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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Medizintechnik und betrifft insbesondere das Positionieren und Einstellen eines Kollimatorsystems in einem Röntgensystem oder in einer anderen bildgebenden Einrichtung, die Kollimatoren bzw. Blenden verwendet.
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Bei bekannten Röntgengeräten im Stand der Technik umfasst das Röntgensystem neben der Röntgenröhre (mit zugehörigem Kühlsystem und Schutzgehäuse und weiteren Einheiten) einen Röntgendetektor und ein Kollimatorsystem. Das Kollimatorsystem kann aus einer Anordnung von unterschiedlichen Blenden und Filtern bestehen und ist üblicherweise zumindest teilweise am Strahlenschutzgehäuse angeordnet. Das Kollimatorsystem dient einerseits zur Reduzierung der Streustrahlung und damit zur Kontrasterhöhung der akquirierten Bilddaten und soll andererseits die Strahlenbelastung für den Patienten reduzieren. Vor Durchführung der Bildakquisition muss das Kollimatorsystem eingestellt werden. Insbesondere müssen die Blenden für die jeweilige Aufnahme positioniert werden.
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Bei bekannten radiologischen Systemen ist es vorgesehen, eine in der Regel computer-basierte Benutzerschnittstelle bereitzustellen, über die der Anwender zur Einstellung des Kollimatorsystems dargestellte, virtuelle Blenden auf der Benutzeroberfläche verschieben und positionieren kann, um einen Zielbereich (region of interest) einzublenden. Dazu können Repräsentationen der realen, physikalischen Blenden auf der Bildschirmoberfläche sozusagen versuchsweise positioniert werden, um den gewünschten Bildbereich zu erzeugen. Dieses Vorgehen erweist sich insbesondere im operativen Umfeld in der Chirurgie als zeitaufwendig und störend und wird deshalb häufig unterlassen. Dies führt wiederum zu einer nicht optimalen Einstellung des Kollimatorsystems und zu einer unnötigen Strahlenbelastung für den Patienten.
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Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, einen Weg vorzuschlagen, mit dem das vorstehend beschriebene Einstellen eines Kollimatorsystems verbessert und vereinfacht werden kann. Desweiteren soll die Benutzerfreundlichkeit bei der Einstellung des Kollimatorsystems gesteigert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten beiliegenden Patentansprüche gelöst, insbesondere durch ein Verfahren zum Einstellen eines Kollimatorsystems, durch ein Bilderfassungsgerät mit einem Kollimatorsystem und durch ein Produkt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Verfahrens beschrieben. Hierbei erwähnte bevorzugte oder alternative Ausführungsformen, weitere Merkmale und Vorteile sind ebenso auch auf die anderen Lösungen der vorstehend genannten Aufgabe zu übertragen (also auf das Bilderfassungsgerät und auf das Produkt) und umgekehrt. Demnach können auch die Merkmale oder Ausführungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beansprucht und/oder beschrieben sind, auch auf das Gerät und das Produkt angewendet werden und umgekehrt. Dabei sind die jeweiligen funktionalen Merkmale des Verfahrens durch entsprechende Mikroprozessormodule oder Hardwaremodule implementiert, die dazu ausgebildet sind, die jeweilige Funktionalität des Verfahrensmerkmals zu übernehmen bzw. auszuführen.
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Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen eines Kollimatorsystems in einer bildgebenden Einrichtung, z.B. in einem Röntgensystem. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- – Anzeige einer Vorschaubildaufnahme auf einer Benutzeroberfläche
- – Markieren zumindest eines Zielbereichs als einzublendender Bereich in der angezeigten Vorschaubildaufnahme
- – Automatisches Berechnen von Kollimatorpositionswerten, basierend auf dem markierten Zielbereich unter Berücksichtigung von geometrischen Parametern des Kollimatorsystems
- – Automatisches Einstellen des Kollimatorsystems mit den berechneten Kollimatorpositionswerten
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Im Folgenden werden die im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert:
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Ein Kollimatorsystem ist die Anordnung zumindest eines Kollimators, der im Strahlengang zwischen Strahlquelle und Strahldetektor angeordnet ist. Je nach Art der Strahlquelle ist das Material des Kollimators unterschiedlich; für Röntgenstrahlung wird in der Regel Blei oder Wolfram verwendet. Ein modernes Computertomographiegerät enthält Blenden, Kollimatoren und Filter, die zur Abschirmung von Streustrahlung, zur Bestimmung des zu untersuchenden Bereichs (Region/Volume of interest) und zur Absorption niedrigenergetischer Anteile des Röntgenspektrums dienen. Die vorstehend erwähnten Einheiten können Bestandteil des Kollimatorsystems sein. Gemäß einem Aspekt der Erfindung und abhängig von der Art des Röntgensystems und der Bildgebung (mit oder ohne Bildverstärker, mit Detektoren zur Projektionsradiographie oder zur Computertomographie etc.) kann der Kollimator als Blende in unterschiedlichen Formen bzw. Arten bereitgestellt werden, z.B. als Kreuzblende, Schlitz- oder Lamellenblende, Lochblende und/oder Irisblende. Darüber hinaus ist es möglich, die Blende als feste oder als einstellbare Blende bereitzustellen. Das Kollimatorsystem kann darüber hinaus noch Filter umfassen, z.B. Formfilter oder mehrere Filter, die möglicherweise in einem Filtereinsatz in dem Kollimatorsystem separat kombiniert und/oder ausgetauscht werden können. Ebenso ist es möglich, in die Blende einen Filter einzuschieben, um ein bestimmtes Spektrum aus der originalen Strahlung herausfiltern zu können. In einer typischen Anordnung eines Röntgenbilderzeugungssystems sind im Strahlungsgang nach der Röntgenröhre ein Strahlungsfilter und üblicherweise anschließend eine Blende vor dem Objekt bereitgestellt. Hinter dem Objekt und vor einem Bildwandler kann ein Streustrahlenraster bereitgestellt werden. Ebenso ist es möglich, auch vor dem Objekt eine objektnahe Blende bereitzustellen. In der einfachsten Ausführungsform umfasst das Kollimatorsystem nur einen Kollimator. Komplexere Ausführungsformen sehen hier mehrere Kollimatoren und/oder Filter vor, die als bewegliche Elemente je nach Bedarf in den Strahlengang eingeschoben werden können. In einer üblichen Ausführungsform ist die Röntgenquelle in ein Strahlenschutzgehäuse integriert. An das Strahlenschutzgehäuse ist weiterhin eine Tiefenblende (üblicherweise aus Blei) befestigt, die zur patientenseitigen Strahlenbegrenzung dient. Darüber hinaus kann ein Lichtvisier in das Strahlenschutzgehäuse integriert sein. Das Lichtvisier dient somit zur Benutzeroberfläche, auf der das mittels des Kollimatorsystems begrenzte Röntgenstrahlfeld auf dem Patienten optisch dargestellt werden kann. Die Erfindung kann grundsätzlich auf alle unterschiedlichen Arten des Kollimatorsystems – und somit auf röntgenstrahlquellenseitige Kollimatoren und/oder auf detektorseitige Kollimatoren – angewendet werden. Vorzugsweise betrifft die Erfindung jedoch Kollimatoren, die röntgenstrahlquellenseitig angeordnet und/oder beweglich sind und/oder unterschiedliche Arten von Blenden und/oder Filtern umfassen.
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Bei der bildgebenden Einrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Röntgengerät. Vorzugsweise basiert die bildgebende Einrichtung somit auf Röntgenstrahlung. Bei der bildgebenden Einrichtung kann es sich um ein übliches Röntgengerät oder um eine Computertomographieanlage in unterschiedlichen Ausbildungen (z.B. mobil als C-Arm etc.) handeln. Die Art der Bildgebung ist für die Anwendung der Erfindung nicht festgelegt und kann bei einer Bildgebung mit Röntgenstrahlen beispielsweise mittels Scanogrammen oder Tomogrammen erfolgen. Die Bildgebung kann somit auf einem Röntgenbildverstärker basieren, der als Bildwandler, die detektierte Röntgenstrahlung in sichtbares Licht und in ein auf einem Monitor darstellbares optisches Bild umwandelt. Des Weiteren kann die bildgebende Einrichtung zur Erzeugung einer statischen Aufnahme oder als kontinuierliche Durchleuchtung zur Erzeugung von mehreren Aufnahmen über die Zeit (zur Darstellung von Bewegungen der durchleuchteten Strukturen) ausgebildet sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Röntgengeräte beschränkt und kann ebenso auf andere Geräte bezogen werden, die Kollimatoren verwenden und bei denen ein Abbild eines Objektes (in der Regel eines Patienten oder eines Patientenorgans) aus Messgrößen erzeugt wird und wobei die daraus abgeleitete Information ortsaufgelöst in analoger oder digitaler Form visualisiert wird (beispielsweise über Helligkeitswerte, Grauwerte oder Farben codiert). Die bildgebende Einrichtung kann somit auch eine Kamera, ein Mikroskop, ein Endoskop, ein Magnetresonanztomographiegerät, oder ein Gerät zur nuklearmedizinischen Untersuchung durch Emission von radioaktiven Substanzen (z.B. PET, SPECT) sein.
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Im klinischen Einsatz wird üblicherweise vor Ausführung einer Röntgenuntersuchung ein Vorschaubild (üblicherweise als Röntgenbild, z.B. als Pre-Shot) erzeugt, das auf einer Benutzerschnittstelle oder auf einem Lichtvisier dargestellt werden kann. Das Vorschaubild dient lediglich dazu, die anschließende Röntgenaufnahme gezielt (ausgewählter Zielbereich – region of interest, ausgewählte Dosis, ausgewählte Strahldauer etc.) auszuführen. Die Vorschaubildaufnahme wird üblicherweise mit einer geringeren Strahlendosis ausgeführt. Die Vorschaubildaufnahme muss nicht zwangsläufig mit denselben Parametern wie die anschließende Hauptaufnahme ausgeführt werden.
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Der Zielbereich wird manuell in der angezeigten Vorschaubildaufnahme markiert. Der Zielbereich ist somit ein ROI-Bereich (region of interest) oder VOI-Bereich (volume of interest), der mit dem Kollimatorsystem eingeblendet werden soll. Nach Erfassen der Markierungsdaten kann das System automatisch Kollimatorpositionswerte berechnen, die dann an eine computer-gestützte bzw. computer-gesteuerte Positioniermechanik weitergegeben werden, um das Kollimatorsystem mit dem berechneten Kollimatorpositionswerten einzustellen. Dies erfolgt vorzugsweise automatisch und erfordert keine weiteren Eingaben oder Handgriffe des Arztes oder des medizinischen Personals.
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In der bevorzugten Ausführungsform wird das Vorschaubild auf einem Monitor eines Steuerungscomputers dargestellt. Der Anwender kann dann in dem dargestellten Vorschaubild den einzublendenden Zielbereich mit unterschiedlichen Markierungsverfahren markieren. Aus den erfassten Markierungsdaten werden automatisch Kollimatorpositionswerte berechnet, um die entsprechenden Blenden bzw. Filter automatisch positionieren zu können, so dass der Zielbereich eingeblendet wird. Je nach Anwendung kann es jedoch auch notwendig sein, mehrere Zielbereiche zu definieren bzw. einen Zielbereich, der jeweils separate bzw. getrennte Bereichsabschnitte umfassen kann. Vorzugsweise befinden sich die Bereichsabschnitte auf einem Bild. Beispielsweise kann es sich dabei um kleinere, abgegrenzte pathologische Strukturen eines Organs handeln, die auf dem angezeigten Vorschaubild dargestellt werden. Der einzublendende Bereich wird dann automatisch so gewählt, dass der Zielbereich die markierten Bereichsabschnitte möglichst umfassend abdeckt.
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Die Kollimatorpositionswerte werden mittels des Prozessors bzw. mittels der Berechnungseinheit automatisch berechnet und zur Steuerung der Positioniermechanik an den Motor weitergebeben. Damit werden die einzelnen Module der bildgebenden Einrichtung anders adressiert und gesteuert. Insbesondere ist die Berechnungseinheit des Prozessors in den Ablauf einer technischen (bildgebenden) Einrichtung eingebettet. In der Ausführungsform der Erfindung, bei der das Positionier- und Einstellverfahren software-implementiert ist, wird das zur Problemlösung eingesetzte Datenverarbeitungsprogramm durch die optisch-physikalischen Gegebenheiten außerhalb des Programms (Wahl und Position der Blenden und der Projektionsgesetze) bestimmt.
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Bei den Kollimatorpositionswerten handelt es sich insbesondere um Werte, die ausreichend sind, um die Bauteile des Kollimatorsystems (Filter, Blenden etc.) zu positionieren. Es umfasst somit Positionsangaben für die einzelnen Kollimatoren. Darüber hinaus können die Kollimatorpositionswerte auch Konfigurationsdaten umfassen, die die Form und/oder Art des jeweiligen Kollimators betreffen (aber auch z.B. Material des Kollimators, einzusetzende Filter, Einschübe, Größe etc.). Falls das Kollimatorsystem aus mehreren, unterschiedlichen Kollimatoren besteht, so umfassen die Kollimatorpositionswerte alle notwendigen kollimatorspezifischen Angaben, um die jeweiligen Kollimatoren auszuwählen und zu positionieren. Die Kollimatorpositionswerte beziehen sich somit in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch auf eine Kombination der eingesetzten Kollimatoren (beispielsweise in der Art: erster Kollimator in Position X, zweiter Kollimator in Position Y, dritter Kollimator mit Filter Einschub A etc.).
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Die geometrischen Parameter des Kollimatorsystems sind bekannt oder werden eingelesen. Die geometrischen Parameter werden einem Prozessor bereitgestellt, der zur Berechnung der Kollimatorpositionswerte dient. Der Prozessor gibt dann das von ihm ermittelte Ergebnis, nämlich die Kollimatorpositionswerte, an die computer-gesteuerte Positioniermechanik weiter, um das Kollimatorsystem automatisch zu konfigurieren (durch die Wahl der einzusetzenden Kollimatoren) und zu positionieren. Bei den geometrischen Parametern kann es sich um einen Vergrößerungsfaktor handeln, der sich berechnet aus dem Verhältnis zwischen Fokus-Detektor-Abstand und Fokus-Objekt-Abstand. Des Weiteren können die Position des Brennflecks der Röntgenröhre als geometrischer Parameter und die Projektionsgesetze bereitgestellt sein. Die Projektionsgesetze sind sozusagen als Formeln im Prozessor (optional: variabel) hinterlegt, um diese dann auf die konkreten Werte anzuwenden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind unterschiedliche Optionen zur Markierung des einzublendenden Bereichs auf der Vorschaubildaufnahme vorgesehen.
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So ist es möglich, ein geometrisches Objekt auf der angezeigten Vorschaubildaufnahme einzublenden, beispielsweise in Form von Kreisen, Ovalen, Rechtecken oder anderen Formen von Objekten, die dem eigentlichen Vorschaubild überlagert werden, so dass das Vorschaubild aber noch sichtbar bleibt. Der Benutzer kann dann die Objekte an die Position verschieben, die er als Zielbereich kennzeichnen möchte. Ebenso kann er die Form und/oder Größe der eingeblendeten Objekte über entsprechende Benutzersignale anpassen (z.B. verkleinern oder vergrößern bzw. Ausschnitte des Objektes definieren). Vorzugsweise erfolgt das Einblenden der geometrischen Objekte automatisch und das Anpassen der geometrischen Objekte auf dem einzublendenden Zielbereich manuell. Nach Abschluss der Anpassungsarbeit durch den Anwender ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Anwender ein Validierungssignal über die Benutzerschnittstelle eingibt, das signalisieren soll, dass der Anpassungsvorgang abgeschlossen worden ist. Alternativ wird auf das Validierungssignal verzichtet und der User kann dies (indirekt) über das Auslösen der Strahlung signalisieren. Damit werden die Daten des angepassten eingeblendeten Objektes zur Berechnung der Positionsdaten für die Kollimatoren verwendet. Dies erfolgt durch eine Berechnungseinheit bzw. mittels eines Prozessors, dem die Blendengeometrie bzw. die Geometrie des gesamten Kollimatorsystems bekannt ist.
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Eine alternative Markierungsmöglichkeit besteht darin, dass der Anwender durch Eingabe von Positionsdaten auf der Benutzerschnittstelle einen Zielbereich definiert. Beispielsweise kann der Anwender eine bestimmte Sequenz von Positionen auf dem Vorschaubild anklicken, durch die dann anschließend nach Erfassen eines Ende-Signals automatisch ein Polygonzug zur Kennzeichnung des Zielbereichs gelegt wird. In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Polygonzug dann anschließend vom Anwender noch angepasst werden, insbesondere hinsichtlich Form und Größe, um den Zielbereich möglichst optimal zu kennzeichnen. Anschließend werden dann die Markierungsdaten zur Berechnung der Kollimatorpositionswerte verwendet.
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Ebenso ist es möglich, beide der vorstehend erwähnten Markierungsvarianten zu kombinieren.
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Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, automatisch ein Fehlersignal auf der Benutzerschnittstelle auszugeben, falls unzulässige Markierungsdaten eingegeben bzw. vom System erfasst worden sind, falls beispielsweise der Anwender ungültige Positionsangaben eingegeben hat (beispielsweise Positionen, die außerhalb des Strahlungsbereichs oder des Field of View-FOV liegen. Falls unzulässige Markierungsdaten erfasst werden, so wird der Anwender üblicherweise aufgefordert, seine Markierungsdaten zu korrigieren. Falls er dieser Aufforderung nicht nachkommt oder bei unzulässigen Markierungsdaten kann entweder eine Warnung auf der Benutzerschnittstelle ausgegeben werden, dass das Kollimatorsystem mit den aktuellen Markierungsdaten nicht eingestellt werden kann oder die Fortführung der bildgebenden Untersuchung kann abgebrochen bzw. unterbrochen werden.
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Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Bilderfassungsgerät mit einem Kollimatorsystem, umfassend:
- – Einer Benutzerschnittstelle, auf der ein Vorschaubild dargestellt ist, in welchem zumindest ein einzublendender Bereich als Zielbereich markierbar ist
- – Einen Prozessor, der eine Berechnungseinheit umfasst, die zum automatischen Berechnen von Kollimatorpositionswerten dient, wobei die Berechnungseinheit auf erfassten Markierungsdaten basiert (markierter Zielbereich im Vorschaubild) und dabei geometrische Parameter (und Berechnungsvorgaben zur Anwendung der Projektionsgesetzte) des Kollimatorsystems berücksichtigt.
- – Eine computer-gesteuerte Positioniermechanik, die das Kollimatorsystem mit den vom Prozessor berechneten Kollimatorpositionswerten einstellt bzw. positioniert.
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Bei der Benutzerschnittstelle kann es sich um einen Monitor eines angeschlossenen Steuerungs-PCs (z.B. Steuerkonsole) handeln. Alternativ kann hier auch ein Lichtvisier vorgesehen sein, auf dem das einzublendende bzw. durch Blenden zu begrenzende Röntgenstrahlfeld auf den zu untersuchenden Patienten optisch darstellbar ist.
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Der Prozessor kann alternativ auch Bestandteil des Kollimatorsystems sein und nicht direkt in das Bilderfassungsgerät integriert sein, sondern mit diesem (nur) in Datenaustausch stehen. In dieser Ausführungsform der Erfindung werden die erfassten Markierungsdaten (die den selektierten Bereich kennzeichnen) an den Prozessor des Kollimatorsystems gesendet, der dann daraus automatisch die Kollimatorpositionswerte berechnet, um sich dann automatisch einzustellen. Denkbar ist es auch, den Prozessor in einer Control Unit und/oder in einem Computer /PC bereitzustellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Bilderfassungsgerät zusätzlich ein Erfassungsmodul. Das Erfassungsmodul dient zum Erfassen von geometrischen Parametern und Berechnungsvorgaben des Kollimatorsystems. Dabei handelt es sich insbesondere um Art der verwendeten Kollimatoren, um die Abstände zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor bzw. den eingesetzten Kollimatoren. Üblicherweise werden Daten hinsichtlich der Kollimatorengeometrie automatisch und jeweils aktualisiert erfasst und dem Erfassungsmodul weitergeleitet.
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Die Berechnungseinheit des Prozessors dient zum automatischen Berechnen aller erforderlichen Kollimatorpositionswerte, die erforderlich sind, um die Kollimatoren des Kollimatorsystems zu positionieren. Wie vorstehend bereits beschrieben, umfassen die Kollimatorpositionswerte Daten hinsichtlich der Art, Form, Größe und Position der verwendeten Kollimatoren.
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Der Prozessor ist vorzugsweise über ein Bussystem oder ein Netzwerk an die computer-gesteuerte Positioniermechanik angeschlossen, um die entsprechenden Steuerbefehle weitergeben zu können. Die Positioniermechanik wird dann entsprechend den erfassten Kollimatorpositionswerten angesteuert, um eine automatische Positionierung der verwendeten Kollimatoren erreichen zu können.
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Somit wird ein bekanntes Bilderfassungsgerät, insbesondere ein Röntgengerät, dahingehend erweitert, dass es ein Prozessormodul umfasst mit einer Berechnungseinheit, die dazu dient, automatisch erfasste Markierungsdaten für einen einzublendenden Bereich in Kollimatorpositionswerte zu transferieren. Das Prozessormodul bzw. die Berechnungseinheit können als Softwaremodul oder als Hardwaremodul auf der Steuerkonsole und/oder einer anderen computer-basierten Instanz implementiert sein. Darüber hinaus ist es möglich, die Berechnungseinheit als separate Instanz bereitzustellen, die über eine entsprechende Datenverbindung mit dem Bilderfassungsgerät und mit der Benutzerschnittstelle in Datenaustausch steht.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe ist in einem Produkt zu sehen, insbesondere in einem Computerprogrammprodukt, das in einen internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwareroutinen umfasst, mit denen die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn die Softwareroutinen auf dem digitalen Computer geladen und/oder ausgeführt werden. Dabei können die Softwareroutinen als Computerprogramm ausgebildet sein. Das Computerprogramm kann auf einem Speichermedium (umfassend ein austauschbares Speichermedium, wie beispielsweise Speicherkarten) gespeichert sein. Die Berechnungseinheit kann zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dienen.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie deren Implementierung werden im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Röntgenbilderzeugungssystems mit einem Kollimatorsystem.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von Bauteilen und Modulen eines Bilderzeugungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellung von Kollimatoren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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4 zeigt exemplarisch eine Benutzeroberfläche mit einer Markierungsvariante gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Kennzeichnung eines Zielbereichs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein System zum Positionieren von Kollimatoren 12, 13, 14 eines Kollimatorsystems KS in einer bildgebenden Röntgeneinrichtung 1.
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In 1 ist eine bildgebende Röntgeneinrichtung 1 in schematischer Weise näher dargestellt. Dabei kann es sich z.B. um ein C-Bogen Röntgengerät oder um ein Tomosynthesesystem handeln. Es umfasst eine Röntgenstrahlquelle 10, die zur Emission von Röntgenstrahlen bestimmt ist, die auf den Patienten bzw. einen zu untersuchenden Bereich des Patienten 100 einwirken sollen, um anschließend von einem Röntgendetektor 30 oder einem Bildwandler 20 erfasst zu werden. Zwischen Patient 100 und Bildwandler 20 kann noch ein Streustrahlenraster 15 vorgesehen sein. Die Art des eingesetzten Detektors 20 ist für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung prinzipiell unerheblich. So kann es sich um Gasdetektoren (z.B. mit Xenon-Kammer), um Festkörperdetektoren oder um Flachbildaufnehmer (z.B. mit CCD-Chips mit einer Cäsium-Jodid Konverterschicht) handeln.
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Das Röntgensystem 1 umfasst ein Kollimatorsystem KS. Das Kollimatorsystem KS umfasst zumindest einen Kollimator 12, 13, 14. Dabei sind die Kollimatoren vorzugsweise als Blende 13, 14 zwischen der Röntgenstrahlquelle 10 und dem Patienten 100 angeordnet. Alternativ kann das Kollimatorsystem KS auch noch detektorseitige Kollimatoren (z.B. einen Streustrahlenraster 15) umfassen. Ebenso ist es möglich, dass das Kollimatorsystem KS einen oder mehrere Strahlfilter 12 umfasst. Die Kollimatoren des Kollimatorsystem KS können unterschiedlicher Art sein und beispielsweise eine Irisblende 13 und/oder eine Bleilamellenblende 14 umfassen. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf diese vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann für alle Röntgengeräte 1 angewendet werden, die zumindest einen Kollimator umfassen. Die Art, Größe und Anordnung des jeweiligen Kollimators im Strahlengang ist im Prinzip unerheblich.
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Ein wesentlicher Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein auf einer Benutzerschnittstelle UI bereitgestelltes Vorschaubild V verwendet wird, um Markierungsdaten zu erfassen. Die Markierungsdaten werden üblicherweise manuell vom Anwender eingegeben und dienen dazu, einen Zielbereich bzw. einen ROI-Bereich als region of interest in dem Vorschaubild V zu kennzeichnen. Aufgrund der Markierungsdaten (markierter Bereich in dem Vorschaubild V) wird dann eine automatische Konfiguration und/oder Positionierung des Kollimatorsystem KS bzw. der einzelnen Kollimatoren 12, 13, 14 berechnet. Die Kollimatoren 13, 14 werden von einem Motor M anhand der automatisch berechneten Kollimatorpositionswerte positioniert.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die aus einem Strahlenaustrittsfenster 11 austretende Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlquelle 10 unterschiedliche Kollimatoren durchlaufen, die als Filter 12 und/oder Blenden 13, 14 ausgebildet sein können, bevor sie auf das Untersuchungsobjekt 100 treffen.
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2 zeigt an einem Ausführungsbeispiel Einheiten bzw. Module, die dem Röntgensystem 1 zugeordnet sind. Die von der Röntgenstrahlquelle 10 emittierte Röntgenstrahlung durchläuft einen oder mehrere Kollimatoren 12, 13, 14 des Kollimatorsystem KS, bevor sie auf den Patienten 100 trifft und vom Detektor 30 oder Verstärker 20 empfangen wird. Die Röntgeneinrichtung 1 und das Kollimatorsystem KS werden über einen Computer PC, der als Steuerkonsole ausgebildet sein kann, gesteuert. Der Computer PC umfasst einen Speicher 40, eine Tastatur 50 und eine Benutzerschnittstelle UI. Die Röntgeneinrichtung 1 umfasst darüber hinaus einen Prozessor P, der eine Berechnungseinheit umfasst, die zur automatischen Berechnung von Kollimatorpositionswerten bestimmt ist. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der Prozessor auch auf anderen Computer-basierten Instanzen ausgebildet sein (z.B. auf einer Control Unit C und/oder auf einem PC/Steuerkonsole). Darüber hinaus ist eine Control Unit C vorgesehen und eine computer-gesteuerte Positioniermechanik M, die einen Motor ansteuert, um die Blenden und/oder Filter des Kollimatorsystems KS in die berechnete Position zu bringen. Alle der vorstehend genannten Einheiten, insbesondere der Prozessor, die Controll Unit C und der Motor M sind mit dem Computer PC und mit den anderen Instanzen der bildgebenden Einrichtung 1 über ein Netzwerk NW oder ein Bussystem oder eine vorzugsweise bidirektionale Datenverbindung verbunden (einerseits – in Richtung zu den Kollimatoren – zum Austausch von Positionsdaten und andererseits – in Richtung von den Kollimatoren – von geometrischen Daten bzw. Konfigurationsdaten in Bezug auf die jeweils im Einsatz befindlichen Kollimatoren).
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Zur besseren Verständlichkeit wurden in 2 nur bestimmte Bauteile dargestellt und beschrieben. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass die bildgebende Einrichtung 1 darüber hinaus noch weitere Module umfasst, wie beispielsweise Analog-/Digitalwandler, Module zur Bildverarbeitung, insbesondere Echtzeitkantenanhebung, Positiv-/Negativ-Bilddarstellung, Fensterung, elektronische Einblendung (Shutter), Module für eine Bildverschiebung (Roaming), im Falle von Verstärkersystemen: einen Lichtverteiler oder zumindest eine CCD-Kamers etc..
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In 4 ist schematisch die Benutzeroberfläche UI dargestellt, auf der die Vorschaubildaufnahme V am Beispiel einer Aufnahme einer Lendenwirbelsäule dargestellt ist. Bei der Vorschaubildaufnahme V handelt es sich um eine Röntgenaufnahme des zu untersuchenden Patienten bzw. des jeweiligen Körperbereichs 100, die üblicherweise mit einer sehr geringen Dosis akquiriert worden ist. Die Vorschaubildaufnahme V wird auf der Benutzeroberfläche UI dargestellt. Der Benutzer erhält daraufhin unterschiedliche Möglichkeiten, um einen Zielbereich zu markieren. Der Zielbereich soll dann später mit den Kollimatoren des Kollimatorsystems KS korrekt eingeblendet werden.
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Im Unterschied zum Stand der Technik muss der Anwender nicht mehr die einzelnen Blenden testweise verschieben, um daraufhin eine Berechnung zu veranlassen, die dazu führt, dass ein berechneter eingeblendeter Bereich auf der Benutzeroberfläche UI dargestellt wird. Erfindungsgemäß kann der Anwender sehr einfach den Zielbereich auf der Vorschaubildaufnahme V markieren, den er eingeblendet haben möchte. Aus den Markierungsdaten werden dann automatisch Kollimatorpositionswerte, umfassend die einzustellende Position der Kollimatoren 13, 14, berechnet. Die Kollimatorpositionswerte können in einer Weiterbildung der Erfindung auch Konfigurationsdaten umfassen, die die Art der einzusetzenden Kollimatoren bestimmen (z.B. Größe, Form bzw. Geometrie, Schachtverhältnis, Material etc.). Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist deshalb darin zu sehen, dass der Anwender die einzelnen Filter und/oder Blenden des Kollimatorsystems KS nicht mehr bedienen muss, sondern ausschließlich einen region of interest Bereich als Zielbereich auf der Benutzeroberfläche UI kennzeichnen muss. Alle weiteren Schritte, insbesondere die Ansteuerung der Motoren M zur Positionierung der einzelnen Kollimatoren erfolgt automatisch.
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Im Folgenden wird ein bevorzugter Ablauf anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
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Nach Start des Systems wird in Schritt A das Vorschaubild V angezeigt. Das Vorschaubild V kann entweder direkt akquiriert werden oder es kann als frühere, bereits bestehende Aufnahme eingelesen werden.
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In Schritt B erhält der Anwender die Möglichkeit, den Zielbereich auf dem angezeigten Vorschaubild V zu markieren. Zur Markierung des Zielbereichs kann er unterschiedliche Markierungsvarianten verwenden, die nachstehend erläutert werden.
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In Schritt D werden auf Basis der Markierungsdaten und unter Berücksichtigung von geometrischen Parametern des Kollimatorsystems KS automatisch Kollimatorpositionswerte berechnet. Dies erfolgt in Schritt D. Bei den geometrischen Parametern handelt es sich um Parameter der Blendengeometrie, die üblicherweise über ein Erfassungsmodul eingelesen werden. Die Blendengeometrie-Parameter und die Berechnungsvorschriften (zur Anwendung der optisch-physikalischen Projektionsgesetze) werden von dem Röntgengerät 1 automatisch bereitgestellt und an eine Berechnungseinheit weitergeleitet.
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Anschließend kann nach Berechnung der Kollimatorpositionswerte der Motor M über die Control Unit C mit den berechneten Kollimatorpositionswerten angesteuert werden, um den jeweiligen Kollimator (auszuwählen bzw. u konfigurieren und/oder) zu positionieren. Die Kollimatorpositionswerte umfassen Kollimator-spezifische Positionswerte, falls mehrere Kollimatoren positioniert werden müssen.
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Nach Schritt E ist die eigentliche Positionierung der Kollimatoren abgeschlossen. Im klinischen Einsatz wird das Verfahren jedoch mit der eigentlichen Röntgenbildaufnahme in Schritt F fortgesetzt. Bei der Röntgenaufnahme werden die automatisch positionierten Kollimatoren verwendet, um den markierten Bereich automatisch einzublenden. Falls hier Änderungen erforderlich sind (falls sich beispielsweise bei der Röntgenaufnahme gezeigt hat, dass der Zielbereich falsch eingeblendet worden ist), so kann eine erneute Markierung erforderlich sein. Dies ist in 3 dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt F fakultativ zu Schritt B verzweigt werden kann, um das Verfahren auch mehrfach hintereinander ausführen zu können. Bei fehlerfreier Durchführung endet das Verfahren nach der Röntgenaufnahme mit den automatisch positionierten Kollimatoren für den markierten Zielbereich.
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Die Anwendung der Erfindung ist grundsätzlich nicht auf eine bestimmte Art von Röntgeneinrichtungen 1 beschränkt und kann sowohl für Detektorsysteme als auch für Bildverstärkersysteme angewendet werden. Beispielsweise kann eine Rechteckblende bei Flachdetektorsystemen zum Einsatz kommen, während bei Bildverstärkersystemen auf eine Irisblende und eine Schlitzblende zurückgegriffen wird. Desweiteren sind die Positionier- bzw. Anordnungsmöglichkeiten der einzelnen Blenden oder Blendenbauteile (z.B. der Lamellen einer Lamellenblende) nicht beschränkt. So kann beispielsweise die Position einer ersten Blende unabhängig von der Position einer zweiten Blende bestimmt und positioniert werden. Darüber hinaus können auch einzelne Blendenteile unabhängig voneinander positioniert werden. Beispielsweise können die einzelnen Lamellen einer Lamellenblende auch einzeln und unabhängig voneinander positioniert (verschoben und/oder gedreht) werden, so dass unterschiedliche geometrische Bereiche als Zielbereiche gekennzeichnet werden können.
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Im Folgenden werden die unterschiedlichen Varianten zur Markierung eines Zielbereichs näher erläutert.
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Zum Einen ist es möglich, dass der Benutzer bestimmte Punkte in dem Vorschaubild V markiert, die dann als äußere Umrandungsbereiche für den Zielbereich zur Berechnung des Zielbereichs verwendet werden. Ebenso ist es möglich, durch die einzelnen Punkte einen Polygonzug zu legen, um den Zielbereich zu kennzeichnen. Das Verbinden der markierten Punkte zu einem Polygonzug kann vorzugsweise automatisch ausgeführt werden. Der Benutzer kann dann den dargestellten Polygonzug mit einem Bestätigungssignal als Markierungsdaten bestätigen oder verwerfen und daraufhin nochmals erneut Markierungsdaten eingeben.
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Eine alternative Möglichkeit besteht darin, geometrische Objekte O unterschiedlicher Form und unterschiedlicher Größe (z.B. ein kreisförmiges Objekt O oder ein Quadrat, oder ein beliebig geformtes Polygon) auf dem Vorschaubild V darzustellen. Das Objekt O ist vorzugsweise transparent oder halbtransparent dargestellt, so dass das Vorschaubild V noch erkennbar ist. Der Benutzer kann dann das Objekt O in seiner Größe und/oder Form so anpassen, dass der Zielbereich möglichst gut umfasst ist. Diese Daten werden dann als Markierungsdaten für die automatische Berechnung der Kollimatorpositionswerte verwendet.
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Nach Eingabe der Markierungsdaten werden die Kollimatoren automatisch positioniert. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Ergebnis der automatischen Positionierung und damit der als einzublenden ausgewählte Zielbereich nochmals auf der Benutzerschnittstelle UI dargestellt. Dann erhält der Benutzer die Möglichkeit, diese Einstellung (Konfiguration und/oder Positionierung der Kollimatoren) zu bestätigen oder zu verwerfen. Bei Bestätigung (beispielsweise über ein Bestätigungssignal) wird dann die Röntgenaufnahme mit den automatisch eingestellten Kollimatoren durchgeführt.
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Mit der Erfindung können mehrere Vorteile erreicht werden. So kann der Anwender das Röntgengerät wesentlich schneller und einfacher bedienen, da er lediglich einen Zielbereich auf der Benutzeroberfläche kennzeichnen muss. Er muss nicht mehr die einzelnen Blenden verstellen, um einen Zielbereich zu kennzeichnen. Desweiteren muss er sich nicht um die einzelnen Blenden kümmern, sondern kann sich ausschließlich auf den einzublendenden Bereich konzentrieren. Insbesondere im operativen Umfeld ist dieser Vorteil beachtlich, da der Einstellprozess für die Blenden deutlich verkürzt und vereinfacht werden kann.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und der Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend im Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. So kann die Erfindung für unterschiedliche Kollimatoren, für unterschiedliche bildgebende Geräte 1 und für unterschiedliche Erfassungssysteme (z.B. Bildverstärkersysteme oder Detektorsysteme) angewendet werden. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte – umfassend Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann. So kann das Einstell- bzw. Positionierungsverfahren vollständig auf der Steuerkonsole PC oder auf der Control Unit C und/oder direkt auf dem Röntgengerät 1 implementiert sein. Desweiteren kann das Verfahren teilweise oder vollständig auf separaten computer-basierten Instanzen implementiert sein, die mit den vorstehend beschriebenen Modulen der bildgebenden Einrichtung 1 in Datenaustausch stehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgengerät
- 10
- Röntgenquelle
- 11
- Strahlenaustrittsfenster
- 12
- Strahlungsfilter
- 13
- Irisblende
- 14
- Bleilamellenblende
- 15
- Streustrahlenraster
- 20
- Bildwandler
- 30
- Detektor
- 100
- Patient bzw. zu untersuchendes Objekt
- KS
- Kollimatorsystem
- PC
- Computer
- 40
- Speicher
- 50
- Tastatur
- UI
- Benutzerschnittstelle
- P
- Prozessor
- C
- Control Unit
- M
- Motor
- NW
- Netzwerk
- V
- Vorschaubildaufnahme
- O
- Objekt
- A
- Anzeige Vorschaubild
- B
- Markiere Zielbereich
- D
- Berechne Kollimatorpositionswerte
- E
- Positioniere Kollimatoren
- F
- Röntgenaufnahme
