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Verfahren
zur Steuerung einer Röntgeneinrichtung
während
der Aufnahme einer Abfolge von zweidimensionalen Bildern zur Nachverfolgung
eines im Rahmen eines minimalinvasiven Eingriffs genutzten medizinischen
Instruments
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Röntgeneinrichtung
während
der Aufnahme einer Abfolge von zweidimensionalen Bildern zur Nachverfolgung
eines im Rahmen eines minimalinvasiven Eingriffs genutzten medizinischen
Instruments sowie eine zugehörige
Röntgeneinrichtung.
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Minimalinvasive
medizinische Eingriffe mit medizinischen Instrumenten, beispielsweise
Kathetern, Führungsdrähten oder
anderen Einrichtungen, werden häufig
unter fluoroskopischer Überwachung, also
Röntgenüberwachung,
durchgeführt.
Das medizinische Instrument wird dabei beispielsweise durch Hohlorgane
unter fluoroskopischer Überwachung
an einen Zielort geführt,
wobei häufig
ein angiographischer Aufnahmeparametersatz für die Röntgeneinrichtung verwendet
wird. Die medizinischen Einrichtungen werden mit fortschreitender
Technik immer kleiner und spezialisierter, wobei als Beispiel transseptale
Nadeln und Katheter genannt seien, und sind dementsprechend schwierig
in den im Rahmen der Fluoroskopie aufgenommenen zweidimensionalen Bildern
zu erkennen. Dies gilt insbesondere in Fällen ungünstiger Winkelstellungen oder
großer
Patienten bei niedriger Röntgendosis.
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Daher
wird im Rahmen der Fluoroskopie versucht, eine möglichst konstante Bildqualität zu erreichen.
Bei der gepulsten Fluoroskopie werden beispielsweise 3 bis 60 Bilder
(frames) pro Sekunde durch diskrete Röntgenpulse aufgenommen. Bei
Angiographiesystemen ist dabei häufig
eine automatische Dosisregelung vorhanden. Die automatische Dosisregelung
versucht, das Detektoreingangssignal bzw. die Röntgendosis am Detektor (also
die Bildhelligkeit) in einem bestimmten Messbereich am Detektor
konstant zu halten. Ändern
sich beispielsweise die Stellung eines C-Arms, die Patientenposition
und sonstige Aufnahmeparameter (Zoom, Betriebsmodus, ...) nicht,
werden die Röntgenpulse üblicherweise
identisch sein, also ungefähr
dieselbe Zahl und Energieverteilung von Photonen aufweisen, und
somit eine gleichförmige
Röntgendosis
erzeugen.
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Bezüglich der
Bewegungsartefakte wurde vorgeschlagen, die einzelnen Fluoroskopiebilder
getriggert aufzunehmen, so genanntes „Gating” (biologisch moduliertes Puls-Timing).
Ein solches „Gating” kann entweder
auf dem Herzzyklus oder dem Atemzyklus eines Patienten basieren
und reguliert die Zeitgabe der Fluoroskopie. Das Ziel des Gatings
ist die Synchronisierung der Bildaufnahme, um vergleichbare Bilder
und Bildsequenzen trotz der Bewegungszyklen des Herzens und/oder
der Atmung zu erhalten.
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Ein
Nachteil der heutigen automatischen Dosisregelungssysteme ist, dass
eine konstante Bildhelligkeit nicht unbedingt einer besseren Bildqualität entspricht.
Auch das Gating garantiert keine optimale Bildqualität, trägt jedoch
dazu bei, Bewegungsartefakte zu vermeiden.
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Um
die Sichtbarkeit des medizinischen Instruments in den aufgenommenen
zweidimensionalen Bildern zu verbessern oder gar eine Lokalisierung des
Instruments in den zweidimensionalen Bildern zu ermöglichen,
sind Echtzeitalgorithmen bekannt, die der besseren Sichtbarkeit
der Einrichtung in dem Bilde dienen. Dabei sind im Wesentlichen
zwei grundlegende Varianten bekannt, die auch kombiniert werden
können.
Zum einen kann eine globale Bearbeitung eines zweidimensionalen
Bildes der Abfolge vorgenommen werden, die beispielsweise den Kontrast
des medizinischen Instruments erhöht, ohne es dabei konkret lokalisieren
zu müssen,
da die Lokalisierung dann vereinfacht durch einen Benutzer nach Darstellung
des Bildes an einem Monitor erfolgen kann. Genauso gut ist es jedoch
denkbar, dass – beispielsweise über geeignete
Segmentierungsalgorithmen – das
Instrument im Bild schon lokalisiert wird und dann, beispielsweise
durch ein Label, deutlich gekennzeichnet wird.
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Werden
solche Algorithmen verwendet, so ist je nach Bildqualität und Situation
eine unterschiedliche Zuverlässigkeit
des Algorithmus gegeben. Insbesondere können die Bedürfnisse
des Algorithmus nicht an die Röntgeneinrichtung
weitergegeben werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren
zur Steuerung der Bildaufnahme bei einem minimalinvasiven Eingriff anzugeben,
welches eine verbesserte Auffindbarkeit des medizinischen Instruments
in den aufgenommenen zweidimensionalen Bildern erlaubt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass
- – wenigstens
ein wenigstens die zwei zuletzt aufgenommenen, aufeinander folgenden
Bilder im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments beurteilender
Vergleichswert ermittelt wird,
- – abhängig von
dem Vergleichswert wenigstens ein Aufnahmeparameter für die Aufnahme
wenigstens des folgenden Bildes angepasst wird.
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Es
wird demnach vorgeschlagen, die zuletzt aufgenommenen Bilder – insbesondere
die zwei zuletzt aufgenommenen Bilder – dahingehend zu vergleichen,
inwieweit sich die Lokalisierung des Instruments vereinfacht, erschwert
oder einfach nur verändert
hat. Diese aktuelle zeitliche Entwicklung wird durch einen Vergleichswert
wiedergegeben, der mithin aussagt, inwieweit die Lokalisierung des
Instruments verbesserbar oder verschlechterbar ist. Es dient mithin
zur Regelung wenigstens eines Aufnahmeparameters für die Aufnahme
wenigstens des folgenden Bildes, insbesondere auch mehrerer folgender
Bilder, bis der Aufnahmeparameter – beispielsweise aufgrund des
Vergleichswerts – wieder
einer Anpassung bedarf. Auf diese Weise wird also beobachtet, wie
die Qualität
der Lokalisierung des Instruments sich entwickelt und darauf basierend
eine Regelung vorgenommen, sodass letztlich immer eine bestimmte
Qualität
der Bilder im Hinblick auf deren Aufgabe, nämlich die Lokalisierung des
medizinischen Instruments, gegeben ist. So wird die Bildqualität vorteilhafterweise
der eigentlichen Aufgabenstellung angepasst und im Hinblick auf
die Lokalisierung des Instruments, gegebenenfalls im Rahmen weiterer
Randbedingungen, möglichst
optimal gewählt.
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Als
Aufnahmeparameter können
dabei die Röntgendosis
an einem Detektor und/oder die Spannung an einer Strahlungsquelle
und/oder die Bildfrequenz am Detektor und/oder der Zoom und/oder
ein Filter und/oder ein Kollimator und/oder eine Ortsabhängigkeit
der Röntgenstrahlung
und/oder die Energie des Röntgenpulses
angepasst werden. Selbstverständlich
ist auch eine Anpassung weiterer, hier nicht näher genannter Parameter, möglich. Während nur
die Anpassung eines einzigen Aufnahmeparameters, beispielsweise
der Röntgendosis,
aufgrund des Vergleichswerts bereits zu merkbaren Ergebnissen und
zu einer Verbesserung der Auffindbarkeit des medizinischen Instruments
führen
kann, sind auch weitaus komplexere Verfahren zur Optimierung der Aufnahmeparameter
denkbar. Wird beispielsweise ein das Instrument in einem Bild hervorhebender und/oder
lokalisierender Algorithmus verwendet, so hängt dieser sehr stark von der
Bildqualität
ab. Die Bildqualität
selber hängt
von einer Vielzahl von Faktoren ab. Einer der hauptsächlichen
Faktoren, der die Qualität
eines Bilds bestimmt, ist die bereits genannte Röntgendosis, also die Zahl der
Photonen, die zur Aufnahme des Bildes verwendet werden. Eine höhere Dosis
wird üblicherweise
eine bessere Bildqualität zur
Folge haben, da das Rauschniveau relativ zum Nutzsignal sinkt, folglich
ein höheres
SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) erzielt
wird. Ein anderer, die Bildqualität beeinflussender Faktor ist
die Spannung an einer Strahlungsquelle. Diese bestimmt den Bildkontrast.
Hin zu niedrigeren Spannungen steigt der Kontrast an, aber dieser
Vorteil hat ein Absinken der Röntgendosis
am Detektor zur Folge, sofern die Patienteneingangsdosis nicht erhöht wird.
Ein weiterer Faktor, der die Bildqualität bestimmt, ist die Filterung des
Bildes. Damit werden sowohl Software-Filter als auch mechanische
Filter, die vor der Strahlungsquelle eingesetzt werden, angesprochen.
Beispielsweise können
Filter vor der Strahlungsquelle eingesetzt werden, um die Zahl der
Niedrigenergiequanten zu reduzieren, die niemals den Detektor erreichen
werden, da sie den Körper
eines Patienten nicht durchqueren. Ersichtlich hängen alle diese Faktoren und Aufnahmeparameter
miteinander zusammen. Zusätzlich
muss grundsätzlich
beachtet werden, dass der Patient keiner zu hohen Dosis ausgesetzt
wird, was eine weitere wichtige Randbedingung darstellt. So wird
es aus Strahlenschutzgründen
häufig
nicht sinnvoll sein, eine perfekte Bildqualität zu erreichen. Ersichtlich
wird, dass im allgemeinen Fall ein mehrdimensionales Optimierungsproblem
zur Anpassung der Aufnahmeparameter gelöst werden muss, wofür geeignete
Algorithmen bekannt sind. Letztlich muss ein geeigneter Kompromiss
zwischen der Bildqualität und
der Strahlungsbelastung gefunden werden.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch Randbedingungen
im erfindungsgemäßen Verfahren
Berücksichtigung
finden können,
beispielsweise Minimal- und Maximalwerte für die Aufnahmeparameter oder
abgeleitete Größen. Auch
andere Werte, von denen die Anpassung der Aufnahmeparameter abhängen soll,
können
zusätzlich
Berücksichtigung
finden.
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Wie
bereits erwähnt,
ist es häufig üblich und daher
auch im erfindungsgemäßen Verfahren
möglich,
einen das Instrument in einem Bild hervorhebenden und/oder lokalisierenden
Algorithmus zu verwenden. Derartige Algorithmen sind allgemein bekannt und
wurden eingangs geschildert. Sie sind ein Weg, automatische Maßnahmen
vorzusehen, um einem Benutzer das Auffinden des Instruments in den
ihm dargestellten Bildern zu erleichtern.
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Wird
ein solcher Algorithmus verwendet, so kann mit besonderem Vorteil
vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Vergleichswerts ein Zuverlässigkeitsmaß des das
Instrument in einem Bild hervorhebenden und/oder lokalisierenden
Algorithmus verwendet wird. Ein solches Zuverlässigkeitsmaß kann bei spielsweise ein Wahrscheinlichkeitswert,
also ein Wert von 0 bis 1, sein, der die Sicherheit angibt, mit der
das medizinische Instrument an einer bestimmten Stelle in dem entsprechenden
Bild aufgefunden und/oder identifiziert wurde. Ein Wert nahe Null
würde dann
einen wahrscheinlichen Fehlschlag des Algorithmus bedeuten, ein
Wert nahe 1 eine hohe Erfolgssicherheit angeben. Die Bestimmung
solcher Zuverlässigkeitsmaße ist allgemein
bekannt, beispielsweise kann als globales Maß das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
berücksichtigt
werden, es kann der Kontrast an Kanten über Gradienten berechnet werden
und dergleichen. Verschiedene Möglichkeiten
sind hier denkbar, um ein Zuverlässigkeitsmaß zu erhalten.
Ein solches Zuverlässigkeitsmaß ist zur
Ermittlung des Vergleichswertes besonders gut geeignet, da, wird
das Zuverlässigkeitsmaß in aufeinander
folgenden Bildern verglichen, genau gesagt werden kann, ob sich
die Treffsicherheit des Algorithmus eher erhöht oder eher erniedrigt. Einer
so angegebenen Verschlechterung der Lokalisierung kann beispielsweise
durch eine Erhöhung
der Bildqualität entgegengewirkt
werden.
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Konkret
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Vergleichswert durch
Subtraktion der Zuverlässigkeitsmaße zweiter
aufeinander folgender Bilder und/oder durch Vergleich von gleitenden
Mittelwerten des Zuverlässigkeitsmaßes ermittelt
wird. Es entsteht in beiden Fällen
eine Differenz, wobei es im einen Fall ausreichend ist, die beiden
zuletzt aufgenommenen Bilder zu betrachten, sodass nach der Aufnahme
jedes Bildes eine Anpassung der Aufnahmeparameter erfolgen kann.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Anpassung der Aufnahmeparameter
erst nach längeren
Intervallen basierend auf gleitenden Mittelwerten vorzunehmen.
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In
konkreter Ausgestaltung, falls, wie eben beschrieben, eine solche
Differenz von Zuverlässigkeitsmaßen bzw.
deren Mittelwerten verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass bei Überschreitung
eines Mindestwerts für
das Zuverlässigkeitsmaß im letzten
aufgenommenen Bild oder des gleitenden Mittelwerts des Zuverlässigkeitsmaßes bezüglich des
letzten aufgenommenen Bildes,
- – wenn die
Differenz zwischen den Zuverlässigkeitsmaßen oder
den Mittelwerten einen Schwellwert überschreitet, falls das Zuverlässigkeitsmaß oder der
Mittelwert steigt, die Dosis am Detektor proportional zur Differenz
erniedrigt wird, und falls das Zuverlässigkeitsmaß oder der Mittelwert fällt, die
Dosis am Detektor proportional zur Differenz erhöht wird,
- – wenn
die Differenz den Schwellwert unterschreitet, die Dosis am Detektor
um einen vorbestimmten kleinen Wert erniedrigt wird.
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Die
hier dargestellten Regeln zur Anpassung der Aufnahmeparameter sind
recht einfach, ermöglichen
dennoch eine Verbesserung der Lokalisierung des Instruments, solange
man sich bereits in einem geeigneten Bereich der Bildqualität befindet,
also eine gewisse Höhe
des Zuverlässigkeitsmaßes gegeben
ist. Sinkt das Zuverlässigkeitsmaß, so wird
die Röntgendosis
innerhalb vorgegebener Grenzen proportional erhöht, also auch die Bildqualität verbessert,
sodass das Zuverlässigkeitsmaß wieder
steigen sollte. Steigt das Zuverlässigkeitsmaß stärker an, kann die Röntgendosis
zum Patientenschutz proportional erniedrigt werden. Wenn das Zuverlässigkeitsmaß ungefähr gleich
bleibt, also nur kleinen Schwankungen unterworfen ist, sich aber
trotzdem noch oberhalb des Mindestwerts bewegt, kann die Dosis um
einen kleinen, vorbestimmten konstanten Wert erniedrigt werden.
So wird die Strahlenbelastung bei Aufrechterhaltung des Mindestwerts
für das
Zuverlässigkeitsmaß optimiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass, um den Mindestwert für das Zuverlässigkeitsmaß zu erreichen,
eine manuelle Abstimmung erfolgen kann. Genauso gut kann selbstverständlich auch vorgesehen
sein, dass bis zum Erreichen des Mindestwertes grundsätzlich eine
Verbesserung der Bildqualität
von Bild zu Bild vorgesehen wird, im vorliegenden Beispiel also
entsprechend eine Erhöhung der
Röntgendosis
am Detektor.
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Wie
bereits erwähnt,
sind eine Vielzahl von Möglichkeiten
bekannt, zu einem Algorithmus ein geeignetes Zuverlässigkeitsmaß zu ermitteln.
Daher kann vorgesehen sein, dass für jedes Bild mehrere Zuverlässigkeitsmaße nach
verschiedenen Algorithmen ermittelt werden, wobei das zur Bildung
des Vergleichswerts verwendete Zuverlässigkeitsmaß durch ein Bewertungsschema
und/oder ein Wichtungsschema ermittelt wird. Auf diese Weise wird
eine robustere Anpassung der Aufnahmeparameter ermöglicht.
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Wird
ein solches Zuverlässigkeitsmaß ohnehin
für jedes
Bild ermittelt, können
auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewählt
werden. So kann vorgesehen sein, dass für eine Auswertung der Bilder
die Bilder und/oder daraus ermittelte Daten entsprechend dem Zuverlässigkeitsmaß des Bildes
gewichtet werden. Bilder, in denen das Instrument ohnehin nur schwer aufzufinden
ist, die also ein niedriges Zuverlässigkeitsmaß aufweisen, können somit
beispielsweise weniger Rechenzeit erhalten oder ihre Daten können weniger
Eingang in eine Auswertung finden.
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Mit
besonderem Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, dass eine Wichtung
des aufzunehmenden Bildes anhand wenigstens eines insbesondere angepassten
Aufnahmeparameters in Bezug auf den das Instrument in einem Bild
hervorhebenden und/oder lokalisierenden Algorithmus vorgenommen wird.
Im oben genannten Beispiel der Röntgendosis als
Aufnahmeparameter erhält
also der Algorithmus mit dem neu aufgenommenen Bild auch den Aufnahmeparameter,
hier die Röntgendosis,
also eine Aussage über
die Qualität
und insbesondere das Signal-Rausch-Verhältnis. So ist es möglich, dass
der Algorithmus eine größere Anzahl
von Berechnungsressourcen für
Bilder aufwendet, die mehr Informationsinhalt und weniger Rauschen
umfassen.
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Es
sind auch Röntgeneinrichtungen
bekannt, bei denen auch eine örtliche
Veränderung
der Dosis, also eine Ortsabhängigkeit
der Röntgenstrahlung, eingestellt
werden kann. Dazu kann beispielsweise ein geeigneter Satz von Kollimatoren
oder Filtern vorgesehen sein, beispielsweise strahlungsundurchlässige oder
semitransparente Kollimatoren, es ist jedoch auch möglich, speziell
geformte oder gesteuerte Strahlungsquellen zu verwenden. Aus dem
Zuverlässigkeitsmaß oder auch
auf sonstigem Wege, beispielsweise bei einer Ermittlung einer Position
des Instruments, insbesondere einer vermuteten Position des Instruments
im nächsten
aufzunehmenden Bild, kann demnach auch ermittelt werden, in welchen
Bereichen der Algorithmus mehr Informationen benötigt. Dann kann vorgesehen
sein, dass die Dosis am Detektor räumlich variiert wird, indem
in Bereichen, in denen der Algorithmus mehr Informationen benötigt, die
Dosis erhöht
wird und in Bereichen, in denen der Algorithmus weniger Information
benötigt,
die Dosis erniedrigt wird. So kann die Strahlungsbelastung des Patienten
weiter optimiert werden, während
weiterhin dem Algorithmus hinreichende Informationen zur Verfügung stehen,
sodass dennoch ein hohes Zuverlässigkeitsmaß erreicht
wird.
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Neben
dem Zuverlässigkeitsmaß kann allgemein,
wie auch bezüglich
der ortsabhängigen
Dosisanpassung schon beschrieben, vorgesehen sein, dass als Vergleichswert
ein die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei Bildern
wiedergebender Wert verwendet wird. Dabei wird also beobachtet,
welchen Bewegungsweg das medizinische Instrument nimmt, sodass beispielsweise
gefolgert werden kann, welche Position es in einem darauf folgenden
Bild einnehmen könnte.
Entsprechend können
dann die Aufnahmeparameter angepasst werden. So kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass bei einer ortsabhängig möglichen Bestrahlung ein Fenster
hoher Qualität
ständig
mit dem Instrument mitbewegt wird, um so den Algorithmus an den
Positionen, an denen Information benötigt wird, eine besonders hohe
Bildqualität
bieten zu können,
während in
anderen Bereichen die Dosis erniedrigt werden kann, beispielsweise
durch semitransparente Keilfilter oder dergleichen. Aufgrund des
die Bewegung des Instruments wiedergebenden Werts kann also die
Dosis am Detektor räumlich
variiert werden. Neben der Verwendung von im Bild durch einen Algorithmus
bestimmten Positionen des Instruments zur Ermittlung des die Bewegung
des Instruments wiedergebenden Werts können dafür auch Subtraktionsbilder verwendet
werden. Da sich die Anatomie während
der Navigation des Instruments üblicherweise nicht
verändert,
sind die hauptsächlichen
Unterschiede durch die Bewegung des Instruments in den Bildern gegeben,
sodass hier Schlussfolgerungen über dessen
Bewegungsweg angestellt werden können.
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Wie
bereits erwähnt,
muss eine Anpassung der Aufnahmeparameter nicht nach der Aufnahme
jedes neuen Bildes in Betracht gezogen werden, sondern es kann auch
vorgesehen sein, dass eine Anpassung der Aufnahmeparameter jeweils
nach einer bestimmten Anzahl aufgenommener Bilder erfolgt. Dann
ist es, wie bereits erwähnt,
nützlich,
wenn beispielsweise Mittelwerte über
die bislang aufgenommenen Bilder betrachtet werden.
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Neben
dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist. Eine solche Röntgeneinrichtung
umfasst beispielsweise eine Steuereinrichtung, die zur Ermittlung
wenigstens eines Vergleichswerts ausgebildet ist, und dann abhängig von
dem Vergleichswert die verschiedenen Komponenten der Röntgeneinrichtung
mit angepassten Aufnahmeparametern ansteuern kann. Mit einer solchen
Röntgeneinrichtung
ist es besonders vorteilhaft möglich,
ein medizinisches Instrument bei einem minimalinvasiven Eingriff
nachzuverfolgen. Alle Ausführungen
bezüglich
des Verfahrens lassen sich sinngemäß auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 Einen
Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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2 eine
erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
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1 zeigt
den Ablaufplan eines Verfahrens zur Steuerung einer Röntgeneinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Es wird genutzt, wenn während eines minimalinvasiven
Eingriffs an einem Patienten ein medizinisches Instrument auf seinem
Weg im Körper
des Patienten nachverfolgt werden soll. Die Nachverfolgung erfolgt
fluoroskopisch, das bedeutet, es wird eine Abfolge von zweidimensionalen Bildern
mit der Röntgeneinrichtung
aufgenommen, beispielsweise mit einer Rate von 3 bis 60 Bildern
pro Sekunde.
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In 1 wird
davon ausgegangen, dass bereits eine gewisse Mindestqualität der Bilder,
die eine akzeptable (und einen Kompromiss mit der Strahlenbelastung
des Patienten bildende) Lokalisierung des medizinischen Instruments
erlaubt. Die zweidimensionalen Bilder werden dafür, insbesondere wie gleich näher erläutert, nachbearbeitet
und an einem Monitor dargestellt, sodass ein Benutzer durch Betrachten der
Bilder die Position des Instruments möglichst gut erkennen kann.
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Verwendet
wird im Rahmen des in 1 dargestellten Verfahrens dabei
ein das Instrument in einem Bild hervorhebender und/oder lokalisierender Algorithmus.
Dieser sorgt dafür,
dass man auf der letztendlichen Darstellung des zweidimensionalen Bilds,
beispielsweise durch Veränderung
der Bilddaten, das Instrument besser erkennen kann, und/oder findet
das Instrument gar in dem Bild auf und hebt es gezielt hervor, beispielsweise
durch ein entsprechendes Label. Der Algorithmus wird auf jedes der
aufgenommenen Bilder angewandt, bevor dieses dargestellt wird. Von
diesem Algorithmus können
weitere Informationen abgefragt werden, insbesondere ein Zuverlässigkeitsmaß, das auf
einer Skala von 0 bis 1 angibt, wie gut der Algorithmus gearbeitet
hat, insbesondere, wie zuverlässig
eine Lokalisierung des Instruments aufgrund des Algorithmus möglich ist.
Dabei können
auch mehrere Zuverlässigkeitsmaße auf verschiedenem
Wege ermittelt werden, und dann ein Bewertungsschema und/oder ein
Wichtungsschema eingesetzt werden, um ein vom erfindungsgemäßen Verfahren
zu verwendendes Zuverlässigkeitsmaß zu erhalten.
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Ein
Schritt 1 in 1 markiert die Aufnahme eines
neuen zweidimensionalen Bildes. Daraufhin wird in einem Schritt 2 ein
Vergleichswert ermittelt, mithilfe dessen die zwei zuletzt aufgenommenen
Bilder im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments beurteilt
werden können.
Im vorliegenden Beispiel wird die Differenz der Zuverlässigkeitsmaße des Algorithmus
bestimmt.
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An
dieser Stelle seien zwei Anmerkungen gemacht. Zum einen können selbstverständlich auch mehrere
Vergleichswerte ermittelt werden, beispielsweise kann zusätzlich ein
die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei Bildern wiedergegebener
Wert verwendet werden, wozu beispielsweise Subtraktionsbilder und/oder
im Bild durch den oder einen weiteren Algorithmus bestimmte Position des
Instruments verwendet werden können.
Ein solcher die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei
Bildern wiedergebender Wert kann beispielsweise dann genutzt werden,
wenn im im Folgenden noch näher
zu diskutierenden Schritt 3 die Dosis am Detektor der Röntgeneinrichtung
räumlich variiert
werden soll. So kann erreicht werden, dass im Bereich des Instruments
eine hohe Bildqualität
vorliegt, also dort, wo der Algorithmus Daten benötigt, diese
in hoher Qualität
zur Verfügung
stehen, während
in anderen Gebieten, beispielsweise durch Keilfilter, die Strahlenbelastung
und Bildqualität
niedriger sein kann.
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Als
zweite Anmerkung sei darauf hingewiesen, dass nicht unbedingt nach
jedem Bild ein solcher Vergleichswert ermittelt werden muss. Dies kann
auch in Intervallen geschehen, beispielsweise können dann gleitende Mittelwerte
des Zuverlässigkeitsmaßes betrachtet
und verglichen werden.
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In
einem Schritt 3 wird dann der Vergleichswert ausgewertet,
um wenigstens einen Aufnahmeparameter für die Aufnahme wenigstens des
folgenden Bildes bei Bedarf anzupassen. Dabei können beliebig komplexe Regeln
aufgestellt werden, mit denen als Aufnahmeparameter beispielsweise
die Röntgendosis
an dem Detektor und/oder die Spannung an einer Strahlungsquelle
der Röntgeneinrichtung
und/oder die Bildfrequenz am Detektor und/oder der Zoom und/oder
ein Filter und/oder ein Kollimator und/oder eine Ortsabhängigkeit
der Röntgenstrahlung
und/oder die Energie des Röntgenpulses
angepasst werden können.
Hierfür
sei im Folgenden ein einfaches Beispiel dargestellt, bei dem aufgrund
der Differenz des Zuverlässigkeitsmaßes die
Röntgendosis
am Detektor geregelt wird.
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Zunächst wird überprüft, ob das
Zuverlässigkeitsmaß im letzten
aufgenommenen Bild den Mindestwert, wie er oben diskutiert wurde,
auch tatsächlich überschreitet.
Ist dies der Fall, so werden einige Regeln betrachtet.
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Wenn
die Differenz zwischen den Zuverlässigkeitsmaßen oder den Mittelwerten einen
Schwellwert überschreitet,
also besonders groß ist,
erfolgt eine proportionale Anpassung der Röntgendosis am Detektor. Steigt
das Zuverlässigkeitsmaß, so wird
die Dosis am Detektor proportional zur Differenz erniedrigt, da
erkannt wurde, dass mit einer niedrigeren Dosis trotzdem noch eine
hinreichende Qualität
erreicht werden kann. Sinkt das Zuverlässigkeitsmaß jedoch, so wird die Röntgendosis
am Detektor proportional zur Differenz erhöht, da erkannt wurde, dass
eine Senkung der Bildqualität
im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments kompensiert werden
muss.
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Ist
die Differenz jedoch kleiner als der Schwellwert, so ist vorgesehen,
dass die Dosis am Detektor um einen vorbestimmten kleinen Wert erniedrigt
wird. So wird versucht, die Strahlendosis so niedrig wie möglich bei
aufrechterhaltenem Mindestwert zu halten.
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Sollte
der Zuverlässigkeitswert
den Mindestwert tatsächlich
unterschreiten, so kann in jedem Fall eine Erhöhung der Dosis am Detektor
vorgesehen sein.
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Wie
bereits erwähnt,
sind im Schritt 3 auch komplexere Anpassungsschemata, die
auch auf mehreren Vergleichswerten basieren können, möglich.
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Sind
die Aufnahmeparameter erst angepasst, so wird mit diesen Aufnahmeparametern,
wie durch den Pfeil 4 angedeutet, das nächste Bild unter deren Berücksichtigung
erneut in Schritt 1 aufgenommen. Es handelt sich bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren
letztlich also um ein Regelungsverfahren, welches exakt auf die
Bedürfnisse
bei der Nachverfolgung eines medizinischen Instruments abgestimmt ist.
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Es
sei noch angemerkt, dass auch durch das Zuverlässigkeitsmaß und/oder weitere von dem
Algorithmus abfragbare Daten ermittelt werden kann, in welchen Bereichen
der Algorithmus zur Steigerung des Zuverlässigkeitsmaßes genauere Daten erfordert
und als Aufnahmeparameter dann entsprechend die Röntgendosis
am Detektor räumlich
derart angepasst werden kann, dass in den für den Algorithmus besonders
relevanten Bereichen die Dosis und somit die Bildqualität hoch ist,
in für
den Algorithmus eher irrelevanten Bereichen die Dosis aber abgesenkt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist zudem vorgesehen, dass die angepassten Aufnahmeparameter mit
an den Algorithmus übergeben
werden, sodass dieser die einzelnen aufgenommenen Bilder bezüglich der
Zuteilung von Rechenressourcen bei der Anwendung des Algorithmus
darauf Wichten kann. Das bedeutet, dass beispielsweise die Dosis
als Aufnahmeparameter an den Algorithmus weitergegeben wird. Weist
ein Bild eine niedrige Röntgendosis
am Detektor auf, so ist die Bildqualität auch niedriger zu bewerten,
sodass weniger Rechenressourcen auf dieses Bild verwendet werden
können.
Im umgekehrten Fall können
bei einer besonders hohen Röntgendosis
am Detektor, also bei besser zur Auswertung geeigneten Daten, mehr
Ressourcen auf die Auswertung dieses Bilds verwendet werden.
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Sollen
die aufgenommenen Bilder später noch
weiter ausgewertet werden, beispielsweise auch nach dem minimalinvasiven
Eingriff, kann vorgesehen sein, die Bilder bei der Auswertung anhand des
ohnehin ermittelten Zuverlässigkeitsmaßes zu Wichten
und somit Bilder, bei denen eine schlechtere Qualität und somit
weniger Zuverlässigkeit
bei der Auffindung des medizinischen Instruments bekannt ist, weniger
stark zu berücksichtigen
oder gar auszusortieren.
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2 zeigt
schließlich
eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 5.
Sie umfasst einen um eine Patientenliege 6 drehbaren C-Arm 7 mit
einer Strahlungsquelle 8, die einem Detektor 9 gegenüberliegt. Gesteuert
wird die Röntgeneinrichtung 5 durch
eine Steuereinrichtung 10, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist.
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In
der Steuereinrichtung 10 werden zunächst auch die aufgenommenen
zweidimensionalen Bilder zur Nachverfolgung des medizinischen Instruments bearbeitet,
insbesondere durch Anwendung des oben bereits genannten Algorithmus,
um dann auf einer Darstellungseinrichtung 11 angezeigt
werden zu können.
Zugleich ermittelt die Steuereinrichtung 10 jedoch auch
den Vergleichswert und nimmt die entsprechende Anpassung der Aufnahmeparameter
vor, wie dies oben bereits beschrieben wurde. So kann eine sehr
gute, gleich bleibende Bildqualität bezüglich der Nachverfolgung eines
medizinischen Instruments erreicht werden.
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- 1
- Schritt
- 2
- Schritt
- 3
- Schritt
- 4
- Pfeil
- 5
- Röntgeneinrichtung
- 6
- Patientenliege
- 7
- C-Arm
- 8
- Strahlungsquelle
- 9
- Detektor
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Darstellungseinrichtung