bilddatensatz bereitgestellt sein. Damit die Information dann nachfolgend verwendbar ist, sollte dieser 3D-Bilddatensatz jedoch dem Röntgenbildaufnahmesystem lage- und dimensionsrichtig zugeordnet sein. Es sollte also eine Abbildungsvorschrift zwischen dem Objekt des 3D-Bilddatensatzes zum selben Objekt, das sich später im Röntgenbildaufnahmesystem befindet, ermittelt worden sein, dies bezeichnet man auch als Registrieren.
Zu den 3D-Bilddatensätzen kann die Information insbesondere darin bestehen, dass ein oder mehrere Volumenelemente ausgewählt werden. Die Auswahl kann vermittels zumindest einer Eingabe in ein Computersystem erfolgen. So kann eine Bedienperson in 2D-Darstellungen des 3D-Bilddatensatzes z. B. mithilfe einer Computermaus, Punkte markieren, und wenn dies anhand mehrerer Schnittdarstellungen erfolgt, lässt sich so ein Volumenelement festlegen. Ist der interventionelle Eingriff, der durch Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterstützt wird, eine Punktion, lässt sich beispielsweise das Punktionsziel durch eine Bedienperson in dem 3D-Bilddatensatz markieren. Das Röntgenbildaufnahmesystem empfängt entsprechende Eingaben des Benutzers und verarbeitet die so gewonnene Information weiter.
Alternativ zum Markieren vermittels zumindest einer Eingabe kann die zumindest eine Information auch aufgrund eines Bilderkennungsverfahrens ausgewählt werden. Bilderkennungsalgorithmen können bestimmte Strukturen im Patienten erkennen und daher z. B. auch ein Punktionsziel ermitteln.
Bei den beiden genannten Alternativen gehen dem erfindungsgemäßen Verfahren dann naturgemäß die entsprechenden Schritte des Empfangens von Eingaben bzw. des Durchführens eines Bilderkennungsverfahrens voraus. Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Situation aus, das die diesbezügliche Information bereits bereitgestellt ist.
Bei einer ganz anderen Alternative bzw. Ergänzung betrifft die zumindest eine Information zumindest teilweise den Ort eines medizinischen Hilfsmittels bzw. den Ort eines Abschnitts eines solchen. Der Ort wird typischerweise im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnahmesystems angegeben sein oder ist in dieses umrechenbar. Das medizinische Hilfsmittel ist beispielsweise eine Punktionsnadel, und es kann der Ort von deren Spitze automatisch ermittelt werden.
So ist bevorzugt auch die zumindest eine Information über den Ort zumindest teilweise vermittels eines automatischen Erfassungssystems bereitgestellt oder wird dieses (z. B. fortwährend). Solche automatischen Erfassungssysteme sind auch als Navigationssysteme bekannt. Typischerweise ist an dem medizinischen Hilfsmittel ein Sender angeordnet, der drahtlos Informationen sendet, und es wird der Ort des Senders erfasst. Bekannt sind Erfassungssysteme, die induktiv arbeiten: es sind dann drei Spulen, für jede Raumrichtung eine, zum Röntgenbildaufnahmesystem vorgesehen, und an dem medizinischen Hilfsmittel ist eine kleine Spule angeordnet, in der Spannungen induzierbar sind. Optische Systeme sind ebenfalls einsetzbar. Allerdings kann man damit nur das herausstehende Ende eines Instrumentes nachverfolgen. Von dessen Position kann die Lage der Spitze bei geraden Instrumenten berechnet werden.
Das automatische Erfassungssystem ist typischerweise zu dem Röntgenbildaufnahmesystem registriert, sodass die mithilfe des automatischen Erfassungssystems gewonnen Informationen in den Ort des medizinischen Hilfsmittels im Koordinatensystem des Röntgenbildaufnahmesystems umrechenbar sind.
Anstelle eines automatischen Erfassungssystems oder ergänzend hierzu kann eine Bilderkennung in einem mit dem Röntgenbildaufnahmesystem aufgenommenen Bild erfolgt sein oder erfolgen. Entweder wird das medizinische Hilfsmittel anhand eines Röntgenbildes, das in einer vorher eingenommenen Stellung aufgenommen wurde, grob lokalisiert, oder es wird ein Vorabbild bei niedriger Dosis mit einer Voreinstellung der Blendeinrichtung aufgenommen, dann wird die Bilderkennung an dem Vorabbild durchgeführt, und anschließend erfolgt die eigentliche Einstellung der Blendeinrichtung, bevor das dann mit einer höheren Dosis aufzunehmende Röntgenbild aufgenommen wird.
Wie bereits erwähnt, wird bevorzugt ein interessierender Bereich eines Bildobjekts, typischerweise eines Patienten, festgelegt. Der interessierende Bereich lässt sich als Mehr zahl von Volumenelementen definieren. Diese sollten in einem Röntgenbildaufnahmeraum des Röntgenbildaufnahmesystems definiert sein. Die Volumenelemente sind bei einer Alternative aufgrund der zumindest einen Information ermittelt worden oder sind ermittelbar.
Während in den 3D-Bilddatensätzen lediglich einzelne Volumenelemente markiert sein können oder ausgewählt sein können, ist der interessierende Bereich ein Bereich, der aus diesen Volumenelementen heraus definiert ist. Beispielsweise können das Volumenelement, in dem sich der Sollpunktionseintrittspunkt befindet, und das Volumenelement in dem sich das Punktionsziel befindet, ausgewählt sein. Da eine Punktionsnadel normalerweise geradlinig vom Punktionseintrittspunkt zum Punktionsziel führt, sind sämtliche Volumenelemente, die durch geradlinige Verbindung der genannten beiden Volumenelemente betroffen sind, die interessierenden Volumenelemente. Als interessierende Volumenelemente können auch benachbarte Volumenelemente nach einem vorbestimmten Kriterium ausgewählt werden.
Der Teilbereich wird bei gegebenen interessierenden Bereich im Volumen so ausgewählt, dass die Abbildung eines dieser Volumenelemente (genauer des Bildobjekts, das diese Volumenelemente erfüllt) einem vorbestimmten Kriterium genügt. Im einfachsten Fall ist das vorbestimmte Kriterium so ausgestaltet, dass der Teilbereich alle projizierten Volumenelemente aus der Mehrzahl von Volumenelementen umfasst, dass also der gesamte interessierende Bereich abgebildet ist. Naturgemäß lässt sich auch umgekehrt ein Bereich definieren, der nicht abgebildet werden soll, wenn z. B. Gewebe vor Röntgenstrahlen geschützt werden soll. Das Kriterium kann ferner umfassen, dass zu dem auf jeden Fall abzubildenden interessierenden Teilbereich auch noch aufgrund einer bestimmten Definition ein Bereich mit abgebildet wird.
Der Teilbereich kann rechteckig sein, dann lässt sich die Blendeinrichtung besonders einfach gestalten, weil lediglich senkrecht zueinander Lamellen verfahren werden müssen. Das Kriterium beinhaltet dann, dass ein bestimmter Mindestabstand vom Rand des Rechtecks zum interessierenden Teilbereich gegeben ist. Wenn jedem aus der Mehrzahl von Volumenelementen ein Flächenabschnitt entspricht, kann der Rand des Teilbereichs einen Mindestabstand zu sämtlichen solcher Flächenabschnitte haben.
Da das vorbestimmte Kriterium nicht unter sämtlichen Umständen das Geeignete ist, ist es wünschenswert, das Kriterium zu wechseln. So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein manuelles Umschalten auf einen anderen Modus ermöglicht, bei dem ein Teilbereich ausgewählt wird, der einem anderen vorbestimmten Kriterium genügt. Dieses Ermöglichen kann in dem Aktivieren einer Empfangsmöglichkeit für manuelle Eingaben bestehen. An das erfindungsgemäße Verfahren schließt sich dann gegebenenfalls der Schritt des manuellen Umschaltens an.
Anstatt das Kriterium zu ändern, ist es auch möglich, auch jenseits der speziellen genannten Ausführungsformen, den bestrahlten Teilbereich von Hand zu verändern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die diesbezügliche Möglichkeit bereitgestellt, z. B. durch Aktivieren einer Möglichkeit des Empfangens von Signalen von Bedienelementen hierfür.
Damit der Arzt stets darüber informiert ist, welcher Bereich von Röntgenstrahlung durchdrungen wird oder durchdrungen werden soll, kann vorgesehen sein, ein in dem Röntgenbildaufnahmesystem befindliches Bildobjekt mit Licht zu bestrahlen, wobei durch diese Bestrahlung mit Licht ein aufgrund der vorgesehenen Ausblendung von Röntgenstrahlung bestrahlter bzw. zu bestrahlender Bereich des Bildobjekts veranschaulicht wird. Das Licht kann großflächig die gesamte Fläche des Bildobjekts bestrahlen, an der Röntgenstrahlung eintritt, es kann auch nur die Kontur hiervon bestrahlt werden, oder es können andere Arten der Markierung eingesetzt werden. Es kann insbesondere auch ein Laserstrahl eingesetzt werden. Das Bestrahlen mit Licht kann vor, bei oder nach der Abgabe von Röntgenstrahlung abgestrahlt werden. Ein Anzeigen des zu bestrahlenden Bereichs vor der Abgabe von Röntgenstrahlung hat den Vorteil, dass der behandelnde Arzt die Platzierung seiner Hände an dem Licht orientieren kann, damit diese möglichst wenig, bevorzugt bei dem aufzunehmenden Bild überhaupt nicht, von Röntgenstrahlung durchdrungen werden.
Das erfindungsgemäße Röntgenbildaufnahmesystem weist einen in unterschiedliche Stellungen verfahrbaren Röntgen-C-Bogen auf, an dem eine Röntgenstrahlenquelle und ein Röntgenstrahlendetektor angeordnet sind. Es ist eine Blendeinrichtung zum Ausblenden eines Teils der von der Röntgenstrahlenquelle abgegebenen Röntgenstrahlung bereitgestellt, der einem räumlichen Bereich entspricht, wobei die Blendeinrichtung vermittels Steuerbefehlen einstellbar ist, um so unterschiedliche Teile der Röntgenstrahlung ausblenden zu können. Ein Röntgenbildaufnahmesystem weist üblicherweise eine Steuereinheit auf, wobei diese normalerweise die zentrale Steuereinheit ist, die auch durch Steuerbefehle an entsprechende Motoren für ein Verfahren des Röntgen-C-Bogens sorgt. Eine Steuereinheit, bevorzugt eben die zentrale Steuereinheit, ist dazu ausgelegt, Steuerbefehle an die Blendeinrichtung zu geben, die von vor einem Röntgen-C-Bogen eingenommenen oder auch vor von einem Röntgen-C-Bogen nachfolgend (insbesondere aufgrund von Steuerbefehlen derselben Steuereinheit) einzunehmenden, also geplanten, Stellung abhängig festgelegt sind.
Durch die Fähigkeit der Steuereinheit, Steuerbefehle an die Blendeinrichtung abzugeben, durch die festgelegt wird, welcher Teil der Röntgenstrahlung ausgeblendet wird, wobei die Steuerbefehle von der Stellung abhängig festgelegt sind, kann die Durchleuchtung eines Bildobjekts insbesondere eines Patienten so gestaltet werden, dass bei möglichst vielen und bevorzugt allen Stellungen zur Bilddarstellung nicht von Interesse seiende Bereiche ausgeblendet und daher nicht von Röntgenstrahlung durchdrungen werden.
Bevorzugt erfolgt dies unter Berücksichtigung einer Information über das mögliche (nämlich bevorzugt im Röntgenbildaufnahmesystem befindliche) Bildobjekt. Dementsprechend ist bevorzugt der Steuereinheit zumindest eine solche Information zuführbar, und die Steuereinheit ist dann dazu ausgelegt, diese Information auch beim Festlegen der Steuerbefehle zu berücksichtigen. Dann können die Steuerbefehle und somit die Einstellungen der Blendeinrichtung auf das Bildobjekt maßgeschneidert werden und die Strahlendosis, die das Bildobjekt durchdringt, kann möglichst gering gehalten werden.
Das Zuführen der Information kann dadurch erfolgen, dass das Röntgenbildaufnahmesystem eine Eingabe zu einem 3D-Bilddatensatz empfängt, wenn es entsprechend ausgelegt ist. Die Eingabe kann insbesondere im Auswählen zumindest eines Volumenelements zu einem 3D-Bilddatensatz bestehen, wenn das Röntgenbildaufnahmesystem entsprechend ausgelegt ist, also den 3D-Bilddatensatz in spezifischen Ansichten präsentieren kann und hierzu eine Interaktion mit dem Benutzer ermöglicht, nämlich über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie z. B. eine Computermaus.
Das Röntgenbildaufnahmesystem kann auch so ausgestaltet sein, dass es zum Empfangen von Informationen betreffend den Ort eines medizinischen Hilfsmittels oder eines Abschnitts eines solchen ausgelegt ist. Besagter Ort ist dann diejenige Information, die beim Festlegen der Steuerbefehle berücksichtigt wird. Es kann sich wie oben erwähnt um eine Punktionsnadelspitze handeln, die detektiert wird, und die Steuerbefehle können so ausgelegt sein, dass lediglich der Bereich zwischen der Punktionsnadelspitze und dem Punktionsziel dargestellt wird und andere Bereiche ausgeblendet werden.
Das Röntgenbildaufnahmesystem ermöglicht bevorzugt ein Nachregeln der Blendeinrichtung vermittels einer Benutzereingabe. Dies ist vorteilhaft, weil eine Automatisierung nicht immer perfekt funktioniert. Wünscht der behandelnde Arzt die Darstellung eines größeren Bereichs des Patienten, oder genügt ihm ein kleinerer Bereich, kann er die Blendeinrichtung nachregeln. Das Nachregeln kann so ausgestaltet sein, dass auf ein neues Kriterium umgeschaltet wird und im Rahmen dieses Kriteriums dann eine automatische Einstellung erfolgt. In diesem Falle muss die Steuereinheit in der Lage sein, unterschiedliche Kriterien anzulegen, um die Steuerbefehle abzugeben und über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise einen Drehschalter oder durch Auswahl einer Bedienperson in einem Menü die Information zu erhalten, welches Kriterium das jeweils aktuell zu verwendende ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Benutzer die Blendeinrichtung durch Bedienung eines von ihm berührbaren Gegenstandes unmittelbar verfährt. Ein solcher Gegenstand kann einem Joystick ähnlich sein. Auch einfache Umschaltknöpfe können eine Lösung darstellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Röntgenbildaufnahmesystem ist bevorzugt eine Lichtquelle vorgesehen, mithilfe derer ein von Röntgenstrahlen bestrahlter Bereich bei einer Einstellung der Blendeinrichtung veranschaulichbar ist. Die Lichtquelle kann aus einer Mehrzahl von kleinen Leuchtdioden bestehen, von denen jeweils nur einige aktiviert werden. Die Lichtquelle kann auch großräumig sein und ebenfalls mit einer Blendeinrichtung versehen werden, die entsprechend eingestellt wird. Als Lichtquelle können auch Laser eingesetzt sein.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
1 schematisch die Abbildung eines Volumenelements auf ein Flächenelement veranschaulicht,
2 in Anknüpfung an 1 markierte Volumenelemente aus einem 3D-Bilddatensatz veranschaulicht sowie deren Projektion in eine Ebene,
3 die Ebene aus 2 bei Ausblendung von Teilbereichen veranschaulicht und
4 in einer vereinfachten Darstellung veranschaulicht, wie eine unterschiedliche Ausblendung von Bereichen bei Röntgenstrahlen bei unterschiedlichen Stellungen gestaltet sein kann.
1 zeigt symbolisch, wie Strahlen von einer Röntgenstrahlenquelle Q ausgehen und zu einem Röntgenstrahlendetektor D gelangen. Vorliegend sind die Randstrahlen S1 bis S4 dargestellt, welche genau auf die Ecken des Detektors D gelangen. Die von der Röntgenstrahlenquelle Q ausgehende Röntgenstrahlung bildet nun den durch das Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y, z gebildeten Raum in seinem von den Randstrahlen S1 bis S4 und den diese verbindenden Flächen begrenzten Raum auf eine zweidimensionale Fläche ab, die durch die Koordinaten u und v beschrieben werden kann. Die Fläche ist der strahlungsempfindliche Bereich des Röntgenstrahlendetektors D.
Ein Volumenelement V wird von Röntgenstrahlung durchdrungen, beispielhaft ist ein Röntgenstrahl SV dargestellt. Der Röntgenstrahl SV wird in seiner Intensität durch die im Volumenelement V befindlichen Objekte und Objektteile geschwächt, genauso wie auch durch weitere Objekte und Objektteile in seinem Strahlengang. Eine Schwächung von Röntgenstrahlen spiegelt sich wider in Grauwerten in vom Röntgenstrahlendetektor D aufgenommenen Signalen. Das Volumenelement V leistet einen Beitrag zur Definition der Grauwerte im Bereich einer Fläche F, die eine Teilfläche der strahlungsempfindlichen Fläche des Röntgenstrahlendetektors D ist. Befinden sich im Volumenelement V bestimmte Strukturen, so werden diese somit auf das Flächenelement F abgebildet.
Nun stehen bei bestimmten Röntgenabbildungen bestimmte Strukturen des Bildobjekts im Zentrum des Interesses. Bei einer Punktion steht beispielsweise das Punktionsziel im Zentrum des Interesses und zumindest ein Teil des zum Punktionsziel führenden Pfads. Andere Bereiche des Patienten sind hingegen nicht von Interesse. Daher ist es wünschenswert, werden diese Bereiche nicht von Röntgenstrahlung durchdrungen. Dies lässt sich nun dadurch verwirklichen, dass eine Blendeinrichtung bereitgestellt wird, die die Röntgenstrahlung bereichsweise ausblendet. Die Blendeinrichtung ist zwischen Röntgenstrahlenquelle Q und Patienten vorzusehen.
Solches Ausblenden wird im Folgenden beispielhaft anhand von 2 und 3 erläutert:
Es stehe einem behandelnden Arzt ein 3D-Röntgenbilddatensatz zur Verfügung, in dem er Strukturen erkennen kann. In diesem 3D-Bilddatensatz markiert der Arzt nun das Punktionsziel und die Einstichstelle. Es genügt, zwei Volumenelemente mit Markierungen zu versehen, und diese Volumenelemente sind in 2 gezeigt und beispielhaft mit V1 und V2 bezeichnet. V1 zeigt ein Volumenelement, das vom Punktionsziel ausgefüllt ist, V2 ein Volumenelement, an dem sich eine Solleinstichstelle für die Punktion befindet, die der Arzt vor der Operation festlegt. 2 zeigt, wie ein Bild aussehen würde, bei dem keine Ausblendung erfolgt ist. Die Volumenelemente V1 und V2 sind auf Flächenelemente F1 und F2 eines Bildes B1 abgebildet. Es gibt nun ganze Bereiche im Bild B1, die für den behandelnden Arzt gar nicht von Interesse sind, beispielhaft sei der Flächenbereich F3 genannt. Das fertige Bild B1 könnte man geeignet zuschneiden, um lediglich die Flächenelemente F1 und F2 sowie den dazwischen befindlichen Bereich FZ übrig zu behalten. Anstatt das Bild zuzuschneiden, kann jedoch nun genauso gut vorgesehen sein, dass man lediglich ein Bild, das so groß ist wie es ein zugeschnittenes Bild wäre, aufgenommen wird, und dass andere Flächenbereiche gar nicht erfasst werden. Durch geeignete Paare von geradlinigen Blenden lässt sich so das von der Röntgenstrahlenquelle Q ausgehende Strahlenbündel so begrenzen, dass man das Bild B2 aus 3 erhält, in dem lediglich ein Teilbereich B2T überhaupt belichtet ist, während die außerhalb des Teilbereichs B2T liegenden strahlungsempfindlichen Elemente des Röntgenstrahlendetektors D nicht von Röntgenstrahlung getroffen worden sind. Das Bild B2T genügt den Zwecken des behandelnden Arztes vollständig.
Nach Vornahme der Auswahl der Volumenelemente V1 und V2 lässt sich ermitteln, wie die Röntgenstrahlung optimal auf einen solchen Bereich begrenzt werden kann, dass die Flächenbereiche F1, F2 und der dazwischenliegende Flächenbereich FZ zwar gerade abgebildet werden, in einem gewissen Maße außerhalb von diesen Flächenbereichen liegende Flächenbereiche jedoch nicht mit abgebildet werden. Voraussetzung hierfür ist, dass dem Röntgenbildaufnahmesystem die Volumenelemente V1 und V2 in seinem Bildraum, der durch die Koordinaten x, y und z definiert ist, lokalisiert sind. Werden die Volumenelemente V1 und V2 in 3D-Röntgenbildern markiert, die mit dem Röntgenbildaufnahmesystem selbst aufgenommen worden sind, ist die Lage der Volumenelemente V1 und V2 bei unveränderter Lage des Patienten durch die Bilddaten definiert. Alternativ lassen sich zwei Volumenelemente auch in einem 3D-Bilddatensatz markieren, der von einem anderen Bildaufnahmesystem gewonnen wurde, dann muss dieser 3D-Bilddatensatz zu dem Röntgenbildaufnahmesystem registriert werden, also lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden.
Zu jeder Stellung von Röntgenstrahlenquelle Q und Röntgenstrahlendetektor D lässt sich nun der optimale Zuschnitt des Bildausschnitts B2T, also eine optimale Blendeneinstellung, ermitteln.
4 veranschaulicht symbolisch die Situation in einer Seitenansicht:
Dargestellt sind wieder die Volumenelemente V1 und V2, nicht dargestellt ist der Patient. Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor werden nun gekoppelt zueinander bewegt, z. B. wird ein Röntgen-C-Bogen, an dem beide angeordnet sind, verschwenkt. Die Drehachse steht im vorliegenden Fall senkrecht zur Papierebene der 4.
Befindet sich nun die Röntgenstrahlenquelle in der mit Q1 angegebenen und somit der Röntgenstrahlendetektor an der mit D1 angegebenen Stelle, können zwei Lamellen (in den Figuren nicht gezeigt) einen Teil der von der Quelle Q ausgehenden Röntgenstrahlen ausblenden, nämlich den mit SA1 bezeichneten Teil, während der mit SD1 bezeichneten Teil der Röntgenstrahlung durchgelassen wird. Man sieht, dass die Volumenelemente V1 und V2 dann gerade von Röntgenstrahlung durchdrungen werden. Verschwenkt man nun Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor in die mit Q2 bzw. D2 angegebene Stellung, lässt sich nunmehr ein größerer Teil SA2 der Röntgenstrahlung ausblenden, während ein kleinerer Teil SD2 notwendig ist, damit die Volumenelemente V1 und V2 auch bei dieser Stellung von Röntgenstrahlung durchdrungen werden. Dreht man die Anordnung aus Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor noch weiter, die Röntgenstrahlenquelle in die mit Q3 bezeichnete Stellung, den Röntgenstrahlendetektor damit gekoppelt in die mit D3 bezeichnete Stellung, so lässt sich nochmals mehr Röntgenstrahlung ausblenden: Die ausgeblendete Röntgenstrahlung ist mit SA3, die durchgelassene Röntgenstrahlung mit SD3 bezeichnet. Da aus Sicht der Röntgenstrahlenquelle Q3 die Volumenelemente V1 und V2 fluchten, ist die Bildhöhe d3 in dieser Stellung wesentlich kleiner als die Bildhöhe d1 in der Stellung gemäß Röntgenstrahlenquelle Q1 und Röntgenstrahlendetektor D1. Bei der Stellung mit Röntgenstrahlenquelle Q3 und Röntgenstrahlendetektor D3 genügt eine Bildhöhe d3, und es kann ein wesentlich größerer Anteil SA3 an Röntgenstrahlung ausgeblendet werden als der Anteil SA1 in der Stellung gemäß Röntgenstrahlenquelle Q1 und Röntgenstrahlendetektor D1. Die Bildhöhe d1 in letzterer Stellung ist jedoch gegenüber der maximalen Bildhöhe des Röntgenstrahlendetektors bzw. seiner strahlungsempfindlichen Fläche immerhin bereits eingeschränkt.
Eine Steuereinheit eines Röntgenbildaufnahmesystems kann in der oben beschriebenen Weise eine Information über die Volumenelemente V1 und V2 zugeführt werden, und diese Steuereinheit kann selbsttätig berechnen, wie weit der eigentliche Bildbereich B2T bei einer bestimmen Stellung eingeschränkt werden kann. Wenn der Röntgen-C-Bogen mit Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor verschwenkt, wird die Blendeinrichtung entsprechend angepasst, damit bei jeder Stellung möglichst wenig Röntgenstrahlung überflüssigerweise durch das Bildobjekt, nämlich den Patienten, gestrahlt wird.
Das Volumenelement V2 muss nicht notwendigerweise die Einstichstelle für die Punktionsnadel wiedergeben:
Es ist alternativ auch möglich, dass die Spitze der Punktionsnadel detektiert wird und dieser das Volumenelement V2 zugeordnet wird. In diesem Falle nähert sich V2 immer mehr V1, wenn die Punktion durchgeführt wird. Der behandelnde Arzt muss nicht das bereits durchstochene Gewebe im Röntgenbild betrachten, sodass sich das System darauf beschränken kann, den Bereich zwischen V1, an dem sich das Punktionsziel befindet, und V2, das jeweils aktuell erfasst wird, abzubilden. Die Punktionsnadelspitze kann mithilfe von bekannten Navigationssystemen erfasst werden.
Das Röntgenbildaufnahmesystem muss mit einem solchen Navigationssystem dann gekoppelt werden, damit die Information in dem Röntgenbildaufnahmesystem zugehörigen Koordinaten x, y und z definiert ist. Mit anderen Worten muss das Navigationssystem zum Röntgenbildaufnahmesystem registriert sein.
Neben dem Patienten wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch der behandelnde Arzt geschützt, der bei einer Punktion seine Hände am Patienten halten muss, sodass diese daher auch von Röntgenstrahlung durchdrungen werden könnten. Solche Röntgenstrahlung wird ebenfalls minimiert.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbildaufnahmesystems, in dem eine Röntgenstrahlenquelle (Q; Q1, Q2 Q3) und ein Röntgenstrahlendetektor (D; D1, D2, D3) miteinander gekoppelt in unterschiedliche Stellungen (Q1, Q2, Q3; D1, D2, D3) verbringbar sind, und wobei die von der Röntgenstrahlenquelle (Q; Q1, Q2 Q3) abgegebene Röntgenstrahlung bereichsweise, (SA1, SA2, SA3) durch eine Blendeinrichtung ausblendbar ist, so dass nur ein Teilbereich (B2T) einer strahlungsempfindlichen Fläche des Röntgenstrahlendetektors (D; D1, D2, D3) von Röntgenstrahlung getroffen wird, wobei bei dem Verfahren die Blendeinrichtung angesteuert und so eingestellt wird, dass bei zumindest einer Stellung nur ein von der Stellung von Röntgenstrahlenquelle (Q; Q1, Q2 Q3) und Röntgenstrahlendetektor (D; D1, D2, D3) abhängiger Teilbereich (B2T) der strahlungsempfindlichen Fläche bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bei dem bei zumindest einer Stellung ein zu einer bezüglich der strahlungsempfindlichen Fläche des Röntgenstrahlendetektors definierten Symmetrieachse asymmetrischer Teilbereich (B2T) bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bei dem der Teilbereich (B2T) unter Berücksichtigung zumindest einer Information über ein mögliches Bildobjekt ermittelt oder ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die zumindest eine Information zumindest teilweise zu einem mit dem Röntgenbildaufnahmesystem gewonnenen 3D-Bilddatensatz bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die zumindest eine Information zumindest teilweise zu einem mit einem von dem Röntgenbildaufnahmesystem verschiedenen Bildaufnahmesystem gewonnenen 3D-Bilddatensatz bereitgestellt ist, der dem Röntgenbildaufnahmesystem lage- und dimensionsrichtig zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 bei dem die Information zumindest teilweise darin besteht, dass zumindest ein Volumenelement (V1, V2) in dem 3D-Bilddatensatz vermittels zumindest einer Eingabe in ein Computersystem markiert wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die zumindest eine Information zumindest teilweise darin besteht, dass zumindest ein Volumenelement in dem 3D-Bilddatensatz aufgrund eines Bilderkennungsverfahrens ausgewählt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die zumindest eine Information zumindest teilweise den Ort eines medizinischen Hilfsmittels bzw. den Ort eines Abschnitts eines solchen betrifft.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die zumindest eine Information über den Ort zumindest teilweise vermittels eines automatischen Erfassungssystems bereitgestellt ist oder wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die zumindest eine Information über den Ort zumindest teilweise vermittels Bilderkennung an einem mit dem Bildaufnahmesystem aufgenommenen Bild bereitgestellt ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem aufgrund der zumindest einen Information eine Mehrzahl von Volumenelementen in einem Bildaufnahmeraum ermittelbar ist und der Teilbereich so ausgewählt ist, dass die Abbildung (F1, FZ, F2) eines Objektinhalts dieser Volumenelemente einem vorbestimmten Kriterium genügt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Teilbereich (B2T) alle projizierten Volumenelemente (F1, FZ, F2) aus der Mehrzahl von Volumenelementen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Teilbereich (B2T) rechteckig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem ein manuelles Umschalten auf einen anderen Modus ermöglicht wird, bei dem ein Teilbereich ausgewählt wird, der einem anderen vorbestimmten Kriterium genügt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein manuelles Verändern des bestrahlten Teilbereichs ermöglicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor, bei oder nach der Abgabe von Röntgenstrahlung ein Bildobjekt mit Licht bestrahlt wird, durch das ein aufgrund der vorgesehenen Ausblendung bestrahlter Bereich des Bildobjekts veranschaulicht wird.
Röntgenbildaufnahmesystem, mit einem in unterschiedliche Stellungen verfahrbaren Röntgen-C-Bogen, an dem eine Röntgenstrahlenquelle (Q; Q1, Q2 Q3) und ein Röntgenstrahlendetektor (D; D1, D2, D3) angeordnet sind, wobei eine Blendeinrichtung zum Ausblenden eines Teils (SA1, SA2, SA3) der von der Röntgenstrahlenquelle abgegebenen Röntgenstrahlung, der einem räumlichen Bereich entspricht, bereitgestellt ist, wobei die Blendeinrichtung vermittels Steuerbefehlen einstellbar ist, um so unterschiedliche Teile (SA1, SA2, SA3) der Röntgenstrahlung ausblenden zu können, und wobei eine Steuereinheit des Röntgenbildaufnahmesystems dazu ausgelegt ist, Steuerbefehle an die Blendeinrichtung abzugeben, die von einer vom Röntgen-C-Bogen eingenommenen oder nachfolgend einzunehmenden Stellung abhängig festgelegt sind.
Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 17, bei dem der Steuereinheit zumindest eine Information über ein mögliches Bildobjekt zuführbar ist und die Steuereinheit zum Festlegen der Steuerbefehle unter Berücksichtigung einer solchen Information ausgelegt ist.
Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 18, das zum Empfangen einer Eingabe zu einem 3D-Bilddatensatz, insbesondere zum Auswählen zumindest eines Volumenelements, (V1, V2) in einem 3D-Bilddatensatz, ausgelegt ist.
Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 18 oder 19, das zum Empfangen von Informationen betreffend den Ort eines medizinischen Hilfsmittels oder eines Abschnitts eines solchen ausgelegt ist.
Röntgenbildaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das ein Nachregeln der Blendeinrichtung vermittels einer Benutzereingabe ermöglicht.
Röntgenbildaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 17 bis 21 mit einer Lichtquelle zum Veranschaulichen eines von Röntgenstrahlung durchstrahlten bzw. durchstrahlbaren Bereichs bei einer Einstellung der Blendeinrichtung.