DE102009018609A1

DE102009018609A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Röntgenbildaufnahme für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion

Info

Publication number: DE102009018609A1
Application number: DE102009018609A
Authority: DE
Inventors: Frank Dennerlein; Wolfgang Härer; Holger Dr. Kunze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenbildaufnahme für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion durch ein Röntgenbildaufnahmesystem, umfassend zumindest eine einen Fokus aufweisende Röntgenquelle (R) und zumindest einen Detektor (D), bei dem die zumindest eine Röntgenquelle in eine Richtung auf einer ersten, auf der einen Seite eines interessierenden Objektes liegenden Ebene bewegt wird. Des Weiteren umfasst die Erfindung dieselbe oder zumindest eine weitere Röntgenquelle auf zumindest einer zur ersten Ebene vorwiegend orthogonalen, zweiten Ebene auf einer weiteren Seite des interessierenden Objektes bewegt wird, wobei der zumindest eine Detektor auf der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes in einer derartigen Anordnung bereitgestellt wird, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme erfolgt, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt. Erfindungsgemäß wird eine Trajektorie der Röntgenquelle R bzw. -röhre zur Akquisition der Bilddaten verwendet, die aus mindestens zwei Ebenen, Linien bzw. Geraden besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenbildaufnahme für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion gemäß des jeweiligen Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche.
Hintergrund der Erfindung
Derzeit werden digitale Radiographiesysteme hauptsächlich zur Diagnose von Knochenbrüchen, bei Traumapatienten sowie bei Brust- und Lungenuntersuchungen eingesetzt. Ihre flexible Ausgestaltung erlaubt es, aus nahezu in jeder beliebigen Blickrichtung Röntgenaufnahmen zu erstellen.
Bei den in der Radiographie vorzugsweise verwendeten C-Bogen-Systemen sind der Röntgendetektor sowie die Röntgenquelle gegenüberliegend an einem so genannten C-Arm angebracht, der für die Durchführung einer Rotationsbewegung ausgebildet ist. Damit lässt sich das Bildaufnahmesystem mit der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor um ein Drehzentrum, das sogenannte Isozentrum des C-Bogen-Systems, rotieren. Auf diese Weise können mit diesen modernen C-Bogen-Systemen nicht nur zweidimensionale Durchleuchtungsbilder gewonnen werden, sondern durch Rotation des Bildaufnahmesystems um den Patienten auch dreidimensionale, CT-ähnliche Bilder oder Schnittbilder. Die Bildrekonstruktion der dreidimensionalen Bilder oder der Schnittbilder aus den unter verschiedenen Rotationswinkeln aufgezeichneten Durchleuchtungsbildern erfolgt in ähnlicher Weise wie bei einem Computertomographen (CT). Es können damit Weichteile oder, durch Subtraktion von Kontrastmittelbildern und nativen Bildern, Angiographien dreidimensional darge stellt werden. Neben diesen verbreiteten C-Bogen-Systemen sind auch robotergeführte C-Bogen-Systeme z. B. aus [2] bekannt, bei denen ein C-Arm mit einer Röntgenquelle und einem der Röntgenquelle gegenüberliegenden Röntgendetektor an die Hand eines mehrarmigen Industrieroboters angekoppelt ist, der dieses Röntgenaufzeichnungssystem zur Aufzeichnung der zweidimensionalen Röntgenbilder um das interessierende Objekt bewegt. Der durchleuchtete Objektbereich, von dem anschließend durch Rekonstruktion ein dreidimensionales Bild gewonnen wird, ist durch die Größe des Strahlkegels des Röntgenstrahlbündels beschränkt. Die Größe des Strahlkegels ist wiederum auf die Größe und den Abstand des Röntgendetektors, in der Regel ein Flächendetektor, abgestimmt. Der interessierende Objektbereich, das sogenannte VOI (Volume of Interest) bzw. ROI (Region of Interest), sollte im Isozentrum des C-Bogen-Systems liegen, damit er für jeden Rotations- bzw. Projektionswinkel durch das Bildaufnahmesystem abgebildet werden kann.
In einer möglichen modernen Ausprägung eines Radiographiesystems – wie z. B. in 1 angedeutet – ist sowohl der digitale Detektor D, als auch die Röntgenquelle R an von einander unabhängig bewegbaren Halterungen befestigt, die sich meist an der Decke eines Untersuchungsraumes befinden. Die Bewegung von Detektor und Röntgenquelle an diesen Halterungen wird beispielsweise durch ein Schienensystem gewährleistet, das insbesondere lineare Bewegungen ermöglicht. Röntgenaufnahmen erlauben eine gute Diagnose von Objekten, bei denen nicht zu viele Strukturen in Richtung des Röntgenstrahls überlagert werden.
Jedoch ist eine Aussage über die Lage von Details entlang der Strahlrichtung in der Regel nur eingeschränkt und mit anatomischem Zusatzwissen möglich. Detaillierte Angaben liefern vor allem dreidimensionale Bildgebungsverfahren, wie z. B. die Computertomographie (CT). Bei der klassischen kreisförmigen CT-Abtastbewegung bewegen sich Röntgenröhre bzw. -quelle und Detektor auf Kreisbahnen um ein gemeinsames Zentrum. Das Objekt bzw. der Patient wird aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Winkeln aufgenommen und aus diesen Projektionen wird rechnerisch ein dreidimensionales Bildes des interessierenden Objektbereichs bzw. Patienteninneren rekonstruiert. Auch mit einem Radiographiesystem der in 1 dargestellten Art können diese für die 3D-Abbildung benötigten Aufnahmen unter vielen Winkeln erzeugt werden. Bei einem solchen System stellen Linientrajektorien in der Regel die optimale Aufnahmegeometrie dar. Sie können mit geringerem technischen Aufwand einfacher und schneller abgefahren bzw. durchlaufen und zudem mit einer höheren Genauigkeit reproduziert werden. Jedoch sind mit dieser Art eines Radiographiesystems – trotz dessen Flexibilität – erhebliche technische Herausforderungen verbunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das oben erwähnte Vorgehen insbesondere in Hinblick auf Genauigkeit bzw. Qualität der Bildaufnahmen zu verbessern.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Röntgenbildaufnahme für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion durch ein Röntgenbildaufnahmesystem, umfassend zumindest eine einen Fokus aufweisende Röntgenquelle und zumindest einen Detektor, bei dem die zumindest eine Röntgenquelle in eine Richtung auf einer ersten, auf der einen Seite eines interessierenden Objektes liegenden Ebene bewegt wird. Des weiteren umfasst das erfindungsgemäße Verfahren dieselbe oder zumindest eine weitere Röntgenquelle auf zumindest einer zur ersten Ebene vorwiegend orthogonalen, zweiten Ebene auf einer weiteren Seite des interessierenden Objektes bewegt wird, wobei der zumindest eine Detektor auf der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes in einer derartigen Anordnung bereitgestellt wird, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme erfolgt, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Röntgenbildaufnahmesystem, umfassend zumindest eine einen Fokus aufweisende Röntgenquelle und zumindest einen Detektor, bei dem die zumindest eine Röntgenquelle in eine Richtung auf einer ersten, auf der einen Seite eines interessierenden Objektes liegenden Ebene bewegbar ist. Das Röntgenbildaufnahmesystem weist des weiteren dieselbe oder zumindest eine weitere Röntgenquelle auf, die auf zumindest einer zur ersten Ebene vorwiegend orthogonalen, zweiten Ebene auf einer weiteren Seite des interessierenden Objektes bewegbar ist, wobei der zumindest eine Detektor auf der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes derart angeordnet ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme durchführbar ist, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Alternativ ist denkbar, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes derart feststehend positioniert ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildauf nahme durchführbar ist bzw. durchgeführt wird, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Detektor muss nicht unbedingt bewegt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes parallel in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der zugehörigen Röntgenquelle derart bewegt wird bzw. bewegbar ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme durchgeführt wird bzw. durchführbar ist, innerhalb eines vom Fokus der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß eine Trajektorie der Röntgenquelle R bzw. -röhre zur Akquisition der Bilddaten verwendet, die aus mindestens zwei Ebenen, Linien bzw. Geraden besteht.
Zweckmäßigerweise ist/wird der Detektor derart ausgerichtet, dass eine gedachte Mittelsenkrechte auf den Detektor in Richtung des Fokus der zugehörigen Röntgenquelle zeigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine erste, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der ersten Ebene gedacht liegenden Gerade einen Schnittpunkt mit einer zweiten, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der zweiten Ebene gedacht liegenden Geraden aufweist. Diese Ebenen und/oder Geraden können jeweils eine Trajektorie der Röntgenquelle bzw. des Detektors repräsentieren.
In vorteilhafter Weise wird als Detektor ein Flächendetektor eingesetzt.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Die erfindungsgemäße Trajektorie erlaubt eine einfache Realisierung in bestehenden Radiographiesystemen. Bei einer ausreichenden Größe des Detektors lässt die erfindungsgemäße Trajektorie eine exakte Rekonstruktion in der Ebene zu, in der sich die Röntgenquelle bewegt.
Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
1 den eingangs erläuterten Stand der Technik und
2 zeigt eine Trajektorie einer Röntgenquelle, die aus zwei Linien besteht.
2 zeigt erfindungsgemäß die Verwendung einer Trajektorie der Röntgenquelle R bzw. -röhre zur Akquisition der Bilddaten, die aus zumindest zwei Linien bzw. Geraden besteht. Der Detektor D bewegt sich dabei auf der gegenüberliegenden Seite des Objektes ebenfalls auf geraden Linien. Vorteilhaft ist eine Ausrichtung des Detektors auf die Röntgenquelle. optimal ist diese, wenn die Mittelsenkrechte des Detektors in Richtung des Röntgenfokus der Röntgenquelle weist. Während der Bewegung des Systems wird eine ausreichend große Anzahl (25 oder mehr) an Projektionen aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen. Vorzugsweise ist der Detektor als Flächendetektor ausgebildet, um in einem Meßzyklus nicht nur die Daten einer Objektschicht, sondern die eines dreidimensionalen Objektbereiches zu erfassen.
Ein Schnitt beider Röhrentrajektorien in einem Punkt ist vorteilhaft, da auf diese Weise ein maximaler Objektbereich abgetastet werden kann. Der Detektor sollte sich bei der Abtas tung nicht unbedingt bewegen. Seine Bewegung bringt den Vorteil mit sich, dass der Röntgenschatten des Objektes aus allen Richtungen möglichst vollständig erfasst wird. Ist der Detektor dazu groß genug, ist eine Bewegung des Detektors nicht erforderlich. Bei ausreichender Größe des Detektors kann die in 2 gezeigte Trajektorie eine Rekonstruktion im in der 2 in Grau markierten Bereich in der Ebene ermöglichen, in der sich die Röntgenquelle bewegt. Ebenso ist es möglich, auf eine Bewegung des Detektors zu verzichten bzw. diese auf einen kleineren Weg einzuschränken, wenn eine Einschränkung des Meßfeldes auf einen Teilbereich des Objekte bzw. Patienten erfolgt. Auch eine Verkürzung der Fokusbahn zu diesem Zweck ist möglich. In diesem Falle treten sogenannte 'trunkierte' Projektionen auf. Zur Rekonstruktion können z. B. interative Rekonstruktionsverfahren – wie beispielsweise aus [1] bekannt – verwendet werden. Im Fall trunkierter Projektionen ist in einem Teilbereich des Patienten (ROI) mindestens eine näherungsweise Rekonstruktion möglich.
Iterative Rekonstruktionsverfahren – wie die vorstehend genannten – bieten darüber hinaus den Vorteil:

– für alle Abtastgeometrien direkt anwendbar zu sein,
– auch aus trunkierten Projektionen gut rekonstruieren zu können.

Es müssen keine – wie bei anderen Rekonstruktionsverfahren – umfangreiche algorithmische Anpassungen vorgenommen werden. Des Weiteren liefern sie auch aus wenigen Projektionen eine ausreichend gute Qualität.
Referenzen

[1] Kak A. C., Slaney M.: Principles of Computerized Tomographic Imaging, IEEE Press, 1988. Kap. 7
[2] DE 10 2006 037 564 B3

Claims

Verfahren zur Röntgenbildaufnahme für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion durch ein Röntgenbildaufnahmesystem, umfassend zumindest eine einen Fokus aufweisende Röntgenquelle (R) und zumindest einen Detektor (D), bei dem die zumindest eine Röntgenquelle in eine Richtung auf einer ersten, auf der einen Seite eines interessierenden Objektes liegenden Ebene bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass des weiteren dieselbe oder zumindest eine weitere Röntgenquelle auf zumindest einer zur ersten Ebene vorwiegend orthogonalen, zweiten Ebene auf einer weiteren Seite des interessierenden Objektes bewegt wird, wobei der zumindest eine Detektor auf der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes in einer derartigen Anordnung bereitgestellt wird, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei denen eine Bildaufnahme erfolgt, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes parallel in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der zugehörigen Röntgenquelle derart bewegt wird, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme erfolgt, innerhalb eines vom Fokus der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes derart feststehend positioniert wird, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme erfolgt, innerhalb eines vom Fokus der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor derart ausgerichtet wird, dass eine gedachte Mittelsenkrechte auf den Detektor in Richtung des Fokus der zugehörigen Röntgenquelle zeigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der ersten Ebene gedacht liegenden Gerade einen Schnittpunkt mit einer zweiten, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der zweiten Ebene gedacht liegenden Geraden aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor ein Flächendetektor eingesetzt wird.
Röntgenbildaufnahmesystem, umfassend zumindest eine einen Fokus aufweisende Röntgenquelle (R) und zumindest einen Detektor (D), bei dem die zumindest eine Röntgenquelle in eine Richtung auf einer ersten, auf der einen Seite eines interessierenden Objektes liegenden Ebene bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass des weiteren dieselbe oder zumindest eine weitere Röntgenquelle auf zumindest einer zur ersten Ebene vorwiegend orthogonalen, zweiten Ebene auf einer weiteren Seite des interessierenden Objektes bewegbar ist, wobei der zumindest eine Detektor auf der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes derart angeordnet ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei denen eine Bildaufnahme durchführbar ist, innerhalb eines vom Fokus der zumindest einen Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Röntgenbildaufnahmesystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes parallel in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der zugehörigen Röntgenquelle derart bewegbar ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme durchführbar ist, innerhalb eines vom Fokus der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Röntgenbildaufnahmesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf einer anderen Ebene der jeweils gegenüberliegenden anderen Seite des Objektes derart feststehend positioniert ist, dass das interessierende Objekt zumindest bei den Winkeln, bei dem eine Bildaufnahme durchführbar ist, innerhalb eines vom Fokus der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlbündels liegt.
Röntgenbildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor derart ausgerichtet ist, dass eine gedachte Mittelsenkrechte auf den Detektor in Richtung des Fokus der zugehörigen Röntgenquelle zeigt.
Röntgenbildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der ersten Ebene gedacht liegenden Gerade einen Schnittpunkt mit einer zweiten, in Bewegungsrichtung der Röntgenquelle in der zweiten Ebene gedacht liegenden Geraden aufweist.
Röntgenbildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor ein Flächendetektor vorgesehen ist.