DE102013215043A1

DE102013215043A1 - Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts und Röntgengerät

Info

Publication number: DE102013215043A1
Application number: DE102013215043.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Biermann; Frank Dennerlein; Michael Fuhrmann; Rainer Graumann; Anna Jerebko; Thomas Mertelmeier; Ralf Nanke; Thomas Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05
Also published as: US20160183892A1; CN105407803B; US10610177B2; WO2015014525A1; CN105407803A

Abstract

Ein erstes Röntgenbild wird bei einer vorgegebenen Position eine Fokuspunkts (120) und bei einer ersten Orientierung einer Röntgenröhre (101) eines Röntgengeräts (100) erfasst. Anschließend erfolgt Verstellen der Röntgenröhre (101) durch Rotieren um einen vorgegebenen Winkel und durch Positionieren, wobei sich der Fokuspunkt (120) vor dem Verstellen und nach dem Verstellen in der vorgegebenen Position befindet. Die Röntgenröhre (101) befindet sich nach dem Verstellen in einer zweiten Orientierung. Anschließend erfolgt Erfassen eines zweiten Röntgenbilds (202) bei der vorgegebenen Position und bei der zweiten Orientierung. Ein kombiniertes Röntgenbild zumindest aus dem ersten und zweiten Röntgenbild wird erstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts und ein Röntgengerät. Insbesondere betrifft die Erfindung verschiedene Techniken, bei denen ein erstes und ein zweites Röntgenbild bei einer vorgegebenen Position eines Fokuspunkts und bei unterschiedlichen Orientierungen einer Röntgenröhre des Röntgengeräts erfasst werden und daraus ein kombiniertes Röntgenbild erstellt wird.
Es sind Techniken zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts bekannt. Hierbei werden typischerweise Röntgenstrahlen, d.h. elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 10^–3 nm bis ca. 10 nm, mittels einer Röntgenröhre erzeugt. Die Röntgenstrahlen können nach Transmission durch ein Untersuchungsobjekt mittels eines Röntgendetektors des Röntgengeräts gemessen werden und zur Bildgebung verwendet werden.
Häufig weist das Röntgengerät eine sogenannte Kegelstrahlgeometrie der Röntgenstrahlen auf: in einem solchen Fall ist ein Strahlengang der Röntgenstrahlen kegelförmig, d.h. er weitet sich von einem Ausgangspunkt der Röntgenstrahlung (Fokuspunkt) an der Röntgenröhre mit zunehmendem Abstand zu dem Fokuspunkt auf. Dies bedeutet, dass eine Querschnittsfläche des Strahlengangs der Röntgenstrahlen bei einem größeren (kleineren) Abstand zu dem Fokuspunkt größer (kleiner) ist. Ein Zentralstrahl des Strahlengangs befindet sich typischerweise in einem Zentrum der Querschnittsfläche. Der Zentralstrahl kann z.B. eine Orientierung des Fokuspunkts definieren.
Typischweise limitiert die endliche Querschnittsfläche des Strahlengangs der Röntgenstrahlen einen in einem einzelnen Belichtungsdurchgang abbildbaren Bereich des Untersuchungsobjekts. Ist eine zu untersuchende Fläche des Untersuchungsobjektes größer als der abbildbare Bereich, so kann es notwendig sein, mehrere Röntgenbilder im Rahmen mehrerer Belichtungsdurchgänge nacheinander zu erfassen und anschließend ein kombiniertes Röntgenbild aus den mehreren erfassten Röntgenbildern zu erstellen.
Hierzu kann gemäß verschiedener vorbekannter Techniken zwischen dem Erfassen von zwei Röntgenbildern eine Orientierung der Röntgenröhre bzw. des Fokuspunkts erfolgen. Durch die Orientierung der Röntgenröhre kann der Winkel der Abstrahlung der Röntgenstrahlen verändert werden. Der Zentralstrahl wird ausgerichtet.
Jedoch weisen solche vorbekannten Techniken verschiedene Einschränkungen auf. Typischerweise ist bei herkömmlichen Röntgengeräten ein Fokuspunkt beabstandet gegenüber einem Rotationspunkt der Röntgenröhre, um den bei der Orientierung der Röntgenröhre rotiert wird. Bei dem Erstellen des kombinierten Röntgenbilds aus den mehreren erfassten Röntgenbildern kann es deshalb zu sogenannten Paralaxefehlern kommen. Paralaxefehler entstehen typischerweise aufgrund der Kegelstrahlgeometrie des Röntgengeräts: die mehreren erfassten Röntgenbilder passen geometrisch nicht oder nur eingeschränkt zusammen, da sich zum Beispiel ein Abbildungsmaßstab und/oder eine Perspektive von Röntgenbild zu Röntgenbild verändern können. Die Verwendbarkeit solcher kombinierten Röntgenbilder mit signifikanten Paralaxefehlern, z.B. in der nachfolgenden medizinischen Diagnose, kann nicht oder nur eingeschränkt möglich sein.
Zur Lösung dieser Einschränkungen sind Techniken bekannt, bei denen ein Bedienpersonal eine manuelle Ausrichtung der Röntgenröhre für jedes Erfassen eines Röntgenbilds vornimmt. Solche Techniken können vergleichsweise zeitintensiv, fehlerbehaftet und somit kostenintensiv sein.
Weiterhin sind Techniken bekannt, welche mittels Bildbearbeitungs-Algorithmen die Paralaxefehler entfernen oder zumindest reduzieren. Jedoch kann das Verwenden solcher Bildbearbeitungs-Algorithmen vergleichsweise aufwendig sein. Zum Beispiel kann es notwendig sein, dedizierte Rechnerkapazität für das Durchführen der Bildbearbeitungs-Algorithmen vorzusehen.
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts, bei dem ein kombiniertes Röntgenbild aus mehreren Röntgenbildern erstellt wird. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche ein besonders einfaches Erstellen des kombinierten Röntgenbilds ermöglichen. Es besteht ein Bedarf für Techniken, bei denen das kombinierte Röntgenbild keine oder nur geringe Paralaxenfehler aufweist.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts, das eine Röntgenröhre und einen Röntgendetektor umfasst. Die Position eines Fokuspunkts der Röntgenröhre ist durch Positionieren der Röntgenröhre verstellbar. Eine Orientierung der Röntgenröhre ist durch Rotation der Röntgenröhre um einen Rotationspunkt verstellbar. Der Rotationspunkt ist um einen Abstand gegenüber dem Fokuspunkt beabstandet. Das Verfahren umfasst Erfassen eines ersten Röntgenbilds bei einer vorgegebenen Position des Fokuspunkts und bei einer ersten Orientierung der Röntgenröhre. Weiterhin umfasst das Verfahren Verstellen der Röntgenröhre durch Rotieren um einen vorgegebenen Winkel und durch Positionieren, wobei sich der Fokuspunkt vor dem Verstellen und nach dem Verstellen in der vorgegebenen Position befindet und wobei sich die Röntgenröhre nach dem Verstellen in einer zweiten Orientierung befindet. Weiterhin umfasst das Verfahren das Erfassen eines zweiten Röntgenbilds bei der vorgegebenen Position des Fokuspunkts und bei der zweiten Orientierung der Röntgenröhre. Das Verfahren umfasst weiterhin Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds zumindest aus dem ersten Röntgenbild und dem zweiten Röntgenbild.
Z.B. können die Position und/oder die Orientierung in Bezug auf das abzubildende Untersuchungsobjekt definiert sein. Es wäre auch möglich, dass die Position und/oder die Orientierung in Bezug auf ein Maschinenkoordinatensystem des Röntgengeräts definiert sind. Es wäre auch möglich, dass die Position und/oder die Orientierung in Bezug auf ein anderweitiges Referenzkoordinatensystem definiert sind, welches sich z.B. aus anderen technischen und/oder medizinischen Randbedingungen ergibt. Die Orientierung der Röntgenröhre kann unmittelbar indikativ für die Orientierung des Fokuspunkts sein. Die Orientierung und die Position der Röntgenröhre bzw. des Fokuspunkts können zusammen auch als sogenannte Pose bezeichnet werden. Die Pose kann die für die Bildgebung relevante Anordnung und Ausrichtung der Röntgenröhren bzw. des Fokuspunkts bezeichnen.
Es ist möglich, dass die Orientierung der Röntgenröhre unmittelbar indikativ für eine Orientierung des Fokuspunkts ist, insbesondere in Bezug auf eine Abstrahlrichtung der Röntgenstrahlen bzw. in Bezug auf eine Ausrichtung eines Zentralstrahls der Röntgenstrahlen. Entsprechend kann der Fokuspunkt als Ausgangspunkt der Röntgenstrahlen diejenige Fläche bezeichnen, von der die Röntgenstrahlen ausgehen. In Bezug auf den Fokuspunkt kann typischerweise unterschieden werden zwischen einem thermischen Brennfleck, als diejenige Fläche einer Anode der Röntgenröhre, die von einem Elektronenstrahl getroffen wird. Das Abbremsen von Elektronen des Elektronenstrahls kann wiederum die Röntgenstrahlung erzeugen. Weiterhin kann differenziert werden bezüglich eines elektronischen Brennflecks als die Schnittfläche des Elektronenstrahls mit einer Oberfläche der Anode und einem optischen Brennfleck, der den für die Bildgebung mittels des Röntgengeräts wirksamen Fokuspunkt bezeichnet. Nachfolgend wird insbesondere auf den optisch wirksamen Fokuspunkt Bezug genommen.
Wenn der Rotationspunkt um einen Abstand gegenüber dem Fokuspunkt beabstandet ist, so bewirkt typischerweise eine Orientierung der Röntgenröhre durch Rotation um den Rotationspunkt gleichzeitig eine Änderung der Position des Fokuspunkts. Durch das Verstellen der Röntgenröhre kann jedoch erreicht werden, dass diese Veränderung der Position des Fokuspunkts durch entsprechendes Positionieren kompensiert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass bei dem Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds sich lediglich die Orientierung der Röntgenröhre bzw. des Fokuspunkts verändert, die Position des Fokuspunkts bzw. der Röntgenröhre jedoch im Wesentlichen gleich bleibt. Das Rotieren und Positionieren kann in beliebiger Reihenfolge und/oder zumindest teilweise parallel erfolgen.
Zum Beispiel kann die Position des Fokuspunkts bzw. der Röntgenröhre bei dem Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds, d.h. vor und nach dem Verstellen, innerhalb einer gewissen Positioniergenauigkeit des Röntgengeräts gleich sein. Eine solche Positioniergenauigkeit des Röntgengeräts kann z.B. durch technische Limitationen, etwa durch die Verwendung von Schrittmotoren etc., inhärent gegeben sein.
Solche vorbeschriebenen Techniken können auch als virtuelle Drehung um den Fokuspunkt der Röntgenröhre bezeichnet werden. Zwar erfolgt mechanisch eine Orientierung durch Rotieren um den Rotationspunkt und ein entsprechendes Positionieren der Röntgenröhre, jedoch kann die Kombination des Rotierens und des Positionierens, also das Verstellen, als die virtuelle Drehung um den Fokuspunkt beschrieben werden.
Mittels solcher voranstehend beschriebenen Techniken kann es möglich sein, dass das kombinierte Röntgenbild keine oder nur geringe Paralaxefehler aufweist. Außerdem kann es möglich sein, die Zeitspanne bis zum Erstellen des kombinierten Röntgenbilds (Messdauer) zu reduzieren. Dies kann es erlauben, Kosten zu reduzieren.
Es ist möglich, dass der Röntgendetektor entkoppelt von der Röntgenröhre verstellbar ist. Das Verstellen kann weiterhin Verstellen des Röntgendetektors durch Rotieren und Positionieren des Röntgendetektors umfassen. Vor dem Verstellen und nach dem Verstellen kann eine Detektorebene des Röntgendetektors jeweils senkrecht zu dem Zentralstrahl von Röntgenstrahlen liegen. Alternativ oder zusätzlich kann vor dem Verstellen und nach dem Verstellen ein Film-Fokus-Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der Detektorebene jeweils gleich sein. Alternativ oder zusätzlich kann vor dem Verstellen und nach dem Verstellen der Zentralstrahl im Wesentlichen mittig auf dem Röntgendetektor platziert sein.
Der Zentralstrahl kann zum Beispiel eine Symmetrieachse der Kegelstrahlgeometrie des Röntgengeräts bezeichnen. Der Zentralstrahl kann also von dem Fokuspunkt der Röntgenröhre ausgehen und jeweils im Mittelpunkt einer Querschnittsfläche der Röntgenstrahlen liegen. Wie obenstehend erläutert, kann der Zentralstrahl die Orientierung des Fokuspunkts bzw. der Röntgenröhre definieren.
Im Rahmen des Verstellens kann also einerseits die Röntgenröhre als auch andererseits der Röntgendetektor verstellt werden. Eine Reihenfolge des Verstellens, insbesondere des Positionierens und des Orientierens ist hierbei häufig unerheblich. Wesentlich kann jedoch sein, dass das Verstellen vor dem Erfassen des zweiten Röntgenbilds abgeschlossen ist. Die Position und die Orientierung des Röntgendetektors können entsprechend oder analog der Definition von Position und Orientierung der Röntgenröhre definiert sein.
Durch das Verstellen der Röntgenröhre und des Röntgendetektors kann eine besonders umfassende Unterdrückung bzw. Reduzierung von Paralaxefehlern erreicht werden. Wird der Zentralstrahl im Wesentlichen mittig auf dem Röntgendetektor platziert, so kann erreicht werden, dass das entsprechende Röntgenbild einen besonders großen Bereich des Untersuchungsobjekts abbildet.
Der Film-Fokus-Abstand kann den Abbildungsmaßstab des jeweiligen Röntgenbilds beeinflussen bzw. festlegen. Wird der Film-Fokus-Abstand bei dem Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds gleich gewählt, so kann der Abbildungsmaßstab für das erste und zweite Röntgenbild gleich sein. Dies bedeutet, dass die entsprechenden Parameter des ersten und zweiten Röntgenbilds gleich gewählt werden können und ein entsprechend einfaches Erstellen des kombinierten Röntgenbilds möglich ist.
Gleiches gilt für das Verstellen des Röntgendetektors derart, dass der Zentralstrahl jeweils senkrecht zu der Detektorebene des Röntgendetektors liegt. Eine Verkippung der Detektorebene weg von dieser Konfiguration kann nämlich bewirken, dass in dem entsprechenden Röntgenbild Verzerrungen vorliegen, welche das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds erschweren oder verhindern.
Das Positionieren des Fokuspunkts kann eine Längskomponente und/oder eine Querkomponente umfassen. Die Längskomponente und/oder die Querkomponente können basierend auf dem Abstand zwischen dem Rotationspunkt und dem Fokuspunkt und basierend auf dem vorgegebenen Winkel bestimmt werden. Zum Beispiel können die Längskomponente und die Querkomponente eine Positionierung des Fokuspunkts entlang und senkrecht zu dem Zentralstrahl bezeichnen. Es wäre auch möglich, dass die Längskomponente und die Querkomponente eine Positionierung des Fokuspunkts in horizontaler und vertikaler Richtung oder in vertikaler Richtung und horizontaler Richtung bezeichnen. Es wäre auch möglich, dass die Längskomponente und die Querkomponente Komponenten in dem Maschinenkoordinatensystem oder in dem Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Im Allgemeinen können für das Positionieren des Fokuspunkts bzw. der Röntgenröhre Motoren mit entsprechenden Freiheitsgraden vorgesehen sein, sodass das Positionieren des Fokuspunkts als eine Überlagerung einer Verschiebung entlang der entsprechenden Freiheitsgrade der vorgesehenen Motoren stattfindet.
Der Abstand zwischen dem Rotationspunkt und dem Fokuspunkt kann vorbekannt sein, da er typischerweise baulich bedingt ist und nicht oder nur geringfügig als Funktion der Zeit und/oder der Temperatur schwankt. Zusammen mit der Kenntnis des vorgegebenen Winkels, um den die Rotation im Rahmen der Orientierung der Röntgenröhre bzw. des Fokuspunkts erfolgt, kann es dann möglich sein, mittels geometrischer Überlegungen festzustellen, wie das Positionieren des Fokuspunkts zu erfolgen hat, sodass vor und nach dem Verstellen der Fokuspunkt an derselben Position liegt. Es wäre auch möglich, Drifts des Fokuspunkts als Funktion der Zeit und/oder Temperatur zu berücksichtigen.
Das Verfahren kann weiterhin umfassen, eine Röntgenstrahlenblende in einem Strahlengang der Röntgenstrahlen derart umfassen, dass ein beim Erfassen des ersten Röntgenbilds belichteter erster Raumwinkel und ein beim Erfassen des zweiten Röntgenbilds belichteter zweiter Raumwinkel eine vorbestimmte Überlappung aufweisen.
Die Röntgenstrahlenblende kann Röntgenstrahlung ganz oder großteils absorbieren. Dadurch kann der Strahlengang der Röntgenstrahlen eingeschränkt bzw. begrenzt werden.
Diesbezüglich kann es zum Beispiel möglich sein, dass der vorgegebene Winkel, um den die Röntgenröhre im Rahmen des Orientierens rotiert wird, kleiner als ein Öffnungswinkel des Strahlengangs ist, d.h. kleiner als derjenige Raumwinkel, in dem Röntgenstrahlen beim Erfassen der ersten und zweiten Röntgenbilds abgestrahlt wird. In einem solchen Fall kann ohne Anordnen der Röntgenstrahlblende eine signifikante Überlappung der belichteten Raumwinkel vorliegen. Durch Anordnen der Röntgenstrahlblende kann erreicht werden, dass eine vorbestimmte Überlappung zwischen dem ersten und zweiten Raumwinkel erzielt wird. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Überlappung vergleichsweise klein sein oder Null betragen. Hierdurch kann eine Reduktion einer Röntgenstrahldosis, die in dem Untersuchungsobjekt deponiert wird, erreicht werden. Eine Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts, etwa einer Untersuchungsperson, kann reduziert werden.
Es ist z.B. möglich, dass das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds durch Überlagerung des ersten Röntgenbilds und des zweiten Röntgenbilds erfolgt. Sind nämlich z.B. Parameter des ersten und zweiten Röntgenbilds wie Pose, d.h. Orientierung und Positionierung, Abbildungsmaßstab, etc. vergleichbar, so kann das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds besonders einfach durch Überlagerung durchgeführt werden. Insbesondere kann es entbehrlich sein, weitere Bildbearbeitungs-Algorithmen auf das erste und zweite Röntgenbild im Rahmen des Erstellens des kombinierten Röntgenbilds anzuwenden. Auch kann es entbehrlich sein, dass das Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds manuelle Benutzereingaben erfordert.
Derart kann es möglich sein, ein besonders schnelles Erstellen des kombinierten Röntgenbilds zur erreichen. Das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds kann vergleichsweise wenig Rechenkapazität erfordern.
Zum Beispiel kann das Verfahren weiterhin das Erhalten eines Raumwinkelbereichs mittels einer Benutzerschnittstelle umfassen, der von dem kombinierten Röntgenbild abgebildet werden soll. Das Verfahren kann weiterhin umfassen: Berechnen des vorgegebenen Winkels in Abhängigkeit von dem erhaltenen Raumwinkelbereicht.
Derart kann ein besonders einfaches Durchführen der Bildgebung mittels des Röntgengeräts erreicht werden. Insbesondere kann es für einen Benutzer entbehrlich sein, sich mit den verschiedenen geometrischen Beziehungen des Röntgengeräts, die bei der Bildgebung Einfluss haben, auseinanderzusetzen. Die entsprechenden Parameter können mittels der vorbeschriebenen Techniken automatisch oder weitgehend automatisch festgelegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Röntgengerät, das eine Röntgenröhre und einen Röntgendetektor umfasst. Eine Position eines Fokuspunkts der Röntgenröhre ist durch Positionieren der Röntgenröhre verstellbar. Eine Orientierung der Röntgenröhre ist durch Rotation der Röntgenröhre um einen Rotationspunkt verstellbar. Der Rotationspunkt ist um einen Abstand gegenüber dem Fokuspunkt beabstandet. Das Röntgengerät umfasst weiterhin eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Erfassen eines ersten Röntgenbilds bei einer vorgegebenen Position des Fokuspunkts und bei einer ersten Orientierung der Röntgenröhre; und Verstellen der Röntgenröhre durch Rotieren um einen vorgegebenen Winkel und durch Positionieren. Hierbei befindet sich der Fokuspunkt vor dem Verstellen und nach dem Verstellen in der vorgegebenen Position. Die Röntgenröhre befindet sich nach dem Verstellen in einer zweiten Orientierung. Die Steuereinheit ist weiterhin eingerichtet, um ein zweites Röntgenbild bei der vorgegebenen Position des Fokuspunkts bei der zweiten Orientierung der Röntgenröhre zu erfassen. Das Röntgengerät umfasst weiterhin eine Rechnereinheit, die eingerichtet ist, um den folgenden Schritt durchzuführen: Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds zumindest aus dem ersten Röntgenbild und dem zweiten Röntgenbild.
Der Röntgendetektor kann entkoppelt von der Röntgenhöhe verstellbar sein, wobei die Steuereinheit weiterhin derart eingerichtet ist, dass das Verstellen weiterhin Verstellen des Röntgendetektors durch Rotieren und Positionieren des Röntgendetektors umfasst. Vor dem Verstellen und nach dem Verstellen kann eine Detektorebene des Röntgendetektors jeweils senkrecht zu einem Zentralstrahls von Röntgenstrahlen liegen, und/oder ein Film-Fokus-Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der Detektorebene jeweils gleich sein; und/oder der Zentralstrahl im Wesentlichen mittig auf dem Detektor platziert sein.
Das Positionieren des Fokuspunkts kann eine Längskomponente und/oder eine Querkomponente umfassen. Die Längskomponente und/oder die Querkomponente können basierend auf dem Abstand zwischen dem Rotationspunkt und dem Fokuspunkt und basierend auf dem vorgegebenen Winkel bestimmt sein.
Das Röntgengerät kann weiterhin eine Röntgenstrahlblende umfassen, wobei die Steuereinheit weiterhin eingerichtet sein kann, um den folgenden Schritt durchzuführen: Anordnen der Röntgenstrahlenblende in einem Strahlengang der Röntgenstrahlen derart, dass ein beim Erfassen des ersten Röntgenbilds belichteter erster Raumwinkel und ein beim Erfassen des zweiten Röntgenbilds belichteter zweiter Raumwinkel eine vorbestimmte Überlappung aufweisen.
Das Röntgengerät gemäß dem vorliegenden Aspekt der Erfindung kann weiterhin eingerichtet sein, um das Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Für ein solches Röntgengerät können Effekte erzielt werden, welche vergleichbar sind mit den Effekten, die für das Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechend explizit dargelegten Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
1 ist eine schematische Ansicht eines Röntgengeräts.
2 zeigt ein Röntgengerät, bei dem ein Rotationspunkt einer Röntgenröhre beabstandet ist gegenüber einem Fokuspunkt der Röntgenröhre.
3 zeigt das Erfassen eines ersten Röntgenbilds mittels des Röntgengeräts der 2, wobei sich der Fokuspunkt der Röntgenröhre in einer ersten Orientierung befindet.
4 zeigt das Erfassen eines zweiten Röntgenbilds mittels des Röntgengeräts der 2, wobei sich der Fokuspunkt der Röntgenröhre in einer zweiten Orientierung befindet.
5 zeigt das Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds aus dem ersten und zweiten Röntgenbild der 3 und 4, wobei eine bestimmte Überlappung zwischen dem ersten und dem zweiten Röntgenbild vorliegt.
6 zeigt das Szenario der 5, bei dem eine geringere Überlappung vorliegt.
7 zeigt das Szenario der 4, wobei eine Röntgenstrahlenblende in einem Strahlengang der Röntgenstrahlen angeordnet wird.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9 illustriert geometrische Beziehungen zwischen dem Fokuspunkt und dem Rotationspunkt in der ersten und zweiten Orientierung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindungen oder Kopplungen interpretiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionelle Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken beschrieben, bei denen aus mehreren erfassten Röntgenbildern ein kombiniertes Röntgenbild erstellt wird. Dazu wird zwischen dem Erfassen eines jeden Röntgenbilds eine Röntgenröhre eines Röntgengeräts durch Rotieren und Positionieren verstellt. Weil ein Fokuspunkt der Röntgenröhre beabstandet ist gegenüber einem Rotationspunkt, um den das Rotieren erfolgt, wird durch das Positionieren erreicht, dass sich die Position des Fokuspunkts von Röntgenbild zu Röntgenbild nicht signifikant ändert.
In 1 ist ein Röntgengerät 100 schematisch dargestellt. Das Röntgengerät 100 umfasst eine Röntgenröhre 101, die eingerichtet ist, um Röntgenstrahlen zu erzeugen. Weiterhin umfasst das Röntgengerät 100 einen Röntgendetektor 102, der eingerichtet ist, um die Röntgenstrahlen zu detektieren. Es ist möglich, zwischen der Röntgenröhre 101 und dem Röntgendetektor 102 ein Untersuchungsobjekt anzuordnen, sodass von diesem mittels der Röntgenstrahlen ein oder mehrere Röntgenbilder erfasst werden können. Die Röntgenröhre 101 und der Röntgendetektor 102 sind separat voneinander verstellbar, können also rotiert und positioniert werden. Eine Orientierung zusammen mit einer Positionierung der Röntgenröhre 101 definiert eine Pose der Röntgenröhre 101. Die Pose bestimmt eine Perspektive des entsprechenden Röntgenbilds.
Weiter umfasst das Röntgengerät 100 eine Steuereinheit 150, die eingerichtet ist, um verschiedene Betriebsparameter des Röntgengeräts 100 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 150 die Pose der Röntgenröhre 101 steuern. Position und Orientierung des Röntgendetektors 102 können in dem Röntgengerät 100 separat von der Pose der Röntgenröhre 101 verstellt werden. Auch diese Betriebsparameter kann die Steuereinheit 150 steuern.
Weiterhin kann die Steuereinheit 150 das Erfassen von Röntgenbildern initiieren. Dazu können verschiedene Parameter, wie z.B. Belichtungszeit, Dosis, etc., festgelegt werden.
Zum Beispiel kann dazu eine Interaktion mit einem Benutzer des Röntgengeräts 100 über eine Benutzerschnittstelle 155 erfolgen. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 155 einen Bildschirm, eine Maus, eine Tastatur, etc. umfassen. Ein- und Ausgabe von Informationen von und zu einem Benutzer ist dadurch möglich.
Das Röntgengerät 100 umfasst weiterhin eine Rechnereinheit 160, die eingerichtet ist, um ein kombiniertes Röntgenbild aus mehreren erfassten Röntgenbildern zu erstellen. Dies kann z.B. mittels einfacher Überlagerung der verschiedenen erfassten Röntgenbilder erfolgen. Es wäre auch möglich, dass die Rechnereinheit 160 zusätzlich eingerichtet ist, um verschiedene Bildbearbeitungsschritte an den erfassten Röntgenbildern durchzuführen. Das kombinierte Röntgenbild kann dann über die Benutzerschnittstelle 155 and den Benutzer des Röntgengeräts 100 ausgegeben werden. Nachfolgende Diagnoseschritte sind dadurch möglich.
In 2 sind mechanische Details des Röntgengeräts 100 dargestellt. Die Röntgenröhre 101 ist über eine Halterung 107 an der Decke befestigt. Entsprechend ist der Röntgendetektor 102 über eine Halterung 107a an der Decke befestigt. In 2 ist weiterhin das Untersuchungsobjekt 105 eingezeichnet, welches zwischen der Röntgenröhre 101 und dem Röntgendetektor 102 angeordnet ist. Der Fokuspunkt 120, der sich bei einer Anode (in 2 nicht dargestellt) der Röntgenröhre 101 befindet, ist der optisch wirksame Ausgangspunkt von Röntgenstrahlen.
Die Positionierung und Orientierung der Röntgenröhre, relativ in Bezug auf das Untersuchungsobjekt 105 bzw. auf den Röntgendetektor 102 oder ein Maschinenkoordinatensystem, definiert einen Film-Fokus-Abstand 130. Der Film-Fokus-Abstand 130 verbindet den Fokuspunkt 120 mit der Detektorebene 102b, wobei der Film-Fokus-Abstand 130 parallel zu einem Zentralstrahl 260 (in 2 gestrichelt eingezeichnet) der Röntgenstrahlen ist. Der Zentralstrahl 260 ist über ein Zentrum eines Strahlengangs (in 2 nicht gezeigt) bzw. über eine Querschnittsfläche des Strahlengangs der Röntgenstrahlen definiert. In der 2 sind die Röntgenröhre 101 und der Röntgendetektor 102 derart angeordnet, dass der Zentralstrahl 260 im Wesentlichen mittig, d.h. nahe einem Mittelpunkt 102a des Röntgendetektors 102, auf dem Röntgendetektor 102 platziert ist.
In 2 ist weiterhin ein Rotationspunkt 110 der Röntgenröhre 101 eingezeichnet. Der Rotationspunkt 110 ist gegenüber dem Fokuspunkt 120 um einen bestimmten Abstand beabstandet. Wird die Röntgenröhre 101 bzw. der Fokuspunkt 120 durch Rotation orientiert, so erfolgt dieses Rotieren um den Rotationspunkt 110. Bei Rotation ändert sich deshalb die Position des Fokuspunkts 120. Damit ändert sich die Pose, mit der ein Röntgenbild erfasst wird. Das kann wiederum zu Paralaxefehlern beim Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds führen.
In 3 ist das Erfassen eines ersten Röntgenbilds 201 für die Pose der Röntgenröhre 101, wie sie in 2 dargestellt ist, illustriert. Ein erster Raumwinkel 211 ist dargestellt, der bei dem Erfassen des ersten Röntgenbilds 201 belichtet wird. Der erste Raumwinkel 211 ist über den Strahlengang 270 der Röntgenstrahlen definiert. Die Kegelstrahlgeometrie des Röntgengeräts 100 ist in 3 durch das Aufweiten des Strahlengangs 270 illustriert: wie aus 3 ersichtlich ist, nimmt eine Querschnittsfläche des Strahlengangs 270 der Röntgenstrahlen für zunehmende Abstände zum Fokuspunkt 120 entlang des Zentralstrahls 260 zu.
In 4 ist das Erfassen eines zweiten Röntgenbilds 202 dargestellt. Der Fokuspunkt 120 befindet sich in derselben Position wie in 3. Während sich der Fokuspunkt 120 in der 3 jedoch in einer ersten Orientierung befand, so befindet sich der Fokuspunkt 120 in der 4 in einer zweiten Orientierung: insbesondere wird ein zweiter Raumwinkel 212 bei dem Erfassen des zweiten Röntgenbilds 202 belichtet und der Zentralstrahl 260 der 4 ist gegenüber dem Zentralstrahl 260 der 3 um einen vorgegebenen Winkel rotiert.
Aus einem Vergleich der 3 mit der 4 ist ersichtlich, dass die Röntgenröhre 101 verstellt worden ist. Insbesondere wurde die Röntgenröhre 101 bzw. der Fokuspunkt 120 um den vorgegebenen Winkel um den Rotationspunkt 110 rotiert. Um zu erreichen, dass sich der Fokuspunkt 120 bei dem Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202 jeweils an derselben vorgegebenen Position befindet, erfolgt im Rahmen des Verstellens weiterhin ein Positionieren des Fokuspunkts 120. Das Positionieren weist eine Längskomponente 302 und eine Querkomponente 301 auf.
Weiterhin ist aus einem Vergleich der 3 und der 4 ersichtlich, dass das Verstellen weiterhin Verstellen des Röntgendetektors 102 durch Rotieren und Positionieren umfasst. Beim Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202 ist jeweils die Detektorebene 102b des Röntgendetektors 102 senkrecht zu dem Zentralstrahl 260. Außerdem ist der Film-Fokus-Abstand 130 jeweils gleich. In beiden Fällen liegt auch der Zentralstrahl 260 im Wesentlichen mittig auf dem Röntgendetektor 102.
In einem Fall, wie er in den 3 und 4 dargestellt ist, kann das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds 205 (vgl. 5) das Überlagern des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202 umfassen. Wie aus 5 ersichtlich ist, weist im Falle der 3 und 4 diese Überlagerung eine bestimmte Überlappung 280 (in 5 gestrichelt dargestellt) auf.
In 6 ist eine Situation dargestellt, in der die Überlappung 280 einen kleineren Wert annimmt, als in 5. Es kann insbesondere erstrebenswert sein, dass die Überlappung 280 einen vorgegebenen Wert annimmt. Dazu kann es möglich sein, eine Röntgenstrahlenblende 140 (vgl. 7) in den Strahlengang der Röntgenstrahlen anzuordnen. Im Falle der 7 ist die Röntgenstrahlenblende 140 derart im Strahlengang 270 der Röntgenstrahlen angeordnet, dass die Überlappung 280 Null beträgt.
In 7 ist weiterhin ein Raumwinkelbereich 213 eingezeichnet, der z.B. mittels der Benutzerschnittstelle 155 von einem Benutzer des Röntgengeräts 100 erhalten werden kann. Der gesamte Raumwinkelbereich 213 wird durch das Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202 abgebildet. Das kombinierte Röntgenbild 205 bildet den Raumwinkelbereich 213 ab. Es ist z.B. möglich, dass der Benutzer des Röntgengeräts 100 lediglich den Raumwinkelbereich 213 spezifiziert, und dass in Abhängigkeit des Raumwinkelbereichs 213 der vorgegebene Winkel 290, um den der Fokuspunkt 120 im Rahmen des Orientierens rotiert wird, bestimmt wird. In 7 ist illustriert, dass der vorgegebene Winkel 290 hinsichtlich der Rotation des Zentralstrahls 260 definiert ist.
Aus 7 ist weiterhin ersichtlich, dass der Zentralstrahl 260 bei Verwenden der Röntgenstrahlenblende 140 strahlabwärts zu der Röntgenstrahlenblende 140 nicht notwendigerweise im Zentrum des Strahlengangs 270 der Röntgenstrahlen liegen muss.
In 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildgebung mittels des Röntgengeräts 100 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt X1. Zunächst erfolgt das Erfassen des ersten Röntgenbilds 201 bei der vorgegebenen Position des Fokuspunkts 120 bzw. der Röntgenröhre 101 und bei der ersten Orientierung des Fokuspunkts 120 bzw. der Röntgenröhre 101 (Schritt X2).
Anschließend erfolgt im Schritt X3 das Verstellen der Röntgenröhre 101 und optional des Röntgendetektors 102. Das Verstellen umfasst das Positionieren und Orientieren der Röntgenröhre 101, sodass sich die Pose der Röntgenröhre 101 verändert. Insbesondere wird im Rahmen des Schrittes X3 die Röntgenröhre 101 um den vorgegebenen Winkel 290 rotiert. Außerdem wird im Rahmen des Schrittes X3 die Röntgenröhre 101 derart positioniert, dass vor und nach dem Schritt X3 die Position des Fokuspunkts 120 gleich ist. Insbesondere kann die Position des Fokuspunkts 120 in Bezug auf das Untersuchungsobjekt 105 gleich sein.
Dann erfolgt in Schritt X4 das Erfassen des zweiten Röntgenbilds bei der vorgegebenen Position und bei der zweiten Orientierung des Fokuspunkts 120.
Im Schritt X5 erfolgt das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds 205, insbesondere durch Überlagerung des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202. Derart kann das kombinierte Röntgenbild 205 mit lediglich geringen oder keinen Paralaxefehlern erstellt werden. Insbesondere kann das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds 205 vergleichsweise schnell durchgeführt werden. Die Messdauer ist gering.
Das Verfahren endet in Schritt X6.
In 9 sind geometrische Beziehungen für das Rotieren des Fokuspunkts 120 beim Erfassen des ersten Röntgenbilds 201 und des zweiten Röntgenbilds 202 dargestellt. Insbesondere ist der Abstand 115 zwischen dem Rotationspunkt 110 und dem Fokuspunkt 120 dargestellt. Das Positionieren des Fokuspunkts 120 im Rahmen des Verstellens erfolgt derart, dass sich bei dem Erfassen des ersten und zweiten Röntgenbilds 201, 202 der Fokuspunkt 120 an derselben Position befindet. Dieses Positionieren ist in 9 mit einem gestrichelten Pfeil dargestellt. Das Positionieren kann insbesondere in die Längs- und Querkomponente 301, 302 zerlegt werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Röntgengerät
101: Röntgenröhre
102: Röntgendetektor
102a: Mittelpunkt Röntgendetektor
102b: Detektorebene
105: Untersuchungsperson
107: Halterung
107a: Halterung
110: Rotationspunkt
115: Abstand
120: Fokuspunkt
130: Film-Fokus-Abstand
140: Röntgenstrahlblende
150: Steuereinheit
155: Benutzerschnittstelle
160: Rechnereinheit
201: erstes Röntgenbild
202: zweites Röntgenbild
205: kombiniertes Röntgenbild
211: erster Raumwinkel
212: zweiter Raumwinkel
213: gesamter Raumwinkel
260: Zentralstrahl
270: Strahlengang
280: Überlappung
290: Winkel
301: Querverstellung
302: Längsverstellung
x1–x8: Schritt

Claims

Verfahren zur Bildgebung mittels eines Röntgengeräts (100), das eine Röntgenröhre (101) und einen Röntgendetektor (102) umfasst, wobei eine Position eines Fokuspunkts (120) der Röntgenröhre (101) durch Positionieren der Röntgenröhre (101) verstellbar ist, wobei eine Orientierung der Röntgenröhre (101) durch Rotation der Röntgenröhre (101) um einen Rotationspunkt (110) verstellbar ist, wobei der Rotationspunkt (110) um einen Abstand (115) gegenüber dem Fokuspunkt (120) beabstandet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erfassen eines ersten Röntgenbilds (201) bei einer vorgegebenen Position des Fokuspunkts (120) und bei einer ersten Orientierung der Röntgenröhre (101), – Verstellen der Röntgenröhre (101) durch Rotieren um einen vorgegebenen Winkel (290) und durch Positionieren, wobei sich der Fokuspunkt (120) vor dem Verstellen und nach dem Verstellen in der vorgegebenen Position befindet, wobei sich die Röntgenröhre (101) nach dem Verstellen in einer zweiten Orientierung befindet, – Erfassen eines zweiten Röntgenbilds (202) bei der vorgegebenen Position des Fokuspunkts (120) und bei der zweiten Orientierung der Röntgenröhre (101), – Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds (205) zumindest aus dem ersten Röntgenbild (201) und dem zweiten Röntgenbild (202).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Röntgendetektor (102) entkoppelt von der Röntgenröhre (101) verstellbar ist, wobei das Verstellen weiterhin Verstellen des Röntgendetektors (102) durch Rotieren und Positionieren des Röntgendetektors (102) umfasst, wobei vor dem Verstellen und nach dem Verstellen – eine Detektorebene des Röntgendetektors (102) jeweils senkrecht zu einem Zentralstrahl (260) von Röntgenstrahlen liegt; und/oder – ein Film-Fokus-Abstand (130) zwischen dem Fokuspunkt (120) und der Detektorebene jeweils gleich ist; und/oder – der Zentralstrahl (260) im Wesentlichen mittig auf dem Röntgendetektor (102) platziert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Positionieren des Fokuspunkts (120) eine Längskomponente (302) und/oder eine Querkomponente (301) umfasst, wobei die Längskomponente (302) und/oder die Querkomponente (301) basierend auf dem Abstand (115) zwischen dem Rotationspunkt (110) und dem Fokuspunkt (120) und basierend auf dem vorgegebenen Winkel (290) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfasst: – Anordnen einer Röntgenstrahlenblende (140) in einem Strahlengang der Röntgenstrahlen derart, dass ein beim Erfassen des ersten Röntgenbilds (201) belichteter erster Raumwinkel (211) und ein beim Erfassen des zweiten Röntgenbilds (202) belichteter zweiter Raumwinkel (212) eine vorbestimmte Überlappung (280) aufweisen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Erstellen des kombinierten Röntgenbilds (205) durch Überlagerung des ersten Röntgenbilds (201) und des zweiten Röntgenbilds (202) erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: – Erhalten eines Raumwinkelbereichs (213) mittels einer Benutzerschnittstelle (155), der von dem kombinierten Röntgenbild (205) abgebildet werden soll, – Berechnen des vorgegebenen Winkels (290) in Abhängigkeit von dem erhaltenen Raumwinkelbereich (213).
Röntgengerät (100), das eine Röntgenröhre (101) und einen Röntgendetektor (102) umfasst, wobei eine Position eines Fokuspunkts (120) der Röntgenröhre (101) durch Positionieren der Röntgenröhre (101) verstellbar ist, wobei eine Orientierung der Röntgenröhre (101) durch Rotation der Röntgenröhre (101) um einen Rotationspunkt (110) verstellbar ist, wobei der Rotationspunkt (110) um einen Abstand (115) gegenüber dem Fokuspunkt (120) beabstandet ist, wobei das Röntgengerät (100) weiterhin eine Steuereinheit (150) umfasst, wobei die Steuereinheit (150) eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: – Erfassen eines ersten Röntgenbilds (201) bei einer vorgegebenen Position des Fokuspunkts (120) und bei einer ersten Orientierung der Röntgenröhre (101), – Verstellen der Röntgenröhre (101) durch Rotieren um einen vorgegebenen Winkel (290) und durch Positionieren, wobei sich der Fokuspunkt (120) vor dem Verstellen und nach dem Verstellen in der vorgegebenen Position befindet, wobei sich die Röntgenröhre (101) nach dem Verstellen in einer zweiten Orientierung befindet, – Erfassen eines zweiten Röntgenbilds (202) bei der vorgegebenen Position des Fokuspunkts (120) und bei der zweiten Orientierung der Röntgenröhre (101), wobei das Röntgengerät (100) weiterhin eine Rechnereinheit umfasst, die eingerichtet ist, um den folgenden Schritt durchzuführen: – Erstellen eines kombinierten Röntgenbilds (205) zumindest aus dem ersten Röntgenbild (201) und dem zweiten Röntgenbild (202).
Röntgengerät (100) nach Anspruch 7, wobei der Röntgendetektor entkoppelt von der Röntgenröhre (101) verstellbar ist, wobei die Steuereinheit (150) weiterhin derart eingerichtet ist, dass das Verstellen weiterhin Verstellen des Röntgendetektors (102) durch Rotieren und Positionieren des Röntgendetektors (102) umfasst, wobei vor dem Verstellen und nach dem Verstellen – eine Detektorebene des Röntgendetektors (102) jeweils senkrecht zu einem Zentralstrahl (260) von Röntgenstrahlen liegt; und/oder – ein Film-Fokus-Abstand (130) zwischen dem Fokuspunkt (120) und der Detektorebene jeweils gleich ist; und/oder – der Zentralstrahl (260) im Wesentlichen mittig auf dem Röntgendetektor (102) platziert ist.
Röntgengerät (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Positionieren des Fokuspunkts (120) eine Längskomponente (302) und/oder eine Querkomponente (301) umfasst, wobei die Längskomponente (302) und/oder die Querkomponente (301) basierend auf dem Abstand (115) zwischen dem Rotationspunkt (110) und dem Fokuspunkt (120) und basierend auf dem vorgegebenen Winkel (290) bestimmt wird.
Röntgengerät (100) nach einem der Ansprüche 7–9, wobei das Röntgengerät (100) weiterhin eine Röntgenstrahlblende (140) umfasst, wobei die Steuereinheit (150) weiterhin eingerichtet ist, um den folgenden Schritt durchzuführen: – Anordnen der Röntgenstrahlenblende (140) in einem Strahlengang der Röntgenstrahlen derart, dass ein beim Erfassen des ersten Röntgenbilds (201) belichteter erster Raumwinkel (211) und ein beim Erfassen des zweiten Röntgenbilds (202) belichteter zweiter Raumwinkel (212) eine vorbestimmte Überlappung (280) aufweisen.