DE102009021311A1

DE102009021311A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbildes eines in einen Patienten eingebrachten medizinischen Hilfsmittels

Info

Publication number: DE102009021311A1
Application number: DE102009021311A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: DE102009021311B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Rötgenbildes (15) eines in einen Patienten (1) eingebrachten medizinischen Hilfsmittels (2), wobei am Hilfsmittel (2) röntgenologisch sichtbare, als Maßstabbasis (8) dienende Markierungen (10, 12, 14), in bekannten Relativpositionen zueinander angebracht sind, mit folgenden Schritten: - ein das Abbild (16) des Hilfsmittels (2) enthaltendes Röntgenbild (15) des Patienten wird erzeugt, - im Röntgenbild (15) werden die Lagen der Abbilder (18, 20, 22) der Markierungen (10, 12, 14) ermittelt, - anhand der Lagen der Abbilder (18, 20, 22) der Markierungen (10, 12, 14) und ihrer bekannten Relativpositionen wird die tatsächliche räumliche Lage der die Maßstabbasis (8) bildenden Markierungen (10, 12, 14) im Strahlengang (3) des Röntgensystems ermittelt, - im Strahlengang (3) wird als Fortsetzung der die Maßstabbasis (8) bildenden Markierungen zu einem Maßstab (28) eine virtuelle Markierung (24, 26) platziert, - die virtuelle Markierung (24, 26) wird als Abbild (30, 32) in das Röntgenbild (15) projiziert, um zusammen mit dem Abbild (18, 20, 22) der realen Markierungen (10, 12, 14) ein Abbild (34) des Maßstabes (28) zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbildes eines in einen Patienten eingebrachten medizinischen Hilfsmittels.
In der Medizin werden zu diagnostischen Zwecken Röntgenbilder von Körperregionen eines Patienten angefertigt. Derartige Bilder werden auch zu dem Zweck angefertigt, ein medizinisches Hilfsmittel, wie beispielsweise einen Kirschnerdraht, der sowohl zum Vorbohren, zur temporären Fixierung als auch zur Positionierung von Instrumenten und Implantaten im Rahmen der Osteosynthese Anwendung findet, zu positionieren.
Aus der DE 101 41 406 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem am medizinischen Hilfsmittel selbst wenigstens drei strahlungsopake Markierungen angeordnet sind, die die Ermittlung der räumlichen Lage des Hilfsmittels zulassen.
Da die Abbildung in einem Röntgenbild entsprechend der geometrischen Anordnung des Röntgengerätes erfolgt, entsprechen die abgebildeten Abmaße aller in dem Röntgenbild ersichtlichen Objekte nicht den realen Abmaßen. Diese sind daher in einem durch die Aufnahmegeometrie bedingten Verhältnis dargestellt.
Es ist deswegen anhand der Röntgenaufnahme für medizinisches Personal schwierig zu beurteilen, wie sich eine reale Verschiebung des Hilfsmittels um eine bestimmte Strecke auswirkt, da hierbei der für die Abbildung maßgebliche Maßstab berücksichtigt werden müsste. Somit wird insbesondere die korrekte Positionierung eines Hilfsmittels bezüglich weiterer in dem Röntgenbild ersichtlicher Objekte, wie beispielsweise Knochen oder Organen erschwert.
Es wäre daher aus Sicht des medizinischen Personals wünschenswert, die im Röntgenbild veränderten Abmaße auf die realen Abmaße übertragen zu können, um entsprechende Beurteilungen von Längen oder Winkeln vornehmen zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe ein Röntgenbild eines in einen Patienten eingebrachten medizinischen Hilfsmittels erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbildes gemäß Patentanspruch 1. Bei diesem Verfahren wird ein medizinisches Hilfsmittel verwendet, an dem röntgenologisch sichtbare Markierungen angebracht werden. Die Anordnung der Markierungen kann dabei beliebig sein, sie können beispielsweise in einem gleichmäßigen Abstand angeordnet sein. Wichtig ist jedoch, dass deren Relativpositionen zueinander, also deren Abstände und gegenseitige Lage im Raum bekannt sind. Diese Markierungen dienen im weiteren Verfahren als Maßstabbasis, also als Grundlage für einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens in das Röntgenbild einzublendenden Maßstab.
In einem ersten Schritt wird ein Röntgenbild der betreffenden Körperregion des Patienten erzeugt, in die das Hilfsmittel eingebracht wurde. So entsteht ein Röntgenbild, das ein Abbild des Hilfsmittels enthält. In diesem sind somit auch die Abbilder der an dem Hilfsmittel angebrachten Markierungen sichtbar.
Danach werden mittels einer Bildverarbeitung im Röntgenbild die Lagen der Abbilder der Markierungen ermittelt.
In einem nächsten Schritt wird nun anhand der Lagen der Abbilder der Markierungen im Röntgenbild und der bekannten Relativpositionen der realen Markierungen die tatsächliche räumliche Lage der Markierungen im Strahlengang des Röntgensystems ermittelt. Es erfolgt also eine Rückprojektion der Abbilder der Markierungen unter Berücksichtigung der bekannten Relativpositionen der Markierungen und der Aufnahmegeometrie, die aus der relativen Lage der Röntgenquelle und des -detektors sowie des Untersuchungsgegenstandes, also des medizinischen Hilfsmittels gebildet wird. Das Ergebnis dieser Rückprojektion der Abbilder der Markierungen in den dreidimensionalen Raum bildet die Maßstabbasis.
Zu dieser Maßstabbasis wird danach im Strahlengang eine weitere virtuelle Markierung platziert. Diese weitere Markierung dient als Fortsetzung der Maßstabbasis und bildet diese zu einem Maßstab fort. Es können in diesem Schritt auch beliebig weitere virtuelle Markierungen platziert werden, je nachdem wie umfangreich der gewünschte Maßstab im konkreten Anwendungsfall sein soll. Dabei kann der Maßstab in beliebige Richtungen fortgesetzt werden. Möglich ist auch, dass der Maßstab in mehrere Richtungen fortgesetzt wird.
Schließlich wird die virtuelle Markierung in das Röntgenbild projiziert. Das sich dort ergebende Abbild der virtuellen Markierung bildet in dem Röntgenbild zusammen mit dem Abbild der realen Markierungen ein Abbild des vollständigen Maßstabs.
Anhand des nun in dem Röntgenbild enthaltenen Abbildes des Maßstabs kann nun das medizinische Personal direkt im Röntgenbild enthaltene Längen beispielsweise des Hilfsmittels selber aber auch von dessen Umgebung sowie von Abständen des Hilfsmittels zu weiteren im Röntgenbild enthaltenen Objekten wie Knochen und deren eingeschlossene Winkel beurteilen. So ist es beispielsweise möglich einzuschätzen, wie sich eine Verschiebung des Hilfsmittels bezüglich weiterer Objekte auswirkt. Die Umrechnung einer tatsächlichen Länge in eine abgebildete Länge ist daher nicht mehr erforderlich. Das medizinische Personal kann sich vielmehr an den am Hilfsmittel angebrachten Markierungen und dem Abbild des Maßstabes im Röntgenbild orientieren.
Da das Verfahren rein bildbasiert ist, werden keine zusätzlichen technischen Hilfsmittel benötigt. Da außerdem das medizinische Hilfsmittel selbst mit Markierungen versehen ist, werden keine weiteren mit Markierungen versehenen Hilfsmittel benötigt, die möglicherweise nicht im Abbildungsbereich des Röntgensystems liegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird als Fortsetzung der die Maßstabbasis bildenden Markierungen eine virtuelle Markierung außerhalb der Grenzen des Hilfsmittels platziert. Es wird dadurch ein Maßstab in dem Röntgenbild abgebildet, der über das Hilfsmittel in dessen Umgebung hinausgeht. Somit kann anhand des Abbilds des Maßstabes im Röntgenbild beurteilt werden, wie sich eine Verschiebung des Hilfsmittels auswirkt, bzw. um welche reale Strecke das Hilfsmittel verschoben werden muss, um einen im Röntgenbild bestimmten Punkt zu erreichen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden die Markierungen äquidistant am Hilfsmittel angebracht. Beispielsweise können die Markierungen in einem Abstand von einem cm angebracht werden. Im Röntgenbild kann daher auf einfache Weise beurteilt werden, wie sich eine reale Verschiebung um einen cm auswirkt.
Auf einfache Art und Weise können die Markierungen an der Außenstruktur des Hilfsmittels angebracht werden. Dies kann beispielsweise in Form von Einfräsungen oder kugelförmigen Erweiterungen geschehen.
Die Markierungen können aber auch im Inneren des Hilfsmittels angebracht werden. Dann ist die Außenfläche zu einem herkömmlichen Hilfsmittel identisch und kann daher auf entsprechende Art und Weise eingesetzt werden, ohne dass Einbußen bei der Funktionalität auftreten. Beispielsweise können im Inneren des Hilfsmittels Hohlräume ausgeprägt werden oder es werden Materialien mit unterschiedlichem Röntgenabsorptionsverhalten eingesetzt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
1 ein im Strahlengang eines Röntgensystems platziertes medizinisches Hilfsmittel mit einem Röntgenbild,
2 ein medizinisches Hilfsmittel, an dem weitere virtuelle Markierungen platziert wurden, sowie deren Projektion in das Röntgenbild,
3 ein medizinisches Hilfsmittel mit auf verschiedene Art und Weise angeordneten Markierungen.
1 zeigt ein in einen Patienten 1 eingebrachtes medizinisches Hilfsmittel 2, das sich in dem Strahlengang 3 eines eine Röntgenquelle 4 aufweisenden Röntgensystems befindet. Ferner ist die durch einen nicht dargestellten Röntgendetektor entstehende Bildebene 6 abgebildet.
An dem medizinischen Hilfsmittel 2 sind nun drei als Maßstabbasis 8 dienende röntgenologisch sichtbare Markierungen 10, 12, 14 in einem gleichen Abstand d in Längsrichtung des Hilfsmittels 2 angebracht, die in gezeigtem Beispiel kugelförmig ausgestaltet sind. Die Relativpositionen der einzelnen Markierungen 10, 12, 14 zueinander müssen zur Durchführung des weiteren Verfahrens bekannt sein.
Die Markierungen 10, 12, 14 bilden die Maßstabbasis 8 und dienen somit dazu, dem Hilfsmittel selbst eine Längeninformation aufzuprägen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Röntgenbild 15 erzeugt, das zur einfacheren Darstellung in den Figuren direkt in der Bildebene 6 enthalten ist. Das Röntgenbild 15 enthält ein Abbild 16 des medizinischen Hilfsmittels 2. Dieses Abbild 16 umfasst in entsprechender Weise auch die Abbilder 18, 20, 22 der Markierungen 10, 12, 14. Auf Grund der Lage des medizinischen Hilfsmittels 2 im Strahlengang 3 des Röntgensystems erscheint das Abbild 16 des medizinischen Hilfsmittels 2 in einer projektionsbedingten verzerrten Ansicht. Aus diesem Grund ist es für das medizinische Personal erschwert, das Hilfsmittel 2 beispielsweise in einem Knochen korrekt zu positionieren, da ein auf dem Röntgenbild 6 ersichtlicher Abstand zu einem Bezugspunkt in Wirklichkeit einem anderen Abstand entspricht.
Weiterhin wird durch die Verzerrung verursacht, dass die Größe des Hilfsmittels 2 verändert ist und die Abbilder 18, 20, 22 der Markierungen 10, 12, 14 mit einem Abstand a auf dem Röntgenbild erscheinen, der größer ist als der Abstand d der Markierungen 10, 12, 14 am Hilfsmittel 2 selbst.
In einem nächsten Schritt werden mittels einer Bildverarbeitung die Lagen, also die jeweiligen Koordinaten der Abbilder 18, 20, 22 der Markierungen 10, 12, 14 im Röntgenbild 15 ermittelt.
In einem weiteren Schritt wird dann anhand der Lagen der Abbilder 18, 20, 22 der Markierungen 10, 12, 14 im Röntgenbild und ihrer bekannten Relativpostionen die tatsächliche räumliche Lage der Markierungen 10, 12, 14 im Strahlengang 3 des Röntgensystems ermittelt. Die einzelnen Abbilder 18, 20, 22 der Markierungen 10, 12, 14 werden also unter Berücksichtigung ihrer bekannten Relativpositionen in den Strahlengang 3 des Röntgensystems rückprojiziert.
Wie nun aus 2 ersichtlich, werden danach im Strahlengang 3 als Fortsetzung der die Maßstabbasis 8 bildenden Markierungen 10, 12, 14 weitere virtuelle Markierungen 24, 26 platziert. Diese Markierungen 24, 26 werden in diesem Beispiel ebenfalls in Längsrichtung des Hilfsmittels 2 jeweils in einem Abstand d an die bereits vorhandene Markierung 14 angefügt und erstrecken sich somit über die Grenzen des medizinischen Hilfsmittels 2 hinaus. Zusammen mit den Markierungen 10, 12, 14, also der Maßstabbasis 8, bilden die virtuellen Mar kierungen 24, 26 einen virtuell über die Grenzen des Hilfsmittels 2 hinausgehenden Maßstab 28.
Schließlich werden die virtuellen Markierungen 24, 26 als Abbild 30, 32 in das Röntgenbild 6 projiziert, um zusammen mit dem Abbild 16 der realen Markierungen 10, 12, 14 ein Abbild 34 des Maßstabs 28 zu bilden. Anhand dieses Abbilds 34 kann nun das medizinische Personal auf einfache Art und Weise bereits im Röntgenbild 15 erkennen, wie sich beispielsweise eine Verschiebung des Hilfsmittels 2 entlang des Abbilds 34 um eine bestimmte Strecke auswirkt. Eine Längenumrechnung der Projektionsdaten ist daher nicht mehr erforderlich.
In 3 ist nun ein medizinisches Hilfsmittel 2 dargestellt, bei dem die Markierungen 10, 12, 14 auf verschiedene Art und Weisen angebracht sind. Diese sind bei einer ersten Variante durch kugelförmige Erweiterungen auf der Außenoberfläche des Hilfsmittels 2 aufgebracht. Bei einer zweiten, gestrichelt dargestellten Variante wurden hingegen im Inneren des Hilfsmittels 2 Hohlräume ausgeprägt. Alternativ können diese Hohlräume auch mit einem Material gefüllt sein, das gegenüber dem übrigen Material ein geändertes Röntgenabsorptionsverhalten aufweist. Durch derartige Variationsmöglichkeiten können die Markierungen 10, 12, 14 jeweils als Bestandteil des jeweiligen Hilfsmittels 2 gefertigt werden, so dass das Hilfsmittel 2 in seiner Funktion nicht beeinträchtigt wird. Ein Anbringen von zusätzlichen, die Markierungen 10, 12, 14 tragenden Elementen ist daher nicht erforderlich. Die Anordnung der Markierungen 10, 12, 14 erfolgt in diesem Beispiel in Längsrichtung, es ist jedoch je nach Anwendungsfall auch eine Anordnung in weitere Richtungen denkbar.
Ferner sind in 3 die zusätzlichen virtuellen Markierungen 24, 26 abgebildet, die dabei auch in unterschiedliche Richtungen hinzugefügt werden können, wie dies durch die gestrichelten Markierungen 24, 26 angedeutet ist. Es ist aber auch möglich, die virtuellen Markierungen in mehrere Richtungen zu den realen Markierungen 10, 12, 14 hinzuzufügen.

1: Patient
2: medizinisches Hilfsmittel
3: Strahlengang
4: Röntgenquelle
6: Bildebene
8: Maßstabbasis
10: Markierung
12: Markierung
14: Markierung
15: Röntgenbild
16: Abbild
18: Abbild
20: Abbild
22: Abbild
24: virtuelle Markierung
26: virtuelle Markierung
28: Maßstab
30: Abbild
32: Abbild
34: Abbild
a: Abstand
d: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10141406 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbildes (15) eines in einen Patienten (1) eingebrachten medizinischen Hilfsmittels (2), wobei am Hilfsmittel (2) röntgenologisch sichtbare, als Maßstabbasis (8) dienende Markierungen (10, 12, 14), in bekannten Relativpositionen zueinander angebracht sind, mit folgenden Schritten: – ein das Abbild (16) des Hilfsmittels (2) enthaltendes Röntgenbild (15) des Patienten wird erzeugt, – im Röntgenbild (15) werden die Lagen der Abbilder (18, 20, 22) der Markierungen (10, 12, 14) ermittelt, – anhand der Lagen der Abbilder (18, 20, 22) der Markierungen (10, 12, 14) und ihrer bekannten Relativpositionen wird die tatsächliche räumliche Lage der die Maßstabbasis (8) bildenden Markierungen (10, 12, 14) im Strahlengang (3) des Röntgensystems ermittelt, – im Strahlengang (3) wird als Fortsetzung der die Maßstabbasis (8) bildenden Markierungen zu einem Maßstab (28) eine virtuelle Markierung (24, 26) platziert, – die virtuelle Markierung (24, 26) wird als Abbild (30, 32) in das Röntgenbild (15) projiziert, um zusammen mit dem Abbild (18, 20, 22) der realen Markierungen (10, 12, 14) ein Abbild (34) des Maßstabs (28) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Fortsetzung der die Maßstabbasis (8) bildenden Markierungen (10, 12, 14) eine virtuelle Markierung (24, 26) außerhalb der Grenzen des Hilfsmittels (2) platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Markierungen (10, 12, 14) äquidistant an dem Hilfsmittel (3) angebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markierungen (10, 12, 14) an der Außenstruktur des Hilfsmittels (3) angebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markierungen (10, 12, 14) im Inneren des Hilfsmittels (3) angebracht werden.