DE102010038916A1

DE102010038916A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Röntgenabbildung mit geringer Strahlenbelastung

Info

Publication number: DE102010038916A1
Application number: DE201010038916
Authority: DE
Inventors: Jessica Amberg; Hayo Knoop; Kerstin Sonntag
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Röntgenabbildung, das eine bestrahlte Fläche auf einem Untersuchungsobjekt (7; 13) klein hält bei gleichzeitiger Beibehaltung der örtlichen Lokalisierbarkeit. Es wird a) ein erstes Bild (12) aus einem Untersuchungsbereich (11) eines Untersuchungsobjektes (7; 13) erzeugt, dann b) eine Kollimatorblende (4) eingeblendet und ein zweites Bild (15) erzeugt, das einen Ausschnitt (16) eines im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches (12) wiedergibt, und c) ein weiteres Bild (17) durch Überlagerung des ersten Bildes (12) durch das zweite Bild (15) erzeugt, wobei das zweite Bild (15) das erste Bild im Bereich des Ausschnittes des im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches (18) überlagert. Darüber hinaus wird eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildgewinnung, insbesondere durch Röntgentechnik, durch Erzeugen eines ersten Bildes aus einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes und Einblenden einer Kollimatorblende und Erzeugen eines zweiten Bildes, das einen Ausschnitt eines im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches wiedergibt.
Röntgen ist ein in der Medizin sehr häufig verwendetes bildgebendes Verfahren. Dabei werden in der Praxis nicht nur einzelne Röntgenaufnahmen mit kurzen Durchstrahlungsdauern gemacht, sondern in der Röntgendiagnostik oder während einer radiologischen Intervention werden auch ganze Bildsequenzen innerhalb kurzer Zeit erstellt. Das kontinuierliche Betrachten von Vorgängen in einem Untersuchungsobjekt wird als Durchleuchten oder Fluoroskopie, bzw. Szenenakquisition bezeichnet. Es ist naheliegend, dass das so durchstrahlte Gewebe einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt ist. Um die Strahlenbelastung, z. B. während einer radiologischen Intervention sowohl für den Patienten als auch für das die Röntgenapparatur bedienende Personal so gering wie möglich zu halten, wenden viele Radiologen das Verfahren der Kollimation an. In der Röntgentechnik bezeichnen Kollimatoren oder Kollimatorblenden Vorrichtungen, die durch Absorption von Streustrahlung einen parallelen Strahlenverlauf erzeugen und/oder durch Absorption die Bestrahlung auf einen gewünschten Bereich beschränken. Das Einfahren dieser nicht röntgenstrahlendurchlässigen Filter reduziert somit die bestrahlte Fläche des Untersuchungsobjektes und reduziert gleichzeitig die Streustrahlung.
Dem Vorteil einer kleinstmöglichen, den Röntgenstrahlen ausgesetzten Fläche steht allerdings der Nachteil eines sehr eingeschränkten Sichtfeldes gegenüber. So wäre beispielsweise bei größtmöglicher Kollimatorblendenabdeckung beim Legen eines Katheters nur ein kleiner Bereich, unmittelbar um die Spitze des Katheters bzw. des, den Katheter führenden Führungsdrahtes herum sichtbar. Dies geht einher mit dem möglichen Verlust an Information über die örtliche Lage der Katheterspitze bzw. des Führungsdrahtes, da wichtige Orientierungspunkte, sogenannte Landmarken oder Landmarks, wie markante Ecken, Kreuzungspunkte, auffällige Strukturen, künstlich im oder am Untersuchungsobjekt angebrachte Orientierungsmarken, oder charakteristische Konturen von Knochen oder Organen oder andere anatomische Anhaltspunkte außerhalb des sichtbaren Bildfensters liegen.
Eine minimale Bestrahlungsfläche auf dem Untersuchungsobjekt und eine gute örtliche Lokalisierbarkeit schließen sich somit aus. Da in der Praxis die Lokalisierbarkeit eine hohe Priorität genießt, werden häufig die Kollimatorblenden weniger stark als gewünscht eingeblendet oder sogar gänzlich vermieden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren anzugeben, das die bestrahlte Fläche auf einem Untersuchungsobjekt klein hält, unter Beibehaltung der örtlichen Lokalisierbarkeit. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bildgewinnung, insbesondere durch Röntgentechnik, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erzeugen eines ersten Bildes, das einen Teil eines Untersuchungsbereiches oder den kompletten Bereich eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjektes darstellt,
b) Einblenden einer Kollimatorblende und Erzeugen eines zweiten Bildes, das einen Ausschnitt eines im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches wiedergibt, und
c) Erzeugung eines weiteren Bildes durch Überlagerung des ersten Bildes durch das zweite Bild, wobei das zweite Bild das erste Bild im Bereich des Ausschnittes des im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches überlagert.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Rontgenabbildungssystem vorgeschlagen, das folgende Bestandteile aufweist: eine Röntgenquelle zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung, eine einstellbare Kollimatorblende, einen Abbildungsverstärker zum Empfangen der Röntgenstrahlung und Umwandeln der Röntgenstrahlung in eine Röntgenabbildung, ein Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen der Röntgenabbildung, eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Röntgenabbildung und ein Mittel zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Bildes sowie zur ortsrichtigen Überlagerung des ersten mit dem zweiten Bild und einen Tisch, auf dem ein Untersuchungsobjekt lagerbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Rontgenabbildungssystem ermöglichen eine minimale Bestrahlungsfläche auf dem Untersuchungsobjekt unter Beibehaltung der Ortsinformation, da ein relativ kleines Bild, das z. B. aktuelle, anatomische Details zeigt, einem Bild, das einen größeren Teil des Untersuchungsbereiches zeigt, und damit eine bessere örtliche Orientierung zulässt, überlagert wird.
In vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Verfahrensschritt b zusätzlich zur Einblendung des Kollimators wenigstens ein weiterer, die Bildgebung bestimmender Parameter, insbesondere eine Belichtungszeit und/oder eine Energie der Röntgenstrahlung, im Wesentlichen bestimmt durch die Spannung, die der Röntgenröhre zugeführt wird, und/oder ein Zoom-Faktor gegenüber den in Verfahrensschritt a gewählten Parametern geändert. So wird beispielsweise zur Abbildung von Knochenstrukturen in Verfahrensschritt a eine relativ hohe Röhrenspannung in der Röntgenquelle benötigt, zur Abbildung von Gewebestrukturen in Verfahrensschritt b dagegen eine relativ kleine Spannung.
Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte b und c wiederholt ausgeführt, um durch eine Bildfolge einen zeitlichen Vorgang im Untersuchungsobjekt verfolgen zu können. Dabei wird durch den Einsatz der Kollimatorblende nur ein begrenzter Bereich einer länger andauernden Strahlenbelastung ausgesetzt, gleichzeitig wird aber unter Verwendung des im Verfahrensschritt a erzeugten Bildes der örtliche Bezug zum umliegenden Bereich gewahrt. Beispiele für diesen Anwendungsfall sind die Überwachung beim Legen eines Katheters oder die Beobachtung der Ausbreitung eines Kontrastmittels in den Blutgefäßen.
Darüber hinaus können nach Verfahrensschritt a durch eine Bildsegmentierung im ersten Bild Konturen anatomischer Strukturen, insbesondere Knochen oder Blutgefäße, oder Landmarks oder andere strukturell charakteristische Merkmale extrahiert werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die Konturen eine schnelle Orientierung über die Lage der im zweiten Bild dargestellten anatomischen Details ermöglichen und die nachfolgende Datenverarbeitung z. B. aufgrund der geringeren Datenmenge vereinfacht wird.
Je nach Anwendungsfall kann das Einblenden der Kollimatorblende automatisch durch einen speziellen Algorithmus oder manuell durch den Radiologen erfolgen. Ein Algorithmus könnte die Kollimatorblende beispielsweise dergestalt einstellen, dass die Spitze eines eingeführten Katheters stets den Mittelpunkt eines z. B. quadratischen Bildausschnittes mit gegebener Kantenlänge bildet. Der Bildausschnitt würde somit automatisch dem wichtigen Objekt der radiologischen Intervention folgen. Ein weiteres Verfahren zur automatischen Kollimation wäre eine Detektion von speziellen Pixelwerten nach einer Histogrammanalyse.
Günstigerweise sind bei der Darstellung des ersten Bildes unterschiedliche, die Bilddarstellung bestimmende Parameter wählbar. Dies sind insbesondere die Bildausdehnung und/oder die Farbe und/oder die Transparenz und/oder der Bildkontrast. Somit kann der Radiologe beispielsweise die Anzeige der anatomischen Konturen ein- oder ausschalten oder durch Veränderung des Transparenzparameters, prozentual einblenden, d. h. die Konturen sind mehr oder weniger sichtbar.
Weiterhin sind bei der Darstellung des ersten Bildes im Bereich des durch das zweite Bild überlagerten Bereiches unterschiedliche, die Bilddarstellung beeinflussende Parameter wählbar. Dies sind insbesondere die Farbe und/oder die Transparenz und/oder der Bildkontrast. Damit kann z. B. der Radiologe wählen, ob die anatomischen Strukturen im vom zweiten Bild überlagerten Bereich sichtbar, teilweise sichtbar oder ausgeblendet sind.
Vorteilhafterweise kann das erste Bild durch eine erneute Aufnahme desselben Untersuchungsbereiches aktualisiert werden oder, wenn der im ersten Bild dargestellte Untersuchungsbereich erweitert werden soll, insbesondere nach einer Relativverschiebung des Tisches, auf dem das Untersuchungsobjekt gelagert ist, gegenüber dem Bildaufnahmesystem, bestehend z. B. aus Röntgenstrahlungsquelle und Abbildungsverstärker, kann das erste Bild durch eine neue Aufnahme ergänzt werden. Dies ist z. B. wichtig, wenn bei einer radiologischen Intervention ein Gesamtuntersuchungsbereich derart groß ist, dass er nicht durch eine einzige erste Aufnahme erfasst werden kann und zuerst in einem ersten Teiluntersuchungsbereich, später, nach einer Tischverschiebung in einem weiteren Teiluntersuchungsbereich gearbeitet wird. Der Gesamtuntersuchungsbereich setzt sich somit aus zwei oder mehr Teiluntersuchungsbereichen zusammen. Unter Relativverschiebung des Tisches kann auch verstanden werden, dass der Tisch mit dem Untersuchungsobjekt unbewegt bleibt und das Bildaufnahmesystem verschoben wird.
Weiterhin ist es günstig, einen für die Darstellung des zweiten Bildes verwendeten Zoom-Faktor auch für die Darstellung des ersten Bildes zu verwenden, um identische Größenverhältnisse zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Röntgenabbildungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Ausschnitt eines Bildes in ein größeres Bild eingeblendet wird;
3 ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Ausschnitte eines Bildes nacheinander in ein größeres Bild eingeblendet werden;
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm;
5 beispielhafte Objektbilder zur Veranschaulichung der leichteren örtlichen Orientierung und
6 beispielhafte Objektbilder, bei der eine Röntgenaufnahme einem segmentierten Bild überlagert wird.
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Ein Röntgenabbildungssystem gemäß dem Beispiel von 1 umfasst eine Röntgenquelle 6 zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung. Die Röntgenstrahlung durchdringt das Untersuchungsobjekt 7, in diesem Beispiel den Kopfbereich eines Menschen. Ein Abbildungsverstärker 5 erzeugt ein Bild, das charakterisiert ist durch die Wechselwirkung zwischen der Röntgenstrahlung und der durchstrahlten Materie, insbesondere durch Absorptions- und Streueffekte. Durch eine einstellbare Kollimatorblende 4 kann die bestrahlte Fläche begrenzt werden. Vorteilhafterweise kann sowohl die Größe der Fläche als auch die Position eingestellt werden. Die Einstellung der Kollimatorblende kann z. B. durch Einschieben von Blendenelementen manuell durch das Bedienpersonal oder durch einen oder mehrere elektrisch betriebene Motoren erfolgen. Die erzeugte Röntgenabbildung wird mittels eines Aufzeichnungsmediums 2 gespeichert. Eine Anzeigeeinrichtung 8, z. B. ein Monitor, dient zur Anzeige des Röntgenbildes. Ein Mittel 1, das vorzugsweise ein Computer oder Mikrocontroller ist, dient der Ausführung eines der nachfolgend beispielhaft beschriebenen Verfahren, insbesondere dem Erzeugen eines ersten und eines zweiten Bildes und der ortsrichtigen Überlagerung des ersten durch das zweite Bild.
2 zeigt schematisch und beispielhaft eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Verfahrensschritt a): Ein erstes Bild 12 wird aus einem Untersuchungsbereich 11 eines Untersuchungsobjektes 13, das in diesem Beispiel eine Struktur von Blutgefäßen umfasst erzeugt.
Verfahrensschritt b): Das Einblenden einer Kollimatorblende schränkt den Bildbereich des im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches 12 ein, wodurch die Röntgenstrahlung im Wesentlichen nur einen Ausschnitt 16 des Untersuchungsbereiches 12 durchstrahlt. Röntgenstrahlung außerhalb des Bereiches 16, d. h. im Bereich 14, wird durch die Kollimatorblende absorbiert. Es wird ein zweites Bild 15 erzeugt.
Verfahrensschritt c): Ein weiteres Bild 17 wird durch Überlagerung des ersten Bildes 12 durch das zweite Bild 15 erzeugt, wobei das zweite Bild 15 das erste Bild 12 im Bereich des Ausschnittes 16 des im ersten Bild 12 gezeigten Untersuchungsbereiches überlagert, was in 2 durch den Bereich 18 dargestellt ist.
3 führt das Beispiel aus 2 weiter indem die Kollimatorblende und damit der ausgeblendete Bereich 19 und folglich der Bildausschnitt 21 neu eingestellt werden. Man erhält ein neues zweites Bild 20. Das neue weitere Bild 22 wird durch Überlagerung des ersten Bildes 12 durch das neue zweite Bild 20 erzeugt, wobei das neue zweite Bild 20 nun das erste Bild 12 im Bereich des Ausschnittes des im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches überlagert, was in 3 als Bereich 23 dargestellt ist. Es wird deutlich, dass durch das vorgeschlagene Verfahren die Strahlenbelastung minimiert wird, unter Beibehaltung der Lokalisierbarkeit des interessierenden Bildausschnittes.
4 beschreibt beispielhaft eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe eines Ablaufdiagramms. Aus einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes wird ein erstes Bild erzeugt (Verfahrensschritt 50). Durch eine Bildsegmentierung werden Konturen anatomischer Strukturen, z. B. Knochen, oder Landmarks extrahiert (Verfahrensschritt 51). Diese segmentierten Strukturen bilden nachfolgend das erste Bild. Im nächsten Schritt, Verfahrensschritt 52, werden Kollimatorblenden, automatisch durch einen speziellen Algorithmus oder manuell durch einen Radiologen, eingefahren, wodurch bei der folgenden Bildaufnahme die bestrahlte Fläche auf einen Ausschnitt des ersten Bildes reduziert wird. Durch die Überlagerung des ersten Bildes durch das zweite Bild, wobei das zweite Bild das erste Bild ortsrichtig im Bereich des Ausschnittes des ersten Bildes überlagert, wird ein weiteres Bild erzeugt (Verfahrensschritt 53). Die Stärke der Deckung der Überlagerung kann gewählt werden, d. h. das zweite Bild kann den Bereich des Ausschnittes im ersten Bild vollständig überdecken oder die Überlagerung ist nicht deckend, so dass die Konturen, die das erste Bild bilden, noch sichtbar sind (Verfahrensschritt 54). Wenn der Tisch mit dem Untersuchungsobjekt verschoben wird, um den Untersuchungsbereich zu vergrößern (Verfahrensschritt 55), wird das erste Bild durch eine neue Aufnahme ergänzt. Im Ablaufdiagramm wird zu Ablaufschritt 50 gesprungen. Ohne Tischverschiebung kann optional der Zoom-Faktor der Darstellung der Bildkombination gewählt werden (Verfahrensschritt 56). Durch einen Sprung zu Ablaufschritt 52 kann eine weitere Ausschnittsaufnahme erzeugt werden.
5 veranschaulicht anhand dreier Beispielbilder Vorteile der Erfindung. Das erste Bild 100 zeigt die Ansicht von Blutgefäßen, wie sie sich heute einem Radiologen bietet, wenn er Kolliminatoren einblendet. Das Sichtfeld ist stark eingeschränkt, eine örtliche Zuordnung ist nur schwer möglich. Das zweite Bild 101 wurde erfindungsgemäß durch ortsrichtige Überlagerung einer Aufnahme, bei der Knochenstrukturen segmentiert wurden, mit dem durch Einsatz von Kollimatorblenden erzeugten Bild 100 gewonnen. Hier ist eine örtliche Orientierung und Zuordnung sehrviel leichter möglich. Das dritte Bild 103 schließlich zeigt, dass durch einen größeren Zoom-Faktor mehr Details als im vorherigen Bild 102 sichtbar werden.
In 6 ist eine Röntgenaufnahme 110 nach dem Stand der Technik dargestellt. Im Bild 111 ist erfindungsgemäß Aufnahme 110 einem Bild mit extrahierten Knochenstrukturen überlagert. Wieder ist die leichtere örtliche Zuordnung erkennbar. In Bild 112 wurde im Vergleich zu Bild 111 die Farbe bzw. der Grauwert der extrahierten Knochenstrukturen geändert, mit der Folge, dass der Detailausschnitt gegenüber den Knochenstrukturen optisch mehr in den Vordergrund gesetzt wird.

Claims

Verfahren zur Bildgewinnung, insbesondere durch Röntgentechnik, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen eines ersten Bildes (12) aus einem Untersuchungsbereich (11) eines Untersuchungsobjektes (7; 13), b) Einblenden einer Kollimatorblende (4) und Erzeugen eines zweiten Bildes (15), das einen Ausschnitt (16) eines im ersten Bild (12) gezeigten Untersuchungsbereiches wiedergibt, und gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt c) Erzeugung eines weiteren Bildes (17) durch Überlagerung des ersten Bildes (12) durch das zweite Bild (15), wobei das zweite Bild (15) das erste Bild (12) im Bereich des Ausschnittes (16) des im ersten Bild gezeigten Untersuchungsbereiches (18) überlagert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Verfahrensschritt b zusätzlich zur Einblendung der Kollimatorblende (4) wenigstens ein weiterer, die Bildgebung bestimmender Parameter, insbesondere eine Belichtungszeit und/oder eine Energie der Röntgenstrahlung und/oder ein Zoom-Faktor gegenüber in Verfahrensschritt a gewählten Parametern geändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Verfahrensschritte b und c wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach Verfahrensschritt a durch eine Bildsegmentierung im ersten Bild (12) Konturen anatomischer Strukturen, insbesondere Knochen oder Blutgefäße, oder Landmarks oder andere strukturell charakteristische Merkmale extrahiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Einblenden der Kollimatorblende (4) automatisch durch einen speziellen Algorithmus oder manuell durch einen Radiologen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei unterschiedliche, die Bilddarstellung des ersten Bildes (12) beeinflussende Parameter, insbesondere eine Bildausdehnung und/oder eine Farbe und/oder eine Transparenz und/oder ein Bildkontrast wählbar sind.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei unterschiedliche, die Darstellung des ersten Bildes (12) im Bereich des durch das zweite Bild überlagerten Bereiches (18) beeinflussende Parameter, insbesondere eine Farbe und/oder eine Transparenz und/oder ein Bildkontrast wählbar sind.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Bild (12) durch eine erneute Aufnahme desselben Untersuchungsbereiches aktualisiert wird oder, wenn der Untersuchungsbereich erweitert wird, insbesondere durch eine Relativverschiebung eines Tisches (3), auf dem das Untersuchungsobjekt (7; 13) gelagert ist, das erste Bild (12) durch eine neue Aufnahme ergänzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein für das zweite Bild (15) verwendeter Zoom-Faktor auch als Zoom-Faktor für das erste Bild (12) verwendet wird.
Röntgenabbildungssystem, aufweisend: – eine Röntgenquelle (6) zum Erzeugen einer Röntgenstrahlung, – eine einstellbare Kollimatorblende (4), – einen Abbildungsverstärker (5) zum Empfangen der Röntgenstrahlung und Umwandeln der Röntgenstrahlung in eine Röntgenabbildung, – ein Aufzeichnungsmedium (2) zum Aufzeichnen der Röntgenabbildung, – eine Anzeigeeinrichtung (8) zur Anzeige der Röntgenabbildung und – ein Mittel (1) zum Erzeugen eines ersten (12) und eines zweiten (15) Bildes und zur ortsrichtigen Überlagerung des ersten mit dem zweiten Bild (17).