DE102011083632A1

DE102011083632A1 - Anordnung und Verfahren zur Bildzusammensetzung

Info

Publication number: DE102011083632A1
Application number: DE102011083632A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-03-28
Also published as: US9532764B2; WO2013045221A1; US20140247925A1; CN204274492U

Abstract

Mit dieser Anordnung und dem dazugehörigen Verfahren können mittels eines in den Teilröntgenbildern abgebildeten Kalibiermaßstabes auch nicht überlappende Teilröntgenbilder zusammengefasst bzw. zueinander zugeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren, insbesondere zur Zusammensetzung von Röntgenbildern.
Aufgrund begrenzter Abbildungsgrößen bei Röntgendetektoreinheiten müssen oft für eine Diagnose, eine präoperative Vorbesprechung oder eine intra-operative Verlaufs- oder Qualitätskontrolle eine Mehrzahl von Röntgenaufnahmen beispielsweise von unterschiedlichen Bereichen eines Körperteils angelegt werden. Ein Beispiel hierfür könnte die Aufnahme von einem Bein sein. Hier müssen um Röntgenaufnahmen einander zuordnen zu können die einzelnen Röntgenaufnahmen großflächig überlappen. In den überlappenden Bereichen werden dann Orts-Wahrscheinlichkeiten von markanten Punkten oder Strukturen berechnet, wobei diese Bereiche als parallaxenfrei angenommen werden. Dies bringt jedoch den Nachteil einer erhöhten Röntgenbelastung und eines hohen Rechenaufwandes mit sich. Bei einer Vielzahl von aneinander anzuordnenden Röntgenbildern wird eine Zuordnung aufgrund von Korrelationsverfahrens getroffen, da in den überlappenden Bereichen der Röntgenbilder nur wenig markante Strukturen oder Merkmale vorhanden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Anordnung und ein dazugehöriges Verfahren zur Zusammenfügung von Röntgenbildern anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1,13 oder 15 angegebenen Merkmale gelöst.
Es wird eine Vorrichtung zum Ausrichten, Aneinanderfügen bzw. Zusammenzufügen von Röntgenbildern vorgeschlagen, die mindestens einen Kalibiermaßstab, gebildet aus mindestens einer ersten Art von Röntgenmarkern, verwendet, wobei dieser zumindest teilweise in den aneinanderzufügenden bzw. zueinander zuzuordnenden Röntgenbildern mit abgebildet wird.
Bei dem dazugehörigen Verfahren wird mindestens ein Kalibiermaßstab gebildet aus mindestens einer ersten Art von Röntgenmarkern zumindest Teilweise in aneinanderzufügenden Röntgenbildern abgebildet, wobei die Örtlichkeit der selektierten Röntgenmarker des jeweiligen Röntgenbildes anhand einer elektronisch hinterlegten Ausprägung des Kalibiermaßstabes ermittelt wird.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine räumliche Zuordnung einzelner beispielsweise nicht überlappender Röntgenbilder getroffen werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass nur von chirurgisch signifikanten Bereichen Röntgenbilder angelegt werden müssen und so die Röntgenbelastung für einen Patienten weiter reduziert wird.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die einzelnen Röntgenbilder sowohl in einer diese verbindenden Achse als auch in ihren Abständen zueinander ausgerichtet werden können.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Röntgenbilder in einfacher Weise zueinander ausrichtbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass während eines operativen Eingriffs der Kalibriermaßstab durch eine sterile Verpackung ein steriles Umfeld auf dem Operationstisch gewährleistet.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Kalibriermaßstab in den Operationstisch integrierbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Kalibiermaßstab parallel zum Bein ausgerichtet werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass beispielsweise bei nicht paralleler Ausrichtung des Beines zu einer Bezugsebene, zum Beispiel Boden des OP`s, sich die Neigung des Kalibiermaßstabes zu dieser Bezugsebene durch die Größe der abgebildeten Marker/Markerkugeln des Kalibiermaßstabes berechnen lässt.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass bei Verwendung von Kugeln als Markerelemente aus den Aufnahmen beliebige Orientierungen des Kalibiermaßstabes erfasst werden können.
Die Erfindung wird mittels eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einzelne Röntgenbilder mit Markerelementen eines Kalibriermaßstabs,
2 eine Ausrichtung der Röntgenbilder,
3 eine örtliche und axiale Ausrichtung der Röntgenbilder,
4 ein Ablaufdiagram,
5 einen Kalibiermaßstab und
6 eine Datenverarbeitungseinheit
Mit dieser Anordnung und dem dazugehörigen Verfahren können mittels eines in den Teilröntgenbildern abgebildeten Kalibiermaßstabes auch nicht überlappende Teilröntgenbilder zusammengefasst und ausgerichtet bzw. zueinander zugeordnet werden.
In 1 sind exemplarisch drei Röntgenbilder R1, R2, ..., Rn von einem Körperteil, beispielsweise einem Bein, abgebildet. Die Röntgenbilder können auch als Teilröntgenbilder bezeichnet werden. Die gezeigten Röntgenbilder R1, R2, ..., Rn können auf einer Bildschirmeinheit DE einer einer Röntgenanlage RA beigestellten Datenverarbeitungsanlage DVE abgebildet sein. Das erste Röntgenbild R1 gibt das Fußgelenk O1, das zweite Röntgenbild R2 das Kniegelenk O2 und das dritte Röntgenbild Rn gibt den oberen Bereich des Femur´s ON wieder. Während der Röntgenaufnahmen R1, R2, ..., Rn ist ein Kalibriermaßstab KM, wie er beispielsweise mit 5 abgebildet ist, unmittelbar am Bein des Patienten platziert. Der Kalibiermaßstab KM ist dabei derart platziert, dass dieser zumindest abschnittsweise in den einzelnen Röntgenbildern R1, ..., Rn mit abgebildet wird. Im ersten Röntgenbild R1 ist ein erster Teil des Kalibriermaßstabes TEK1 mit einem ersten Kalibriercode K1 wiedergegeben. Im zweiten Röntgenbild R2 ist ein zweites Teilelement des Kalibriermaßstabes TEK2 mit einem zweiten Kalibriercode K2 und in dem dritten Röntgenbild Rn ist ein drittes Teilelemente des Kalibriermaßstabes TEK3 mit einem dritten Kalibriercode K3 abgebildet.
In einer Ausgestaltung kann der Kalibriermaßstab in den Operationstisch integriert werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Kalibiermaßstab steril verpackt und nahe des operativen Einsatzgebietes angeordnet werden.
In 2 sind die einzelnen Röntgenbilder R1, R2 und Rn zueinander ausgerichtet abgebildet. Ausgerichtet werden die Röntgenbilder indem die Röntgenmarker des Kalibiermaßstabes KM selektiert und deren Mittelpunkte ermittelt werden. Diese Mittelpunkte werden miteinander verbunden. Die Gerade auf dem jeweiligen Röntgenbild bildet eine Teilgerade T aus dem Kalibiermaßstab KM. Aus der Größe der Kugeln in den Röntgenbildern kann zusätzlich noch eine Information bezüglich der Tiefe in den einzelnen Bildern errechnet werden. In diesem Beispiel werden eine erste, zweite sowie n`te Teilgerade T1, T2 und Tn gebildet. Die Ausrichtung des ersten, zweiten und n`ten Röntgenbildes R1, R2, und Rn erfolgt anhand der ersten, zweiten und n`ten Teilgeraden T1, T2, Tn entlang einer Ausrichtachse AS.
In 3 ist zu der Ausrichtung entlang der Ausrichtachse AS auch der tatsächliche Abstand zwischen den einzelnen Teilabschnitten auf dem Kalibiermaßstab KM berücksichtigt. So kann aufgrund der in dem Kalibriermaßstab KM angeordneten kugelförmigen Elemente KEn neben der Ausrichtung der einzelnen Röntgenbilder R1, R2, ..., Rn auch deren örtliche Anordnung, bezogen auf den Kalibiermaßstab KM, festgelegt werden. Die örtliche Anordnung der jeweiligen Teilgeraden T1, T2, ..., Tn erfolgt anhand der dieser jeweils zugeordneten Codierung K1, K2, K3. Die Codierung liegt mit dem Codiermaßstab KM, wie in 5 gezeigt, vor. Die Codierung kann beispielsweise durch eine Anordnung von Röntgenmarkerkugeln RMK unterschiedlichen Durchmessers erreicht werden. Nachdem das erste, zweite und n`te Röntgenbild R1, R2 und Rn anhand der Codierung des Kalibriermaßstabes KM örtlich bestimmt ist, kann ein erster und zweiter Bildabstand BAB1, BAB2 ermittelt werden. Durch Markierung anatomischer, beispielsweise eine Beinachse festlegende Punkte, in den Röntgenbildern kann eine erste Beinachse BA1 und zweite Beinachse BA2 bestimmt werden.
4 gibt schematisch ein Flussdiagram mit Verfahrensschritten zur örtlichen Ausrichtung von Röntgenaufnahmen unter Verwendung eines Kalibriermaßstabes wieder.
In einem ersten Verfahrensschritt werden die in den Röntgenbildern abgebildeten Röntgenmarkerkugeln des Kalibiermaßstabes KM mit einer Selektionseinheit SEE selektiert.
In einem darauf folgenden Verarbeitungsschritt wird der Mittelpunkt von einzelnen Röntgenmarkerkugeln mit einer Mittelpunktermittlungseinheit MEE ermittelt.
Im dritten Verarbeitungsschritt werden mit einer Geradenbildungseinheit GEE die Mittelpunkte der einzelnen Röntgenmarkerkugeln pro Röntgenbild miteinander verbunden und daraus eine Teilgerade gebildet.
Im vierten Verarbeitungsschritt werden die Teilgeraden mittels einer Ausrichteinheit ASE an einer Ausrichtachse AS zueinander ausgerichtet.
In einem abschließenden Verfahrensschritt wind in einem Übereinstimmungsmodul ÜEM die genaue Platzierung der jeweiligen Teilgeraden T1, T2, ..., Tn anhand des Teilkalibiercodes K1, K2, Kn des Kalibriermaßstabes KM ermittelt. Eine örtliche Platzierung der unterschiedlichen Röntgenmarkerkugeln auf den Teilgeraden T1, T2, ..., Tn erfolgt aufgrund einer Übereinstimmung der auf dem Kalibiermaßstab KM angeordneten Röntgenmarkerkugeln RMK.
Bei den in den 1 bis 3 gezeigten Röntgenaufnahmen R1, R2, ..., Rn handelt es sich um Röntgenbilder, die aus der gleichen Richtung aufgenommen wurden. Ebenfalls ist eine weitere Anwendung mit dem hier beschriebenen Kalibriermaßstab KM möglich, bei dem Bildreihen aus unterschiedlichen Blickwinkeln akquiriert wurden. Die Ausrichtung der Röntgenbilder aus den unterschiedlichen Blickwinkeln kann hier nach beschriebener Abfolge erfolgen.
Bleibt der Maßstab während des Wechselns der Blickrichtung fest bestehen, kann mit dieser Methode auch zusätzlich eine 3D-Information abgeleitet werden. Um aus zwei verschiedenen Blickrichtungen 3D-Informationen zu erhalten, könnten zwei Kalibriermaßstäbe, evtl. in geringem Abstand zueinander parallel angeordnet, verwendet werden. Ausgehend von der Röntgenquelle müssen dann jeweils die Winkel zu den einzelnen Kalibriermaßstäben ermittelt werden.
In 5 ist ein Kalibriermaßstab KM gezeigt. Dieser besteht aus einer ersten und zweiten Art von kugelförmigen Röntgenmarkern RMK die auf einem röntgendurchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff, angeordnet sind. Die Mittelpunkte der Röntgenmarkerkugeln liegen auf einer Geraden. Als röntgenundurchlässige Kugeln werden in dieser Ausführung erste und zweite Röntgenmarkerkugern KG1, KG0 mit zwei unterschiedlichen Durchmessern verwendet. Anstatt der unterschiedlichen Durchmesser können die Röntenkugeln unterschiedliche Röntgenabsorptionen aufweisen. Die unterschiedlichen Kugeln werden einer digitalen Schreibweise entsprechend einer binären Kodierung aneinander angeordnet. Die erste Kugel KG1 mit einem ersten Durchmesser entspricht einer 1 für ein erstes Bit eines Bytes B1. Die zweite Kugel KGO entspricht einem mit 0 belegtem zweiten Bit eines Bytes B1. Beginnend an einem ersten Ende des Kalibriermaßstabes KM kann dann ein erstes Byte angeordnet werden. Zu einer einer Bytefolge B1, B2, ..., Bn entsprechenden Kugelreihenfolge mit äquidistanten Abständen, könnten die Röntgenmarkerkugeln des Kalibiermaßstabes zusätzlich unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung können gleiche und/oder unterschiedliche Röntgenmarkerkugeln mit gleichen und/oder sich verändernden Abständen auf einer Leiste angeordnet werden. Die Röntgenmarkerkugeln können auch derart ausgestaltet werden, dass diese etwa bei einem gleichen Durchmesser unterschiedliche Röntgenabsorptionen aufweisen.
Die Bestimmung der Örtlichkeit der selektierten Röntgenmarker RMK des jeweiligen Röntgenbildes kann anhand einer elektronisch hinterlegten Ausprägung des Kodiermaßstabes KM ermittelt werden.
In 6 ist schematisch eine einer Röntgenanlage RA beigeordneten Datenverarbeitungseinheit DVE abgebildet. In dieser können die Module wie in 4 aufgeführt angeordnet sein.
Ist keine Datenverarbeitungsanlage vorgesehen so kann der Kalibiermaßstab als transparentes Folienbild auf einem Leuchtkasten angeordnet werden. Die Reihe von Röntgenmarker TEk1, TEK2, ..., TEKn der einzelnen Röntgenbilder R1, R2, ..., Rn wird dann in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Abschnitt K1, K2, ..., K3 auf dem Kalibiermaßstab KM gebracht.
Bezugszeichenliste

RA: Röntgenanlage
DVE: Datenverarbeitungsanlage
BE: Bildschirmeinheit
SEE: Selektionseinheit
MEE: Mittelpunktermittlungseinheit
GEE: Geradenbildungseinheit
ÜEM: Übereinstimmungsmodul
CPU: Zentralprozessoreinheit
ASE: Ausrichteinheit
R1: erstes Röntgenbild
R2: zweites Röntgenbild
Rn: n-tes Röntgenbild
O1: erstes Objekt
O2: zweites Objekt
On: n-tes Objekt
AS: Ausrichtachse
KEn: kugelförmige Elemente
K1: erster Kalibriercode
K2: zweiter Kalibriercode
K3: dritter Kalibriercode
TEK1: erstes Teilelement des Kalibriermaßstabes
TEK2: zweites Teilelement des Kalibriermaßstabes
TEK3: drittes Teilelement des Kalibriermaßstabes
BA1: erste Beinachse
BA2: zweite Beinachse
BAB1: erster Bildabstand
BAB2: zweiter Bildabstand
KM: Kalibriermaßstab
KG1: erste Röntgenmarkerkugel
KG0: zweite Röntgenmarkerkugel
B1: erstes Byte
B2: zweites Byte
Bn: n´tes Byte
T1: erste Teilgerade
T2: zweite Teilgerade
Tn: n`te Teilgerade
RMK: Röntgenmarker

Claims

Vorrichtung zum Ausrichten von Röntgenbildern (R1, R2, ..., Rn), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kalibiermaßstab (KM) gebildet aus mindestens einer ersten Art von Röntgenmarkern (RMK) vorgesehen ist und dieser zumindest teilweise in den zueinander zuzuordnenden Röntgenbildern(R1, R2, ..., Rn) mit abgebildet wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibiermaßstab (KM) linienförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibiermaßstab (KM) erste und zweite Röntgenmarker (KG0, KG1) aufweist, wobei die Abstände der ersten und/oder zweiten Röntgenmarker (KG0, KG1) gleich sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibiermaßstab (KM) erste und zweite Röntgenmarker (KG0, KG1) aufweist, wobei deren Durchmesser unterschiedlich sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenmarker(RMK) kugelförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenmarker(RMK) unterschiedliche Röntgenabsorptionen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Röntgenmarker (RMK) jeweils einem Bit einer Binärfolge entsprechen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Selektionseinheit (SEE) zur Selektion der Röntgenmarker (RMK) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelpunktermittlungseinheit (MEE) zur Bestimmung der Mittelpunkte der selektierten Röntgenmarker (RMK) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geradenbildungseinheit (GEE) vorgesehen ist, wobei mit mindestens zwei Mittelpunkten von selektierten Röntgenmarkern (RMK) je Röntgenbild (R1, R2, Rn) eine Teilgerade (T1, T2, ..., Tn) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichteinheit (ASE) vorgesehen ist, wobei die Teilgerade anhand einer Ausrichtachse (AS) ausgerichtet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übereinstimmungsmodul (ÜEM) zur Ermittlung der Örtlichkeit der selektierten Röntgenmarker (RMK) vorgesehen ist, wobei die Örtlichkeit durch Übereinstimmung der jeweiligen Teilabschnitte (T1, T2, ..., Tn) anhand einer elektronisch abrufbaren Ausprägung des Kalibiermaßstabes (KM) ermittelt wird.
Verfahren zum Ausrichten von Röntgenbildern (R1, R2, ..., Rn), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kalibiermaßstab (KM) gebildet aus mindestens einer ersten Art von Röntgenmarkern (RMK) zumindest teilweise in den zueinander zuzuordnenden Röntgenbildern(R1, R2, ..., Rn) abgebildet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Örtlichkeit der selektierten Röntgenmarker (RMK) in den jeweiligen Röntgenbildern anhand einer elektronisch hinterlegten Ausprägung des Kalibiermaßstabes (KM) ermittelt wird.
Kalibiermaßstab, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus mindestens einer ersten Art von Röntgenmarkern (RMK) gebildet ist.
Kalibiermaßstab nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte aller kugelförmigen Marker auf einer Geraden liegen.
Kalibiermaßstab nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Röntgenmarker (KG0, KG1) vorgesehen sind, wobei die Abstände von den ersten und/oder zweiten Röntgenmarker (KG0, KG1) variieren können.
Kalibiermaßstab nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Röntgenmarker (KG0, KG1) aufweist, wobei deren Durchmesser unterschiedlich sind.
Kalibiermaßstab nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenmarker(RMK) kugelförmig ausgebildet sind.
Kalibiermaßstab nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Röntgenmarker (RMK) jeweils einem Bit einer Binärfolge entsprechen.