DE102009013572A1

DE102009013572A1 - Verfahren zur automatischen Positionierung einer Röntgenquelle eines Röntgensystems und Röntgensystem

Info

Publication number: DE102009013572A1
Application number: DE102009013572A
Authority: DE
Inventors: Cecile Dr. Mohr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: US8696200B2; DE102009013572B4; US20100239070A1

Abstract

Für eine besonders schnelle und einfache Röntgenuntersuchung ist ein Verfahren zur automatischen Positionierung einer positionierbaren Röntgenquelle (16) eines Röntgensystems (24) bezüglich eines mobilen Röntgendetektors (15) mit den folgenden Schritten vorgesehen: - Detektion der Position des mobilen Röntgendetektors (15), - Weitergabe der Position an das Röntgensystem (24), - Bestimmung einer zur Position des mobilen Röntgendetektors (15) für die Aufnahme eines Röntgenbildes ausgerichteten Position der Röntgenquelle (16) und - Ansteuerung der positionierbaren Röntgenquelle (16) zur Bewegung in die ausgerichtete Position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Positionierung einer Röntgenquelle eines Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Röntgensystem zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 5.
In der digitalen Röntgenbildgebung sind als Festkörperdetektoren ausgebildete Röntgendetektoren zur Aufnahme von Röntgenabbildungen eines Untersuchungsobjektes bekannt, bei denen eine Röntgenstrahlung durch einen Szintillator oder eine Direktkonverterschicht in elektrische Ladung umgewandelt und anschließend mittels aktiver Auslesematrizen elektronisch ausgelesen wird. Anschließend werden die die Untersuchungsergebnisse repräsentierenden Abbildungsdaten an eine Auswertungs- und Anzeigevorrichtung übertragen und für die Abbildungserstellung weiterverarbeitet (Aufsatz „Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" von M. Spahn, V. Heer, R. Freytag, veröffentlicht in der Zeitschrift Radiologe 43, 2004, Seiten 340 bis 350).
Beispielsweise aus der DE 101 18 745 C2 sind mobile Röntgendetektoren bekannt, die beliebig und unabhängig von einem zugehörigen Röntgensystem im Raum positioniert werden können. Solche Röntgendetektoren können kabelgebunden oder kabellos sein. Bei derartigen Röntgensystemen ist es üblich, dass nach der Positionierung des Röntgendetektors eine Bedienperson die Röntgenquelle relativ zu dem Röntgendetektor manuell so positioniert, dass ein Röntgenbild aufgenommen werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache und schnelle Positionierung der Röntgenquelle gewährleistet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgensystem bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur automatischen Positionierung einer Röntgenquelle eines Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Positionierung einer positionierbaren Röntgenquelle eines Röntgensystems bezüglich eines mobilen Röntgendetektors mit den folgenden Schritten:

– Detektion der Position des mobilen Röntgendetektors,
– Weitergabe der Position an das Röntgensystem, insbesondere an eine Systemsteuerung des Röntgensystems,
– Bestimmung einer zur Position des mobilen Röntgendetektors für die Aufnahme eines Röntgenbildes ausgerichteten Position der Röntgenquelle und
– Ansteuerung der positionierbaren Röntgenquelle zur Bewegung in die ausgerichtete Position,

Zweckmäßigerweise wird nicht nur die generelle Position sondern die vollständige Position, also auch Lage und Orientierung des Röntgendetektors, detektiert und weitergegeben. Auf diese Weise ist eine besonders gute Ausrichtung der Röntgenquelle in Bezug auf den Röntgendetektor möglich.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werden zur Bestimmung der ausgerichteten Position ein vorgegebener Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor und/oder eine vorgegebene zu erfassende Fläche des Röntgendetektors und/oder eine vorgegebene Röntgendosis verwendet. Durch diese vorgegebenen Werte ist eine besonders schnelle und einfache automatische Positionierung möglich. Es kann auch zum Beispiel vor Beginn der Positionierung von einer Bedienperson eingegeben werden, welches Organ oder welcher Bereich des menschlichen Körpers aufgenommen werden soll. Entsprechend können so abhängig von dem Organ oder dem Bereich individuelle Werte für den Abstand, die Fläche oder die Röntgendosis vorgegeben sein, so dass eine besonders gute Qualität des jeweiligen Röntgenbildes gewährleistet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bestimmung der ausgerichteten Position eine vorgegebene Relativposition der Röntgenquelle zu dem Röntgendetektor verwendet und wird aus der Relativposition anhand der Positionsinformationen des Röntgendetektors eine Absolutposition der Röntgenquelle im Raum bestimmt und als ausgerichtete Position verwendet. Die vorgegebene Relativposition kann in dem Röntgensystem gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Es können hierfür zum Beispiel Erfahrungswerte verwendet werden, welche erfahrungsgemäß eine besonders gute Aufnahmequalität gezeigt haben.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Röntgensystem mit einer positionierbaren Röntgenquelle, wobei die Röntgenquelle mittels einer Positioniervorrichtung verstellbar ist, einem mobilen Röntendetektor, wobei der Röntgendetektor eine Positionsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung seiner Position aufweist, einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Röntgendetektor und dem Röntgensystem, einer Vorrichtung zur Bestimmung einer ausgerichteten Position der Röntgenquelle bezüglich des Röntgendetektors, und einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Röntgenquelle zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung vorgesehen. Ein derartiges Röntgensystem bringt selbsttätig nach Positionierung des mobilen Röntgendetektors die Röntgenquelle in eine für die Aufnahme eines Röntgenbildes optimal ausgerichtete Position, so dass eine schnelle und einfache Röntgenuntersuchung eines Patienten gewährleistet ist. Der Röntgendetektor kann kabellos sein oder eine Kabelverbindung zu dem Röntgensystem aufweisen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem eine Systemsteuerung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Position des Röntgendetektors entgegenzunehmen, die zur Position des mobilen Röntgendetektors für eine Röntgenaufnahme ausgerichtete Position der Röntgenquelle zu bestimmen und die Röntgenquelle zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung anzusteuern. Natürlich können diese Aufgaben auch von unterschiedlichen Einheiten übernommen werden, wobei jedoch die Systemsteuerung eine besonders kompakte und schnelle Durchführung des Verfahrens möglich macht.
In vorteilhafter Weise weist für eine zuverlässige Positionsbestimmung die Positionsbestimmungsvorrichtung einen oder mehrere Positionssensoren auf. Sind mehrere Positionssensoren vorhanden, können diese an verschiedenen Stellen des Röntgendetektors angeordnet sein, um eine vollständige Positionsdetektion zu ermöglichen. Zusätzlich kann eine Einheit vorgesehen sein, welche die Absolutposition des Röntgendetektors im Raum aus den Informationen der Positionssensoren bestimmt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Positionsbestimmungsvorrichtung zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere eine oder mehrere Kameras, auf. Anhand entsprechend kalibrierter Kameras kann ebenfalls die Position des Röntgendetektors bestimmt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Röntgenquelle eine Steuervorrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Position des Röntgendetektors entgegenzuneh men, die zur Position des mobilen Röntgendetektors für eine Röntgenaufnahme ausgerichtete Position der Röntgenquelle zu bestimmen und die Röntgenquelle zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung anzusteuern. Eine Anordnung der Steuervorrichtung direkt an der Röntgenquelle ermöglicht einen besonders schnellen und effizienten Verfahrensablauf.
In vorteilhafter Weise wird für eine qualitativ hochwertige Aufnahme von Röntgenbildern der mobile Röntgendetektor von einem mobilen Flachbilddetektor gebildet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mobile Röntgendetektor kabellos und weist Sende- und Empfangsmittel zur drahtlosen Kommunikation, zum Beispiel mittels Funk oder Bluetooth, auf. Ein derartiger mobiler, kabelloser Röntgendetektor kann problemlos in jede beliebige Position bezüglich eines Patienten gebracht werden.
Zweckmäßigerweise weist der mobile Röntgendetektor eine Kabelverbindung zu dem Röntgensystem auf, so dass eine schnelle und fehlerlose Kommunikation zwischen dem Röntgendetektor und einer von diesem verschiedenen Komponente des Röntgensystems gewährleistet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Positioniervorrichtung von einem Roboterarm, an welchem die Röntgenquelle angeordnet ist, gebildet. Ein derartiger Roboterarm erlaubt eine besonders variable Verstellbarkeit der Röntgenquelle. Alternativ kann die Positioniervorrichtung auch zum Beispiel von einem Teleskoparm gebildet werden, welcher mittels Schienen an der Decke verfahren werden kann.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
1 eine Abfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgensystems mit einem mobilen Röntgendetektor.
In der 2 ist ein erfindungsgemäßes Röntgensystem 24 gezeigt, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das Röntgensystem 24 weist einen mobilen Röntgendetektor 15 auf, welcher Positionssensoren 18 sowie Sende- und Empfangsmittel 19 zur kabellosen, bidirektionalen Datenübertragung, insbesondere zu einer Systemsteuerung 22 des Röntgensystems 24, aufweist. Die Positionssensoren können zum Beispiel an allen vier Ecken jeweils auf der Vorderseite und der Rückseite des Röntgendetektors angeordnet sein, um eine vollständige Positions- sowie Lagedetektion zu gewährleisten.
Der Röntgendetektor 15 ist dem Röntgensystem 24 lediglich zugeordnet, besitzt jedoch im Allgemeinen keine mechanische Verbindung zu den übrigen Komponenten des Röntgensystems. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass das Röntgensystem zum Beispiel eine Ladestation aufweist, in die der Röntgendetektor beim Nichtgebrauch eingesteckt und energetisch aufgeladen werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Röntgendetektor 15 eine Kabelverbindung zur Datenübertragung zu dem Röntgensystem aufweist. Der Röntgendetektor kann von einer Bedienperson manuell beliebig bezüglich eines Patienten 21 positioniert werden, um Röntgenbilder eines Organs oder Körperteiles des Patienten 21 aufzunehmen.
Das Röntgensystem 24 weist außerdem eine Röntgenquelle 16, im Allgemeinen einen Röntgenstrahler mit einer Anode und einer Kathode, zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf. Die Röntgenquelle 16 ist an einer Positioniervorrichtung, zum Beispiel einem Teleskoparm 17, angeordnet, welcher mittels eines Wagens 27 an Schienen 26 oder Rädern entlang einer Decke des Untersuchungsraumes in verschiedene Richtungen motorgesteuert verfahren werden kann. Durch den Teleskoparm 17 sind eine Auf- und Abbewegung und ein Kippen der Röntgenquelle 16 möglich. Die Röntgenquelle kann auch zum Beispiel an einem Roboterarm angeordnet sein und mittels diesem automatisch ansteuerbar dreidimensional im Raum bewegt und verstellt werden. Die Positioniervorrichtung kann auch einen anderen Träger aufweisen und auf eine andere bekannte Weise bewegbar oder verstellbar sein.
Zur Ansteuerung des Röntgensystems 24 ist eine Systemsteuerung 22 vorgesehen. Die Systemsteuerung weist außerdem Sende- und Empfangsmittel 23 zur Datenübertragung insbesondere mit dem Röntgendetektor 15 auf. Außerdem weist das Röntgensystem im Allgemeinen ein Bildsystem zur Bearbeitung von Röntgenbildern, eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Befehlen einer Bedienperson, einen Monitor zur Anzeige von aufgenommenen Röntgenbildern und einen Generator zur Erzeugung von Hochspannung für die Röntgenquelle auf.
In der 1 ist die Schrittfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft dargestellt. Ausgehend von einer manuellen Positionierung des Röntgendetektors (Schritt 25) durch eine Bedienperson wird automatisch die Position des Röntgendetektors 15 bestimmt (Schritt 10). Die Positionsbestimmung wird beispielsweise mittels der Positionssensoren oder einer anderen Positionsbestimmungsvorrichtung nach bekannten Messprinzipien, zum Beispiel mittels GPS, Triangulation oder Funk, durchgeführt. Insbesondere wird dabei die Absolutposition des Röntgendetektors im Raum bestimmt; es kann aber auch eine Relativposition des Röntgendetektors in Bezug auf ein Kalibrierobjekt bestimmt werden. Vorteilhafterweise werden die genaue Orientierung und Lage des Röntgendetektors im Raum bestimmt. Wichtig ist hierbei auch die Information, auf welcher Seite des Röntgendetektors sich die aktive Fläche befindet.
Sind die Position sowie die Lage des Röntgendetektors bekannt, so wird diese Information an das Röntgensystem, insbesondere an die Systemsteuerung 22 oder an eine andere Steuereinheit, weitergegeben (Schritt 11).
Im nächsten Schritt wird anhand der Position und/oder Lage und Orientierung des Röntgendetektors eine für eine Aufnahme eines qualitativ hochwertigen Röntgenbildes ausgerichtete Position der Röntgenquelle bestimmt (Schritt 12). Diese Bestimmung kann zum Beispiel mittels einer Berechnungseinheit, eines Computers oder mittels der Systemsteuerung bestimmt werden. Die ausgerichtete Position der Röntgenquelle kann dabei zum Beispiel dadurch bestimmt werden, dass für eine vorgegebene Position und Lage relativ zu dem Röntgendetektor die Absolutposition der Röntgenquelle im Raum berechnet wird. Solche vorgegebenen Positionen können in einer Speichereinheit gespeichert und bei Bedarf für die Bestimmung der ausgerichteten Position verwendet werden.
Die ausgerichtete Position kann auch mittels verschiedener einzelner vorgegebener Werte wie zum Beispiel einem vorgegebenen Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor und/oder einer vorgegebenen zu erfassenden Fläche des Röntgendetektors und/oder einer vorgegebenen Röntgendosis zum Beispiel anhand eines Algorithmus oder einer Approximation bestimmt werden. Die vorgegebenen Werte oder vorgegebenen Positionen können dabei auf Erfahrungswerten für qualitativ besonders gute Röntgenabbildungen beruhen. Die Erfahrungswerte können dabei jeweils von dem aufzunehmenden Organ oder Körperteil des Patienten abhängen. Das aufzunehmende Organ oder der Körperteil können von einer Bedienperson vor Beginn der Röntgenuntersuchung eingegeben werden. Insbesondere wird aus der Position des Röntgendetektors mittels weiterer Informationen die einzunehmende ausgerichtete Position der Röntgenquelle bestimmt. Dazu ist es im Allgemeinen auch notwendig, dass die aktuelle Position der Röntgenquelle bekannt ist.
Ist die ausgerichtete Position der Röntgenquelle bestimmt, wird die Positioniervorrichtung 17 der Röntgenquelle angesteuert, um die Röntgenquelle 16 in die ausgerichtete Position zu bewegen (Schritt 13). Befindet sich die Röntgenquelle 16 in der ausgerichteten Position, kann anschließend die Aufnahme eines oder mehrerer Röntgenbilder durchgeführt werden (Schritt 14).
Das Verfahren kann zum Beispiel bei Einschalten des Röntgensystems gestartet und/oder in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, um stets eine optimale Ausrichtung der Röntgenquelle auf den mobilen Röntgendetektor zu haben.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine besonders schnelle und einfache Röntgenuntersuchung ist ein Verfahren zur automatischen Positionierung einer Röntgenquelle 16 eines Röntgensystems 24 bezüglich eines mobilen Röntgendetektors (15) mit den folgenden Schritten vorgesehen:

– Detektion der Position des mobilen Röntgendetektors 15,
– Weitergabe der Position an das Röntgensystem 24,
– Bestimmung einer zur Position des mobilen Röntgendetektors 15 für die Aufnahme eines Röntgenbildes ausgerichteten Position der Röntgenquelle 16 und
– Ansteuerung der Röntgenquelle 16 zur Bewegung in die ausgerichtete Position.

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 10118745 C2 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik” von M. Spahn, V. Heer, R. Freytag, veröffentlicht in der Zeitschrift Radiologe 43, 2004, Seiten 340 bis 350 [0002]

Claims

Verfahren zur automatischen Positionierung einer positionierbaren Röntgenquelle (16) eines Röntgensystems (24) bezüglich eines mobilen Röntgendetektors (15) mit den folgenden Schritten: – Detektion der Position des mobilen Röntgendetektors (15), – Weitergabe der Position an das Röntgensystem (24), – Bestimmung einer zur Position des mobilen Röntgendetektors (15) für die Aufnahme eines Röntgenbildes ausgerichteten Position der Röntgenquelle (16) und – Ansteuerung der positionierbaren Röntgenquelle (16) zur Bewegung in die ausgerichtete Position.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position und die Orientierung des Röntgendetektors (15) detektiert und weitergegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Bestimmung der ausgerichteten Position ein vorgegebener Abstand zwischen der Röntgenquelle (16) und dem Röntgendetektor (15) und/oder eine vorgegebene zu erfassende Fläche des Röntgendetektors (15) und/oder eine vorgegebene Röntgendosis verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der ausgerichteten Position eine vorgegebene Relativposition der Röntgenquelle (16) zu dem Röntgendetektor (15) verwendet wird und aus der Relativposition anhand der Position des Röntgendetektors (15) eine Absolutposition der Röntgenquelle (16) im Raum bestimmt und als ausgerichtete Position verwendet wird.
Röntgensystem (24) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit – einer positionierbaren Röntgenquelle (16), wobei die Röntgenquelle (16) mittels einer Positioniervorrichtung verstellbar ist, – einem mobilen Röntendetektor (15), wobei der Röntgendetektor (15) eine Positionsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung seiner Position aufweist, – einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Röntgendetektor (15) und dem Röntgensystem (24), – einer Vorrichtung zur Bestimmung einer ausgerichteten Position der Röntgenquelle (16) bezüglich des Röntgendetektors (15), und – einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Röntgenquelle (16) zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung.
Röntgensystem nach Anspruch 5, wobei das Röntgensystem (24) eine Systemsteuerung (22) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, – die Position des Röntgendetektors (15) entgegenzunehmen, – die zur Position des mobilen Röntgendetektors (15) für eine Röntgenaufnahme ausgerichtete Position der Röntgenquelle (16) zu bestimmen und – die Röntgenquelle (16) zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung anzusteuern.
Röntgensystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Positionsbestimmungsvorrichtung Positionssensoren (18) aufweist.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Positionsbestimmungsvorrichtung zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung aufweist.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Röntgenquelle (16) eine Steuervorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, – die Position des Röntgendetektors (15) entgegenzunehmen, – die zur Position des mobilen Röntgendetektors (15) für eine Röntgenaufnahme ausgerichtete Position der Röntgenquelle (16) zu bestimmen und – die Röntgenquelle (16) zur Bewegung in die ausgerichtete Position mittels der Positioniervorrichtung anzusteuern.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der mobile Röntgendetektor (15) von einem mobilen Flachbilddetektor gebildet wird.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der mobile Röntgendetektor (15) kabellos ist und Sende- und Empfangsmittel (19) zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere mittels Funkt oder Bluetooth, aufweist.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der mobile Röntgendetektor (15) eine Kabelverbindung zu dem Röntgensystem (24) aufweist.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei die Positioniervorrichtung von einem Roboterarm (17), an welchem die Röntgenquelle (16) angeordnet ist, gebildet wird.