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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Akquisition von Röntgenbildern eines Objekts, welches insbesondere Teil des menschlichen oder tierischen Körpers ist.
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Bei Angiographieuntersuchungen und während röntgengesteuerter Interventionen am menschlichen oder tierischen Körper werden in der Regel eine Reihe von Röntgenbildern hintereinander aufgenommen, um z. B. den zeitlichen Verlauf der Intervention beobachten zu können. Die Röntgenbilder eines derartigen ”Films”, die in kurzen zeitlichen Abständen zueinander aufgenommen werden, werden auch als ”Fluoroskopiebilder” oder ”Aufnahmeszene” bezeichnet, wobei Fluoroskopiebilder mit geringerer Dosis aufgenommen werden als reguläre Szenenaufnahmen. Derartige Röntgenaufnahmen erlauben dem Operateur beispielsweise, einen Katheter durch das Blutgefäßsystem vorzuschieben und damit eine bestimmte Position im Körper zu erreichen. Um während eines derartigen Eingriffs die Katheterposition aus verschiedenen Blickwinkeln kontrollieren zu können, werden solche Eingriffe häufig an Röntgengeräten durchgeführt, bei denen der Durchleuchtungswinkel verstellbar ist, d. h. dass die durch die Stellung von Röntgenquelle und Röntgendetektor bestimmte Aufnahmegeometrie verändert werden kann.
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Aufgrund der großen Zahl von Röntgenbildern, die benötigt werden, um einen zeitlichen Ablauf darzustellen, wird bei röntgengesteuerten interventionellen Eingriffen und Angiographieuntersuchungen darauf geachtet, die Röntgendosis pro Bild möglichst gering zu halten. Im Stand der Technik ist daher bekannt, die benötigte Dosis aus einem Pixel-Histogramm eines vorherigen Röntgenbildes zu ermitteln. Dabei wird das gesamte Röntgenbild verwendet und jeweils die Anzahl Pixel in Abhängigkeit von dem jeweiligen Grauwert der Pixel dargestellt. Somit ist leicht feststellbar, ob das Bild insgesamt eine zu starke Intensität zeigt – dann muss die Röntgendosis verringert werden – oder ob die Intensität der Röntgenstrahlung zu gering war, was zu geringen Grauwerten führt, sodass die Röntgendosis pro Bild erhöht werden muss. Ähnliche Verfahren werden auch zur Ermittlung einer optimalen Belichtungszeit für Fotokameras verwendet.
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Die bekannten Verfahren verwenden stets sämtliche Pixel eines Röntgenbildes zur Dosisermittlung. So soll eine bestmögliche Bildqualität für die gesamte Bildfläche sichergestellt werden. Dies kann gegebenenfalls dazu führen, dass die Dosis erhöht wird, um die Gesamtbildfläche optimal darzustellen, obwohl klinisch nur bestimmte Bereiche des Bildes relevant sind. Andere Bereiche dienen z. B. lediglich der Orientierung innerhalb der untersuchten Anatomie und müssen daher in den Fluoroskopiebildern oder Szenenaufnahmen nicht in optimaler Qualität dargestellt werden.
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Zum Beispiel könnte sich ein Katheter, mit dem ein Kontrastmittel in die Aorta gespritzt werden soll, in der Aorta direkt neben der Wirbelsäule befinden. Da der Knochen der Wirbelsäule die Röntgenstrahlung stark absorbiert, ist er für die Dosisberechnung für das Gesamtbild bestimmend und führt somit zu einer Dosiserhöhung, obwohl die Wirbelsäule lediglich für die anatomische Orientierung relevant ist.
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Ferner verfügen heutige Angiographiesysteme über verschiedene ”feste” Einstellungen zur Parametrierung der Dosissteuerung. Dies geschieht jedoch nicht in Abhängigkeit von der betrachteten Anatomie. Möchte der Arzt etwa die Strahlendosis für sich und den Patienten möglichst gering halten, so kann er dies zusätzlich über manuelles Einblenden erreichen. Dadurch wird das Röntgenstrahlenbündel verschmälert. Allerdings ist dies derzeit nur durch symmetrisches Einblenden erreichbar, da die heute gängigen Blenden nicht über eine asymmetrische Einblendung verfügen. Aus diesem Grund ist manuelles Einblenden nicht in jeder Situation möglich.
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In einem anderen beispielhaften Problem handelt es sich bei dem interessierenden Bildareal z. B. um den Uterus. Dieser liegt jedoch direkt neben der Blase, die sich im Laufe der Untersuchung mit Kontrastmittel füllt. Da das Kontrastmittel Röntgenstrahlung stark absorbiert, stellt die Blase einen dunklen Fleck auf dem Röntgenbild dar und führt zu einer Verschiebung des Pixel-Histogramms zu geringeren Grauwerten. Dies wird bei einer Dosisbestimmung mittels Pixel-Histogramm durch eine Erhöhung der Röntgendosis ausgeglichen, obwohl eine höhere Dosis für die Beobachtung des Uterus nicht notwendig ist. Um dieses zu umgehen, wird normalerweise ein für den Patienten sehr unangenehmer Blasenkatheter gelegt, so dass die Röntgendosis aufgrund der geringeren Kontrastmittelansammlung nicht weiter ansteigt.
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Es besteht daher Bedarf an verfeinerten Methoden zur Dosisbestimmung bei der Akquisition von Röntgenbildern, insbesondere bei der Akquisition einer Zeitreihe von Röntgenbildern wie Fluoroskopiebildern oder Szenenaufnahmen. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und ein Gerät zur Akquisition von Röntgenbildern mit geeigneter Röntgendosis bereit zu stellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Akquirieren von wenigstens einem aus mehreren Pixeln bestehenden ersten Röntgenbild des Objekts, durch Erzeugen von Strahlung mit einer vorbestimmter Dosis durch die Röntgenquelle und Messung der Intensität der auf den Röntgendetektor auftreffenden Strahlung;
- b) Untersuchen des ersten Röntgenbildes auf das Vorhandensein von Regionen mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung;
- c) Bei Vorhandensein einer Region mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung, Segmentieren dieser Region aus dem ersten Röntgenbild;
- d) Erstellen eines Pixel-Histogramms des ersten Röntgenbildes ohne die segmentierte Region;
- e) Ermitteln einer korrigierten Dosis anhand des Pixel-Histogramms, und
- f) Akquirieren von zweiten Röntgenbildern des Objekts, durch Erzeugen von Strahlung mit der korrigierten Dosis durch die Röntgenquelle und Messung der Intensität der auf den Röntgendetektor auftreffenden Strahlung.
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Die Dosis des ersten Röntgenbildes ist voreingestellt, d. h. entweder standardmäßig oder aufgrund bestimmter Vorgaben durch das Gerät gewählt, oder vom Benutzer eingestellt. Mit dieser, im Wesentlichen beliebigen, Dosis wird ein erstes Röntgenbild aufgenommen. Dieses erste Röntgenbild wird auf das Vorhandensein von Regionen mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung untersucht, also auf Regionen mit sehr geringen Grauwerten, wie sie z. B. durch Knochen oder bestimmte Organe wie Blase oder Niere, in denen sich Kontrastmittel ansammelt, gebildet werden.
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Diese Untersuchung kann entweder durch Suche nach besonders geringen Grauwerten erfolgen. Alternativ kann das Verfahren auch eine automatische Mustererkennung verwenden, mit denen bestimmte Strukturen wie Knochen oder die Blase, welche üblicherweise zu einer starken Strahlenschwächung führen, auf dem ersten Röntgenbild erkannt werden. Bevorzugt wird dieser Schritt automatisch durchgeführt, es sind jedoch auch Verfahren denkbar, bei denen ein Benutzer das erste Röntgenbild untersucht und eine Region identifiziert, welche bei der Dosisberechnung nicht verwendet werden soll. Der Untersuchungsschritt dient dazu, eine oder mehrere Regionen auf dem ersten Röntgenbild zu identifizieren, welche für die Dosisberechnung von nachfolgend aufgenommenen Röntgenbildern nicht berücksichtigt werden sollen.
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Wenn eine oder mehrere Regionen auf dem ersten Röntgenbild vorhanden sind, die für die Dosisberechnung nicht berücksichtigt werden sollen, wird diese Region bzw. werden diese Regionen segmentiert. D. h., die äußere Begrenzung der Region wird ermittelt, sodass die Fläche der Region bzw. der mehreren Regionen auf dem ersten Röntgenbild festgelegt ist.
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In einem nächsten Schritt wird ein Pixel-Histogramm des ersten Röntgenbilds erstellt, jedoch ohne die segmentierte(n) Region(en). In anderen Worten wird ein Pixel-Histogramm von allen Pixeln bis auf die Pixel, die sich innerhalb der segmentierten Regionen befinden, erstellt. Auf diese Weise tragen die Pixel, die sich in der bzw. den Schritt (b) ermittelten Regionen mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung befinden, nicht zum Pixel-Histogramm bei.
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Aus diesem Pixel-Histogramm wird nun eine korrigierte Dosis berechnet, welche für später akquirierte zweite Röntgenbilder des Objekts verwendet wird.
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Die Erfindung beruht somit auf dem gezielten Ausschließen von segmentierten Arealen bzw. Regionen bei der Dosisberechnung mittels Pixel-Histogrammen. Dadurch kann die verabreichte Dosis signifikant verringert werden. Reguläre Szenenaufnahmen, die eine etwas stärkere Dosis als Fluoroskopiebilder haben, profitieren daher besonders von der Erfindung.
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Das gesamte Verfahren wird bevorzugt während einer Sitzung, d. h. ohne Umlagerung des Patienten, durchgeführt, insbesondere findet es Anwendung bei Angiographieuntersuchungen oder anderen insbesondere minimalinvasiven Interventionen, die unter Röntgenkontrolle stattfinden.
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In der Erfindung werden erstmals Ergebnisse aus der Bildnachverarbeitung, wie Segmentierungsdaten, für die nachgelagerte Dosisanpassung verwendet. Hierdurch kann eine patientenindividuelle Anpassung der Röntgendosis dynamisch während einer Intervention durchgeführt werden. Die Segmentierung der bei der Dosisberechnung auszuschließenden Region kann automatisch oder halbautomatisch erfolgen, z. B. durch ”Region growing”. Der Startpunkt kann automatisch z. B. durch Mustererkennungsverfahren erfolgen, oder durch einen Benutzer auf dem ersten Röntgenbild festgelegt werden. Alternativ kann die Segmentierung der auszuschließenden Region auch durch manuelles Umranden durch einen Benutzer geschehen. Dabei wird das erste Röntgenbild z. B. auf einem Monitor angezeigt und der Benutzer legt mit Hilfe eines Eingabegeräts wie z. B. einer Maus eine oder mehrere Regionen fest, die bei der anschließenden Dosisberechnung mittels Pixel-Histogrammen nicht zu berücksichtigen sind.
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Die Region(en) können kontinuierlich angepasst werden, um etwa auf Patienten- oder Organbewegungen zu reagieren. Falls eine automatische Anpassung nicht möglich ist, kann jederzeit auch manuell nachkorrigiert werden. Dadurch kann die ideale Dosis laufend neu berechnet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße Dosisberechnung im Laufe des Verfahrens bzw. der Intervention oder Angiographieuntersuchung nochmals mit einem später akquirierten Röntgenbild wiederholt. Dadurch wird eine neue korrigierte Dosis ermittelt, welche für die Akquisition von nachfolgenden Röntgenbildern verwendet wird. Dadurch können sich während der Intervention ergebende Änderungen, z. B. Ansammlung von Kontrastmittel in bestimmten Organen, Bewegung des Patienten oder Veränderung der Aufnahmegeometrie, Rechnung getragen werden.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren der Dosisberechnung in regelmäßigen Abständen während einer Intervention oder Angiographieuntersuchung wiederholt. Die Abstände können vorher festgelegt sein oder durch Umstände wie einer Änderung der Aufnahmegeometrie ausgelöst werden.
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Vorzugsweise ist das Akquisitionsgerät ein C-Bogengerät, bei welchem Röntgenquelle und Röntgendetektor an den gegenüberliegenden Armen eines C-Bogens angeordnet sind. Dieser kann beliebig um die Patienten die hier verfahren werden, um verschiedenste Blickwinkel bzw. Durchleuchtungswinkel durch das Objekt zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Methode zur Dosisberechnung wird bevorzugt stets dann wiederholt, wenn die Aufnahmegeometrie verändert wurde, d. h. in diesem Fall, wenn die Stellung des C-Bogens verändert wurde.
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Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Röntgenstrahlungsdosis gerichtet, welches die folgenden Schritte aufweist: Untersuchen eines Röntgenbildes auf das Vorhanden von Regionen mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung; bei Vorhandensein einer Region mit starker bis vollständiger Strahlenschwächung, Segmentieren dieser Region aus dem Röntgenbild; Erstellen eines Pixel-Histogramms des Röntgenbildes ohne die segmentierte Region; und Ermitteln einer korrigierten Dosis anhand des Pixel-Histogramms. Durch dieses Verfahren wird ermöglicht, nachfolgende Röntgenbilder mit einer an die genauen Bedürfnisse des Benutzers bzw. der Anwendung angepassten Dosis zu akquirieren, und somit die Strahlungsdosis stets so gering wie möglich zu halten.
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Die Erfindung ist auch auf ein Akquisitionsgerät zur Akquisition von Röntgenbildern eines Objekts gerichtet, welches zumindest eine Röntgenquelle, dessen Strahlungsdosis einstellbar ist, und einen Röntgendetektor umfasst, welcher zur Akquisition von aus einzelnen Pixeln bestehenden Röntgenbildern geeignet ist. Ferner ist ein Datenspeicher zur Speicherung von Röntgenbildern vorgesehen, sowie eine Steuer- und Recheneinrichtung, welche die Akquisition von Röntgenbildern mit dem Akquisitionsgerät steuert und dazu konfiguriert ist, die Schritte der oben genannten Verfahren zur Dosisbestimmung bzw. zur Akquisition von Röntgenbildern durchzuführen. Bei dem Gerät handelt es sich bevorzugt um ein Angiographiegerät, insbesondere um ein C-Bogengerät.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 Schematisch ein erstes Röntgenbild, sowie ein auf diesem Röntgenbild erstelltes Pixel-Histogramm,
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2 ein erstes Röntgenbild ohne eine segmentierte Region, sowie ein aus diesem Röntgenbild erstelltes Pixel-Histogramm,
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3 schematisch ein erstes Röntgenbild ohne segmentierte Region,
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4 schematisch ein Akquisitionsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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5 ein Flussdiagramm, was einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf darstellt.
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Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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1 zeigt auf der linken Seite schematisch ein Röntgenbild 10, auf dem schematisch der Uterus 14 und eine andere anatomische Struktur 16 zu sehen sind. Diese Strukturen innerhalb des Objekts (des menschlichen Körpers) zeigen normalen Röntgenkontrast. Darüber hinaus ist auch die Blase 12 sichtbar, welche dunkel dargestellt wird, da sie mit Kontrastmittel gefüllt ist und somit eine sehr geringe Strahlungsintensität und somit Pixel mit sehr niedrigen Grauwerten aufweist. Ein zu diesem Bild gehöriges Pixel-Histogramm 20 ist beispielhaft auf der rechten Seite dargestellt. Dabei ist die Anzahl Pixel N in Abhängigkeit von dem jeweiligen Grauwert bzw. der Intensität I dargestellt. Das Pixel-Histogramm weist zwei Peaks 24 im mittleren Intensitätsbereich auf, die auf einen normalen Kontrast des Bildes hindeuten. Darüber hinaus zeigt das Histogramm 20 jedoch bei niedrigen Grauwerten einen ausgeprägten Buckel 22, der insbesondere viele Pixel mit Grauwerten von 0 oder kurz darüber darstellt.
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Dieses Histogramm 20 würde bei einer Dosisberechnung zu einer Erhöhung der Dosis führen, um die vielen Pixel 22 mit extrem geringer Intensität stärker in die Mitte des Histogramms zu rücken. Dadurch würde zwar die Blase 12 besser erkennbar, die Gesamtqualität des Röntgenbildes 10 würde dadurch jedoch eher verschlechtert als verbessert, da die eigentliche Region von Interesse der Uterus 14 ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Blase 12 auf dem ersten Röntgenbild 10 als eine Region identifiziert, die bei der Dosisbestimmung für nachfolgende Röntgenbilder nicht zu berücksichtigen ist, da sie eine vollständige oder starke Strahlenschwächung aufweist. Mit Methoden wie z. B. ”Region growing” wird daher ein Bereich 15 segmentiert, der sich ungefähr oder genau mit dem Bereich der Blase 12 auf dem ersten Röntgenbild 10 deckt. Dieser wird bei der Erzeugung des Pixel-Histogramms 20' nicht berücksichtigt, wie in 2 dargestellt ist. Der segmentierte Bereich 15 ist auf dem in soweit bearbeiteten ersten Röntgenbild 10' schraffiert dargestellt. Der Ausschluss dieser Region 15 führt bei dem Pixel-Histogramm 20' dazu, dass der Buckel 22 bei Pixeln mit extrem geringer Intensität nicht mehr da ist. Es bleiben lediglich die beiden Peaks 24, welche durch die Strukturen 14 und 16 mit normalem Röntgenkontrast erzeugt werden.
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Bei einer Berechnung einer korrigierten Dosis aus dem Pixel-Histogramm 20' könnte es zu leichten Korrekturen zu niedrigerer oder höherer Dosis kommen, die jedoch nicht durch die Kontrastmittelansammlung in der Blase 12 beeinflusst werden.
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Zur besseren Anschaulichkeit ist das erste Röntgenbild 10' mit der segmentierten Region 15 in 3 nochmals dargestellt. Das Pixel-Histogramm 20' wird aus der gesamten Bildfläche des Bildes 10', bis auf die segmentierte Region 15, erzeugt.
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4 zeigt ein beispielhaftes Gerät, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, und welches selbst gemäß der Erfindung ausgestaltet bzw. konfiguriert sein kann. Hierbei handelt es sich um ein interventionelles Röntgengerät 30, nämlich um ein C-Bogengerät. Dabei sind Röntgenquelle 32 und Röntgendetektor 33 an den Armen eines C-Bogens 31 befestigt, welcher um eine Patientenliege 38 verschwenkbar ist. Bei dem Röntgendetektor 33 handelt es sich bevorzugt um einen digitalen Detektor, welcher digitale Röntgenbilder eines auf der Patientenliege 38 gebetteten Patienten 40 erzeugen kann. Der C-Bogen ist beweglich an einem Ständer 34 aufgehängt.
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Die Bewegungen des C-Bogens und die Akquisition von Röntgenbildern werden durch eine Steuer- und Recheneinrichtung 35 gesteuert. Hierdurch lässt sich auch die Dosis einstellen, welche die Röntgenquelle 32 bei jedem Röntgenbild abgibt. Ferner können die durch den Röntgendetektor 33 akquirierten digitalen Röntgenbilder an die Steuer- und Recheneinrichtung 35 übertragen und dort verarbeitet werden. Die Steuer- und Recheneinrichtung 35 greift auf einen Datenspeicher 36 zu, welcher u. a. zur Speicherung von Röntgenbildern, aber auch beispielsweise zur Speicherung von voreingestellten Röntgendosen etc. geeignet bzw. konfiguriert ist. Die Steuer- und Recheneinheit 35 sowie der Datenspeicher 36 können Teil eines Rechners 37 sein, der beispielsweise ein PC, eine Workstation oder eine Konsole für das Akquisitionsgerät 30 ist. Darüber hinaus können auch ein Bildschirm zur Darstellung von Röntgenbildern sowie Eingabegeräte wie Tastatur und/oder Maus vorhanden sein.
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Schließlich soll anhand von 5 nochmals der Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. Dem gemäß wird zunächst in Schritt 50 ein erstes Röntgenbild akquiriert. Die Akquisition erfolgt mit einer beliebigen, voreingestellten Röntgendosis. Das so akquirierte erste Röntgenbild wird in Schritt 51 untersucht und, bei Vorhandensein von Regionen mit starker oder vollständiger Strahlenschwächung, also mit sehr geringen Grauwerten, segmentiert, wodurch diese Region identifiziert bzw. umrandet wird.
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In Schritt 52 wird ein Pixel-Histogramm des ersten Röntgenbildes ohne die segmentierte Region erstellt. Anhand dieses Pixel-Histogramms wird in Schritt 53 eine korrigierte Strahlendosis ermittelt, welche in Schritt 54 bei der Akquisition weiterer Röntgenbilder verwendet wird. In Schritt 54 kann z. B. eine Reihe an Fluoroskopiebildern oder Szenenaufnahmen erstellt werden, unter denen eine Intervention an den Patienten durchgeführt wird.
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Falls notwendig, wird in Schritt 55 z. B. die Akquisitionsgeometrie verstellt, beispielsweise wird die Durchleuchtungsrichtung der Röntgenstrahlen verändert, um weitere Röntgenbilder aus einem anderen Blickwinkel aufnehmen zu können, z. B. durch Verschwenken des C-Bogens. Daraufhin wird in Schritt 56 ein weiteres Röntgenbild akquiriert, und zwar entweder mit der bereits vorher verwendeten korrigierten Dosis, oder wiederum mit einer voreingestellten Dosis. Daraufhin werden anhand dieses weiteren Röntgenbilds die Schritte 51–53 wiederholt, um eine neue korrigierte Strahlendosis für diese neue Akquisitionsgeometrie zu ermitteln. Mit dieser neuen Strahlendosis können weitere Röntgenbilder bzw. Fluoroskopiebilder oder Szenenaufnahmen aufgenommen werden.
