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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung.
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Patienten, die einem operativen Eingriff unterzogen werden sollen, werden häufig im Vorfeld mit einem diagnostischen bildgebenden Verfahren, wie Computertomographie, CT, oder Magnetresonanztomographie, MR, untersucht. Anhand der diagnostischen Bilder, die in aller Regel ein Teilvolumen des Körpers darstellen, stellt ein Arzt fest, welcher Körperteil bzw. welches Organ erkrankt ist und welche therapeutische Maßnahme durchgeführt werden soll. Ein typisches Beispiel ist, dass ein Tumor in der Leber festgestellt wird, der durch eine selektive Embolisation behandelt werden soll. Ein operativer Eingriff, der mittlerweile oft minimalinvasiv erfolgt, wird häufig unter Zuhilfenahme von Röntgenbildgebung durchgeführt. Dazu wird zum Beispiel der zu therapierende Körperteil durch kontinuierliche Röntgenaufnahmen auf einem Monitor dargestellt, um beispielsweise das Vorschieben eines Katheters verfolgen zu können. Die kontinuierliche Betrachtung von Vorgängen im menschlichen oder tierischen Körper mittels Röntgenstrahlung wird als Fluoroskopie oder Durchleuchtung bezeichnet. Hierbei ist es wichtig, dass das Röntgengerät oder die Röntgenvorrichtung, und insbesondere dessen Strahlenquelle und Röntgendetektor, präzise auf den zu therapierenden Körperteil, im Folgenden auch Untersuchungsbereich genannt, ausgerichtet wird. Jede Nachjustierung kostet Zeit und belastet den Patienten mit zusätzlicher Röntgenstrahlung.
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Gängige Praxis ist es, dass ein Arzt, dem die im Vorfeld der Operation gewonnenen diagnostischen Bilder vorliegen, die Röntgenvorrichtung manuell positioniert, wobei die Genauigkeit der Positionierung dann überwiegend von der Erfahrung und dem Geschick des Arztes abhängt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, das eine präzise und schnelle Positionierung einer Röntgenvorrichtung ermöglicht. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einer Vorrichtung zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
- S1) mit Hilfe einer bildgebenden Vorrichtung Akquisition eines Bilddatensatzes, der einen Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes umfasst, wobei die Daten des Bilddatensatzes in einem der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem vorliegen;
- S2) Erhalten von Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes und Bestimmung von ersten Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung derart, dass bei einer vorgebbaren Lage des Untersuchungsobjektes eine Röntgenaufnahme mit der Röntgenvorrichtung, die die ersten Positionierungsdaten berücksichtigt, Bildinformationen an den Koordinaten, die den Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes entsprechen, umfasst;
- S3) Übertragung der ersten Positionierungsdaten an die Röntgenvorrichtung;
- S4) Bestimmung der Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem und Bestimmung von zweiten Positionierungsdaten in Abhängigkeit einer Transformation des der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystems in das der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystems;
- S5) Positionierung der Röntgenvorrichtung in Abhängigkeit der zweiten Positionierungsdaten.
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Im ersten Verfahrensschritt wird somit mit Hilfe einer bildgebenden Vorrichtung, z.B. einem CT-, MR-, oder Röntgengerät, ein Bilddatensatz eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjektes aufgenommen. Unter einem Bilddatensatz oder einer Bilddatei sollen elektronisch speicherbare Daten verstanden werden, die ein, mit einem bildgebenden Verfahren gewonnenes, Bild oder eine Aufnahme repräsentieren, und die z.B. mit einem Computer mit Monitor visualisiert werden können. Der Bilddatensatz kann aus einem Bild, aus mehreren Einzelbildern, aus dem Ergebnis einer Bildverarbeitung mehrerer Einzelbilder, insbesondere einem fusionierten Bild oder einer Rückprojektion, oder einer Kombination dergleichen bestehen. Häufig sind Bilddatensätze durch ein Raster aus Bildpunkten, Pixeln genannt, aufgebaut, denen jeweils ein Farbwert bzw. Grauwert zugeordnet ist. Der Untersuchungsbereich ist ein Teilbereich, z.B. ein Bereich, der ein erkranktes Organ umfasst, eines Untersuchungsobjektes, z.B. eines menschlichen oder tierischen Patienten oder umfasst das gesamte Untersuchungsobjekt. Die Daten des Bilddatensatzes sollen in einem der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem vorliegen, d.h. die Bildpunkte repräsentierenden Daten des Bilddatensatzes können in Bezug auf die bildgebende Vorrichtung eindeutig einer Koordinate während der Aufnahme zugeordnet werden. Somit lässt sich für jeden Bildpunkt einer Bilddatei dessen Ursprungspunkt während der Aufnahme angeben. Die Bildpunkte und die Koordinaten der Bildpunkte oder die Zuordnungsvorschrift der Bildpunkte zu den Ursprungspunkten können beispielsweise im sogenannten DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine Standard), einem offenen Standard zur Speicherung und zum Austausch von Informationen im medizinischen Bilddatenmanagement, vorliegen.
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Im zweiten Verfahrensschritt werden Koordinaten, die Bildpunkten innerhalb des Bilddatensatzes zugehören, erhalten, empfangen oder entgegengenommen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Bildpunkte handeln, die im Untersuchungsbereich einen für einen folgenden operativen Eingriff besonders wichtigen Bereich begrenzen. Denkbar wäre auch, dass aus dem Bilddatensatz durch an sich bekannte Segmentierungsverfahren ein interessierender Bereich, z.B. eine Leber, bestimmt wird und die den Bildpunkten zugehörigen Koordinaten erhalten werden. Zu diesen erhaltenen Koordinaten werden sodann erste Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung bestimmt, wobei die Positionierungsdaten derart bestimmt sind, dass bei einer vorgebbaren Lage des Untersuchungsobjektes eine Röntgenaufnahme mit der Röntgenvorrichtung, die die ersten Positionierungsdaten berücksichtigt, Bildinformationen an den Koordinaten, die den Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes entsprechen, umfasst. Man geht also von einer vorgebbaren, d.h. somit auch bekannten, Lage des Untersuchungsobjektes relativ zur Röntgenvorrichtung aus. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das Untersuchungsobjekt in definierter Lage auf einer Patientenliege der Röntgenvorrichtung gelagert wird. Die Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung, d.h. insbesondere die Lage einer Strahlenquelle und eines Röntgendetektors relativ zur bekannten Lage des Untersuchungsobjektes, werden so bestimmt oder berechnet, dass ein Röntgenbild, das mit diesen Positionierungsdaten oder Positionierungseinstellungen aufgenommen werden würde, auch Bildpunkte umfasst, die den vorher erhaltenen Bildpunkten des Bilddatensatzes entsprechen. Mit anderen Worten würde das so aufgenommene Röntgenbild den im Bilddatensatz markierten Bereich wiedergeben.
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Unter Lage eines Objektes soll vorhergehend und nachfolgend die Position und die Ausrichtung des Objektes verstanden werden.
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Im dritten Verfahrensschritt werden die ersten Positionierungsdaten an die Röntgenvorrichtung übertragen. Die Übertragung kann z.B. drahtlos, drahtgebunden oder durch einen Datenträger erfolgen. Denkbar ist auch im Falle, dass die bildgebende Vorrichtung identisch mit der Röntgenvorrichtung ist, dass die Positionierungsdaten innerhalb der Röntgenvorrichtung gespeichert werden und sich das „Übertragen“ der Positionierungsdaten auf das Laden der gespeicherten Positionierungsdaten bezieht.
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Im vierten Verfahrensschritt wird die Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem bestimmt. Weiter werden zweite Positionierungsdaten in Abhängigkeit einer Transformation des der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystems in das der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem bestimmt. Im Allgemeinen kann man nicht davon ausgehen, dass die im zweiten Verfahrensschritt vorgegebene Lage des Untersuchungsobjektes relativ zur Röntgenvorrichtung auch der tatsächlichen Lage des Untersuchungsobjektes z.B. während des operativen Eingriffs entspricht. Eine Röntgenaufnahme unter Berücksichtigung der ersten Positionierungsdaten würde entsprechend nicht die gewünschten Bildpunkte umfassen. Deshalb wird zunächst die Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem bestimmt. Das kann z.B. durch Erhalten der tatsächlichen Lage des Untersuchungsobjektes relativ zur Röntgenvorrichtung erfolgen. Die tatsächliche Lage des Untersuchungsobjektes kann beispielsweise durch Messung eines Referenzpunktes am Untersuchungsobjekt und Messung der Orientierung des Untersuchungsobjektes bestimmt werden. Mit Kenntnis der Lage des Untersuchungsobjektes kann dann die Lage des Untersuchungsbereiches bestimmt werden. Anschließend werden aus den ersten Positionierungsdaten der Röntgenvorrichtung, unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen dem Bezugskoordinatensystem der bildgebenden Vorrichtung und dem Bezugskoordinatensystem der Röntgenvorrichtung, zweite Positionierungsdaten bestimmt. Mit anderen Worten wird der Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjekts in Bezug auf die Röntgenvorrichtung mit dem Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjekts in Bezug auf die bildgebende Vorrichtung registriert und die Positionierungsdaten der Röntgenvorrichtung werden entsprechend angepasst.
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Im fünften Verfahrensschritt wird die Röntgenvorrichtung in Abhängigkeit der zweiten Positionierungsdaten positioniert. Die zweiten Positionierungsdaten wurden durch das erfindungsgemäße Verfahren so bestimmt, dass eine Röntgenaufnahme den gewünschten Bereich innerhalb des Untersuchungsbereiches umfassen würde.
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Vorteilhaft repräsentiert der Bilddatensatz ein räumliches Bild. Bildgebende Vorrichtungen, wie insbesondere die genannten Vorrichtungen CT und MR, aber auch entsprechend ausgeführte Rotationsröntgengeräte, liefern räumliche Bilder eines Untersuchungsbereiches. Die Bildpunkte eines räumlichen Bildes, 3D-Bildes oder räumlichen Bilddatensatzes werden üblicherweise als Voxel, zusammengesetzt aus engl. volumetric und pixel, bezeichnet. Der Informationsgehalt eines räumlichen Bildes ist in aller Regel deutlich größer als der eines zweidimensionalen Bildes, so dass daraus einfacher Koordinaten eines interessierenden Bereiches bestimmt oder ausgewählt werden können.
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Mit besonderem Vorteil wird unmittelbar vor dem zweiten Verfahrensschritt zumindest ein Teil des Bilddatensatzes auf einem Darstellungsmittel angezeigt. Die Darstellung oder Visualisierung des Bilddatensatzes auf einem Darstellungsmittel, z.B. auf einem Computermonitor, hat den Vorteil, dass beispielsweise ein behandelnder Arzt bei der diagnostischen Aufarbeitung die Möglichkeit hat, einen erkrankten Körperteil zu markieren. Dies kann graphisch auf einer 3D-Workstation durch verschiedene graphische Elemente realisiert werden. Zum Beispiel kann in drei orthogonalen Schnittebenen ein Teilvolumen des abgebildeten Körperteils definiert werden. Zusätzlich kann auf einer 3D-Workstation das Volumen rotiert werden und Ansichten unter verschiedenen Blickwinkeln generiert werden. Nach der Markierung von Bildpunkten können die zugehörigen Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes bestimmt werden, die dann im zweiten Verfahrensschritt erhalten oder empfangen werden. Zweckmäßig gehen neben den Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes auch ein vorgebbarer Blickwinkel auf den Bilddatensatz in die ersten Positionierungsdaten der Röntgenvorrichtung ein. Dies ist insbesondere bei einem räumlichen Bild der bildgebenden Vorrichtung vorteilhaft, wenn dieses im Darstellungsmittel rotiert werden kann und so ein besonders günstiger Blickwinkel auf den Untersuchungsbereich gefunden werden kann. Die Positionierungsdaten stellen dann sicher, dass die Röntgenvorrichtung so positioniert wird, dass ein Röntgenbild aus derselben Blickrichtung aufgenommen werden kann.
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Vorzugsweise hängt die vorgebbare Lage des Untersuchungsobjektes von der Lage des Untersuchungsobjektes bei der Akquisition des Bilddatensatzes ab. Im Allgemeinen gestaltet sich die Durchführung des vierten Verfahrensschrittes einfacher bzw. die Bestimmung der zweiten Positionierungsdaten ist genauer, wenn die Transformation der Bezugskoordinatensysteme von der bildgebenden Vorrichtung und der Röntgenvorrichtung möglichst einfach bzw. möglichst genau ist. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erzielen, dass das Untersuchungsobjekt in beiden Fällen eine definierte Lage einnimmt, dass z.B. in beiden Fällen ein menschlicher Patient in gleicher Orientierung auf einer Patientenliege auf dem Rücken liegt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die ersten und/oder die zweiten Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung einem Kollisionsmodell der Röntgenvorrichtung zugeführt und ein Berechnungsergebnis des Kollisionsmodells wird akustisch und/oder optisch ausgegeben. Ein Kollisionsmodell einer Röntgenvorrichtung ist ein mathematisches Modell, das wenigstens den mechanischen Aufbau der Röntgenvorrichtung und ein Modell der Abmessungen des Untersuchungsobjektes umfasst. Werden dem Kollisionsmodell Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung zugeführt, kann es berechnen, ob bei der entsprechenden Positionierung der Röntgenvorrichtung mechanische Teile, wie zum Beispiel der Röntgendetektor, mit dem Untersuchungsobjekt kollidieren. Das Modell kann als statisches Modell oder als dynamisches Modell ausgelegt sein. Je genauer die Modellparameter sind, desto genauer ist die Aussage, ob das Risiko eines Zusammenstoßes besteht. Insbesondere dienen Angaben zum Untersuchungsobjekt, wie Art (Mensch oder Tier), Größe, Gewicht, die auch aus einer Patientendatei gelesen werden können, einer exakten Modellierung. Nach Berechnung des Risikos einer Kollision, kann dieses optisch, z.B. durch eine grüne Signalleuchte für „keine Gefahr einer Kollision“ oder durch eine rote Signalleuchte für „Vorsicht! Mögliche Kollision!“, und/oder akustisch, z.B. im Falle einer Kollisionsgefahr durch einen Warnton, ausgegeben werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem optisch bestimmt wird. Zur Ermittlung der tatsächlichen Lage des Untersuchungsobjektes und damit eine einfache Ermittlung der Lage des Untersuchungsbereichs können verschiedene optische Messmittel verwendet werden. Kameras im sichtbaren Wellenlängenbereich sind weit verbreitet und können z.B. durch stereoskopische Aufnahmen auch eine räumliche Bilddarstellung ermöglichen. Kameras, die im infraroten (IR) Wellenlängenbereich empfindliche Bildaufnehmer besitzen, bieten den Vorteil, dass ein Untersuchungsobjekt auch in einem durch Tücher abgedeckten Zustand aufnehmbar ist. Als sogenannte Time-of-Flight-Kameras (TOF) werden 3D-Kamerasysteme bezeichnet, die mit einem Laufzeitverfahren Abstände messen. Das Prinzip ähnelt dem von Laserscannern, im Gegensatz dazu wird aber mit einem Messvorgang eine Matrix von Abständen erfasst. Eine weitere Möglichkeit, Untersuchungsbereiche zu registrieren ist, die Lage des Untersuchungsobjektes optisch mit Kameras oder Laserscannern zu erfassen und die Körperkonturen des optischen Bildes mit den Körperkonturen aus dem Datensatz der bildgebenden Vorrichtung zur Deckung zu bringen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes mit Hilfe wenigstens einer Aufnahme des Untersuchungsobjektes mit der Röntgenvorrichtung und in Abhängigkeit von externen und/oder internen Landmarken bestimmt. Liegt eine Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes mit der Röntgenvorrichtung vor, kann anhand von röntgensichtbaren Markern, die ortsfest innerhalb des Untersuchungsobjektes und/oder außerhalb an dem Untersuchungsobjekt angeordnet sind, die Lage des Untersuchungsobjektes ermittelt werden und damit eine einfache Ermittlung der Lage des Untersuchungsbereichs erfolgen. Die Marker müssen dabei auch in dem Bilddatensatz der bildgebenden Vorrichtung enthalten sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes mit Hilfe wenigstens einer Aufnahme des Untersuchungsobjektes mit der Röntgenvorrichtung und einer Registrierung der Aufnahme des Untersuchungsobjektes mit der Röntgenvorrichtung und dem Bilddatensatz der bildgebenden Vorrichtung bestimmt. Hier bieten sich 2D- oder 3D-Registrierverfahren an, die an sich bekannt sind. Bei der Aufnahme des Untersuchungsobjektes mit der Röntgenvorrichtung kann es sich zum Beispiel um eine 3D-Aufnahme mit einem C-Bogen-Röntgensystem handeln.
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Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren automatisch durchgeführt. So ist denkbar, dass das Verfahren, bis auf etwaige Dateneingaben, durch einen elektronischen Rechner automatisch durchgeführt wird, bis ein Abbruchkriterium, beispielsweise das Betätigen eines Schalters, erfüllt ist.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung. Die Vorrichtung umfasst die Röntgenvorrichtung, eine bildgebende Vorrichtung zur Akquisition eines Bilddatensatzes, der einen Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes umfasst, wobei die Daten des Bilddatensatzes in einem der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem vorliegen. Weiter umfasst die Vorrichtung ein Eingabemittel zum Erhalten von Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes, ein erstes Rechenmittel zur Bestimmung von ersten Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung derart, dass bei einer vorgebbaren Lage des Untersuchungsobjektes eine Röntgenaufnahme mit der Röntgenvorrichtung, die die ersten Positionierungsdaten berücksichtigt, Bildinformationen an den Koordinaten umfasst. Weiter umfasst die Vorrichtung Übertragungsmittel zur Übertragung der ersten Positionierungsdaten an die Röntgenvorrichtung, ein zweites Rechenmittel zur Bestimmung der Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem und Bestimmung von zweiten Positionierungsdaten in Abhängigkeit einer Transformation des der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystems in das der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem und Mittel zur Positionierung der Röntgenvorrichtung in Abhängigkeit der zweiten Positionierungsdaten.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Grundgedankens der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein zuvor beschriebenes Verfahren durchzuführen.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
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1 beispielhaft eine Röntgenvorrichtung nach dem Stand der Technik;
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2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung;
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3 beispielhaft und schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung.
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1 zeigt beispielhaft eine Röntgenvorrichtung 10’ nach dem Stand der Technik mit Hilfe dessen ein heute übliches Verfahren zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung erklärt wird. Die Röntgenvorrichtung 10’ weist einen C-Bogen 11’ auf, an dem in gegenüberliegender Lage eine Röntgenquelle 12’ und ein Röntgendetektor 13’ angeordnet sind. Auf einer Lagerungseinrichtung 14’, z.B. einem Untersuchungstisch, der von einer Säule der Lagerungseinrichtung gehalten wird, liegt ein Untersuchungsobjekt 18’, hier ein menschlicher Patient. Die Röntgenvorrichtung 10’ wird durch eine Bedieneinrichtung 20’, die mehrere Bedienmittel 22’, hier Joysticks, und eine Anzeigevorrichtung 21’, hier ein Monitor, umfasst, gesteuert. Die Bedieneinrichtung 20’ leitet unter anderem Steuergrößen, oder Steuersignale an Aktoren, exemplarisch ist der Aktor 17’ eingezeichnet, der Röntgenvorrichtung 10’ weiter. Der C-Bogen 11’ der Röntgenvorrichtung 10’ ist an einer roboterähnlichen Vorrichtung angeordnet, die mehrere Freiheitsgrade bei der Positionierung des C-Bogens 11’ und somit der Röntgenquelle 12’ und des Röntgendetektors 13’ ermöglicht. Beispielhaft sind ein Drehwinkel 16’, der durch den Aktor 17’ beeinflussbar ist, und eine horizontale Verschiebung 15’, die durch das Zusammenwirken mehrerer Aktoren ohne Bezugszeichen erzielbar ist, eingezeichnet. Gängige Praxis ist, dass im Vorfeld einer Operation diagnostische Bilder eines zu behandelnden Organs aufgenommen werden. Dies sei im Beispiel von 1 das Herz, das mit einem CT-Gerät aufgenommen wurde. Das räumliche Bild 24’ wird auf einem Monitor 23’ einem Arzt visualisiert. Dieser positioniert durch Eingaben an den Bedienmitteln 21’ der Bedieneinrichtung 20’ manuell den C-Bogen 11’ mit der Röntgenquelle 12’ und dem Röntgendetektor 13’ so, dass eine Röntgenaufnahme, die auf der Anzeigevorrichtung 21’ begutachtet werden kann, den Untersuchungsbereich 19’ mit dem Herzen umfasst. Es ist leicht ersichtlich, dass die Genauigkeit der Positionierung überwiegend von der Erfahrung und dem Geschick des Arztes abhängt. Dies kann langwierig sein und im Falle einer unbrauchbaren Röntgenaufnahme zu zusätzlichen, strahlenbelastenden Neuaufnahmen führen.
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2 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung. Das Verfahren 1 umfasst die Verfahrensschritte S1 bis S5. Es beginnt, „Start“, mit Verfahrensschritt S1 und endet, „End“, nach Verfahrensschritt S5. Die einzelnen Verfahrensschritte lauten:
- S1) mit Hilfe einer bildgebenden Vorrichtung Akquisition eines Bilddatensatzes, der einen Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes umfasst, wobei die Daten des Bilddatensatzes in einem der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem vorliegen;
- S2) Erhalten von Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes und Bestimmung von ersten Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung derart, dass bei einer vorgebbaren Lage des Untersuchungsobjektes eine Röntgenaufnahme mit der Röntgenvorrichtung, die die ersten Positionierungsdaten berücksichtigt, Bildinformationen an den Koordinaten, die den Koordinaten innerhalb des Bilddatensatzes entsprechen, umfasst;
- S3) Übertragung der ersten Positionierungsdaten an die Röntgenvorrichtung;
- S4) Bestimmung der Lage des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes in einem der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem und Bestimmung von zweiten Positionierungsdaten in Abhängigkeit einer Transformation des der bildgebenden Vorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystems in das der Röntgenvorrichtung eigenen Bezugskoordinatensystem;
- S5) Positionierung der Röntgenvorrichtung in Abhängigkeit der zweiten Positionierungsdaten.
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In 3 schließlich ist beispielhaft und schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionierung einer Röntgenvorrichtung 10 gezeigt. Mit Hilfe eines Computertomographen 50, der beispielhaft für eine bildgebende Vorrichtung steht, und schematisch gezeichnet ein Bildaufnahmemittel 51 und eine Patientenliege 52 umfasst, wird ein Bilddatensatz 61 gewonnen. Der Bilddatensatz 61 repräsentiert ein räumliches Bild eines Untersuchungsbereiches 19, hier ein Herz, eines Untersuchungsobjektes 18, hier ein menschlicher Patient. Die Daten des Bilddatensatzes 61 liegen in einem Bezugskoordinatensystem des Computertomographen 50 vor, dargestellt durch das kartesische Koordinatensystem 53. Das bedeutet, dass jedem Bildpunkt des Bilddatensatzes 61 eindeutig eine Koordinate, dargestellt durch einen Vektor 55, zuordenbar ist. Die Bildpunkte und die Koordinaten der Bildpunkte oder die Zuordnungsvorschrift der Bildpunkte zu den Ursprungspunkten können beispielsweise im DICOM-Standard gespeichert werden. Weiter ist es zweckmäßig, das Untersuchungsobjekt 18 in einer definierten Lage zu lagern, d.h. beispielsweise auf dem Rücken liegend, an einer Geraden 56 ausgerichtet, mit der Schädeldecke an einer gedachten Orientierungslinie 54 anstoßend, und/oder die Lage, die das Untersuchungsobjekt 18 während der Aufnahme des Bilddatensatzes 61 eingenommen hat, zu speichern. Der Bilddatensatz 61 wird auf einem Darstellungsmittel 59, hier ein Computermonitor, visualisiert. Der Computermonitor ist Teil eines ersten Rechenmittels 57, einer 3D-Workstation. Mit Hilfe eines Eingabemittels 58, hier eine Computertastatur und ein Joystick, kann der Bilddatensatz 61 rotiert werden und ein passender Blickwinkel ausgewählt werden. Weiter können mit dem Eingabemittel 58 Bildpunkte, und damit Koordinaten 62, innerhalb des Bilddatensatzes 61 ausgewählt oder markiert werden, die dem ersten Rechenmittel 57 zur Verfügung gestellt werden.
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Ziel ist es im Folgenden, die Röntgenvorrichtung 10 so zu positionieren, dass eine Röntgenaufnahme mit dem gewählten Blickwinkel aufgenommen werden kann und ein Röntgenbild Bildpunkte umfassen würde, die denen der gewählten Koordinaten 62 entsprechen.
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Man geht beispielsweise von einer Röntgenvorrichtung 10 aus, die einen C-Bogen 11 aufweist, an dem in gegenüberliegender Lage eine Röntgenquelle 12 und ein Röntgendetektor 13 angeordnet sind. Auf einer Lagerungseinrichtung 14, hier ein Untersuchungstisch, der von einer Säule der Lagerungseinrichtung gehalten wird, liegt das Untersuchungsobjekt 18, der menschliche Patient. Die Röntgenvorrichtung 10 kann durch ein zweites Rechenmittel 20, hier ein Computer, gesteuert werden. Das zweite Rechenmittel 20 leitet unter anderem Steuergrößen, oder Steuersignale an Aktoren, exemplarisch ist der Aktor 17 eingezeichnet, der Röntgenvorrichtung 10 weiter. Der C-Bogen 11 der Röntgenvorrichtung 10 ist an einer roboterähnlichen Vorrichtung angeordnet, die mehrere Freiheitsgrade bei der Positionierung des C-Bogens 11 und somit der Röntgenquelle 12 und des Röntgendetektors 13 ermöglicht. Beispielhaft sind ein Drehwinkel 16, der durch den Aktor 17 beeinflussbar ist, und eine horizontale Verschiebung 15, die durch das Zusammenwirken mehrerer Aktoren ohne Bezugszeichen erzielbar ist, eingezeichnet.
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Das erste Rechenmittel 57 bestimmt zunächst erste Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung 10 derart, dass bei einer vorgebbaren Lage 44 des Untersuchungsobjektes 18 eine Röntgenaufnahme mit der Röntgenvorrichtung 10, die die ersten Positionierungsdaten berücksichtigt, Bildinformationen an den Koordinaten, die den Koordinaten 62 innerhalb des Bilddatensatzes 61 entsprechen, umfasst. Da noch keine Informationen über eine tatsächliche Lage des Untersuchungsobjektes 18 bezogen auf die Röntgenvorrichtung 10 vorliegen, wird eine Lage 44, in 3 durch eine Linie angedeutet, vorgegeben. Die Lage 44 kann z.B. eine durch eine Betriebsanleitung der Röntgenvorrichtung vorgegebene Standardlage sein. Denkbar ist auch, dass die Lage aus der DICOM-Datei des Bilddatensatzes 61 ausgelesen und übernommen wird. Oder die Lage des Untersuchungsobjektes 18 wurde bereits mit der Akquisition des Bilddatensatzes 61 definiert, so dass die Lage beispielsweise auf dem Rücken liegend, an einer Geraden 46 ausgerichtet, mit der Schädeldecke an einer gedachten Orientierungslinie 44 anstoßend, angenommen wird. In den beiden letzten Fällen hängt die vorgebbare Lage 44 des Untersuchungsobjektes 18 somit von der Lage 54 des Untersuchungsobjektes 18 bei der Akquisition des Bilddatensatzes 61 ab.
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Die ersten Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung 10 können einem Kollisionsmodell der Röntgenvorrichtung 10, das z.B. im ersten Rechenmittel 57 abgelegt ist, zugeführt werden und ein Berechnungsergebnis des Kollisionsmodells kann akustisch und/oder optisch, z.B. durch eine Signalleuchte 63, ausgegeben werden. Das Kollisionsmodell der Röntgenvorrichtung 10 ist ein mathematisches Modell, das beispielsweise den mechanischen Aufbau der Röntgenvorrichtung 10 und ein Modell der Abmessungen des Untersuchungsobjektes 18 umfasst. Werden dem Kollisionsmodell Positionierungsdaten für die Röntgenvorrichtung 10 zugeführt, kann es berechnen, ob bei der entsprechenden Positionierung der Röntgenvorrichtung 10 mechanische Teile, wie zum Beispiel der Röntgendetektor 13, mit dem Untersuchungsobjekt 18 kollidieren. Vorteilhaft werden dem Kollisionsmodell Angaben zum Untersuchungsobjekt 18, wie Größe und/oder Gewicht, die z.B. aus einer Patientendatei oder der DICOM-Datei des Bilddatensatzes 61 gelesen werden können, zugeführt.
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Die ersten Positionierungsdaten werden mit Hilfe von Übertragungsmitteln, in der 3 symbolisch als sendendes Teil 60 des Übertragungsmittels und empfangendes Teil 30 des Übertragungsmittels dargestellt, an die Röntgenvorrichtung 10, insbesondere an das zweite Rechenmittel 20, z.B. ein Computer mit Bildschirm 21, übertragen.
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Als nächstes wird die tatsächliche Lage des Untersuchungsobjektes 18 und damit des Untersuchungsbereiches 19, angedeutet durch den Vektorpfeil 45, bestimmt, wobei die Lage in einem der Röntgenvorrichtung 10 eigenen Bezugskoordinatensystem, dargestellt als kartesisches Koordinatensystem 43, bestimmt wird. Zur Ermittlung der tatsächlichen Lage des Untersuchungsobjektes 18 und damit die einfache Ermittlung der Lage des Untersuchungsbereiches 19 sind in 3 exemplarisch und schematisch verschiedene Kameras dargestellt, die mit dem zweiten Rechenmittel 20 verbunden sind. Die Kamera 32 besitzt im infraroten (IR) Wellenlängenbereich empfindliche Bildaufnehmer, die Kamera 33 ist als sogenannte Time-of-Flight-Kamera (TOF) ausgeführt, die über ein Laufzeitmessverfahren in einem Messvorgang eine Matrix von Abständen erfassen kann. Die beiden Kameras 31 bilden ein stereoskopisches Kamerasystem aus, mit Hilfe dessen ein räumliches Bild erzeugt werden kann. Ein Laserscanner 34 kann ebenfalls Abmessungen und Lage des Untersuchungsobjektes 18 bestimmen.
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Mit der bekannten Lage 45 des Untersuchungsbereiches ist es möglich, eine Transformationsvorschrift zur Transformation des, der bildgebenden Vorrichtung 50 eigenen Bezugskoordinatensystems 53 in das, der Röntgenvorrichtung 10 eigenen Bezugskoordinatensystem 43 anzugeben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus 3 ist erkennbar, dass das Untersuchungsobjekt 18 auf der Patientenliege 52 des Computertomographen 50 und auf dem Untersuchungstisch 14 der Röntgenvorrichtung 10 in gleicher Weise gelagert ist, beispielsweise liegt das Untersuchungsobjekt 18 auf dem Rücken. Weiter sind die Bezugskoordinatensysteme 53 und 43 gleich ausgerichtet, z.B. liegen die Auflageflächen der Patientenliege 52 bzw. des Untersuchungstisches 14 in den durch die x- und y-Achse bzw. x’- und y’-Achse aufgespannten Ebenen. Lediglich der Abstand vom Koordinatenursprung des Bezugskoordinatensystems 53 zur Schädeldecke und der Abstand vom Koordinatenursprung des Bezugskoordinatensystems 43 zur Schädeldecke des Untersuchungsobjektes 18 sind, z.B. um einen Offset d, verschieden. Die Transformationsvorschrift könnte dann lauten, dass zur x-Koordinate im Bezugskoordinatensystem 53 der Offset d addiert werden soll, um zur Koordinate im Bezugskoordinatensystem 43 zu gelangen. In Abhängigkeit dieser Transformationsvorschrift werden zweite Positionierungsdaten bestimmt. Beispielsweise könnte die horizontale Verschiebung 15, die durch die zweiten Positionierungsdaten vorgegeben werden größer sein, als die horizontale Verschiebung, die durch die ersten Positionierungsdaten bestimmt wurde.
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Schließlich wird die Röntgenvorrichtung 10, d.h. insbesondere die Röntgenquelle 12 und der Röntgendetektor 13, in Abhängigkeit der zweiten Positionierungsdaten mit Hilfe von Aktoren, wie z.B. dem Aktor 17, positioniert. In der angefahrenen Position kann dann ein Röntgenbild aufgenommen werden, das z.B. auf dem Bildschirm 21 angezeigt werden kann.
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Zusammenfassend soll ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben werden, um weitere Vorteile der Erfindung darzustellen. Patienten, die durch einen minimal invasiven Eingriff behandelt werden sollen, werden üblicherweise vor dem Eingriff mit einem diagnostischen bildgebenden Verfahren, wie CT oder MR, untersucht. Anhand der diagnostischen Bilder, die meist ein Teilvolumen des Körpers darstellen, stellt der Arzt fest, welcher Körperteil bzw. welches Organ erkrankt ist und welche therapeutische Maßnahme durchgeführt werden soll. Ein typisches Beispiel ist, dass ein Tumor in der Leber festgestellt wird, der durch eine selektive Embolisation behandelt werden soll. Der erste Schritt des Verfahrens ist, dass dem behandelnden Arzt bei der diagnostischen Aufarbeitung die Möglichkeit gegeben wird, den erkrankten Körperteil zu markieren. Dies kann graphisch auf einer 3D-Workstation durch verschiedene graphische Elemente realisiert werden. Zum Beispiel kann in drei orthogonalen Schnittebenen ein Teilvolumen des abgebildeten Körperteils definiert werden. Zusätzlich kann auf einer 3D-Workstation das Volumen rotiert werden und Ansichten unter verschiedenen Blickwinkeln generiert werden. Bereits in diesem Planungsschritt kann festgestellt werden, ob eine für die spätere Intervention verwendete C-Bogen-Röntgenvorrichtung diese den Blickwinkeln entsprechende Angulationen einnehmen kann. Dazu ist es notwendig, dass die Planungssoftware das Kollisionsmodell der Röntgenvorrichtung und insbesondere des C-Bogens kennt. Diese geometrischen Parameter über die Lage des Interventionsgebietes und Angulationen und evtl. weitere werden nach Abschluss der Planung an den Steuerrechner des C-Bogen-Systems übertragen. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt der Patient zur Intervention kommt, werden zunächst die Lagerung des Patienten auf der Liege und die Positionierung des C-Bogens ausgeführt. Dazu ist es notwendig, dass die Lage des geplanten Interventionsgebietes mit der aktuellen Lagerung des Patienten auf dem Interventionstisch registriert wird. Dazu sind verschiedene Verfahren denkbar.
- 1) Die Lage des Patienten wird optisch mit Kameras oder Laserscannern erfasst. Die Registrierung erfolgt so, dass die Körperkonturen des optischen Bildes mit den Körperkonturen aus den präinterventionellen 3D-Bildern zur Deckung gebracht werden.
- 2) Der Patient wird mit dem C-Bogen-System durchleuchtet und die Anpassung erfolgt an Hand externer und/oder interner anatomischer Landmarken oder künstlicher Markierungen.
- 3) Es erfolgt eine 3D-Aufnahme des Patienten mit dem C-Bogen-System, z.B. einem „low dose DynaCT“ der Firma Siemens, und es wird eine 3D-3D Registrierung mit den präinterventionellen Daten durchgeführt.
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Damit ist letztlich die Lage des geplanten Interventionsgebietes im Koordinatensystem des C-Bogens bekannt. Der C-Bogen kann dann automatisch so verfahren werden, dass das Durchleuchtungsgebiet mit dem geplanten Interventionsgebiet identisch ist. Außerdem können die geplanten Angulationen als Voreinstellungen angezeigt und gespeichert sein, die der Bediener während der Intervention automatisch anfahren kann. Erst nachdem die Planungsparameter registriert sind und der C-Bogen in der entsprechenden Stellungen positioniert ist, werden weitere für die Intervention oder den chirurgischen Eingriff notwendige Geräte, z.B. Injektoren oder Anästhesie, installiert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Kollisionen mit derartigen beweglichen Komponenten a priori vermieden werden und dass auch spätere umständliche und zeitintensive Umpositionierungen vermieden werden. Auch das Legen von Schläuchen und Kabeln an oder in den Patienten kann bereits prospektiv optimiert werden.
