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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes einer ein Untersuchungsobjekt enthaltenden Körperregion eines Patienten mit einer bestimmten Projektionsachse. In der Medizin werden zur Diagnostik und Therapie Röntgenbilder der Körperregion eines Patienten angefertigt. In bestimmten Fällen ist es hierzu erforderlich, die Bilder aus einer bestimmten Projektionsachse, also aus einer bestimmten Richtung anzufertigen, damit auf einem Projektionsbild die betrachteten Untersuchungsobjekte in gewünschter Weise erscheinen. Eine Herausforderung stellt daher die korrekte Positionierung des Röntgengerätes dar. Bisher wurde dazu zunächst ein Projektionsbild der Körperregion eines Patienten aus einer ersten Position des Röntgengerätes angefertigt, aus dem der Bediener des Gerätes ungefähr schließen konnte, wie er das Gerät bewegen muss, um eine Zielposition mit der gewünschten Projektionsachse zu erreichen. Jedoch war es unwahrscheinlich, bereits nach einer einzigen entsprechenden Bewegung bereits die Zielposition erreicht zu haben. Es wurde sich daher der Zielposition in einem ersten Schritt nur angenähert. Um eine genaue Positionierung zu erreichen, war es daher notwendig weitere Bilder anzufertigen, um sich so iterativ der gewünschten Zielposition annähern zu können. Dabei wird jedoch der Patient einer hohen Strahlendosis ausgesetzt und das Verfahren erfordert einen hohen Zeitaufwand.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 022 803 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung beispielsweise eines C-Bogens eines Röntgengeräts bekannt, bei welchem eine röntgenpositive Struktur in den Strahlengang des Röntgengerätes manuell platziert wird, um mit diesem eine gewünschte Aufnahmerichtung anzugeben.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 103 35 656 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung der Komponenten einer Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt, bei welchem für eine Positionierung des C-Bogens mindestens zwei Röntgenaufnahmen eines Untersuchungsobjektes unter zwei unterschiedlichen Projektionsgeometrien aufgenommen werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 055 133 A1 ist ein Verfahren zur Positionierung einer Röntgeneinrichtung bekannt, wobei ein Untersuchungszentrum optimal abgebildet werden soll. Hierzu ist vorgesehen, das Untersuchungszentrum im Isozentrum der Röntgenaufnahmeeinrichtung anzuordnen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes einer ein Untersuchungsobjekt enthaltenden Körperregion eines Patienten mit einer bestimmten Projektionsachse anzugeben, das hinsichtlich des Aufwands und der Strahlenbelastung des Patienten verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass zunächst mit Hilfe eines an einem Träger fixierten, sich in einer ersten Position befindlichen Röntgengerätes, ein erstes Projektionsbild der Körperregion des Patienten angefertigt wird. Die erste Position des Röntgengerätes wird wie bei der bisher bekannten Vorgehensweise durch den Bediener des Röntgengerätes nach dessen Geschick so gewählt, dass die durch die Position des Röntgengerätes bestimmte Projektionsachse möglichst nahe der gewünschten Projektionsachse liegt.
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In einem zweiten Schritt wird dann der Ist-Wert eines geometrischen Parameters einer in dem Projektionsbild erkennbaren Struktur mit einem Soll-Wert des geometrischen Parameters der Struktur verglichen. Dies kann mittels einer im Röntgengerät vorhandenen Bildverarbeitungssoftware geschehen. Der Soll-Wert ist beispielsweise in dem Röntgengerät gespeichert und kann von einem Bediener in dem jeweiligen Fall ausgewählt werden. Der Soll-Wert ist jener Wert, den der geometrische Parameter der Struktur in einem Projektionsbild mit der gewünschten Projektionsachse hat.
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Aus einem sich bei dem Vergleich ergebenden Unterschied zwischen Ist-Wert und Soll-Wert des geometrischen Parameters der Struktur wird eine Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der gewünschten Projektionsachse ermittelt.
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Aus der Abweichung wird dann ein Korrektursignal berechnet, anhand dessen das Röntgengerät durch eine entsprechende Bewegung in eine Zielposition gebracht wird, so dass die Projektionsachse der gewünschten Projektionsachse entspricht.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, dass zur korrekten Positionierung des Röntgengerätes lediglich eine Aufnahme des Patienten benötigt wird und dass anhand eines vorgegebenen Soll-Wertes die Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der Projektionsachse ermittelt werden kann und dann das Gerät ohne weitere Zwischenschritte direkt ausgerichtet und in die Zielposition gebracht werden kann. Es wird dadurch die Anfertigung von unnötigen weiteren Röntgenbildern des Patienten vermieden. Dadurch werden sowohl Patient als auch medizinisches Personal vor einer erhöhten Strahlenexposition geschützt und es kann Zeit eingespart werden, da das Verfahren gegenüber einem iterativen Verfahren, bei dem mehrere Aufnahmen angefertigt werden müssen, verkürzt wird.
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Vorzugsweise wird eine Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der gewünschten Projektionsachse hinsichtlich einer Drehachse ermittelt. Es wird also der Winkel ermittelt, um den die erste Position des Röntgengerätes hinsichtlich einer Bewegung um die Drehachse von der Zielposition abweicht. Die Drehachse wird durch die konstruktive Ausgestaltung des Röntgengerätes und dessen Träger bestimmt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der gewünschten Projektionsachse hinsichtlich des Abstandes ermittelt. Eine derartige Abweichung ergibt sich, wenn die betrachtete Struktur nicht in der Mitte des Projektionsbildes liegt und somit nicht von dem Zentralstrahl des Röntgengerätes erfasst wird. Durch die sich von der Röntgenquelle aus kegelförmig ausbreitenden Röntgenstrahlen wird die Struktur in einem solchen Fall in einem Projektionsbild derart abgebildet, dass der geometrische Parameter nicht dem Soll-Wert entspricht. Zur Korrektur ist daher eine translatorische Bewegung des Röntgengerätes parallel zur Projektionsebene des Projektionsbildes erforderlich.
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Die Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der gewünschten Projektionsachse setzt sich häufig aus einer Kombination von oben beschriebener Drehung um eine Drehachse als auch der translatorischen Bewegung zusammen.
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Vorzugsweise wird als Träger des Röntgengerätes ein C-Bogen eingesetzt. Dadurch kann das daran fixierte Röntgengerät auf einfache Weise bewegt und in Bezug auf den Patienten geeignet positioniert werden. Durch den C-Bogen wird auch die Drehachse vorgegeben, um die das Röntgengerät gedreht werden kann, wenn dieses entlang des C-Bogens verfahren wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Struktur aus dem Skelett des Patienten ersichtlich. Beispielsweise kann dies ein Wirbelkörper der Wirbelsäule des Patienten sein. Zur Ausrichtung des Röntgengerätes kann das sogenannte Pedikelauge als Struktur herangezogen werden, welches ein Abbild des Pedikels darstellt und projektionsbedingt in einer anterior-posterior durchgeführten Röntgenaufnahme besonders ausgeprägt ist.
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Weiterhin kann die Ausrichtung des Röntgengerätes anhand der Endplatten der Wirbelkörper erfolgen, so dass der Röntgenstrahl dazu parallel ist. Sowohl bei der Ausrichtung anhand des Pedikelauges als auch der Endplatten sind in der Bildverarbeitungssoftware typische Verkippungen dieser Körper hinterlegt, sodass eine Ermittlung der Abweichung der Lage des Röntgengerätes bezüglich der Projektionsachse durchgeführt werden kann.
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Das Verfahren ist aber auch insbesondere auf Strukturen anwendbar, die durch Fremdkörper hervorgerufen werden. Eine derartige Struktur stellt beispielsweise ein Nagel dar, der in einen Knochenhohlraum eingeführt wird, um eine gegenseitige Verschiebung oder Rotation der bei einem Bruch entstehenden Knochenfragmente zu vermeiden. Insbesondere können als Struktur einzelne innerhalb des Nagels vorhandene Löcher dienen, die zur Aufnahme von Schrauben zur Fixierung des Nagels mit dem Knochen in den Nagel eingebracht wurden.
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Als geometrischer Parameter der Struktur ist besonders die Umrissform geeignet, da diese von einer Bildverarbeitungssoftware leicht erkannt und verarbeitet werden kann. Beispielsweise lässt sich die Umrissform des in einem Nagel vorhandenen Loches zum Vergleich von Soll- und Ist-Werten heranziehen. So kann die gewünschte Projektionsachse derart bestimmt sein, dass der Soll-Wert der Umrissform des Loches einen Kreis beschreibt, während der Ist-Wert, der einer Aufnahme mit einer anderen Projektionsachse zu entnehmen ist, eine elliptische Umrissform beschreibt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Röntgengerät anhand des Korrektursignals manuell durch einen Bediener um die Drehachse bewegt. Diesem werden mit Hilfe des Korrektursignals Informationen, beispielsweise auf einem Monitor angezeigt, die ihm signalisieren, in welche Richtung und um welchen Weg er das Röntgengerät zu bewegen hat, um dieses in die Zielposition zu bringen. Um diese Information zu liefern, benötigt das Röntgengerät beispielsweise Winkelgeber, die die derzeitige Position erfassen. Alternativ dazu können auch Navigationsdaten diese Informationen über die derzeitige Position zur Verfügung stellen.
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Wenn das Röntgengerät anhand des Korrektursignals automatisch in die Zielposition bewegt wird, kann das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden und die Genauigkeit der Positionierung erhöht werden. Es wird durch das Korrektursignal ein in dem Träger des Röntgengerätes vorhandener Motor angesteuert und das Röntgengerät in die Zielposition gebracht, ohne dass ein Bediener hierzu erforderlich ist. Des Weiteren ist ein halbautomatisches Bewegen des Röntgengerätes in die Zielposition möglich. Hierbei wird das Röntgengerät von einem Bediener geführt, aber motorisch gesteuert, das heißt, wenn der Bediener das Röntgengerät weiter als notwendig bewegen will, wird es in dieser Position gestoppt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 einen C-Bogen mit einem Röntgengerät in einer ersten Position,
- 2 ein erstes Projektionsbild eines Nagels mit einem ellipsenförmigen Loch,
- 3 ein Projektionsbild mit dem Soll-Wert der Umrissform des Loches,
- 4 einen C-Bogen in der Zielposition,
- 5 ein Projektionsbild eines Nagels mit einem kreisförmigen Loch,
- 6 ein Projektionsbild eines Wirbelkörpers mit Pedikelaugen.
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Gemäß 1 weist ein Röntgengerät 2 eine Röntgenquelle 4 und einen Röntgendetektor 6 auf, die beide wiederum an den entgegengesetzten Enden eines Trägers 8, der hier als C-Bogen ausgestaltet ist, fixiert sind. Zwischen Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 6 befindet sich ein nicht dargestellter Patient mit einem Nagel 10, der zur Fixierung von Knochenfragmenten in den Patienten eingebracht wurde. Der Nagel 10 weist ein als Struktur 12 dienendes Loch zur Aufnahme einer Schraube auf. Zur korrekten Positionierung des Röntgengerätes für das Einbringen einer Schraube in das von außen nicht sichtbare Loch wird das erfindungsgemäße Verfahren angewandt.
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Gemäß diesem Verfahren wird nun aus einer ersten, in 1 dargestellten Position des Röntgengerätes 4 ein erstes Projektionsbild 14 der Körperregion des Patienten angefertigt, wie es in 2 dargestellt ist. Diese erste Position wird durch einen Bediener frei gewählt. In diesem Fall ist die von der Röntgenquelle 4 zum Röntgendetektor gerichtete Projektionsachse 16 um einen Winkel α gegen die gewünschte Projektionsachse 18, die in diesem Fall senkrecht durch das Loch verläuft, verdreht. Die erste Position des Röntgengerätes 2 weicht daher von einer gewünschten Zielposition, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Projektionsachse 16 mit der gewünschten Projektionsachse 18 zusammenfällt, ab.
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Das in 2 dargestellte Projektionsbild 14 zeigt einen Knochen 20 des Patienten, in den der Nagel 10 mit dessen Loch eingebracht wurde. Das als durch eine Bildverarbeitungssoftware erkennbare Struktur 12 dienende Loch weist darauf eine für die Projektionsachse 16 charakteristische, als geometrischen Parameter dienende Umrissform auf. In diesem Fall erscheint das Loch als Ellipse. Diese auf dem Projektionsbild konkrete Umrissform bildet dabei den Ist-Wert.
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In 3 ist nun ein Projektionsbild 30 des Nagels 10 mit dem Loch zu sehen. Dabei weist dieses genau die Umrissform auf, die sich bei Anfertigung eines Projektionsbildes mit der gewünschten Projektionsachse ergibt. Diese Umrissform liefert somit den Soll-Wert für das weitere Verfahren. In diesem Fall beschreibt der Soll-Wert der Umrissform einen Kreis. Ein derartiger Soll-Wert ist in einer Datenbank des Röntgengerätes 2 gespeichert und wird durch den Bediener aufgerufen.
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In einem nächsten Schritt wird der aus dem Projektionsbild 14 bekannte Ist-Wert der Umrissform der Struktur 12 mit dem vorgegebenen Soll-Wert mittels einer in dem Röntgengerät 2 vorhandenen Bildverarbeitungssoftware verglichen.
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Aus einem Unterschied zwischen Ist-Wert und Soll-Wert der Umrissformen des Loches wird durch eine entsprechend intelligente Bildverarbeitungssoftware eine Abweichung der Lage des Röntgengeräts 2 bezüglich der gewünschten Projektionsachse 18 hinsichtlich der Drehachse ermittelt. Das Ergebnis dieser Berechnung muss somit in diesem Fall ergeben, dass die erste Position von der Zielposition einer Drehung um den Winkel α um die Drehachse abweicht.
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Aus dieser Abweichung wird dann ein Korrektursignal berechnet, anhand dessen das Röntgengerät durch Bewegung um die Drehachse in die Zielposition gemäß 4 gebracht wird. Dies kann einerseits dadurch geschehen, dass dem Bediener Informationen auf einem Monitor angezeigt werden, die ihm signalisieren, in welche Richtung und um welchen Weg er das Röntgengerät zu bewegen hat, um dieses in die Zielposition zu bringen. Um diese Information zu liefern, benötigt das Röntgengerät beispielsweise Winkelgeber, die die derzeitige Position erfassen. Eine andere Möglichkeit das Röntgengerät in die Zielposition zu bewegen besteht darin, dass mittels des Korrektursignals Motoren angesteuert werden, die das Röntgengerät automatisch bewegen, ohne dass ein Bediener in diesen Prozess eingreifen muss.
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Nach der Ausrichtung stimmt die Projektionsachse 16 mit der gewünschten Projektionsachse 18 überein, so dass der Winkel α zwischen den beiden Achsen 0° beträgt und ein Röntgenstrahl senkrecht von oben auf die Struktur 12, nämlich das Loch des Nagels 10, trifft. Ein entsprechendes Projektionsbild 40, das aus der in 4 dargestellten Zielposition des Röntgengeräts 2 angefertigt wurde, ist in 5 gezeigt. Dieses zeigt den Knochen 20 mit dem Nagel 10 und dem darin befindlichen Loch, wobei projektionsbedingt die Umrissform des Loches dem Soll-Wert entspricht. Das in dem Nagel 10 befindliche Loch ist somit als Kreis abgebildet.
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Ein weiterer Anwendungsfall des Verfahrens findet sich in der Wirbelsäulenchirurgie. Hier erfolgt die Ausrichtung eines Röntgengeräts 2 anhand eines in 6 in einer anterior-posterior durchgeführten Aufnahme eines Wirbelkörpers 50. Charakteristisch für eine derartige Projektionsaufnahme sind die sich ausbildenden Pedikelaugen 52, die in diesem Fall als Struktur 20 dienen. Das Pedikelauge entspricht dem Projektionsbild des Pedikelkanals in eine Ebene. Es bewirkt im Röntgenprojektionsbild eine erhöhte Röntgenabsorption und erscheint daher als eine sich dunkel abhebende annähernd elliptische Struktur. Über den je nach Projektionsachse veränderten Umriss dieser Pedikelaugen 52 kann wiederum gemäß dem Verfahren eine Ausrichtung des Röntgengerätes 2 in eine bestimmte Zielposition erfolgen.
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Das Verfahren kann auch bei der Positionierung eines bestimmten Werkzeugs, wie z.B. eines Bohrers eingesetzt werden, das für eine Operation benötigt wird. Dazu wird das Röntgengerät, insbesondere ein C-Bogen wie oben geschildert optimal positioniert, so dass der Röntgenstrahl senkrecht von oben auf eine betrachtete Struktur, also z.B. auf ein Loch eines Nagels oder im Beispiel der Wirbelsäulenchirurgie auf das Pedikelauge trifft. Mit Hilfe eines Laservisiers kann dem Anwender somit die genaue Position für z.B. einen perkutanen Eingriff dargestellt werden. Wird die Mittelachse des verwendeten Werkzeugs (z.B. Bohrer, Ahle) an der dem Patienten abgewandten Seite (distal) mit einem Kreuz markiert, dann kann der Eingriff mit Hilfe des Laservisiers an der richtigen Position in der richtigen Richtung wie folgt durchgeführt werden: Zunächst wird das Röntgengerät gemäß dem beschriebenen Verfahren positioniert, so dass der Zentralstrahl senkrecht von oben auf die Mitte des interessierenden Bereichs trifft. Danach wird das Laservisier eingeschaltet und die entsprechende Stelle am Patienten markiert. Das proximale Ende des Werkzeugs wird anschließend an diese markierte Stelle positioniert. Schließlich muss das distale Ende des Werkzeugs so positioniert werden, dass das Laservisier mit der markierten Mittelachse zur Deckung kommt. Durch ein derartiges Vorgehen kann das Werkzeug positioniert werden, ohne dass eine zusätzliche Röntgenaufnahme nach dessen Positionierung erforderlich ist.
