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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Medizintechnik und der Informationstechnik und betrifft insbesondere einen Röntgenbildreferenzmarker mit Gravitationsrichtungsanzeige und ein computerimplementiertes Verfahren zur genaueren Lagebestimmung von Röntgenbildern bei der Aufnahme sowie die Ausgabe entsprechender Parameter.
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Röntgenbildreferenzmarker der vorliegenden Art sind Gebilde bekannter Größe und Form aus Röntgenstrahl-vollabsorbierendem oder -teilabsorbierendem Material, die in den Strahlengang zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor derart angeordnet werden, dass beim Durchleuchten des Körpergewebes der Marker ganz oder teilweise zusammen mit dem Körpergewebe auf den Detektor projiziert wird und auf dem dort entstehenden Röntgenbild visuell erkennbar ist. Durch einen visuellen Vergleich und/oder unterstützt durch eine bildverarbeitende. Software kann dann die Größe abgebildeter, anderer interessierender Strukturen des Körpers abgeschätzt und/oder berechnet werden. Die Geometrie eines Röntgenbildreferenzmarkers dient mithin als einfacher Vergleichsmaßstab. Aus Gründen der Messgenauigkeit sollten derartige Röntgenbildreferenzmarker daher möglichst nahe, am besten in der gleichen Ebene wie die interessierende Struktur angeordnet werden.
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Stand der Technik
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Röntgenbildreferenzmarker und Verfahren zur genauen Berechnung der Anatomie von Patienten oder Größenbestimmung einzelner Teilstrukturen im Röntgenbild sind aus dem Stand der Technik bereits vielfältig bekannt. Eine kugelförmige Ausgestaltung des abzubildenden Teils des Röntgenbildreferenzmarkers hat sich dabei als vorteilhafteste geometrische Ausführungsform erwiesen.
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Beispielsweise ist aus der
US 2008/0273665 A1 ein derartiger Röntgenbildreferenzmarker bekannt. Er besteht aus einer Kugel bekannten Durchmessers aus Röntgenstrahl-undurchlässigem Material, vorzugsweise rostfreiem Stahl, die an einem flexiblen Arm aus Kunstsoff befestigt ist, an dessen anderem Ende sich eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Klipps, eines Magnets, eines Saugnapfes oder einer magnetisierten Platte befindet, wodurch eine in allen Richtungen einstellbare, aber feststehende Positionierung erreicht wird. Der flexible Arm besteht dabei aus einer Reihe beweglich ineinandergreifender Segmente.
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In der
US 5,149,965 A ist ein Röntgenbildreferenzmarker offenbart, wobei eine Kugel aus Stahl oder einem anderen Röntgenstrahl-undurchlässigen Material von einem Würfel aus Kunststoff oder einem anderen, vom Material der Kugel bzgl. seiner Röntgenstrahldurchlässigkeit unterschiedlichen Material ummantelt ist. Die Kugel kann dann mittels des Würfels positioniert und zusätzlich durch eine Laborklammer fixiert werden. Als Alternative hierzu wird in dieser Druckschrift u. a. eine Positionierungsvorrichtung für eine Röntgenstrahl-undurchlässige Kugel aufgezeigt, wobei die Kugel auf einem Arm verschiebbar angebracht ist, der an einem H-förmigen Ständer drehbar montiert ist. Auf diese Weise lässt sich die Kugel dreidimensional positionieren und fixieren.
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Die
US 6,459,772 B1 schlägt im Gegensatz zu den bereits oben genannten und bezüglich ihrer jeweiligen Fixierung recht aufwendigen mechanischen und nicht einfach zu säubernden Konstruktionen einen Röntgenbildreferenzmarker vor, der eine einfachere Positionierung und Fixierung erlaubt. Hierzu befindet sich die wiederverwendbare Röntgenstrahl-undurchlässige Kugel, also der eigentliche Marker, reibschlüssig, jedoch austauschbar in einer Röntgenstrahl-durchlässigen kugeloberflächenabschnittsförmigen Aussparung einer Halterung oder einem vollständigem Gehäuse aus Kunststoff, die jeweils über eine ebenfalls entfernbare Befestigungsplatte mittels Kleber an einem zu durchleuchtenden Objekt leicht angebracht und entfernt werden können. Eine zusätzlich integrierte Dämpfungsplatte sorgt für eine klarere und schärfere Abbildung der Kugel auf dem Röntgenbild.
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Die bisher betrachteten Röntgenbildreferenzmarker gestatten zwar eine genaue Berechnung der Größe einer auf dem Röntgenbild abgebildeten Struktur, z. B. eines Organs, sie berücksichtigen aber nicht die Tatsache, dass die Lage und Form der abgebildeten Strukturen im menschlichen Körper auch von dessen Orientierung gegenüber der Schwerkraftrichtung abhängt. Da beispielsweise die Wirbelsäule beim Menschen einerseits einen beträchtlichen Teil des Körpergewichts trägt, die dazwischenliegenden Bandscheiben aber vergleichsweise weich sind, verändert sich auch die Lage der Wirbel und die Form der Bandscheiben signifikant, wenn der Mensch die Orientierung seiner Körperachse verändert. Zur hochgenauen computerunterstützten Vermessung von Körperteilen aus aufgenommenen Röntgenbildern und insbesondere zum geometrischen Vergleich gleicher Körperteile, die zur Röntgendiagnose auf verschiedenen Aufnahmen abgebildet wurden, ist es daher zwingend notwendig auch Daten zur Verfügung zu haben, die die Richtung der Schwerkraft in Bezug auf die Lage des Patienten zum Zeitpunkt der Aufnahmen der Röntgenbilder angeben und diese auf den Röntgenbildern selbst darzustellen.
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Derartige Daten liefernde Anzeigemittel, die ebenfalls, wie die oben erwähnten Röntgenbildreferenzmarker in den Strahlengang zwischen einer Röntgenquelle und einem Detektor angeordnet werden, so dass sie beim Durchleuchten des Körpergewebes auf den Detektor projiziert werden und auf dem dort entstehenden Röntgenbild visuell die Gravitationsrichtung oder eine Richtung, aus der sich die Gravitationsrichtung ableiten lässt, erkennen lassen, sind bereits bekannt.
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So ist aus der
DE 10 2010 026 934 A1 ein Rahmen bekannt, an dessen oberer Quertraverse ein Schlitten verfahrbar angeordnet ist, an dem über einem dicken Bleidraht ein Senklot befestigt ist. Beim Betrieb des Röntgengeräts wird der Schlitten so an der oberen Quertraverse verfahren, dass der lotrecht herabhängende Bleidraht durch den interessierenden Bildausschnitt verläuft und somit der Röntgenstrahlung ausgesetzt ist. Der für die Röntgenstrahlung undurchlässige Bleidraht erscheint dann auf dem Röntgenbild als schmaler Streifen, der den Gravitationsrichtungsverlauf angibt. Neben dieser, auf dem Röntgenbild sichtbaren Anzeigemöglichkeit zeigt die DE 10 2010 026 934 A1 noch ein leichter zu positionierendes Haftelement auf, das in der Art eines Pflasters ausgebildet ist und einfach auf der Haut des Patienten, etwas seitlich versetzt von der interessierenden Gewebestruktur vorübergehend befestigt wird. An der dem Körper zugewandten Seite des Haftelements ist eine Klebstoffschicht aufgebracht, während sich auf der anderen Seite ein u-förmiges Rohr aus Glas oder einem anderen für Röntgenstrahlung durchlässigen Material befindet. Das Rohr ist teilweise mit Quecksilber aufgefüllt, wodurch sich zwei Menisken bilden. Der verbleibende Raum ist mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt. Da die beiden Schenkel des Rohrs zwei kommunizierende Röhren bilden, liegen die beiden Menisken stets auf gleicher Höhe und definieren somit eine Horizontale im Gravitationsfeld der Erde, aus der sich die senkrecht dazu verlaufende Gravitationsrichtung leicht ableiten lässt. Im Röntgenbild ist dann ein heller zweifach abgewinkelter Streifen, verursacht durch das für Röntgenstrahlen undurchlässige Quecksilber, sichtbar, aus dessen Enden die Lage der Horizontalen für den behandelnden Arzt direkt ablesbar ist. Neben dem Vorteil einer einfacheren Anbringung weist diese Referenzeinrichtung allerdings aufgrund des auf einem dünnen gewebeartigen Trägerelement angebrachten Röhrchens den Nachteil erhöhter Bruchgefahr auf, was eine Freisetzung des Quecksilbers und seiner gefährlichen (giftigen) Dämpfe beinhaltet.
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Aus der
US 4,058,733 A ist ein Röntgenbildmarker zum sicheren Erkennen der Aufnahmeseite eines Röntgenbildes bekannt, der ebenfalls in den Strahlengang zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor angeordnet wird und auf dem Röntgenbild eine Kennzeichnung in Form eines „L” oder „R” erscheinen lässt. Eine zusätzliche Positionsangabe auf dem Röntgenbild zeigt an, ob der Patient in horizontaler oder vertikaler Lage aufgenommen wurde bzw. die Röntgenaufnahme horizontal oder vertikal erfolgte. Hierzu befindet sich in einem geschlossenen Gehäuse eine frei bewegliche Kugel aus relativ Röntgenstrahl-undurchlässigem Material, beispielsweise aus Blei, oder ein Quecksilbertropfen. Das Gehäuse besitzt einen ringförmigen Grundkörper, der auf der einen Seite von einem trichterförmigen Deckel aus relativ Röntgenstrahl-durchlässigem Material, beispielsweise Aluminium, und auf der anderen Seite durch eine relativ Röntgenstrahl-durchlässige und optisch transparente Linse abgedeckt wird. Es ist leicht einsehbar, dass sich die Schwerkraft-abhängige Kugel am Rande des ringförmigen Grundkörpers befindet, wenn sich der Röntgenbildmarker in vertikaler Position befindet, und in der Mitte des trichterförmigen Deckels, wenn sich der Röntgenbildmarker in horizontaler Lage befindet. Die Position der beweglichen, Schwerkraft-abhängigen Kugel kann mithin als Markierung zur Unterscheidung beider Lagen dienen, was entsprechend zur visuellen Kennzeichnung der Lage des Patienten gegenüber der Schwerkraftrichtung auf dem Röntgenbild abgebildet wird.
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Aus der
US 7,092,492 B2 ist ein Röntgenbildreferenzmarker bekannt, wobei sich in einem röntgenstrahldurchlässigen Gehäuse ein kugelförmiger Hohlraum befindet, der mit einer röntgenstrahlundurchlässigen Flüssigkeit gefüllt ist. das Gehäuse kann durch Klettband oder Magnete befestigt werden.
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Aus der
US 7,602,883 B2 ist eine klebbare Vorrichtung zur Markierung bestimmter Hautstellen bekannt.
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Während die letztgenannten bekannten Röntgenbildreferenzmarker allein auf die Angabe der Lage des Patienten in Bezug zur Gravitationsrichtung gerichtet sind oder die Seitenlage des Röntgenbildes kennzeichnen, dienen die zuvor genannten, bekannten Röntgenbildreferenzmarker allein zum Größenvergleich bestimmter, auf dem Röntgenbild erkennbarer Strukturen, um deren Ausmaße zu bestimmen. Ein Röntgenbildreferenzmarker, der gleichzeitig beide Funktionen unter Vermeidung der den einzelnen bekannten Markern anhaftenden, oben genannten Nachteilen ermöglicht, ist bisher nicht bekannt.
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Aufgabe und Lösung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Röntgenbildreferenzmarker mit Gravitationsrichtungsanzeige und ein zugehöriges computerimplementiertes Verfahren zur genaueren Lagebestimmung und Kennzeichnung von Röntgenbildern zu schaffen, die die Lage eines aufgenommenen Bildes gegenüber der Schwerkraftrichtung oder einer festgelegten Ebene auf dem Röntgenbild deutlich sichtbar machen, wobei der Röntgenbildreferenzmarker in vorteilhafterweise gleichzeitig auch zur Größenbestimmung interessierender Strukturen in Röntgenbildern nutzbar sein sollte. Zusätzlich soll der Röntgenstrahl-Fokus durch die verzehrte Abbildung der projizierten Kugel durch das computerimplementierte Verfahren rekonstruiert werden.
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Diese Aufgabe wird sowohl durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale eines Röntgenbildreferenzmarkers mit Gravitationsrichtungsanzeige als auch durch die im Patentanspruch 8 angegebenen Schritte eines computerimplementierten Verfahrens zur genaueren Lagebestimmung von Röntgenbildern bei der Aufnahme sowie Ausgabe diesbezüglicher Parameter gelöst.
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Erreichte Vorteile
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Die mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 erreichten Vorteile liegen insbesondere in einem aus wenig Teilen bestehenden, im Wesentlichen wiederverwendbaren Aufbau sowie einer einfachen Befestigungsmöglichkeit. Neben einer genaueren Gravitationsrichtungsanzeige, die erstmals auch gradzahlenmäßige Angaben der Abweichungen der Bildaufzeichnungslage in zwei orthogonalen Ebenen gegenüber dem Gravitationsvektor oder einer Horizontal- oder Vertikalebene mittels eines Computer-implementierten Verfahrens erlaubt, sind diese Abweichungen (Neigungs- und Kippwinkel) auch ohne eine zusätzliche Nachbearbeitung bereits auf dem Röntgenbild für den Arzt direkt ersichtlich, allerdings teilweise nur größenmäßig abschätzbar. Aufgrund der bekannten Größe der äußeren Kugelform sind zudem die bereits bekannten und erprobten Berechnungsverfahren zur Bestimmung der realen Größe einer auf dem Röntgenbild dargestellten Struktur, die sich in vorteilhafterweise auf einen kugelförmigen Röntgenreferenzmarker stützen, weiterhin verwendbar.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht eine zusätzliche Unterscheidung zwischen einer Steh- und einer Sitzposition des Patienten. Dieser zusätzlichen Kennzeichnung kommt insbesondere bei Untersuchungen der Wirbelsäule große Bedeutung zu.
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Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 3 durch einfaches Verkleben zweier Halbkugelschalen der Hohlkugel ergibt sich nicht nur ein vereinfachter Herstellungsprozess gegenüber einer Schraub- oder bajonettartigen Verbindung der zwei Halbkugelschalen, sondern auch eine Verminderung ungewollter Abschattungen der Röntgenstrahlen an den Verbindungsflächen, die sich auf dem Röntgenbild störend bemerkbar machen können.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach Patentanspruch 4 mittels eines 3-D-Printverfahrens erlaubt eine Produktion des Röntgenbildreferenzmarkers mit vorteilhafter, reduzierter Anzahl von Einzelteilen.
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Eine aus der Außenfläche der Hohlkugel hervorstehende Ausgestaltung der manuell ausrichtbaren Markierung nach Patentanspruch 5 birgt den Vorteil, dass eine Steh- oder Sitzposition bei der Auswertung des Durchstrahlungsbildes klar ersichtlich ist, da die Umrisse der Kugel auf dem Röntgenbild deutlich erkennbar sind.
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Ausgestaltungen des Haftelements als röntgentransparentes Befestigungselement oder Pflaster, wie sie in den Patentansprüchen 6 oder 7 beansprucht werden, haben als Einwegteil den Vorteil, dass sie die antibakteriellen Eigenschaften des Röntgenbildreferenzmarkers erhöhen und einfache Halterungen darstellen.
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Das mit Patentanspruch 8 beanspruchte Verfahren bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer computerunterstützten, genaueren Auswertung der Lage von Röntgenbildern durch zusätzliche Kipp- und Neigungswinkelangaben gegenüber der Schwerkraftrichtung oder einer ausgewählten Bezugsebene und die Rekonstruktion des Röntgenfokus durch Auswertung der Abbildungsverzerrung bei deren Aufnahmen sowie die Bereitstellung der ermittelten Parameter an Displays und weiterführende Bildauswertungsprogramme, wobei die Kenndaten zur Unterscheidung einer liegenden, sitzenden oder stehenden Position des Patienten bei der Aufnahme auch in Form von Piktogrammen ausgegeben werden können.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Kurzbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der dargestellten 1 bis 5.
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Dabei zeigen:
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1 den prinzipiellen Grundaufbau des Röntgenbildreferenzmarkers ohne Haftelement im Querschnitt
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2 eine perspektivische Darstellung eines Röntgenbildreferenzmarkers nach der Erfindung mit einem röntgentransparenten Befestigungselement als Haftelement
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3 einen Querschnitt (a) und eine Draufsicht (b) eines Röntgenbildreferenzmarkers nach der Erfindung mit einem Pflaster als Haftelement
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4 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Aufnahme eines Röntgenbildes mit einer Abbildung des erfindungsgemäßen Röntgenbildreferenzmarkers
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4a beispielhafte Abbildungen des Röntgenbildreferenzmarkers auf Röntgenbildern bei verschiedenen Aufnahmepositionen
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5 ein Flussdiagramm des computerimplementierten Verfahrens nach der Erfindung zur genaueren Lagebestimmung von Röntgenbildern bei der Aufnahme sowie Ausgabe diesbezüglicher Parameter
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1 zeigt den prinzipiellen Grundaufbau des erfindungsgemäßen Röntgenbildreferenzmarkers (1) ohne ein zur Befestigung dienendes Haftelement (4) im Querschnitt, d. h., alle wesentlichen Bauteile, die bei Durchdringung mit Röntgenstrahlen auf dem Röntgenbild eine Abbildung ergeben (s. 4a), die die Abweichungen der Abbildungsebene (Bildebene) gegenüber der Gravitationsrichtung in zwei orthogonalen Ebenen und zusätzlich eine stehende oder sitzende Aufnahmeposition erkennen lassen.
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Hierzu besteht der Röntgenbildreferenzmarker (1) nach der Erfindung aus einer Hohlkugel (2) aus Röntgenstrahl-teilabsorbierendem Material und einer im Inneren der Hohlkugel (2) befindlichen, frei beweglichen Kugel (3) kleineren Durchmessers aus Röntgenstrahl-teilabsorbierendem oder – vollabsorbierendem Material.
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In 1 ist dargestellt, dass die Hohlkugel (2) aus zwei miteinander verklebten Halbkugelschalen (2a, 2b) besteht, in die beim Produktionsprozess die frei bewegliche Kugel (3) eingelegt wird. In vorteilhafter Weise können die Kugel (3) und die Hohlkugel (2) aber auch mittels des bekannten 3-D-Printverfahrens einstückig, in einem Arbeitsgang hergestellt werden, wobei produktionsbedingte Verbindungsstege zwischen ihnen als Sollbruchstellen (dünne Brücken) ausgelegt sind, die abschließend durch einfaches Rütteln durchtrennt werden, so dass die Kugel (3) frei beweglich ist.
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Es ist leicht einzusehen, dass sich die im Inneren der Hohlkugel (2) befindliche frei bewegliche Kugel (3) im Ruhezustand aufgrund der auf sie einwirkenden Schwerkraft stets an der tiefsten, d. h., der am nächsten zur Erde befindlichen Stelle innerhalb der Hohlkugel befindet. Durch eine gedachte Verbindunglinie vom Mittelpunkt der Hohlkugel (2) zum Mittelpunkt der beweglichen Kugel (3) kann somit ein Vektor definiert werden, der stets in Richtung der Gravitationskraft zeigt und dessen Betrag dem maximalem Abstand der Mittelpunkte der Kugeln (2, 3) entspricht. Die zweikugelige Abbildung kann mithin auf Röntgenbildern als einfache Gravitationsrichtungsanzeige zur Kennzeichnung der Lage einer Röntgenbildaufnahme gegenüber der Schwerkraftrichtung genutzt werden.
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Die Verwendung von Kugeln beim erfindungsgemäßen Röntgenbildreferenzmarker (1) hat den Vorteil, dass ihre Relativpositionen, insbesondere der Abstand ihrer Mittelpunkte zueinander, bei der Auswertung des Durchstrahlungsbildes mit hoher Präzision ermittelt werden können. Bei beispielsweiser Befestigung des Röntgenbildreferenzmarkers (1) nach 1 an einer um zwei Achsen drehbaren Abbildungsebene und einer senkrecht dazu und darüber angeordneten, fest mit der Abbildungsebene verbundenen Röntgenquelle (4), lassen sich aus der Länge und der Richtung der Verbindunglinie vom Mittelpunkt der auf die Abbildungsebene projizierten Hohlkugel (2) zum Mittelpunkt der auf die Abbildungsebene projizierten beweglichen Kugel (3), die dem auf die Abbildungsebene projizierten Gravitationsvektor entspricht, die Neigungs- und Kippwinkel der Abbildungsebene, die diese gegenüber der Gravitationsrichtung einnimmt, entnehmen, bzw. deren Lage exakt berechnen, wie es beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Angabe genauerer Kenndaten (Parameterangaben) ausgenutzt wird. Ermöglicht wird dies durch die senkrecht zur Abbildungsebene verlaufende Projektion des Gravitationsvektors, die sich nach Richtung und Betrag proportional zu den Abweichungen verhält. Dabei kann die Orthogonalität aller Röntgenstrahlen gegenüber der Abbildungsebene im Bereich der Hohlkugel (2) aufgrund ihres geringen Durchmessers und der Nähe zum Senkrechtstrahl, der bei der in 4 gezeigten Anordnung mit dem Mittelstrahl (M) zusammenfällt, angenommen werden.
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Weiterhin lässt der in 1 im Querschnitt dargestellte Grundaufbau des Röntgenbildreferenzmarkers (1) eine aus der Außenfläche der Hohlkugel (2) hervorstehende Struktur erkennen, die als manuell ausrichtbare Markierung (5) zur Unterscheidung einer Steh- oder Sitzposition eines Patienten dient. Da der Umriss der Hohlkugel (2) mit der Markierung (5) auf dem Röntgenbild (11) deutlich abgebildet wird, kann eine entsprechende Positionierung bei der Befestigung des Röntgenbildreferenzmarkers (1) im Haftelement (4) zur Differenzierung ausgewählt werden.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Röntgenbildreferenzmarkers (1) nach der Erfindung mit einem röntgentransparenten Befestigungselement (8) als Haftelement (4). Während auf der einen Grundfläche des röntgentransparenten Befestigungselements (8) ein doppelseitiges Klebeband (10) zur Befestigung auf der Haut des zu röntgenden Patienten (14) angeordnet ist, befindet sich auf der entgegengesetzten Grundfläche des röntgentransparenten Befestigungselements (8) in dessen Oberfläche eine kugeloberflächenabschnittsförmige Aussparung (9) zur teilweisen Aufnahme der Hohlkugel (2) mit der darin befindlichen beweglichen Kugel (3), wie aus dem dargestellten Ausbruch in der Hohlkugel (2) in 2 erkennbar. Die Aussparung (9) kann als reibschlüssige Aufnahme zur leichten Auswechslung der Hohlkugel (2) ausgebildet sein oder die Hohlkugel (2) in der Aussparung mit dem röntgentransparenten Befestigungselement (8) verklebt sein. Das Befestigungselement (8) hat, wie in 2 dargestellt, vorzugsweise eine quaderförmige Form mit rechteckigen Grundflächen und abgerundeten Ecken; es kann aber auch beliebige Grundflächen aufweisen, wobei nur darauf zu achten ist, dass die gewählte Tiefe der Aussparung (9) zur Halterung der Hohlkugel (2) ausreicht. Ferner zeigt 2 die manuell einstellbare Markierung (5) auf der Außenfläche der Hohlkugel (2) zur Kennzeichnung einer Steh- oder Sitzposition eines Patienten bei der Röntgenaufnahme, die hier eine Stehposition kennzeichnen soll.
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3 zeigt einen Querschnitt (a) und eine Draufsicht (b) einer anderen Ausführung eines Röntgenbildreferenzmarkers (1) nach der Erfindung mit einem Pflaster (6) als Haftelement (4). Dieses bildet grundsätzlich eine Einstecktasche (7), bestehend aus zwei übereinander klappbare und aneinander haftbare Laschen (A, B) und einem Bodenteil (C), zur Aufnahme der Hohlkugel (2) mit der darin befindlichen beweglichen Kugel (3). An der der Einstecktasche (7) gegenüberliegenden Seite des Bodenteils (C) befindet sich die Klebeschicht (12) des Pflasters (6), die zur Befestigung auf der Haut des zu röntgenden Patienten (14) dient. Die Lasche (A) weist darüber hinaus einen Ausschnitt (13) auf, in dem die Markierung (5) zur Kennzeichnung einer stehenden Position platziert werden kann. Das Pflaster (6) kann auch aus einem steifen, elastischen oder haftenden Material bestehen, so dass die übereinandergelegten Laschen ihre Form behalten und die Hohlkugel (2) in der Einstecktasche (7) gehalten wird, wie es in 3 dargestellt ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Aufnahme eines Röntgenbildes mit einer Abbildung des erfindungsgemäßen Röntgenbildreferenzmarkers (1). Über einer um zwei Achsen schwenkbaren Einrichtung (15), die in 4 im Querschnitt als Liege dargestellt ist, mit einer planparallelen Röntgendetektorplatte (16) zur Aufnahme des Röntgenbildes, die somit gleichzeitig die Abbildungsebene, im Weiteren auch Bildebene genannt, definiert, befindet sich eine damit fest verbundene Röntgenquelle (11), deren Mittelstrahl (M) mit den Drehachsen der schwenkbaren Einrichtung (15) stets ein orthogonales System bildet, so dass er mit dem Senkrechtstrahl (S) der Röntgenquelle (11) zusammenfällt. Der zu durchleuchtende Patient (14) befindet sich mit dem stets auf dem Rücken angebrachten Röntgenbildreferenzmarker (1) an oder auf der schwenkbaren Einrichtung (15) zwischen der Röntgenquelle (11) und Detektorplatte (16). Bei einer Neigungs- (N) und/oder Kippbewegung (K) der schwenkbaren Einrichtung (15), also der Bildungsebene, rollt die innere bewegliche Kugel (3) aufgrund der auf sie einwirkenden Schwerkraft in eine entsprechende Richtung innerhalb der Hohlkugel (2), so dass nach Stillstand der Bewegung aus deren beider Projektionen auf die Abbildungsebene, bzw. auf das Röntgenbild, die zweiachsigen Abweichungen des Röntgenbildes gegenüber der Schwerkraftrichtung aufgrund ihrer relativen Lage zueinander ersichtlich sind. Zur Verdeutlichung des Gesagten sind in 4a verschiedene Abbildungen des Röntgenbildreferenzmarkers (1) auf Röntgenbildern dargestellt.
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4a zeigt beispielhafte Abbildungen a) bis d) des Röntgenbildreferenzmarkers (1) auf Röntgenbildern, die verschiedene Aufnahmepositionen (Bildaufzeichnungslagen) des Röntgenbilds kennzeichnen. Dabei ist anzumerken, dass es sich um vereinfachte Darstellungen handelt, die aber das Wesentliche, d. h., die relative Lage der Kugeln (2, 3) zueinander klar erkennen lassen. Auf dem realen Röntgenbild erscheint die Hohlkugel (2) als eine Art Ring mit nach innen abnehmender Abschattung, da der Röntgenstrahl am äußeren Rand der Kugelschale mehr Material durchdringen muss, und die innere, frei bewegliche Kugel (3) darin als hellere, kreisförmige Scheibe. Beide sind hier nur als Kreise dargestellt. Zu beachten ist auch, dass außerhalb des Röntgenfokus der Ring und die Scheibe leicht ellipsoid projiziert dargestellt werden. Bei Ausstattung des Röntgenbildreferenzmarkers (1) mit der erfindungsgemäßen Markierung (5) auf der Außenfläche der Hohlkugel (2) zur Kennzeichnung einer Steh- oder Sitzposition, ist diese auf dem Umriss der Hohlkugel (2) als gesonderte Struktur deutlich erkennbar.
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Zur interpretierenden Beschreibung der Abbildungen a) bis d) in 4a wird hier die aus 4 ersichtliche Horizontalebene als Bezugsebene benutzt und ebenfalls auf die aus 4 ersichtlichen Kipp- und Neigungsdefinitionen zurückgegriffen.
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Abbildung a) kennzeichnet eine gegenüber der Horizontalebene um 90° gegen den Uhrzeigersinn gekippte und um 0° geneigte Bildaufzeichnungsebene. Der Gravitationsvektor liegt in der Bildebene mit Richtung vom Mittelpunkt der Hohlkugel (3) zum Mittelpunkt der beweglichen Kugel (2). Die Markierung (5) zeigt zum oberen Röntgenbildrand zur Angabe einer stehenden Position des Patienten (14) bei der Aufnahme.
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Abbildung b) kennzeichnet eine gegenüber der Horizontalebene um 45° gegen den Uhrzeigersinn gekippte und geneigte Bildaufzeichnungsebene. Der Gravitationsvektor steht mit einem 45° Kipp- und Neigungswinkel, jeweils gegen den Uhrzeigersinn gesehen, auf der Abbildungsebene.
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Abbildung c) kennzeichnet eine in der Horizontalebene liegende Bildaufzeichnungsebene (Kipp- und Neigungswinkel = 0°). Der Gravitationsvektor steht senkrecht auf der Abbildungsebene.
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Abbildung d) kennzeichnet eine gegenüber der Horizontalebene um 90° gegen den Uhrzeigersinn gekippte und um 0° geneigte Bildaufzeichnungsebene. Der Gravitationsvektor liegt in der Bildebene mit Richtung vom Mittelpunkt der Hohlkugel (3) zum Mittelpunkt der beweglichen Kugel (2). Die Markierung (5) zeigt zum seitlichen Röntgenbildrand zur Angabe einer sitzenden Position des Patienten (14) bei der Aufnahme.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens zur genaueren Lagebestimmung von Röntgenbildern bei deren Aufnahme sowie zur Ausgabe diesbezüglicher Parameter. Dabei wird im Schritt A ein digitalisiertes Röntgenbild mit einer durch einen Röntgenbildreferenzmarker (1) nach einem der vorliegenden Patentansprüche 1 bis 7 erzeugten, sichtbaren Abbildung in den Computer eingegeben.
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In Schritt B findet eine optionale Bildverbesserung durch bekannte Bildbearbeitungsverfahren zur Kontrasterhöhung (Korrektur von Härte, Gamma, Gradation, ...), zur Erhöhung der Bildschärfe (Unscharf Maskierung) sowie zur Verbesserung der Konturenerkennung (Sobel-Operator, Scharr-Operator, Snake-Algorithmen) und die Bestimmung der Lage des Röntgenfokus statt.
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In Schritt C werden die Position und der Radius der im Röntgenbild vorhandenen Kugeln (2, 3) ermittelt, die im Schritt D zur Ermittlung der Gravitationsrichtung durch Berechnung eines Vektors aus der relativen Lage der Hohlkugel (2) zur beweglichen Kugel (3) benötigt werden.
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Die im Weiteren in Schritt D durchgeführte Positions-Klassifizierung bezieht sich auf die Berechnung des Kipp- und Neigungswinkels der Bildebene bei der Aufnahme, die Erkennung einer liegenden Position des Patienten (14) bei der Aufnahme, die Erkennung einer dorsalen oder ventralen Ausrichtung des Patienten (14) im Röntgenbild durch die vorgegebene Seitenzuordnung des Röntgenbildmarkers (1) (immer auf dem Rücken) zur Bildmitte und die Erkennung einer Steh- oder Sitzposition anhand der Lage der Markierung (5). Zusätzlich beinhaltet Schritt D die Generierung einer Warnung bezüglich der Verwendbarkeit der Aufnahme entsprechend dem medizinischen Zweck der Aufnahme, die gegebenenfalls ausgegeben werden kann. Dadurch kann zum Beispiel das Auswerten von liegende Aufnahmen beim Auswerten von stehenden Patienten vermieden werden.
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Schritt E beinhaltet die Ausgaben der ermittelten Parameter für ein Röntgenbild, wie Kipp- und Neigungswinkel der Bildebene, liegende, sitzende oder stehende Position sowie ventrale oder dorsale Ausrichtung des Patienten bei der Aufnahme, Radien und Positionen der Hohlkugel und der inneren Kugel sowie die Lage des Röntgenfokus, wobei Letztere insbesondere für weiterführende Bildauswerteprogramme benutzt werden können. So lässt sich beispielsweise aus einem Vergleich des Radius der Hohlkugel (2) auf dem Röntgenbild mit dem realen bekannten Radius der Hohlkugel (2) die reale Größe einer auf dem Röntgenbild dargestellten Struktur der gleichen Aufnahmeebene exakt berechnen.
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Eine beispielhafte Ausgabe von Parametern für ein Röntgenbild auf einem Display könnte zur Verdeutlichung des Gesagten folgende Parameter enthalten: Kippwinkel der Bildebene: 90°, Neigungswinkel der Bildebene: 0°, Position des Patienten: stehend – was bis hierher z. B. auch aus 4, Abbildung a) direkt ablesbar wäre –, Ausrichtung: dorsal links, Radius der Hohlkugel: 50 Pixel, Position der Hohlkugel (X/Y): 300 × 2100, Radius der inneren Kugel: 30 Pixel, Position der inneren Kugel (X/Y): 300 × 2086, Lage des Röntgenfokus (X/Y): 2342 × 1923.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgenbildreferenzmarker
- 2
- Hohlkugel
- 2a, 2b
- Halbkugelschalen
- 3
- bewegliche Kugel
- 4
- Haftelement
- 5
- Markierung
- 6
- Pflaster
- 7
- Einstecktasche
- 8
- röntgentransparentes Befestigungselement
- 9
- kugeloberflächenabschnittsförmige Aussparung
- 10
- doppelseitiges Klebeband
- 11
- Röntgenquelle
- 12
- Klebeschicht
- 13
- Ausschnitt
- 14
- Patient
- 15
- schwenkbare Einrichtung
- 16
- Röntgendetektorplatte
- A, B
- Laschen des Pflasters
- C
- Bodenteil des Pflasters
- M
- Mittelstrahl
- S
- Senkrechtstrahl
- A, B, C, D, E
- Verfahrensschritte im Flussdiagramm
