DE102010027671A1

DE102010027671A1 - Modell- und sensorikbasierte Erhöhung der Genauigkeit bei einem Röntgensystem mit einem C-Bogen

Info

Publication number: DE102010027671A1
Application number: DE201010027671
Authority: DE
Inventors: Dr. Graumann Rainer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine höhere Bildqualität bei einem Röntgensystem mit einem C-Bogen (2), da Abweichungen der Röntgenstrahlungsquelle (4) und des Röntgenstrahlungsdetektors (6) von ihrer Idealposition durch zumindest einen ersten Lagesensor (16) an der Röntgenstrahlungsquelle (4) oder am Röntgenstrahlungsdetektor (6) detektiert werden. Es kann ein zweiter Lagesensor (22) vorgesehen sein, so dass sowohl die Position der Röntgenröhre (4) als auch die Position des Röntgenstrahlungsdetektors (6) sowie deren Abweichung von der Idealposition bestimmt werden können. Alternativ hierzu kann lediglich ein erster Positionssensor (16) verwendet werden und die Position der Röntgenstrahlungsquelle (4) bzw. des Röntgenstrahlungsdetektors (6), an der bzw. dem kein Lagesensor angeordnet ist, mittels eines mechanischen Modells des C-Bogens bestimmt werden, wobei das mechanische Modell zumindest die Verwindung des C-Bogens während des Schwenkens des C-Bogens (2) um die Orbitalachse berücksichtigt. Zusätzlich können die Messergebnisse des ersten und zweiten Lagesensors durch das mechanische Modell des C-Bogens (2) optimiert werden.

Description

Bei einer Operation ist seitens der Chirurgen erwünscht, Bildinformation über das Innere des Operationsbereichs zu erhalten. Hierzu werden beispielsweise Röntgensysteme mit einem so genannten C-Bogen verwendet. Zum Ermitteln von Information über das Innere des Operationsbereiches wird der C-Bogen in unterschiedliche Stellungen geschwenkt und nach dem Schwenken wird durch Röntgen eine Projektionsaufnahme in dieser Stellung erstellt. Die dabei gewonnenen Bilddaten stellen die Intensität eines Röntgenstrahls nach dem Durchlaufen des Gewebes bei der jeweiligen Projektion dar. Werden viele Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen, dann können daraus Schnittbilder rekonstruiert werden, die dem Operateur dreidimensionale Bildinformationen über einzelne Schichten des Inneren des Patienten oder des Operationsbereiches liefern.
Bei einem typischen Röntgensystem mit einem C-Bogen ist am oberen Ende des C-Bogens eine Röntgenstrahlungsquelle und am unteren Ende des C-Bogens ein Röntgenstrahlungsdetektor angeordnet. Insbesondere für die 3D-Bildgebung ist der C-Bogen isozentrisch aufgebaut und wird isozentrisch geschwenkt. Der C-Bogen ist ein Halbkreis, wobei die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgenstrahlungsdetektor an entgegengesetzten Enden des Halbkreises angeordnet sind. Die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgenstrahlungsdetektor werden so angeordnet, dass der Zentralstrahl des Strahlenkegels der Röntgenstrahlungsquelle stets durch das Rotationszentrum der Drehachse des C-Bogens verläuft. Der C-Bogen kann um etwa 190° in Orbitalrichtung geschwenkt werden, wobei sichergestellt werden soll, dass der Zentralstrahl des von der Röntgenstrahlungsquelle emittierten Strahlenkegels durch das Rotationszentrum verläuft, das durch die Drehachse des C-Bogens definiert wird.
Aufgrund seiner Massenverteilung verwindet sich der C-Bogen während seiner Drehung um die Orbital- oder Angulationsachse. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass die Aufhängung des C-Bogens während des Schwenkens des C-Bogens unterschiedlich belastet wird und folglich kann sich der Aufhängepunkt des C-Bogens bewegen. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass sich auch der Untergrund unter dem beweglichen Röntgengerät mit dem C-Bogen nachgeben kann, falls der C-Bogen geschwenkt wird. Dies trifft insbesondere für einen elastischen Untergrund zu, wie er beispielsweise in Form eines Linoleumbodens verwendet wird.
Messungen haben ergeben, dass bei einem isozentrischen C-Bogen der Zentralstrahl bei einer Orbitaldrehung des C-Bogens um einige mm aus dem Isozentrum abweichen kann. Zusätzlich ergibt sich durch die Gewichtsverteilung ein relatives Verkippen zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgenstrahlungsdetektor um einige Grad, wenn der C-Bogen geschwenkt wird. Falls diese Effekte nicht korrigiert werden, führen sie zu verschlechterten dreidimensionalen Bildern, beispielsweise in Form von geometrischen Verformungen und einer verschlechterten Ortsauflösung.
Folglich müssen die Verwindung des C-Bogens, das Verkippen der Röntgenstrahlungsquelle und des Röntgenstrahlungsdetektors zueinander sowie die anderen zuvor genannten Effekte kompensiert werden, damit dreidimensionale Bilddaten in ausreichender Qualität und ohne signifikante Artefakte aus den mittels des C-Bogens aufgenommenen Projektionsaufnahmen erstellt werden können. Im Stand der Technik wird hierzu ein so genanntes Kalibrierphantom verwendet, wie es beispielsweise in der DE 101 40 867 B4 beschrieben ist. Der Grundkörper des Kalibrierphantoms besteht im Wesentlichen aus einem röntgentransparenten Material, beispielsweise Plexiglas, kohlenstoffverstärkter Kunststoff und dergleichen. Im Grundkörper sind röntgenabsorbierende Markierungen auf einer wendelförmigen Linie angebracht. Zur Kalibrierung des Röntgensystems mit dem C-Bogen wird das Kalibrierphantom in den Röntgenstrahlengang zwischen Röntgenstrahlungsquelle und Röntgenstrahlungsdetektor angeordnet. Es werden sukzessive Projektionsaufnahmen des Kalibrierphantoms erstellt. Aus den Abbildungspositionen der Markierungen kann der Versatz des Röntgenstrahls bestimmt werden. Die phantombasierte Kalibrierung wird üblicherweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen, beispielsweise jährlich, durchgeführt. Es wird somit davon ausgegangen, dass die Verwindung des C-Bogens weitgehend reproduzierbar ist.
Röntgensysteme mit einem C-Bogen, die dreidimensionale Rekonstruktionen, die Tomosynthese und die phantombasierte Kalibrierung eines Röntgensystems mit einem C-Bogen sind in Imaging Systems for Medical Diagnostics, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, ISBN: 3-89578-226-2 beschrieben.
Da der mobile C-Bogen vom medizinischen Personal verschoben werden kann, z. B. kann bei unsachgemäßer Handhabung des C-Bogens, der C-Bogen an einen anderen Gegenstand anstoßen, so dass die Reproduzierbarkeit der Verwindung nicht mehr gewährt ist. Darüber hinaus kann die Reproduzierbarkeit bei häufiger Anwendung nicht gewährleistet sein, da eine plastische Veränderung des C-Bogens auftreten kann. Ferner kann die Reproduzierbarkeit der Verwindung nicht gewährleistet sein, wenn sich die Lager des C-Bogens verändern.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Röntgensystem und ein Bildgebungsverfahren zu schaffen, bei denen die Qualität der rekonstruierten 3D-Bilddaten nicht durch eine Positionsabweichung der Röntgenstrahlungsquelle und/oder des Röntgenstrahlungsdetektors von der Soll-Position beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Röntgensystem mit einem C-Bogen, einer auf dem C-Bogen angeordneten Röntgenstrahlungsquelle, und einem auf dem C-Bogen angeordneten Röntgenstrahlungsdetektor, der dazu ausgebildet ist, von der Röntgenstrahlungsquelle abgegebene Röntgenstrahlung zu erfassen. Erfindungsgemäß weist das Röntgensystem einen ersten Lagesensor auf, der am Röntgenstrahlungsdetektor oder der Röntgenstrahlungsquelle angeordnet ist und der einen ersten Ist-Positionswert ermittelt. Der erste Lagesensor kann an der Röntgenstrahlungsquelle und ein zweiter Lagesensor, der einen zweiten Ist-Positionswert ermittelt, kann am Röntgenstrahlungsdetektor angeordnet sein. Alternativ hierzu kann eine Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, durch ein dynamisches Modell des C-Bogens mittels des ersten Ist-Positionswertes den zweiten Ist-Positionswert zu berechnen.
Der erste und/oder zweite Lagesensor kann einen Sensor aufweisen, der die Neigung gegenüber den drei Koordinatenachsen bestimmt. Der Lagesensor kann eine Mehrzahl von Neigungssensoren aufweisen. Jeder Neigungssensor kann die Neigung gegenüber einer Koordinatenachse bestimmen. Der Neigungssensor kann ein konduktometrischer Neigungssensor, ein kapazitiver Neigungssensor oder ein gyroskopbasierter Sensor sein. Der Lagesensor kann zumindest einen Beschleunigungssensor umfassen, um die Richtung und Größe der Erdbeschleunigung zu bestimmen. Es ist auch möglich, das Messsignal zumindest eines Beschleunigungssensors zwei Mal zu integrieren, um aus dem Zweifachintegral der Beschleunigung die Position bzw. Relativposition zu bestimmen. Der zumindest eine Lagesensor kann durch zumindest einen Beschleunigungssensor ausgebildet sein.
Ein Modell des C-Bogens kann berücksichtigen, dass sowohl der sich oberhalb des Lagerungspunktes befindende Teil sowie der sich unterhalb des Lagerungspunktes befindende Teil des C-Bogens nach unten biegen. Die Biegung ist umso größer, je weiter das Ende eines Teils des C-Bogens von der Lagerung entfernt ist. D. h., dass die oben am C-Bogen angeordnete Röntgenstrahlungsquelle umso weiter aus ihrer Idealposition durch eine elastische Biegung des C-Bogens wegbewegt wird, je weiter die Röntgenstrahlungsquelle von der Lagerung weggeschwenkt wird. Ebenso ist die Abweichung des Röntgenstrahlungsdetektors von der Idealposition eine Funktion der Schwenkstellung des C-Bogens. Das Modell für die Verwindung des C-Bogens kann durch Messen, beispielsweise mittels eines Laserstrahls bestimmt werden. Ist nur ein Lagesensor vorhanden, kann die vom ersten Lagesensor ermittelte Ist-Position verwendet werden, um die zweite Ist-Position zu berechnen.
Es sind statische FEM-Modelle von C-Bögen bekannt. Für die Bestimmung eines dynamischen Modells, das statischen Modellen des C-Bogens in unterschiedlichen Winkelpositionen entspricht, gibt es prinzipiell zwei Verfahren. Einerseits kann die Verwindung des C-Bogens an einer Mehrzahl von Schwenkstellungen gemessen werden. Andererseits kann die Verwindung des C-Bogens an einer Mehrzahl von Schwenkstellungen mittels FEM-Modellen berechnet bzw. simuliert werden.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in einer Schwenkstellung des C-Bogens die erste Differenz zwischen der ersten Soll-Position, die durch die Schwenkstellung des C-Bogens bestimmt wird, und der ersten Ist-Position zu bestimmen und die zweite Differenz zwischen der zweiten Soll-Position, die durch die Schwenkstellung des C-Bogens bestimmt wird, und der zweiten Ist-Position zu bestimmen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die mit dem Röntgenstrahlungsdetektor erfassten Bilddaten in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Differenz zu verändern. Beispielsweise kann die Position und Lage der erfassten Bilddaten korrigiert werden. Die erste Soll-Position bzw. die zweite Soll-Position beruhen auf der Schwenkstellung des C-Bogens. Ist die Röntgenstrahlungsquelle am oberen Ende des C-Bogens und der Röntgenstrahlungsdetektor am unteren Ende des C-Bogens angeordnet und wird der C-Bogen in eine Stellung geschwenkt, in der er um +10° geneigt ist, ist die erste Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle +10° und die zweite Soll-Position des Röntgenstrahlungsdetektors –170°. Der erste Lagesensor ermittelt die erste Ist-Position und der zweite Lagesensor ermittelt die zweite Ist-Position. Die erste Differenz und die zweite Differenz können bei einer Projektionsaufnahme so berücksichtigt werden, dass die Bilddaten verschoben, gedreht und/oder gekippt werden sowie die Intensität der Bilddaten geändert wird.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die erste Ist-Position, die zweite Ist-Position, die erste Differenz und/oder die zweite Differenz mittels des Models des C-Bogens, vorzugsweise in Abhängigkeit der ersten Soll-Position und/oder der zweiten Soll-Position zu optimieren, auch wenn mehr als ein Lage- und/oder Beschleunigungssensor verwendet wird. Dadurch kann die Genauigkeit weiter verbessert werden.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den C-Bogen in eine Referenzposition zu schwenken. Die in der Referenzposition ermittelte erste Ist-Position wird als erster Referenzpositionswert und die in der Referenzposition ermittelte zweite Ist-Position wird als zweiter Referenzpositionswert abgespeichert. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, von der ersten Ist-Position den ersten Referenzwert zu subtrahieren und von der zweiten Ist-Position den zweiten Referenzwert zu subtrahieren, nachdem der C-Bogen in eine andere Stellung geschwenkt wurde. Bei dieser Vorgehensweise werden nur Relativpositionen für die Korrektur der Bilder verwendet. Dadurch kann eine Drift der Lagesensoren eliminiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch das nachstehend beschriebene Bildgebungsverfahren gelöst. Der C-Bogen mit einer Röntgenstrahlungsquelle und einem Röntgenstrahlungsdetektor wird in eine erste Stellung geschwenkt. Die erste Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle und die zweite Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors werden mittels zumindest eines an der Röntgenstrahlungsquelle oder am Röntgenstrahlungsdetektor angeordneten Lagesensors bestimmt. Es wird ein Röntgenbild, d. h. eine Projektionsaufnahme, mit dem Röntgenstrahlungsdetektor mittels der von der Röntgenstrahlungsquelle emittierten Röntgenstrahlung erfasst. Die erste Differenz zwischen der ersten Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle und der ersten Ist-Position sowie die zweiten Differenz zwischen der zweiten Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle und der zweiten Ist-Position werden ermittelt. Die Bilddaten werden in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Differenz verändert.
Der Schritt des Bestimmens der ersten Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle und der zweiten Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors können mittels eines an der Röntgenstrahlungsquelle angeordneten ersten Lagesensors und eines am Röntgenstrahlungsdetektor angeordneten zweiten Lagesensors durchgeführt werden. Beim Schritt des Bestimmens der ersten Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle und der zweiten Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors kann die zweite Ist-Position mittels eines Modells des C-Bogens bestimmt werden. Die erste Ist-Position, die zweite Ist-Position, die erste Differenz und/oder die zweite Differenz können durch das Modell des C-Bogens optimiert werden, vorzugsweise in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Soll-Position.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das in einen Speicher eines Computers ladbar oder geladen ist und Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet sind. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sein.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Figuren besprochen. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Röntgensystem mit einem C-Bogen; und
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kompensieren der Positionsabweichung der Röntgenstrahlungsquelle und des Röntgenstrahlungsdetektors von der Soll-Position.
1 zeigt ein Röntgensystem 1 mit einem C-Bogen 2. Der C-Bogen ist ein isozentrischer C-Bogen, der halbkreisförmig ausgebildet ist. Am oberen Ende des C-Bogens ist eine Röntgenstrahlungsquelle 4 und am unteren Ende des C-Bogens ist ein Röntgenstrahlungsdetektor 6 angeordnet. Der C-Bogen 2 ist auf einem Wagen 8 mittels einer Halterung 10 schwenkbar angeordnet. Der Wagen ist durch Räder verschiebbar und folglich kann der C-Bogen zum gewünschten Einsatzort geschoben werden. Auf einem Operationstisch 12 aus einem röntgentransparenten Material, beispielsweise Carbon, befindet sich ein Patient 14 mit dem zu untersuchenden Gewebe. Am Röntgenstrahlungsdetektor 6 ist ein erster Lagesensor 18 angeordnet, der die Neigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bestimmt. In 1 verläuft die X-Achse senkrecht zur Bildebene, die Y-Achse nach rechts und die Z-Achse nach oben. An der Röntgenstrahlungsquelle 4 ist ferner ein optionaler Beschleunigungssensor angeordnet, der die Beschleunigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse misst.
Am Röntgenstrahlungsdetektor 6 ist ein zweiter Lagesensor 20 angeordnet, der die Neigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse misst. Ein optionaler zweiter Beschleunigungssensor 22 ist am Detektor angeordnet, wobei der zweite Beschleunigungssensor 6 die Beschleunigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse erfasst.
Der erste und/oder zweite Lagesensor kann einen Sensor aufweisen, der die Neigung gegenüber den drei Koordinatenachsen bestimmt. Der Lagesensor kann eine Mehrzahl von Neigungssensoren aufweisen. Jeder Neigungssensor kann die Neigung gegenüber einer Koordinatenachse bestimmen. Der Neigungssensor kann ein konduktometrischer Neigungssensor, ein kapazitiver Neigungssensor oder ein gyroskopbasierter Sensor sein.
Die von dem Lagesensor und dem Beschleunigungssensor erfassten Informationen sind im Wesentlichen redundant. Je nach Anwendungsfall können Lagesensoren oder Beschleunigungssensoren bevorzugt sein. Wird der C-Bogen kontinuierlich gedreht und werden während der kontinuierlichen Bewegung Projektionsaufnahmen akquiriert, dann eignen sich Beschleunigungssensoren besser. Dies ist ebenso der Fall wenn der C-Bogen leichte, nicht reproduzierbare „Zitterbewegungen” ausführt.
Das Röntgensystem 1 umfasst eine Steuerungseinrichtung 24, die dazu ausgebildet ist, eine Soll-Position des C-Bogens 2 vorzugeben, die Röntgenstrahlungsquelle 4 zu aktivieren und eine Projektionsaufnahme vom Röntgenstrahlungsdetektor 6 zu empfangen. Die Steuerungseinrichtung 24 ist dazu ausgebildet, eine erste Ist-Position vom ersten Lagesensor 16, eine erste Ist-Beschleunigung vom ersten Beschleunigungssensor 18, eine zweite Ist-Position vom zweiten Lagesensor und eine zweite Ist-Beschleunigung 22 vom zweiten Beschleunigungssensor zu erhalten. Die Steuerungseinrichtung ist auch dazu ausgebildet, aus den aus dem Röntgenstrahlungsdetektor 6 ausgelesenen Projektionsaufnahmen ein dreidimensionales Abbild des Gewebes des Patienten 14 zu erstellen. Dabei kann die Steuerungseinrichtung 24 mit einer (nicht gezeigten) Bildverarbeitungseinrichtung zusammen wirken. Die Steuerungseinrichtung kann Schnittbilder des dreidimensionalen Volumenabbildes auf einer Anzeigeeinrichtung 28 anzeigen. Ein Bediener kann an einem Bedienpult 26 Einstellungen vornehmen, so dass das Röntgensystem 1 die gewünschte Bildgebung durchführt und auf der Anzeigeeinrichtung 28 anzeigt.
Bei der in 1 gezeigten Stellung befindet sich der C-Bogen 2 in einer Stellung, in der er um –45° um die X-Achse geschwenkt ist. Folglich ist die erste Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle –45° und die zweite Soll-Position des Röntgenstrahlungsdetektors +135°. Diese Soll-Positionen werden von der Steuerungseinrichtung 24 vorgegeben und ein Antrieb (nicht gezeigt) schwenkt den C-Bogen 2 entlang der Halterung 10 in die vorgegebene Position. Der erste Lagesensor 16 erfasst die Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle 4 und übermittelt diese an die Steuerungseinrichtung 24. Der erste Beschleunigungssensor 18 misst die Beschleunigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse und übermittelt die Beschleunigungen an die Steuerungseinrichtung 24. Der zweite Lagesensor 20 ermittelt die zweite Position des Röntgenstrahlungsdetektors 6 und übermittelt diese an die Steuerungseinrichtung. Der zweite Beschleunigungssensor 20 ermittelt die Beschleunigung des Detektors gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse und übermittelt diese an die Steuerungseinrichtung 24. Der erste Beschleunigungssensor 18 übergibt die Beschleunigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse an die Steuerungseinrichtung 24. Der zweite Beschleunigungssensor 22, der am Röntgenstrahlungsdetektor 6 angeordnet ist, übergibt die zweite Ist-Beschleunigung gegenüber der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse an die Steuerungseinrichtung 24.
Die Steuerungseinrichtung korrigiert die erste und zweite Ist-Position auf Grundlage der ersten und zweiten Ist-Beschleunigung.
Die Steuerungseinrichtung 24 berechnet aus der Differenz zwischen der ersten Soll-Position und der ersten Ist-Position die erste Differenz. Die erste Differenz ist ein Maß, das anzeigt, wie weit der Röntgenstrahlungsdetektor 4 von seiner Idealposition entfernt ist. Die erste Differenz kann ein Vektor und/oder zumindest ein Winkel sein.
Die Steuerungseinrichtung 24 berechnet eine zweite Differenz aus der zweiten Soll-Position und der zweiten Ist-Position, die vom zweiten Positionssensor 20 ermittelt wird. Die zweite Differenz ist ein Maß, das anzeigt, wie weit der Detektor 6 von seiner Idealposition entfernt ist. Die zweite Differenz kann ein Vektor und/oder zumindest ein Winkel sein.
Ein mechanisches Modell des C-Bogens kann berücksichtigen, dass sowohl der sich oberhalb des Lagerungspunktes befindende Teil sowie der sich unterhalb des Lagerungspunktes befindende Teil des C-Bogens nach unten biegen. Die Biegung ist umso größer, je weiter das Ende eines Teils des C-Bogens von der Lagerung entfernt ist. D. h., dass die oben am C-Bogen angeordnete Röntgenstrahlungsquelle umso weiter aus ihrer Idealposition durch eine elastische Biegung des C-Bogens wegbewegt wird, je weiter die Röntgenstrahlungsquelle von der Lagerung weggeschwenkt wird. Ebenso ist die Abweichung des Röntgenstrahlungsdetektors von der Idealposition eine Funktion der Schwenkstellung des C-Bogens. Das Modell für die Verwindung des C-Bogens kann durch Messen, beispielsweise mittels eines Laserstrahls bestimmt werden. Ist nur ein Lagesensor vorhanden, kann die vom ersten Lagesensor ermittelte Ist-Position verwendet werden, um die zweite Ist-Position zu berechnen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, dass sie die erste Ist-Position, zweite Ist-Position, erste Differenz und/oder zweite Differenz mittels des Models des C-Bogens, vorzugsweise in Abhängigkeit der ersten Soll-Position und zweiten Soll-Position optimiert, auch wenn mehr als ein Lage- und/oder Beschleunigungssensor verwendet wird. Dadurch kann die Genauigkeit weiter verbessert werden.
Nachdem mittels der Röntgenstrahlungsquelle ein Röntgenstrahl emittiert wurde, der das Gewebe 14 passiert und in diesem zumindest teilweise absorbiert wird, wird mittels des Röntgenstrahlungsdetektors 6 die empfangene Röntgenstrahlung in eine Projektionsaufnahme umgewandelt. Die Steuerungseinrichtung 24 verändert die Bilddaten in der Projektionsaufnahme auf Grundlage der ersten und der zweiten Differenz. Die Bilddaten können verschoben, gedreht und/oder gekippt werden. Es kann auch die Intensität der Bilddaten verändert werden. Nachdem eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen in unterschiedlichen Schwenkstellungen des C-Bogens aufgenommen wurden und die Bilddaten aufgrund der in jeder Schwenkstellung bestimmten ersten und zweiten Differenz korrigiert wurden, kann eine dreidimensionale Rekonstruktion durchgeführt werden, bei der ein dreidimensionales Bild eines Gewebevolumens des Patienten 14 erstellt wird. Die dreidimensionale Rekonstruktion kann mittels Schnittbilder auf der Anzeigeeinrichtung 28 angezeigt werden.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zeigt. Im optionalen Schritt S2 wird der C-Bogen in eine Referenzposition geschwenkt. Anschließend werden im optionalen Schritt S4 die erste Ist-Position mittels des ersten Lagesensors 16 und die zweite Ist-Position mittels des Lagesensors 20 gemessen. Im optionalen Schritt S6 wird der erste Referenzpositionswert gleich der ersten Ist-Position und der zweite Referenzpositionswert gleich der zweiten Ist-Position gesetzt. Im Schritt S8 wird eine Iterationsvariable i = 1 gesetzt.
Im Schritt S10 wird der C-Bogen 2 in die i-te Stellung geschwenkt. Die i-te Stellung bestimmt die erste Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle 4 und die zweite Soll-Position des Detektors 6. Mittels der Röntgenstrahlungsquelle 4 und des Röntgenstrahlungsdetektors 6 wird eine Projektionsaufnahme eines Gewebebereichs des Patienten 14 erstellt (Schritt S12). Im Schritt S14 wird mittels des ersten Lagesensors 16 die erste Ist-Position und mittels des zweiten Lagesensors 20 die zweite Ist-Position gemessen. Im Schritt S16 wird die erste Differenz durch Subtrahieren der ersten Ist-Position und des optionalen ersten Referenzpositionswertes von der Soll-Position berechnet. Die zweite Differenz wird durch Subtrahieren der zweiten Ist-Position und des optionalen zweiten Referenzpositionswertes von der zweiten Soll-Position berechnet.
Im Schritt S18 werden die erste Differenz, die zweite Differenz, die erste Ist-Position und/oder die zweite Ist-Position mittels des Modells des C-Bogens optimiert. Die Optimierung kann vorzugsweise in Abhängigkeit der ersten Soll-Position und/oder der zweiten Soll-Position erfolgen.
Im Schritt S20 werden die Bilddaten der Projektionsaufnahme mittels der ersten und zweiten Differenz korrigiert. Die Korrektur kann eine Verschiebung, ein Drehen, ein Kippen und/oder eine Änderung der Intensität der Bilddaten umfassen.
Anschließend wird die Iterationsvariable i um den Wert 1 inkrementiert.
Im Schritt S22 wird geprüft, ob die Anzahl der erstellten Projektionsbilder i größer oder gleich der gewünschten Anzahl n an Projektionsbildern ist. Falls noch nicht Projektionsbilder in ausreichender Anzahl erstellt wurden, kehrt das Verfahren zum Schritt S10 zurück. Falls Projektionsbilder in ausreichender Anzahl n vorliegen, führt das Verfahren im Schritt S24 eine dreidimensionale Rekonstruktion durch. Schnittbilder der dreidimensionalen Rekonstruktion können auf der Anzeigeeinrichtung 28 angezeigt werden.
Es versteht sich, dass das Verfahren nicht auf die in 2 dargestellte Reihenfolge beschränkt ist. Beispielsweise kann die erste Stellung des C-Bogens als Referenzposition verwendet werden. Darüber hinaus müssen die Bilddaten nicht nach jeder Projektionsaufnahme korrigiert werden. Der Schritt S18 kann für alle Projektionsaufnahmen durchgeführt werden, nachdem alle Projektionsaufnahmen vorliegen. Die Funktionen der Steuerungseinrichtung 24 können auf mehrere separate Vorrichtungen aufgeteilt sein. Die Steuerungseinrichtung 24 kann aus einem oder mehreren programmierbaren Universalcomputer(n) bestehen.
Der erste Beschleunigungssensor 18 und der zweite Beschleunigungssensor 22 können eine Lage ermitteln, indem die Ausgangssignale des ersten Beschleunigungssensors 18 und des zweiten Beschleunigungssensors 22 zwei Mal über die Zeit integriert werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine höhere Bildqualität, da Abweichungen der Röntgenstrahlungsquelle 4 und des Röntgenstrahlungsdetektors 6 von ihrer Idealposition durch zumindest einen ersten Lagesensor 16 an der Röntgenstrahlungsquelle 4 oder am Röntgenstrahlungsdetektor 6 detektiert werden. Es kann ein zweiter Lagesensor 22 vorgesehen sein, so dass sowohl die Position der Röntgenröhre 4 als auch die Position des Röntgenstrahlungsdetektors 6 sowie deren Abweichung von der Idealposition bestimmt werden können. Alternativ hierzu kann lediglich ein erster Positionssensor 16 verwendet werden und die Position der Röntgenstrahlungsquelle 4 bzw. des Röntgenstrahlungsdetektors 6, an dem kein Lagesensor angeordnet ist, mittels eines mechanischen Modells des C-Bogens bestimmt werden, wobei das mechanische Modell zumindest die Verwindung des C-Bogens während des Schwenkens des C-Bogens 2 um die Orbitalachse berücksichtigt. Zusätzlich können die Messergebnisse des ersten und zweiten Lagesensors durch das mechanische Modell des C-Bogens optimiert werden.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass keine Kalibriergeometrie in Form eines Phantoms erforderlich ist. Die Kalibrierung mittels der Kalibiriergeometrie muss nicht in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. Darüber hinaus werden bei der vorliegenden Erfindungen nicht reproduzierbare Bewegungen und Verwindungen des C-Bogens berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung erzeugt Bilddaten mit einer höheren Genauigkeit, da das mechanische Verhalten des C-Bogens genau gemessen werden kann.
Das Verfahren ist auch bei nicht isozentrischen C-Bögen anwendbar, wenn die Abweichung von der Isozentrizität klein ist oder wenn die Horizontal- bzw. Vertikalverschiebung des Röntgendetektors und/oder der Röntgenstrahlungsquelle entsprechend physikalisch nachgefahren bzw. mitberücksichtigt wird, um die Isozentrizität zu erreichen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte – dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Röntgensystem
2: C-Bogen
4: Röntgenstrahlungsquelle
6: Röntgenstrahlungsdetektor
8: Wagen
10: Halterung
12: Operationstisch
14: Patient
16: erster Lagesensor
18: erster Beschleunigungssensor
20: zweiter Lagesensor
22: zweiter Beschleunigungssensor
24: Steuerungseinrichtung
26: Bedienpult
28: Anzeigeeinrichtung

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 10140867 B4 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Imaging Systems for Medical Diagnostics, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, ISBN: 3-89578-226-2 [0006]

Claims

Röntgensystem (1), mit – einem C-Bogen (2); – einer auf dem C-Bogen (2) angeordneten Röntgenstrahlungsquelle (4); und – einem auf dem C-Bogen (2) angeordneten Röntgenstrahlungsdetektor (6), der dazu ausgebildet ist, von der Röntgenstrahlungsquelle (4) abgegebene Röntgenstrahlung zu erfassen; gekennzeichnet durch einen ersten Lagesensor (16), der an der Röntgenstrahlungsquelle (4) oder am Röntgenstrahlungsdetektor (6) angeordnet ist und der eine erste Ist-Position ermittelt.
Röntgensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagesensor (16) an der Röntgenstrahlungsquelle (4) und ein zweiter Lagesensor (20), der eine zweite Ist-Position ermittelt, am Röntgenstrahlungsdetektor (6) angeordnet ist.
Röntgensystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Lagesensor (16, 20) einen Sensor aufweist, der die Neigung gegenüber drei Koordinatenachsen (X, Y, Z) bestimmt.
Röntgensystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (24), dazu ausgebildet ist, durch ein Modell des C-Bogens (2) mittels der ersten Ist-Position die zweite Ist-Position zu berechnen.
Röntgensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, in einer Schwenkstellung des C-Bogens die erste Differenz zwischen der ersten Soll-Position, die durch die Schwenkstellung des C-Bogens bestimmt wird, und der ersten Ist-Position zu bestimmen und die zweite Differenz zwischen der zweiten Soll-Position, die durch die Schwenkstellung des C-Bogens bestimmt wird, und der zweiten Ist-Position zu bestimmen, wobei die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die mit dem Röntgenstrahlungsdetektor (6) erfassten Bilddaten in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Differenz zu verändern.
Röntgensystem (1) nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die erste Differenz, die zweite Differenz, die erste Ist-Position und/oder die zweite Ist-Position durch ein Modell des C-Bogens vorzugsweise in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Soll-Position zu optimieren.
Röntgensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, den C-Bogen (2) in eine Referenzposition zu schwenken, wobei die in der Referenzposition ermittelte erste Ist-Position als erster Referenzpositionswert und die in der Referenzposition ermittelte zweite Ist-Position als zweiter Referenzpositionswert abgespeichert werden, und die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, von der ersten Ist-Position den ersten Referenzpositionswert zu subtrahieren und von der zweiten Ist-Position den zweiten Referenzpositionswert zu subtrahieren, wenn der C-Bogen in eine andere Stellung geschwenkt wird.
Röntgensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Lagesensor (16, 20) einen Beschleunigungssensor aufweisen.
Bildgebungsverfahren mit den folgenden Schritten: – Schwenken des C-Bogens (2) mit einer Röntgenstrahlungsquelle (4) und einem Röntgenstrahlungsdetektor (6) in eine erste Stellung (S10); – Bestimmen der ersten Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle (4) und der zweiten Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors (6) mittels zumindest eines an der Röntgenstrahlungsquelle (4) oder am Röntgenstrahlungsdetektor (6) angeordneten Lagesensors (16, 20) (S14); – Erfassen eines Röntgenbildes mit dem Röntgenstrahlungsdetektor (6) mittels von der Röntgenstrahlungsstrahlungsquelle (4) emittierter Röntgenstrahlung (S12); – Bestimmen der ersten Differenz zwischen der ersten Soll-Position der und der ersten Ist-Position sowie der zweiten Differenz zwischen der zweiten Soll-Position und der zweiten Ist-Position (S16), wobei die erste Soll-Position die Soll-Position der Röntgenstrahlungsquelle (4) und die zweite Soll-Position die Soll-Position des Röntgenstrahlungsdetektors (6) ist; und – Verändern der Bilddaten in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Differenz (S18).
Bildgebungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmen der ersten Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle (4) und der zweiten Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors (6) mittels eines ersten an der Röntgenstrahlungsquelle (4) angeordneten ersten Lagesensors (16) und eines zweiten am Röntgenstrahlungsdetektor (6) angeordneten zweiten Lagesensors (20) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Bestimmens der ersten Ist-Position der Röntgenstrahlungsquelle (4) und der zweiten Ist-Position des Röntgenstrahlungsdetektors (6) eine Ist-Position mittels eines Models des C-Bogens (2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch den Schritt des Optimierens der ersten Differenz, der zweiten Differenz, der ersten Ist-Position und/oder der zweiten Ist-Position durch ein Modell des C-Bogens, vorzugsweise in Abhängigkeit der ersten Soll-Position und/oder zweiten Soll-Position.
Computerprogrammprodukt, ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers mit Mitteln, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10 eingerichtet sind.