DE102012209422B4

DE102012209422B4 - Röntgeneinrichtung mit Terahertz-Messeinrichtung und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE102012209422B4
Application number: DE102012209422.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: DE102012209422A1

Abstract

Röntgeneinrichtung (1, 1') mit einer einen Röntgenstrahler (3) und einen Röntgendetektor (4) umfassenden Aufnahmeanordnung sowie einer den Betrieb der Röntgeneinrichtung (1, 1') steuernden Steuereinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgeneinrichtung (1, 1') eine ihr zugeordnete, mit der Aufnahmeanordnung registrierte oder registrierbare Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender (11) und einem Terahertz-Empfänger (12) zur Ermittlung einer die Oberfläche (14) eines auf einer Patientenliege (7) der Röntgeneinrichtung (1, 1') gelagerten Patienten (6) beschreibenden Oberflächeninformation aufweist, wobei die Steuereinrichtung (10) zur Nutzung der Oberflächeninformation im Rahmen der Rekonstruktion aufgenommener Röntgenbilder ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung mit einer einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, die insbesondere sich gegenüberliegend an einem C-Bogen angeordnet sind, umfassenden Aufnahmeanordnung sowie einer den Betrieb der Röntgeneinrichtung steuernden Steuereinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Rekonstruktions- und/oder Auswertebetriebs einer derartigen Röntgeneinrichtung.
Röntgeneinrichtungen, mit denen zwei- oder dreidimensionale Röntgenbilder eines Patienten aufgenommen werden können, werden immer häufiger auch im Rahmen von medizinischen Eingriffen, insbesondere größeren Operationen und/oder minimalinvasiven Eingriffen, eingesetzt. Dabei kann beispielsweise eine Patientenliege der Röntgeneinrichtung auch als Operationstisch dienen. Besonders zweckmäßig zum Einsatz im Rahmen klinischer Eingriffe sind sogenannte C-Bogen-Röntgeneinrichtungen, die einen mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden C-Bogen aufweisen, mit welchem beispielsweise unter unterschiedlichen Projektionswinkeln Projektionsbilder eines Patienten aufgenommen werden können oder durch Rotation des C-Bogens Projektionsbilder unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden können, aus denen dann ein dreidimensionaler Bilddatensatz eines interessierenden Bereiches des Patienten rekonstruiert werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Bewegbarkeit des C-Bogens auch, diesen zumindest weitgehend zu entfernen, wenn ein erweiterter Zugang zum Patienten im Rahmen des medizinischen Eingriffs benötigt wird. Auch mobile C-Bögen oder C-Bögen, die an Roboterarmen gelagert werden, sind im Stand der Technik bereits bekannt und eignen sich für den intraoperativen Einsatz.
Es wurde bereits die Verbindung von Röntgeneinrichtungen mit optischen Systemen vorgeschlagen, beispielsweise im Rahmen der Detektion von auf bzw. an einem Patienten anzuordnenden optischen Markern. Dabei werden Kameras, beispielsweise Stereo-Kameras verwendet, die die Oberfläche des Patienten abtasten und die Position der Marker bestimmen können. Auch im Hinblick auf andere Anwendungen, insbesondere Auswertungs- und/oder Rekonstruktionsaufgaben, kann es nützlich sein, eine Oberfläche des Patienten auf der Patientenliege zu ermitteln. Die herkömmlichen, mit optischen Kameras arbeitenden Systeme lassen sich jedoch bei einem medizinischen Eingriff nicht einsetzen, da der Patient bis auf den direkten chirurgischen Zugang steril abgedeckt ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 010 192 A1 ist eine medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungsvorrichtung zur Durchführung von Bildaufnahmen und/oder strahlungs- oder instrumentenbasierten Behandlungen in einem Untersuchungs- oder Behandlungsbereich bekannt, welche ein Bildaufnahmemittel und/oder ein Behandlungsmittel sowie einen Patiententisch umfasst. Ein Erfassungsmittel ist zur Bestimmung der Position eines auf dem Patiententisch befindlichen Patienten umfassend einen den Patienten in zumindest einem Bereich bestrahlenden Strahlungssender, der Terahertzstrahlung emittiert, vorgesehen. Ferner ist wenigstens ein reflektierte Terahertzstrahlung erfassender Strahlungsempfänger sowie ein die vom Strahlungsempfänger gelieferten Empfängersignale verarbeitendes Verarbeitungsmittel vorgesehen, wobei mit dem Verarbeitungsmittel anhand der Empfängersignale eine die Oberfläche des bestrahlten Patientenbereichs zeigende Darstellung erzeugbar und aus dieser die Position des Patientenbereichs relativ zu dem Untersuchungs- oder Behandlungsbereich bestimmbar ist.
Aus der Druckschrift EP 1 868 005 A2 ist ein Verfahren zur Untersuchung eines Körpers bekannt, wobei die von dem Körper ausgesandte und/oder reflektierte Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich, insbesondere zwischen 0,1 und 30 Terahertz, mit einem Sensor erfasst und von einer Recheneinheit ausgewertet wird, um Informationen über den Körper zu erhalten. Ferner ist eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit einem Terahertz-Sensor zum Auswerten der erfassten Terahertz-Strahlung, insbesondere zum Gewinnen von Informationen über den Körper oder die Körperstruktur, bekannt, wobei die Recheneinheit mit dem Terahertz-Sensor verbunden ist.
Aus der Publikation Toptica Photonics: SynViewHead Terahertz / Millimeter Wave Measurement Head. Graefelfing, 08.2010. - Firmenschrift sind Profilometer für die Frequenzbereiche 0,07 bis 0,11 THz, 0,23 bis 0,32 THz und 0,84 bis 0,87 THz bekannt.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 049 038 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Bildaufnahmeeinrichtung, umfassend wenigstens einer Strahlenquelle und wenigstens eines Strahlungsdetektors einer Röntgendiagnostikeinrichtung, bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem parallel zur Röntgenbilddatenakquisition für die weitere Verarbeitung der positionsbestimmten Röntgenbilddaten bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, auch im operativen Umfeld die Oberfläche des Patienten bzw. oberflächenbezogene Informationen über den Patienten ermittelbar zu machen, insbesondere im Hinblick auf die Auswertung und/oder Rekonstruktion aufgenommener Röntgenbilder.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Röntgeneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Röntgeneinrichtung eine ihr zugeordnete, mit der Aufnahmeanordnung registrierte oder registrierbare Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender und einem Terahertz-Empfänger zur Ermittlung einer die Oberfläche eines auf einer Patientenliege der Röntgeneinrichtung gelagerten Patienten beschreibenden Oberflächeninformation aufweist, wobei die Steuereinrichtung zur Nutzung der Oberflächeninformation im Rahmen der Rekonstruktion und/oder Auswertung aufgenommener Röntgenbilder ausgebildet ist.
Es ist eine im Rahmen eines medizinischen, chirurgischen Eingriffs an einem Patienten nutzbare Röntgeneinrichtung vorgesehen, die um eine Terahertz-Messeinrichtung ergänzt wurde. Es werden also elektromagnetische Wellen im Terahertzbereich (auch Submillimeterwellen genannt) genutzt. Die Terahertzstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarot- und der Mikrowellenstrahlung. Elektromagnetische Strahlung im Terahertzbereich durchdringt viele Materialien, insbesondere auch die im Rahmen der Sterilisierung genutzten Abdeckungen, so dass die Patientenoberfläche trotz des Vorliegens einer sterilen Abdeckung vermessen werden kann. Von dem Terahertz-Sender ausgesandte Terahertzstrahlung durchdringt die Abdeckung und wird auf der Patientenoberfläche zumindest teilweise reflektiert, so dass sie mit dem Terahertz-Empfänger wieder empfangen und ausgewertet werden kann, wobei sich anhand der Laufzeit, ähnlich wie bei einer 3D-Kamera bzw. Time-of-Flight-Kamera, eine Art dreidimensionales Terahertz-Bild ergeben kann, mithin die die Oberfläche des Patienten beschreibende Oberflächeninformation. Ist diese nun, was im Folgenden noch näher erläutert werden wird, korrekt mit anderen Komponenten der Röntgeneinrichtung registriert, insbesondere dem Bildkoordinatensystem, lässt sie sich nun im Rahmen der Rekonstruktion und/oder Auswertung aufgenommener Röntgenbilder nutzen.
Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass die Terahertz-Messeinrichtung zur Messung mit elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen zwischen 0,1 THz und 10 THz, insbesondere zwischen 0,3 THz und 3 THz, ausgebildet ist. Dies entspricht zwei üblichen Definitionen des Terahertz-Bereiches, die mithin auch auf die erfindungsgemäß vorgesehene Terahertz-Messeinrichtung anwendbar sind.
Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger als getrennte Baueinheiten vorzusehen, deren relative Position und Geometrie selbstverständlich bekannt sein sollte. Bevorzugt ist es erfindungsgemäß jedoch, dass die Terahertz-Messeinrichtung als eine 3D-Terahertz-Kamera ausgebildet ist, die den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger in einer Baueinheit enthält. Es ist mithin vorgesehen, nach Art einer optischen TOF-Kamera (Time-of-Flight-Kamera) die aktive Terahertz-Vermessung über eine Terahertz-Kamera zu realisieren, die den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger in Form einer geeigneten Baueinheit enthält, wobei es insbesondere auch denkbar ist, den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger als eine integrierte Sende-Empfangs-Vorrichtung für Terahertzstrahlung zu realisieren. Geeignete Messköpfe für solche Terahertz-Kameras sind beispielsweise von der Firma Synview, Bad Homburg, Deutschland, unter dem Namen „SynViewHead“ verfügbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen angeordnet ist. Zwar erlaubt grundsätzlich eine Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an einem bestimmten Punkt der Röntgeneinrichtung vorteilhafterweise eine durch die geometrische Beziehung gegebene Registrierung der Koordinatensysteme der Röntgeneinrichtung und der Terahertz-Messeinrichtung, eine Anordnung an dem C-Bogen der Röntgeneinrichtung erweitert jedoch auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Möglichkeiten zur Gewinnung der Oberflächeninformation, nachdem eine einzige Terahertz-Messeinrichtung in verschiedene Positionen aufgrund der Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogen verbracht werden kann, um so aus verschiedenen Richtungen Messdaten aufzunehmen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Terahertz-Messeinrichtung dem Röntgendetektor und/oder dem Röntgenstrahler benachbart an dem detektorseitigen und/oder strahlerseitigen Ende des C-Bogens angeordnet ist. Denkbar ist es mithin aber auch, zwei Terahertz-Messeinrichtungen zu verwenden, die an den sich gegenüberliegenden Seiten des C-Bogens vorgesehen sind. Die Anordnung der Terahertz-Messeinrichtungen nahe dem Röntgenstrahler bzw. dem Röntgendetektor liefert mithin eine ähnliche Messgeometrie wie bei der Aufnahme der Röntgenbilder selber, insbesondere im Hinblick auf die Projektionsrichtungen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erlaubt es nun, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Terahertz-Messeinrichtung zur Ermittlung von Oberflächeninformationen in wenigstens zwei unterschiedlichen Stellungen des C-Bogens und zur Rekonstruktion eines vergrößerten Oberflächenbereichs aus den unterschiedlichen Oberflächeninformationen ausgebildet ist. Denkbar ist es also, die Oberfläche des Patienten letztlich von verschiedenen Seiten her „abzuscannen“, indem die Terahertz-Messeinrichtung durch entsprechende Bewegung des C-Bogens um den Patienten und/oder entlang des Patienten bewegt wird, um möglichst große Bereiche der Oberfläche des Patienten zu vermessen, trotzdem ein kleinerer Erfassungsbereich der Terahertz-Messeinrichtung vorliegt und Abschattungen bezüglich der der Terahertz-Messeinrichtung in bestimmten Stellungen abgewandten Seite der Oberfläche des Patienten vorliegen. Insbesondere ist es möglich, einen Ganzkörper-Scan der Patientenoberfläche durchzuführen, indem der C-Bogen mit der Terahertz-Messeinrichtung entsprechend entlang der Längsrichtung des Patienten verfahren wird und/oder um den Patienten beschränkt wird, um ein möglichst vollständiges Bild der sichtbaren Oberfläche des Patienten zu erhalten. Aus den Messdaten an den verschiedenen Positionen werden dann Oberflächeninformationen rekonstruiert, indem letztlich die ermittelten Oberflächeninformationen korrekt zusammengesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Aufnahme von Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung und von Röntgenbilddaten parallel erfolgt, das bedeutet, es wird eine zur Aufnahme von Röntgenbildern, insbesondere Projektionsbildern, ohnehin vorgesehene Bewegung des C-Bogens genutzt, um möglichst viele Informationen über die Oberfläche des Patienten zu sammeln.
Zusätzlich, insbesondere aber alternativ zu einer Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen der Röntgeneinrichtung, kann vorgesehen sein, dass mehr als eine Terahertz-Messeinrichtung vorgesehen ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die mehreren Terahertz-Messeinrichtungen so anzuordnen, dass sich die von ihnen aufgenommenen Messdaten möglichst zu einer einen vergrößerten Bereich der Oberfläche des Patienten beschreibenden Oberflächeninformation ergänzen, mithin den Erfassungsbereich einer Terahertz-Messeinrichtung überschreitende Oberflächenanteile des Patienten aufgenommen werden können. Hierfür können spezielle räumliche Anordnungen verwendet werden, die den Patienten aus verschiedenen Richtungen und an verschiedenen Positionen aufnehmen.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die auf einer Patientenliege aufliegenden Oberflächenbereiche eines Patienten aufgrund der Patientenliege nicht vermessen werden können, jedoch können derartige Bereiche aus dem Verlauf der Patientenliegenoberfläche bei Bedarf schlussgefolgert werden.
Besonders bevorzugt ist es, wie bereits angedeutet wurde, wenn die Terahertz-Messeinrichtung und die Aufnahmeanordnung in einer festen oder automatisch, insbesondere aus Bewegungs- und/oder Positionsdaten der Aufnahmeanordnung, bestimmbaren geometrischen Relation angeordnet sind. In diesem Fall ist mithin eine grundsätzliche, aufgrund der relativen geometrischen Anordnung bereits gegebene Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, mithin also der Aufnahmeanordnung, gegeben. Dies gilt auch bei einer Bewegung der Aufnahmeanordnung, insbesondere des C-Bogens, nachdem diese über entsprechende Erfassungsmittel bzw. die erfolgte Ansteuerung erfasst werden kann und entsprechend bei der Registrierung berücksichtigt werden kann. Gerade in diesem Zusammenhang erweist sich auch die Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen als besonders vorteilhaft, nachdem dann die Aufnahmeanordnung und die Terahertz-Messeinrichtung letztlich gemeinsam bewegt werden, ohne dass sich ihre relative Geometrie verändert.
Alternativ, insbesondere bei zwei getrennt vorgesehenen Vorrichtungen, beispielsweise einem mobilen C-Bogen und/oder eine mobilen Terahertz-Messeinrichtung, ist es selbstverständlich auch denkbar, die Beziehung der Koordinatensysteme über Kalibrationsmessungen zu ermitteln. Dabei kann beispielsweise eine Röntgenmessung durchgeführt werden, aus der anatomische Informationen bezüglich der Oberfläche eines Patienten und/oder eines Phantoms abgeleitet werden können. Diese können nun im Rahmen der Kalibrierung mit entsprechenden Oberflächeninformationen der Terahertz-Messeinrichtung in Einklang gebracht werden, beispielsweise durch Verwendung von 3D-3D-Registrierungsverfahren. Eine derartige (einmalige) räumliche Kalibrierung kann selbstverständlich auch bei der Inbetriebnahme einer Röntgeneinrichtung, bei der die Terahertz-Messeinrichtung in einer festen geometrischen Beziehung zu anderen Komponenten der Röntgeneinrichtung angeordnet ist, vorgenommen werden, muss danach aber nicht unbedingt, sondern lediglich bei Auftreten von Veränderungen, wiederholt werden.
Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Anwendungen denkbar, in denen die Oberflächeninformation sinnvoll genutzt werden kann. Gerade im Hinblick auf die dreidimensionale Bildgebung ist eines der bei der Auswertung und Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus zweidimensionalen Projektionsbildern auftretenden Probleme, dass nicht in allen Durchleuchtungsrichtungen aufgrund des begrenzten Erfassungsbereichs der Aufnahmeanordnung der komplette Patient aufgenommen wird. Das bedeutet, es liegt eine sogenannte Trunkierung vor. Durch die Trunkierung kann es bei der Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes zu Artefakten, mithin Bildfehlern, kommen.
Um hier eine Verbesserung herbeizuführen, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation im Rahmen einer Reduzierung von Trunkierungsartefakten bei einer dreidimensionalen Rekonstruktion ausgebildet ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in wenigstens einem Teil der Projektionsbilder nicht aufgenommene Bereiche des Patienten, die sich gemäß der Oberflächeninformation innerhalb des Patienten befinden, einen mittleren Schwächungswert zugeordnet erhalten. Die in bestimmten Projektionsrichtungen nicht aufgenommenen Bereiche des Patienten werden mithin durch Hinzufügung von Projektionsdaten ergänzt, wobei aufgrund der vorhandenen Oberflächeninformation geometrisch besonders genaue Ergänzungen von trunkierten Bereichen erfolgen können.
In einer weiteren Anwendung der Oberflächeninformation kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation zur Einordnung eines mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen zweidimensionalen Röntgenbildes und/oder eines aus mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatzes in ein dreidimensionales, insbesondere aus der Oberflächeninformation ermitteltes Patientenmodell ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Orientierung möglich, beispielsweise, indem aus dem dreidimensionalen Patientenmodell mit den darin lokalisierten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Röntgenbildern eine Darstellung erzeugt wird, so dass ein Benutzer, insbesondere eine den Eingriff durchführende und/oder an dem Eingriff beteiligte Person, einen Überblick erhält, wo Aufnahmen vorliegen und dergleichen. Insbesondere bei kleinen rekonstruierten Objekten, bei denen beispielsweise mit einer Kollimierung oder dergleichen gearbeitet wird, ist dies vorteilhaft. Auch dann, wenn mehrere Röntgenbilder bzw. Bilddatensätze vorliegen, kann aus einer entsprechenden Darstellung leicht ersehen werden, wo die Aufnahmen erfolgt sind und dergleichen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Oberflächeninformation einen großen Teil des Patienten und/oder gar die gesamte (sichtbare) Oberfläche des Patienten abdeckt, so dass eine Art Übersichtsbild aus dem Patientenmodell generiert werden kann, was beispielsweise dann zweckmäßig sein kann, wenn unterschiedliche, räumlich getrennte Bereiche des Patienten relevant sind.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation bei der Fusion eines insbesondere präoperativen, mit einer anderen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Fremdbilddatensatzes mit einem aus mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz, insbesondere durch einen Abgleich von Oberflächen des Fremdbilddatensatzes mit der Oberflächeninformation, ausgebildet ist. In einem Fremdbilddatensatz kann mithin eine Oberfläche, mithin wenigstens ein Teil der Oberfläche des Patienten, extrahiert werden, so dass es möglich wird, in der Oberflächeninformation, aus der beispielsweise ein Patientenmodell generiert wurde, denselben Oberflächenbereich aufzufinden. Ein solches Vorgehen kann beispielsweise als „Oberflächen-Matching“ bezeichnet werden. Ist aber erst eine Beziehung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung, mithin der Oberflächeninformation, und dem Koordinatensystem des Fremdbilddatensatzes bekannt, ergibt sich daraus auch die Beziehung zu mit der Röntgeneinrichtung angefertigten Aufnahmen, so dass letztlich durch die Oberflächeninformation die Bildfusion zwischen präoperativen Fremdbilddatensätzen, beispielsweise CT-Bilddatensätzen und/oder Magnetresonanz-Bilddatensätzen, und intraoperativen dreidimensionalen Bilddatensätzen möglich ist.
Ferner kann die Steuereinrichtung zur Ermittlung der Position wenigstens eines Markers, insbesondere eines auf dem Patienten angeordneten Markers, aus den Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung ausgebildet sein. Wie bereits eingangs erläutert wurde, sind derartige Markersysteme, die beispielsweise beim Transport zwischen verschiedenen bildgebenden Untersuchungseinrichtungen und dergleichen eingesetzt werden, grundsätzlich bekannt und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wenn die verwendeten Marker in der Terahertz-Messung sichtbar sind. Dann kann die Terahertz-Messeinrichtung auch diesbezüglich eine optische Messeinrichtung ersetzen.
Neben der Röntgeneinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des Rekonstruktions- und/oder Auswertebetriebs einer Röntgeneinrichtung mit einer einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, die insbesondere sich gegenüberliegend an einem C-Bogen angeordnet sind, umfassenden Aufnahmeanordnung, welche sich dadurch auszeichnet, dass aus Messdaten einer Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender und einem Terahertz-Empfänger eine die Oberfläche eines auf einer Patientenliege der Röntgeneinrichtung gelagerten Patienten beschreibenden Oberflächeninformation ermittelt wird, welche im Rahmen der Rekonstruktion und/oder Auswertung aufgenommener Röntgenbilder berücksichtigt wird. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, mit welchem mithin dieselben Vorteile erreicht werden können.
So kann vorgesehen sein, dass bei einer an dem C-Bogen angeordneten Terahertz-Messeinrichtung Messdaten in mehreren Stellungen des C-Bogens und/oder bei mehreren an verschiedenen Positionen angeordneten Terahertz-Messeinrichtungen Messdaten von allen Terahertz-Messeinrichtungen aufgenommen werden, wobei daraus einen größeren Anteil der Oberfläche beschreibende Oberflächeninformationen als nur bei einer einzigen Messdatenaufnahme ermittelt werden. Es ist also denkbar, durch mehrfache Messdatennahme einen größeren Anteil der Oberfläche durch die Oberflächeninformationen abzudecken, als dies nur aufgrund des Erfassungsbereichs der bzw. einer Terahertz-Messeinrichtung möglich wäre. Bevorzugt ist dabei, wie bereits dargelegt wurde, die Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen der Röntgeneinrichtung, da hiermit letztlich wie bei der dreidimensionalen Röntgenbildgebung verschiedene Projektionsrichtungen angefahren werden können und somit der gesamte Körper des Patienten (soweit er nicht durch eine die Terahertzstrahlung blockierende Patientenliege gestützt wird) abgetastet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung während einer Bewegung, insbesondere Rotation, des C-Bogens zur Aufnahme von Röntgenbilddaten aufgenommen werden. In diesem Fall wird also eine ohnehin erfolgende Bewegung des C-Bogens genutzt, um aus mehreren Richtungen Oberflächeninformationen zu sammeln. Dabei kann beispielsweise zu jedem aufgenommenen Röntgenbild, insbesondere Projektionsbild, auch eine Aufnahme von Messdaten mit der Terahertz-Messeinrichtung erfolgen, aber es ist auch denkbar, die Oberflächeninformation je nach dem Erfassungsbereich der Terahertz-Messeinrichtung seltener zu bestimmen.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Oberflächeninformation im Rahmen einer Reduzierung von Trunkierungsartefakten bei einer dreidimensionalen Rekonstruktion berücksichtigt wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass aus einer Rekonstruktion der Oberfläche mittels der Oberflächeninformation für nicht den gesamten Patienten zeigende Projektionsbilder nicht aufgenommene Bereiche des Patienten ermittelt werden, woraufhin das Projektionsbild um mittlere Schwächungswerte in den nicht abgedeckten Bereichen ergänzt wird. So ist es möglich, Artefakte aufgrund einer nicht vollständigen Erfassung des Patienten im Erfassungsbereich der Aufnahmeanordnung deutlich zu reduzieren, indem die Oberfläche des Patienten trotz der sterilen Abdeckung noch hinreichend genau erfasst werden kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Oberflächeninformation zur Einordnung eines mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen zweidimensionalen Röntgenbildes und/oder eines aus mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatzes in ein dreidimensionales, insbesondere aus der Oberflächeninformation ermitteltes Patientenmodell verwendet wird. Auf diese Weise ist, wie bereits dargelegt wurde, eine bessere Orientierung für einen Benutzer möglich, nachdem die Lage kleiner aufgenommener Bereich des Patienten bzw. die relative Lage bei mehreren Bildern deutlicher ersichtlich wird.
Weiterhin kann die Oberflächeninformation bei der Fusion eines insbesondere präoperativen, mit einer anderen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Fremdbilddatensatzes mit einem aus mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz, insbesondere durch einen Abgleich von Oberflächen des Fremdbilddatensatzes mit der Oberflächeninformation, berücksichtigt werden. Über die Oberflächeninformation können mithin präoperative Fremdbilddatensätze und Bilder bzw. Bilddatensätze der Röntgeneinrichtung besser miteinander registriert werden.
Schließlich ist es möglich, dass die Position wenigstens eines Markers, insbesondere eines auf dem Patienten angeordneten Markers, aus den Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung ermittelt wird. Dabei sollten, wie bereits dargelegt wurde, durch die Terahertz-Messeinrichtung sichtbare Marker eingesetzt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, und
3 eine Skizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Röntgeneinrichtung 1 umfasst einen C-Bogen 2, an den sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 3 und ein Röntgendetektor 4 angeordnet sind. Der Röntgenstrahler 3 und der Röntgendetektor 4 bilden eine Aufnahmeanordnung, die aufgrund mehrerer vorhandener Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens 2, wobei der Pfeil 5 beispielhaft eine Rotation um einen Patienten 6 andeutet, bezüglich eines Patienten 6 auf einer Patientenliege 7 der Röntgeneinrichtung 1 positioniert werden kann. Ein Erfassungsbereich 8 der Aufnahmeanordnung umfasst dabei, wie ersichtlich, in den meisten Stellungen nur einen Teil des Patienten 6.
Der C-Bogen 2 wird von einer geeigneten Halterung 9, beispielsweise einem Stativ oder einem Roboterarm, der einen Teil der Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens 2 realisiert, getragen. Der Betrieb der Röntgeneinrichtung 1 wird über eine Steuereinrichtung 10 gesteuert.
Detektorseitig sind an dem C-Bogen 2 nun, dem Detektor benachbart, ein Terahertz-Sender 11 und ein Terahertz-Empfänger 12 vorgesehen, die mithin mit der Aufnahmeanordnung aus dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgendetektor 4 und dem C-Bogen 2 bewegt werden, während eine feste geometrische Beziehung zwischen dem Röntgendetektor 4 und der aus dem Terahertz-Sender 11 und dem Terahertz-Empfänger 12 gebildeten Terahertz-Messeinrichtung besteht. Über von dem Terahertz-Sender 11 ausgesandte Terahertz-Strahlung 13 kann ersichtlich die Oberfläche 14 des Patienten 6 trotz einer hier nur angedeuteten sterilen Abdeckung 15 abgetastet werden, da die sterile Abdeckung 15 für die Terahertzstrahlung 13 kein Hindernis darstellt. Die von der Oberfläche 14 des Patienten 6 reflektierte Terahertzstrahlung 13 wird von dem Terahertz-Empfänger 12 wieder empfangen und bezüglich der Laufzeit ausgewertet. So lässt sich eine Abstandsinformation ermitteln, mithin letztlich ein dreidimensionales Abbild des abgetasteten Teils der Oberfläche 14 des Patienten 6 als Oberflächeninformation bestimmen.
Diese Oberflächeninformation wird durch die Steuereinrichtung 10 bei der Rekonstruktion und/oder Auswertung von Röntgenbildern der Röntgeneinrichtung 1 berücksichtigt, nachdem diese zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Durch die Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen 2, konkret hier unmittelbar am Röntgendetektor 4, ist eine aufgrund der bekannten relativen Geometrie von Haus aus gegebene Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Koordinatensystem der Aufnahmeanordnung gegeben. Diese kann beispielsweise in einer Kalibrationsmessung ermittelt werden oder aber aufgrund des bekannten Aufbaus ohnehin in der Steuereinrichtung 10 hinterlegt werden.
Die Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen 2 hat den weiteren Vorteil, dass die Terahertz-Messeinrichtung leicht in verschiedene Stellungen bezüglich des Patienten 6 gebracht werden kann, so dass ein größerer Anteil der Oberfläche 14 als der Erfassungsbereich der Terahertz-Messeinrichtung erfasst werden kann. Insbesondere ist es denkbar, beispielsweise bei einer Rotation und/oder Längsverschiebung des C-Bogens 2 große Teile oder gar die gesamte Oberfläche 14 des Patienten 6 abzutasten, so dass letztlich ein Modell der Oberfläche 14 des Patienten 6 geschaffen werden kann.
Die so erhaltenen Oberflächeninformationen können beispielsweise eingesetzt werden, um zur Vermeidung von Trunkierungsartefakten aufgrund des beschränkten Erfassungsbereichs 8 Projektionsbilder zu ergänzen, um mit der Röntgeneinrichtung 1 aufgenommene Röntgenbilder und Bilddatensätze in dem Gesamtpatienten 6 anhand eines Patientenmodells, welches aus den Oberflächeninformationen erschaffen wurde, einzuordnen, um präoperative Fremdbilddatensätze mit Aufnahmen der Röntgeneinrichtung 1 zu registrieren und zu fusionieren, um hier nicht näher dargestellte Marker auf der Oberfläche 14 des Patienten zu detektieren und dergleichen.
2 zeigt eine leicht modifizierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 1', bei der der Terahertz-Sender 11 und der Terahertz-Empfänger 12 nicht als einzelne Baueinheiten realisiert sind, sondern eine Terahertz-Kamera 16 verwendet wird, in die eine gemeinsame Sende-Empfangs-Vorrichtung integriert ist, in die der Terahertz-Sender 11 und der Terahertz-Empfänger 12 integriert sind. Die weiteren Komponenten sind gleich ausgeführt und der Einfachheit halber mit den selben Bezugszeichen versehen.
Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch denkbar ist, die Terahertz-Messeinrichtung an verschiedenen Orten der Röntgeneinrichtung 1, 1' bzw. in bekannter geometrischer Relation zu der Röntgeneinrichtung 1, 1' anzuordnen, so dass eine feste Registrierung gegeben ist. Insbesondere kann es dann zweckmäßig sein, mehrere Terahertz-Messeinrichtungen an verschiedenen Positionen zu verwenden, um den Erfassungsbereich einer Terahertz-Messeinrichtung übersteigende Anteile der Oberfläche 14 des Patienten 6 aufzunehmen. Möglich ist es ferner auch, die Terahertz-Messeinrichtung und die Aufnahmeanordnung relativ zueinander beliebig bewegbar zu geschalten, wobei dann immer eine Kalibrationsmessung, welche mit einem Phantom oder am Patienten 6 durchgeführt werden kann, erforderlich ist, um die Koordinatensysteme miteinander zu registrieren. Hier können beispielsweise Oberflächen-Abgleiche erfolgen.
3 zeigt nun eine Prinzipskizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu dessen Durchführung die Steuereinrichtung 10 ausgebildet ist.
In einem Schritt 17 werden Messdaten mit der Terahertz-Messeinrichtung aufgenommen. Aus diesen Messdaten kann die Oberflächeninformation bezüglich des abgetasteten Anteils der Oberfläche 14 ermittelt werden. In einem Schritt 18 wird überprüft, ob bereits für alle Positionen der Terahertz-Messeinrichtung Oberflächeninformationen ermittelt wurden. Wenn nicht, wird in einem Schritt 19 der C-Bogen 2 entsprechend verfahren und es folgt eine Messung und Ermittlung der Oberflächeninformation bei der neuen Position.
Dabei sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das Anfahren verschiedener Messpositionen mit der Terahertz-Messeinrichtung mit einem Aufnahmevorgang kombiniert wird. Sollen also beispielsweise Projektionsbilder zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aufgenommen werden, so kann vorgesehen sein, dass unter wenigstens einem Teil der Projektionsrichtungen, unter denen Projektionsbilder aufgenommen werden, auch Messdaten mit der Terahertz-Messeinrichtung und mithin Oberflächeninformationen aufgenommen werden. In diesem Fall erfolgt die Ermittlung der Röntgenbilddaten und der Oberflächeninformationen also parallel, so dass diese insbesondere unbeeinflusst von Bewegungen des Patienten zur Auswertung und/oder Rekonstruktion der Röntgenbilddaten eingesetzt werden können.
Ergebnis in Schritt 20 sind also Oberflächeninformationen, die wenigstens einen Teil der Oberfläche 14 des Patienten 6 beschreiben. Diese werden nun in einem Schritt 21 im Rahmen der Auswertung und/oder Rekonstruktion auf verschiedene Weise eingesetzt, wie durch die Unterschritte 22 - 25 dargestellt ist.
Im Unterschritt 22 wird die Oberflächeninformation im Rahmen einer Reduzierung von Trunkierungsartefakten bei einer dreidimensionalen Rekonstruktion berücksichtigt. Nachdem durch die Oberflächeninformationen die Oberfläche 14 des Patienten im relevanten Bereich genauso bekannt ist wie der Erfassungsbereich 8 der Aufnahmeanordnung bei der Aufnahme eines Projektionsbildes, kann ermittelt werden, welche innerhalb des Patienten 6 liegenden Bereiche durch ein aktuelles Projektionsbild nicht abgedeckt werden. Innerhalb dieser nicht abgedeckten Bereiche kann das Projektionsbild um mittlere Schwächungswerte ergänzt werden, um Trunkierungsartefakte bei der darauffolgenden dreidimensionalen Rekonstruktion zu reduzieren.
In einem Unterschritt 23 ist es möglich, dass aus der Oberflächeninformation ein auch für andere Weiterverwertungsvorgänge geeignetes dreidimensionales Patientenmodell des Patienten 6 geschaffen wird, das dessen Begrenzungen, also die Oberfläche 14, beschreibt. Nachdem das Koordinatensystem der Aufnahmeanordnung konsequenterweise auch mit diesem Patientenmodell registriert ist, ist es möglich, die Lage von zweidimensionalen Röntgenbildern und dreidimensionalen rekonstruierten Bilddatensätzen innerhalb des Patientenmodells zu ermitteln. Besonders nützlich ist dies bei kleinen dreidimensionalen rekonstruierten Volumina, die innerhalb des Patienten 6 verordnet werden sollen. Dies trägt, insbesondere in einer entsprechenden Darstellung, zur Orientierung eines Benutzers bei.
In einem Unterschritt 24 kann die Oberflächeninformation auch bei der Fusion eines präoperativen, mit einer anderen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen, dreidimensionalen Fremdbilddatensatzes mit einem aus Projektionsbildern der Röntgeneinrichtung 1, 1' rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz berücksichtigt werden. In dem Fremdbilddatensatz kann eine Oberfläche des Patienten 6 rekonstruiert werden, wobei der rekonstruierte Abschnitt dann durch Oberflächen-Matching in der durch die Oberflächeninformation beschriebenen Oberfläche 14 aufgefunden werden kann. Hierauf kann dann eine Registrierung basieren.
Schließlich ist es in einem Unterschritt 25 auch denkbar, die Oberflächeninformationen bzw. unmittelbar die Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung dahingehend auszuwerten, auf dem Patienten 6 angeordnete Marker aufzufinden, welche beispielsweise auch Registrierungszwecken und dergleichen dienen können.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Röntgeneinrichtung
1': Röntgeneinrichtung
2: C-Bogen
3: Röntgenstrahler
4: Röntgendetektor
5: Pfeil
6: Patient
7: Patientenliege
8: Erfassungsbereich
9: Halterung
10: Steuereinrichtung
11: Terahertzsender
12: Terahertzempfänger
13: Terahertz-Strahlung
14: Oberfläche
15: Abdeckung
16: Kamera
17: Schritt
18: Schritt
19: Schritt
20: Schritt
21: Schritt
22: Unterschritt
23: Unterschritt
24: Unterschritt
25: Unterschritt

Claims

Röntgeneinrichtung (1, 1') mit einer einen Röntgenstrahler (3) und einen Röntgendetektor (4) umfassenden Aufnahmeanordnung sowie einer den Betrieb der Röntgeneinrichtung (1, 1') steuernden Steuereinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgeneinrichtung (1, 1') eine ihr zugeordnete, mit der Aufnahmeanordnung registrierte oder registrierbare Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender (11) und einem Terahertz-Empfänger (12) zur Ermittlung einer die Oberfläche (14) eines auf einer Patientenliege (7) der Röntgeneinrichtung (1, 1') gelagerten Patienten (6) beschreibenden Oberflächeninformation aufweist, wobei die Steuereinrichtung (10) zur Nutzung der Oberflächeninformation im Rahmen der Rekonstruktion aufgenommener Röntgenbilder ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung zur Messung mit elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen zwischen 0,1 THz und 10 THz, insbesondere zwischen 0,3 THz und 3 THz, ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung als eine 3D-Terahertz-Kamera (16) ausgebildet ist, die den Terahertz-Sender (11) und den Terahertz-Empfänger (12) in einer Baueinheit enthält.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung an einem C-Bogen (2) angeordnet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung dem Röntgendetektor (4) und/oder dem Röntgenstrahler (3) benachbart an dem detektorseitigen und/oder strahlerseitigen Ende des C-Bogens (2) angeordnet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung der Terahertz-Messeinrichtung zur Ermittlung von Oberflächeninformationen in wenigstens zwei unterschiedlichen Stellungen des C-Bogens (2) und zur Rekonstruktion eines vergrößerten Oberflächenbereichs aus den unterschiedlichen Oberflächeninformationen ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als eine Terahertz-Messeinrichtung vorgesehen ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung und die Aufnahmeanordnung in einer festen oder automatisch, insbesondere aus Bewegungs- und/oder Positionsdaten der Aufnahmeanordnung, bestimmbaren geometrischen Relation angeordnet sind.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation im Rahmen einer Reduzierung von Trunkierungsartefakten bei einer dreidimensionalen Rekonstruktion ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation zur Einordnung eines mit der Röntgeneinrichtung (1, 1') aufgenommenen zweidimensionalen Röntgenbildes und/oder eines aus mit der Röntgeneinrichtung (1, 1') aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatzes in ein dreidimensionales, insbesondere aus der Oberflächeninformation ermitteltes Patientenmodell ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zur Berücksichtigung der Oberflächeninformation bei der Fusion eines insbesondere präoperativen, mit einer anderen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Fremdbilddatensatzes mit einem aus mit der Röntgeneinrichtung (1, 1') aufgenommenen Projektionsbildern rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz, insbesondere durch einen Abgleich von Oberflächen des Fremdbilddatensatzes mit der Oberflächeninformation, ausgebildet ist.
Röntgeneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zur Ermittlung der Position wenigstens eines Markers, insbesondere eines auf dem Patienten (6) angeordneten Markers, aus den Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung des Rekonstruktionsbetriebs einer Röntgeneinrichtung (1, 1') mit einer einen Röntgenstrahler (3) und einen Röntgendetektor (4)umfassenden Aufnahmeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass aus Messdaten einer Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender (11) und einem Terahertz-Empfänger (12) eine die Oberfläche (14) eines auf einer Patientenliege (7) der Röntgeneinrichtung (1, 1') gelagerten Patienten (6) beschreibenden Oberflächeninformation ermittelt wird, welche im Rahmen der Rekonstruktion aufgenommener Röntgenbilder berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer an einem C-Bogen (2) angeordneten Terahertz-Messeinrichtung Messdaten in mehreren Stellungen des C-Bogens (2) und/oder bei mehreren an verschiedenen Positionen angeordneten Terahertz-Messeinrichtungen Messdaten von allen Terahertz-Messeinrichtungen aufgenommen werden, wobei daraus einen größeren Anteil der Oberfläche beschreibende Oberflächeninformationen als bei nur einer einzigen Messdatennahme ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Messdaten der Terahertz-Messeinrichtung während einer Bewegung, insbesondere Rotation, des C-Bogens (2) zur Aufnahme von Röntgenbilddaten aufgenommen werden.