DE102012217966A1

DE102012217966A1 - Anordnung und Verfahren zur tomosynthetischen Fluoroskopie

Info

Publication number: DE102012217966A1
Application number: DE102012217966.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Dennerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: DE102012217966B4; CN103705261A; US20140093032A1; CN103705261B; US9144406B2

Abstract

Die Erfindung gibt eine Anordnung und ein zugehöriges Betriebsverfahren zur tomosynthetischen Flouroskopie mit einem Röntgenstrahler (1) und mit einem Röntgendetektor (11) an. Die Anordnung umfasst eine um eine Drehachse (3) drehbar gelagerte Haltevorrichtung (4), an der der Röntgenstrahler (1) derart angeordnet ist, dass die optische Achse (16) des Röntgenstrahlers (1) auf den Röntgendetektor (11) gerichtet ist und dass bei einer Rotation der Haltevorrichtung (4) der Brennfleck (2) des Röntgenstrahlers (1) eine Kreisbahn (13) beschreibt. Die Erfindung bietet den Vorteil, eine robuste tomosynthetische Flouroskopie sicher zu stellen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur tomosynthetischen Flouroskopie mit einem Röntgenstrahler, dessen Brennfleck eine gesteuerte Bewegung ausführt.
Hintergrund der Erfindung
Gerate der Flouroskopie werden heute in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt, beispielsweise für gastrointestinale Untersuchungen. Mit Flouroskopiegeräten werden mittels Röntgenstrahlung Sequenzen von zweidimensionalen Projektionsbildern eines Patienten mit einer hohen Bildwiderholfrequenz aufgenommen, um einen dynamischen Vorgang im Patienten darzustellen. Ein derartiger dynamischer Vorgang kann beispielsweise die Ausbreitung von Kontrastmittel oder die Bewegung von medizinischen Instrumenten bei Nadel- oder Katheterinterventionen sein.
Heutzutage liefert die Flouroskopiebildgebung lediglich zweidimensionale Bildinformationen. Die Information, in welcher Tiefe, also in welchem Abstand zur Röntgenquelle, eine abgebildete Struktur sich befindet, wird mit Projektionsbildern nicht erfasst. Da eine Separierung von Tiefeninformationen nicht stattfindet, können die medizinisch relevanten Strukturen von Informationen anderer anatomischer Strukturen (z.B. Knochen) überlagert und verdeckt sein. Weiterhin ist im zweidimensionalen Bild eine präzise räumliche Erfassung der Lage eines Instrumentes im Bezug auf den Patienten nicht möglich.
Es ist bekannt, anstelle oder zusätzlich zur Röntgenquelle eine Multistrahlröntgenquelle mit Carbon-Nanotubes (CNT) in einem Strahlentherapiesystem anzubringen, dessen einzelne Quellen elektronisch ein- und ausgeschaltet werden können.
Damit können sehr schnell Projektionsbilder aus unterschiedlichen, um die Hauptblickrichtung verteilten Winkeln aufgenommen werden, aus denen anschließend ein Tomosynthesevolumen rekonstruiert werden kann. Durch den Tomosynthesedatensatz ist eine teilweise Tiefenauflösung möglich, das heißt, ein Benutzer des Geräts kann Strukturen aus nichtinteressanten Tiefenschichten ausblenden. Eine entsprechende Umsetzung bei Angiographiegeräten wird in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 043 421 A1 vorgeschlagen. Eine Verwendung für den Flouroskopiebetrieb wäre möglich, wenn die Anwendung der CNT-Multiröntgenquelle robust und zuverlässig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein dazugehöriges Verfahren zur tomosynthetischen Flouroskopie anzugeben, die einen robusten und stabilen Betrieb sicher stellen.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Anordnung und dem Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Kern der Erfindung besteht darin, ein für eine Flouroskopieanwendung vorgesehene Röntgenstrahleranordnung dahingehend mechanisch zu erweitern, dass der Röntgenstrahler schnell rotiert werden kann, wobei der Brennfleck des Röntgenstrahlers eine Kreisbahn beschreibt. Mit der vorgeschlagenen Anordnung können während der Durchstrahlung eines Patienten Projektionsdaten für eine zirkuläre Tomosynthese akquiriert werden, so dass eine tomographische Flouroskopie-Bildgebung möglich ist. Ein derartiger Betriebszustand erweitert die Funktionalität eines Flouroskopiegeräts wesentlich, da im Vergleich zur 2D Projektionsbildgebung nun eine Diskriminierung von Tiefeninformation möglich wird. Beispielsweise können nun dadurch bei einer Visualisierung Strukturen im Vorder- oder Hintergrund der relevanten Körperregion ausgeblendet werden.
Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zur tomosynthetischen Flouroskopie mit einem Röntgenstrahler und mit einem Röntgendetektor, wobei ein Röntgenstrahler an einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Haltevorrichtung derart angeordnet ist, dass die optische Achse des Röntgenstrahlers auf den Röntgendetektor gerichtet ist und dass bei einer Rotation der Haltevorrichtung der Brennfleck des Röntgenstrahlers eine Kreisbahn beschreibt. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass damit eine robuste und zuverlässige tomosynthetische Flouroskopie sichergestellt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Röntgenstrahler in Richtung der Drehachse verschiebbar angeordnet sein. Dadurch kann der Radius der Kreisbahn des Brennflecks verändert werden.
Die Anordnung kann vorteilhaft auch ein Ausgleichsgewicht umfassen, das symmetrisch zur Drehachse dem Röntgenstrahler gegenüberliegend auf der Haltevorrichtung angeordnet ist. Dadurch werden Unwuchten bei einer Rotation der Haltevorrichtung vermieden.
Außerdem kann das Ausgleichsgewicht etwa die Masse des Röntgenstrahlers haben.
In einer Weiterbildung kann das Ausgleichsgewicht in Richtung der Drehachse verschiebbar angeordnet sein, wodurch der Abstand des Ausgleichsgewichts zur Drehachse entsprechend dem Abstand des Röntgenstrahlers zur Drehachse eingestellt werden kann.
Vorteilhaft kann die Haltevorrichtung scheibenförmig ausgebildet sein, wodurch bei einer Rotation keine Unwuchten auftreten.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung einen Röntgenkollimator umfassen, der derart vor dem Röntgenstrahler in Richtung der optischen Achse angeordnet ist, dass er gemeinsam mit dem Röntgenstrahler rotiert und einen Röntgenstrahlekegel verkippt in Richtung der Drehachse abgibt.
Vorteilhaft kann die Haltevorrichtung verschiebbar und/oder verkippbar ausgebildet sein.
Die Erfindung beansprucht auch ein Betriebsverfahren zur tomosynthetischen Flouroskopie, wobei bei einer Rotation einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Haltevorrichtung der Brennfleck eines mit der Haltevorrichtung verbundenen Röntgenstrahlers eine Kreisbahn beschreibt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann der Röntgenstrahler in Richtung der Drehachse verschoben werden.
Die Erfindung beansprucht auch ein Flouroskopiegerät mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Flouroskopiegeräts,
2: eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung und
3: eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Haltevorrichtung.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Flouroskopiegerät mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. An einem Deckenstativ 8 ist eine scheibenförmige Haltevorrichtung 4 angebracht. Mittels eines Teleskoparms 9 ist eine Patientenliege 10 unterhalb der Haltevorrichtung 4 angebracht. Die Haltevorrichtung 4 ist um die Drehachse 3 rotierbar und kann auch gegenüber der Senkrechten verkippt werden. Ein Röntgenstrahler 1 ist auf der Unterseite der Haltervorrichtung 4 angeordnet, so dass er mit der Haltevorrichtung 4 mitrotiert. Dabei beschreibt der nicht dargestellt Brennfleck des Röntgenstrahlers 1 eine Kreisbahn. Der Röntgenstrahler 1 sowie die von ihm abgegebene Röntgenstrahlung 12 ist in drei unterschiedlichen, zueinander verdrehten Positionen dargestellt.
Die Röntgenstrahlung 12 trifft auf einen Röntgendetektor 11 unterhalb der Patientenliege 10 auf, der in Richtung der optischen Achse 16 des Röntgenstrahlers 1 liegt. Mit Hilfe eines sich mit der Röntgenröhre 1 mitdrehenden Röntgenkollimators 14 kann die ausgesandte kegelförmige Röntgenstrahlung 12 etwas in Richtung der Drehachse 3 verkippt werden. Dadurch und durch die Distanz zur Drehachse 3, der für den aktuellen Abstand zwischen Haltevorrichtung 4 und Röntgendetektor 11 gewählt wird, ist sichergestellt, dass die Röntgenstrahlung 12 unabhängig von der aktuellen Drehposition des Röntgenstrahlers jeweils auf die gleiche Fläche auf der Ebene des Röntgendetektors 11 trifft.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung sind zwei Verfahren möglich: einerseits eine 2D-Projektionsbildgebung und andererseits eine tomosynthetische Flouroskopie. Die 2D-Projektionsbildgebung ist ähnlich der herkömmlichen Flouroskopie. Der Röntgenstrahler 1 wird innerhalb der Haltevorrichtung 4 arretiert und entsprechend zum Patienten positioniert. Die entstehenden Flouroskopieaufnahmen sind Sequenzen von zweidimensionalen Projektionsbildern in hoher Bildfrequenz.
Bei der tomosynthetischen Flouroskopie wird während der Bildakquisition der Röntgenstrahler 1 rotiert. Die Rotation geschieht beispielsweise mit einer Drehung pro Sekunde, und der Röntgenstrahler wird dabei im gepulsten Modus betrieben. Aus den akquirierten Bilddaten ist nun eine volumetrische Bildgebung mittels zirkulärer Tomosynthese mit relativ hoher Bildwiederholrate möglich. Beispielsweise kann eine komplette Aktualisierung des Tomosynthesevolumens mit einer Frequenz von 1 Hz geschehen. Teilaktualisierungen können mit höherer Bildfrequenz erfolgen, wie in der oben zitierten Offenlegungsschrift DE 10 2009 043 421 A1 beschrieben ist. Die Visualisierung der rekonstruierten Tomosynthesevolumina geschieht dann entweder schichtweise oder als Rendering des gesamten Volumens bzw. eines Teilvolumens, bei dem unter Verwendung von Clipping-Planes die störenden Patientenbereiche ausgeblendet werden können. Beispielsweise ist eine Entfernung von Wirbel- oder Brustknochen in der Visualisierung möglich.
2 zeigt in einer Draufsicht das erfindungsgemäße Detail aus 1. Zu sehen ist die scheibenförmige Haltevorrichtung 4, die in der Drehrichtung 6 um die Drehachse 3 rotieren kann. An einem Ende einer in der Haltevorrichtung 4 vorgesehenen Führungsnut 15 ist der Röntgenstrahler 1 angeordnet. Bei Rotation der Haltevorrichtung 4 beschreibt der Brennfleck 2 des Röntgenstrahlers 1 eine Kreisbahn 13 um die Drehachse 2. Am anderen Ende der Führungsnut 15 ist ein Ausgleichsgewicht 5 angebracht, um Unwuchten bei der Rotation zu vermeiden.
Die erzielbare Tomosynthese-Bildqualität ist auch durch den Abstand R zwischen dem Brennfleck 2 und der Drehachse 3 bestimmt, die den maximalen Tomosynthesewinkel vorgibt. Es wird daher für eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung vorgeschlagen, durch Translation des Röntgenstrahler 1 den Radius R zu verändern. Sowohl der Röntgenstrahler 1 als auch das Ausgleichsgewicht 5 werden dabei in der Führungsnut 15 in die Richtung der Drehachse 3 verschoben.
In 3 ist eine derartige verschoben Position dargestellt. Der Röntgenstrahler 1 und das Ausgleichsgewicht 5 sind von einer Endposition in die Verschieberichtung 7 verschoben, wodurch der Radius R der Brennfleckbewegung verkleinert wird. Ansonsten entspricht die Darstellung der 3 der 2.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung und dem zugehörigen Verfahren sind außerdem weitere Anwendungen möglich. Bei der Echtzeit Stereo-Flouroskopie können durch Bildakquisition an jeweils zwei fest definierten Positionen entlang der Rotationsbewegung des Röntgenstrahlers 1 Stereo-Bildpaare gewonnen werden. Ebenfall ist eine räumliche Echtzeit-Lokalisation von interventionellen Instrumenten während einer Biopsie oder einer Katheteruntersuchung möglich. Bei der dynamischen Perfusionsbildgebung erfolgt eine Rekonstruktion von Zeitserien mittels Tomosynthese zur Verfolgung der Dynamik einer Kontrastmittelinjektion zur Ermittlung von funktionalen Gewebe-Parametern.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenstrahler
2: Brennfleck
3: Drehachse
4: Haltevorrichtung
5: Ausgleichsgewicht
6: Drehrichtung
7: Verschieberichtung
8: Deckenstativ
9: Teleskoparm
10: Patientenliege
11: Röntgendetektor
12: Röntgenstrahlung
13: Kreisbahn des Röntgenstrahlers 1
14: Röntgenkollimator
15: Führungsnut
16: optische Achse des Röntgenstrahlers 1
R: Radius der Kreisbahn 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009043421 A1 [0005, 0028]

Claims

Anordnung zur tomosynthetischen Flouroskopie mit einem Röntgenstrahler (1) und mit einem Röntgendetektor (11), gekennzeichnet durch: – eine um eine Drehachse (3) drehbar gelagerte Haltevorrichtung (4), an der der Röntgenstrahler (1) derart angeordnet ist, dass die optische Achse (16) des Röntgenstrahlers (1) auf den Röntgendetektor (11) gerichtet ist und dass bei einer Rotation der Haltevorrichtung (4) der Brennfleck (2) des Röntgenstrahlers (1) eine Kreisbahn (13) beschreibt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (1) in Richtung (7) der Drehachse (3) verschiebbar angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch: – ein Ausgleichsgewicht (5), das symmetrisch zur Drehachse (3) dem Röntgenstrahler (1) gegenüberliegend auf der Haltevorrichtung (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (5) die Masse des Röntgenstrahlers (1) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (5) in Richtung (7) der Drehachse (3) verschiebbar angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (4) scheibenförmig ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: – einen Röntgenkollimator (14), der derart vor dem Röntgenstrahler (1) in Richtung der optischen Achse (16) angeordnet ist, dass er zusammen mit dem Röntgenstrahler (1) rotiert und einen Röntgenstrahlekegel (12), verkippt in Richtung der Drehachse (3), abgibt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (4) verschiebbar und/oder verkippbar ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur tomosynthetischen Flouroskopie, gekennzeichnet durch: – eine Rotation einer um eine Drehachse (3) drehbar gelagerten Haltevorrichtung (4), wobei der Brennfleck (2) eines mit der Haltevorrichtung (4) verbundenen Röntgenstrahlers (1) eine Kreisbahn (13) ausführt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (1) in Richtung (7) der Drehachse (3) verschoben wird.
Flouroskopiegerät mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.