DE102016207064A1

DE102016207064A1 - Erfassen und Rekonstruieren von Röntgen-Bilddaten anhand elliptischer Zylinder

Info

Publication number: DE102016207064A1
Application number: DE102016207064.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fieselmann
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-10-26
Also published as: US20170309044A1; US10319117B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts (5) eines Untersuchungsobjekts (O) mittels eines Röntgensystems (10) mit folgenden Schritten: Bestimmen mehrerer elliptischer Zylinder (41–43), so dass das Objekt (5) vollständig in den Volumina der Zylinder (41–43) angeordnet ist. Erfassen von Daten innerhalb jedes der Zylinder (41–43) mittels des Röntgensystems (10). Rekonstruieren der Bilddaten des Objekts (5) ausgehend von den für jeden der Zylinder (41–43) erfassten Daten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts innerhalb eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe eines Röntgensystems.
Das Erfassen von Bilddaten der Wirbelsäule mittels Computertomografie ist ein bekanntes Verfahren zur Beurteilung von Skoliose oder Spinalkanalstenose. Dabei erfasst ein Computertomograph Bilder der Wirbelsäule in der liegenden oder stehenden Position des Patienten, wobei dreidimensionale Röntgenaufnahmen erstellt werden. Des Weiteren können mittels Radiographie zweidimensionale Aufnahmen der Wirbelsäule in der stehenden Position des Patienten erfasst werden. Die Erstellung der Röntgenaufnahmen in der natürlichen stehenden Position des Patienten bietet dabei diagnostische Vorteile.
Dabei wird angestrebt, die Dosis an Röntgenstrahlen, welcher der Patient beim Erfassen der Röntgendaten ausgesetzt ist, insbesondere bei Kindern, möglichst gering zu halten. Eine bekannte Technik zur Verringerung der Röntgendosis bei der digitalen Volumentomographie („Cone-Beam“ CT (CBCT)) ist die Verwendung eines Kollimators, um während der Erfassung der Röntgendaten möglichst nur das abzutastende Volumen des Patienten zu bestrahlen. Dabei existieren zahlreiche Ansätze, um Artefakte während der Bildrekonstruktion abzumildern oder zu vermeiden, wenn eine kollimierte Abtastung eingesetzt worden ist.
Eine gewöhnliche Röntgenquelle unterstützt nur eine rechteckförmige Kollimation des Röntgenstrahls. Daher weist das abgetastete Volumen beim Einsatz einer Kollimation nach dem Stand der Technik meist die Form eines Zylinders auf. Allerdings ist bereits bei gesunden Patienten die Wirbelsäule leicht S-förmig geformt, wobei diese S-Form beispielsweise bei Patienten mit Skoliose stärkere Ausprägungen aufweist. Aufgrund dieser S-Form der Wirbelsäule ist ein Zylinder keine optimale Form, um die Dosis an Röntgenstrahlen während der Erfassung von Röntgendaten der Wirbelsäule möglichst gering zu halten.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Erfassung und Rekonstruktion von Bilddaten eines Objekts, insbesondere einer menschlichen Wirbelsäule, dahingehend zu optimieren, dass die dafür notwendige Dosis an Röntgenstrahlen, welchen der Patient ausgesetzt ist, geringer als nach dem Stand der Technik ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems nach Anspruch 1, durch ein Röntgensystem nach Anspruch 10, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts (insbesondere eines vorbestimmten Organs, z.B. der Wirbelsäule) eines lebenden Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:

• Bestimmen von mehreren elliptischen Zylindern derart, dass sich das Objekt vollständig in der Gesamtheit der Volumina der elliptischen Zylinder befindet. Wenn mit anderen Worten die Volumina der elliptischen Zylinder zu einem Gesamtvolumen kombiniert oder zusammengefügt werden, befindet sich das Objekt vollständig innerhalb dieses Gesamtvolumens.
• Erfassen von Röntgendaten jedes der elliptischen Zylinder mit Hilfe des Röntgensystems (d.h. es werden Röntgendaten innerhalb jedes Zylinders erfasst). Mit anderen Worten werden für jeden oder von jedem Zylinder Röntgendaten erfasst, oder noch genauer werden Röntgendaten innerhalb von Volumen erfasst, welche den Zylindern entsprechen. Dabei werden die Röntgendaten der Zylinder insbesondere in für den jeweiligen Zylinder separaten Schritten erfasst. Das heißt, insbesondere werden zuerst die Röntgendaten innerhalb eines ersten der Zylinder, anschließend innerhalb eines zweiten der Zylinder, usw. erfasst, bis die Röntgendaten aller Zylinder erfasst wurden. Das Erfassen der Röntgendaten erfolgt dabei insbesondere aus verschiedenen Winkeln, wie es im Folgenden noch genauer ausgeführt wird.
• Rekonstruieren der Bilddaten des Objekts anhand der für jeden Zylinder erfassten Röntgendaten.

Da ein einzelner Zylinder, welcher hinsichtlich seiner Ausmaße derart angepasst ist, dass sich das zu erfassende Objekt in seinem Volumen befindet, in der Regel ein größeres Volumen aufweist, als wenn mehrere Zylinder eingesetzt werden, welche jeweils an bestimmte Abschnitte des Objekts angepasst werden, kann die Strahlenbelastung des Patienten, welche proportional zu dem zu erfassenden Volumen ist, verringert werden, wenn nur die Daten der Zylinder erfasst werden, wie es erfindungsgemäß der Fall ist. Anders ausgedrückt können mehrere Zylinder besser (d.h. mit einem geringeren Gesamtvolumen) an ein beliebiges Objekt, beispielsweise eine menschliche Wirbelsäule, angepasst werden, als dies mit nur einem Zylinder der Fall ist.
Unter einem elliptischen Zylinder wird dabei ein Zylinder verstanden, dessen Fläche senkrecht zur Mittelachse des Zylinders einer Ellipse entspricht. Dabei wird ein Zylinder, dessen Fläche senkrecht zur Mittelachse einem Kreis entspricht, als Sonderfall des elliptischen Zylinders angesehen.
Wenn im Folgenden beschrieben wird, dass (Röntgen-)Daten eines Zylinders erfasst werden, ist darunter zu verstehen, dass die Daten innerhalb eines Volumens erfasst werden, welches dem jeweiligen Zylinder entspricht.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden bei dem Erfassen der Röntgendaten eines bestimmten der elliptischen Zylinder die Röntgendaten dieses Zylinders mit einem Kollimator des Röntgensystems erfasst. Dabei wird der Kollimator für den jeweiligen Zylinder derart eingestellt, dass ein Winkel, unter welchem Röntgenstrahlen von einer Röntgenquelle des Röntgensystems ausgestrahlt werden, in Abhängigkeit von den Ausmaßen dieses Zylinders gewählt wird. Die Röntgendaten dieses Zylinders werden dabei nur anhand von Röntgenstrahlen erfasst, welche in diesem bestimmten Winkel ausgestrahlt werden.
Mit anderen Worten wird der Kollimator für den jeweiligen Zylinder derart eingestellt, dass die Röntgenstrahlen nur den jeweiligen Zylinder (und zwangsläufig Bereiche vor und hinter diesem Zylinder), aber keine Bereiche seitlich neben dem Zylinder durchstrahlen.
Dabei kann das Röntgensystem um das Untersuchungsobjekt und damit um das zu erfassende Objekt herum bewegt werden, wobei in jeder Lage die von dem Röntgensystem emittierten Röntgenstrahlen oben beschriebene Winkelbedingung erfüllen.
Der Winkel, unter welchem die Röntgenstrahlen ausgestrahlt werden, wird dabei insbesondere derart gewählt, dass ein Röntgenstrahl an einem ersten Schenkel des Winkels eine erste Begrenzung des jeweiligen Zylinders durchstrahlt und dass ein Röntgenstrahl an einem zweiten Schenkel des Winkels eine zweite Begrenzung des jeweiligen Zylinders durchstrahlt.
Mit anderen Worten wird der Winkel vorteilhafterweise derart gewählt, dass sich der jeweilige Zylinder gerade noch innerhalb dieses Winkels befindet.
Gemäß einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Erfassen der Röntgendaten jedes der Zylinder für den jeweiligen Zylinder folgende Schritte:

• Bestimmen einer Scan-Ebene, welche senkrecht auf einer Längsmittelachse des jeweiligen Zylinders angeordnet ist und den jeweiligen Zylinder schneidet.
• Bestimmen einer Ellipse, welche innerhalb der vorher bestimmten Scan-Ebene liegt und deren Umfang sich in der Mantelfläche des jeweiligen Zylinders befindet.
• Bestimmen eines möglichst großen Winkels in der Scan-Ebene, unter welchem die Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle ausgestrahlt werden, wobei sich jeder der beiden Schenkel dieses Winkels mit dem Umfang der Ellipse schneidet.
• Erfassen der Röntgendaten des jeweiligen Zylinders, wobei die Röntgenstrahlen zum Erfassen dieser Röntgendaten nur in dem bestimmten Winkel ausgestrahlt werden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass zum Erfassen der Röntgendaten des jeweiligen Zylinders die Schritte der Bestimmung des möglichst großen Winkels und des Erfassens der Röntgendaten des jeweiligen Zylinders mehrfach ausgeführt werden, indem die Röntgenquelle um das Untersuchungsobjekt und damit um das zu erfassende Objekt herum gedreht wird.
Das Erfassen der Röntgendaten eines bestimmten Zylinders kann beispielsweise schichtweise durchgeführt werden, indem die Röntgendaten Schicht für Schicht erfasst werden, wobei jede Schicht senkrecht zur Mittelachse des Zylinders liegt. In diesem Fall handelt es sich bei dem oben beschriebenen Winkel um einen zweidimensionalen Winkel.
Es ist allerdings auch möglich, den Kollimator derart einzustellen, dass die Röntgenstrahlen den gesamten Zylinder durchstrahlen. In diesem Fall wird der Kollimator gemäß einem Raumwinkel eingestellt, dessen Begrenzungen durch die Ausmaße des Zylinders festgelegt werden.
Das Bestimmen der mehreren elliptischen Zylinder kann folgende Schritte umfassen:

• Unterteilen des Objekts in mehrere Abschnitte, wobei die Gesamtheit dieser Abschnitte das Objekt ergibt (d.h. es gibt keinen Teil des Objekts, welcher zu keinem Abschnitt gehört).
• Zuordnen jeweils eines elliptischen Zylinders zu einem der vorher bestimmten Abschnitte.
• Anpassen des jeweiligen Zylinders an die Ausmaße des ihm vorher zugeordneten Abschnitts. Dabei muss der zugeordnete Abschnitt vollständig innerhalb des Zylinders angeordnet sein und das Volumen des Zylinders soll möglichst klein sein.

Die Unterteilung des Objekts in die mehreren Abschnitte wird dabei insbesondere derart vorgenommen, dass ein Zylinder möglichst gut an den jeweiligen Abschnitt angepasst werden kann. Dabei kann ein Zylinder dann möglichst gut an den jeweiligen Abschnitt angepasst werden, wenn der jeweilige Abschnitt selbst in etwa die Form eines Zylinders aufweist.
Wenn das Objekt eine Ausdehnung in einer Längsrichtung des Objekts aufweist, welche größer ist als eine Ausdehnung in einer Breitenrichtung oder als eine Ausdehnung in einer Höhenrichtung des Objekts (d.h. es handelt sich um längliches Objekt), kann die Unterteilung des Objekts in die mehreren Abschnitte beispielsweise wie folgt vorgenommen werden:
Es wird eine oder es werden mehrere Stellen in dem Objekt bestimmt, an welchen eine im Wesentlichen in der Längsrichtung des Objekts verlaufende Mittellinie des Objekts einen Knick aufweist, wobei dieser Knick wiederum einen Winkel aufweist, der größer als ein vorbestimmter Winkelschwellenwert ist. An jeder Stelle, an welcher die vorab beschriebene Bedingung erfüllt ist, enden bei dieser Ausführungsform zwei der Abschnitte, in welche das Objekt zu unterteilen ist.
Die vorab beschriebene Ausführungsform ist insbesondere für Objekte geeignet, welche aus mehreren im Wesentlichen jeweils geradlinig verlaufenden Abschnitten zusammengesetzt sind, wobei die Mittellinien oder Mittelachsen der jeweiligen Abschnitte zueinander den besagten Knick aufweisen. Ein Beispiel für ein solches Objekt ist die menschliche Wirbelsäule.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mit Hilfe des Röntgensystems zwei Übersicht-Röntgenbilder erfasst und/oder erstellt. Anhand dieser Übersicht-Röntgenbilder kann dann das vorbestimmte Objekt (z.B. die menschliche Wirbelsäule) segmentiert werden.
Diese Segmentierung des Objekts kann dabei vollautomatisch oder auch rein manuell oder halbautomatisch vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die gemäß der vorliegenden Erfindung erfassten und rekonstruierten Bilddaten des Objekts mit den beiden Übersicht-Röntgenbildern kombiniert werden.
Indem die beiden Übersichts-Röntgenbilder beispielsweise in die dreidimensionalen Bilddaten des Objekts eingeblendet werden, welche aus den vorher anhand der Zylinder erfassten Röntgendaten erstellt werden, kann einem Betrachter ein guter Überblick gegeben werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Röntgensystem bereitgestellt, welches einen Detektor, eine Röntgenquelle zur Emission von auf den Detektor gerichteten Röntgenstrahlen, eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenquelle und des Detektors und eine Bildrecheneinheit zum Empfang von dem Detektor erfassten Röntgendaten umfasst. Dabei ist das Röntgensystem derart ausgestaltet, dass das Röntgensystem Bilddaten eines vorbestimmten Objekts eines Untersuchungsobjekts erfasst und rekonstruiert. Dabei ist das Röntgensystem ausgestaltet, um mehrere elliptische Zylinder zu bestimmen, so dass sich das Objekt vollständig in den Volumina dieser Zylinder befindet, um Röntgendaten für jeden dieser Zylinder zu erfassen und um mit Hilfe der Bildrecheneinheit abhängig von diesen für jeden der Zylinder erfassten Röntgendaten die Bilddaten des Objekts zu rekonstruieren.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgensystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Röntgensystems laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Röntgensystems läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z.B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z.B. eine DVD, ein Magnetband, eine Speicherkarte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Röntgensystems gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:

• Die Strahlendosis, welcher der Patient zur Erfassung der Röntgendaten ausgesetzt ist, ist aufgrund einer effektiveren Kollimation geringer, da ein geringeres Volumen zu bestrahlen ist. Die stärkste Verringerung hinsichtlich der Strahlenbelastung kann dabei erzielt werden, wenn die Wirbelsäule vollständig abgetastet wird. Allerdings wird im Vergleich zum Stand der Technik auch eine geringere Strahlenbelastung erzielt, wenn nur ein Teil der Wirbelsäule abgetastet wird.
• Die Kombination der Übersichtsbilder mit den Bilddaten, welche ausgehend von den für die Zylinder erfassten Röntgendaten rekonstruiert werden, erleichtert einem Betrachter die Interpretation der Bilddaten.
• Die vorliegende Erfindung kann für eine dreidimensionale Bildgebung der Wirbelsäule unabhängig davon eingesetzt werden, ob die Röntgendaten von einem liegenden oder einem stehenden Patienten erfasst werden. Dabei ermöglicht die vorliegende Erfindung die Rekonstruktion eines wahren tomographischen („true tomographic“) dreidimensionalen Volumens der Wirbelsäule.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgensystem dar.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Twin-Robotic-Röntgenscanner dargestellt.
In 3 sind Abläufe der vorliegenden Erfindung in Form von Einzelbildern dargestellt.
In 4 ist ein elliptische Zylinder dargestellt.
In 5 ist die erfindungsgemäße Bestimmung eines Winkels dargestellt, in welchem Röntgenstrahlen abgestrahlt werden.
In 6 ist ein erfindungsgemäßer Flussplan dargestellt.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgensystem dargestellt. Das Röntgensystem umfasst neben einer Röntgenquelle 1 und einem Detektor 2 eine Steuerung 3, eine Bildrecheneinheit 4 und ein Terminal 13 mit einem Bildschirm 14, einer Tastatur 15 und einer Maus 16. Die Steuerung 3 steuert sowohl die Röntgenquelle 1 als auch den Detektor 2. Der Bildrecheneinheit 4 werden Röntgendaten, welche über den Detektor 2 erfasst werden, zugeführt, wobei die Bildrecheneinheit 4 dann ausgehend von diesen Röntgendaten Bilddaten rekonstruiert, welche dann beispielsweise auf dem Bildschirm 14 dargestellt werden. Steuerprogramme, anhand welcher die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, können sich auf dem Datenträger bzw. der DVD 21 befinden, wobei diese Steuerprogramme dann in die Steuerung 3 geladen werden, um die vorliegende Erfindung auszuführen.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Twin-Robotic-Röntgenscanner 10 als erfindungsgemäßes Röntgensystem 10 dargestellt. Bei diesem Röntgenscanner 10 sind sowohl die Röntgenquelle 1 als auch der Detektor 2 um jeweils mehrere Achsen drehbar und jeweils entlang zumindest einer Raumrichtung bewegbar. Dieser erfindungsgemäße robotergesteuerte Röntgenscanner 10 ermöglicht bei nur einer Patientenpositionierung das Erfassen und Rekonstruieren von dreidimensionalen Bilddaten, indem sich die Röntgenquelle 1 und der Detektor 2 abgestimmt um den Patienten herum bewegen.
Mit Hilfe der 3 soll im Folgenden die vorliegende Erfindung erläutert werden.
Mit Hilfe des Röntgensystems 10 werden in einem ersten Schritt zwei oder mehr Röntgenbilder oder Fluoroskopien mit einer geringen Strahlendosis im vorliegenden Fall von der Wirbelsäule des Untersuchungsobjekts O bzw. des Patienten erstellt. Diese beiden Übersichtsbilder 11, 12 werden in der Regel in zwei zueinander senkrechten Blickrichtungen erstellt (d.h. die Richtungen, in denen die Röntgenstrahlen zur Erstellung der beiden Übersichtsbilder 11, 12 ausgestrahlt werden, stehen im Wesentlichen aufeinander senkrecht). Die Übersichtsbilder 11, 12 müssen dabei die axiale Länge des geplanten dreidimensionalen Übersichtsbildes aufweisen (im vorliegenden Fall entspricht die axiale Länge der Länge der zu erfassenden Wirbelsäule). Dabei wird zur Erstellung beispielsweise das in 2 dargestellte Röntgensystem 10 eingesetzt, bei welchem Röntgenquelle 1 und Detektor 2 automatisch gekippt werden, damit die oben genannten Richtungen aufeinander senkrecht stehen.
Es sei angemerkt, dass zur Erstellung eines normalen dreidimensionalen Übersichtsbildes (3D Scan) in aller Regel zwei Fluoroskopien mit zueinander senkrechten Richtungen (siehe oben) erstellt werden müssen. Das heißt, für die vorliegende Erfindung können diese nach dem Stand der Technik sowieso erfassten Übersichtsbilder eingesetzt werden. Nur für den Fall, dass die axiale Länge bei diesen Übersichtsbildern nicht ausreicht (da die zu erfassende Wirbelsäule länger ist) müssen zusätzliche Übersichtsbildern mit einer geringen Strahlendosis erfasst werden.
In einem nächsten Schritt wird ausgehend von den beiden Übersichtsbildern 11, 12 ein einfaches dreidimensionales Modell der Wirbelsäule 5 segmentiert.
Anschließend werden mehrere elliptische Zylinder (siehe 4) an das dreidimensionale Wirbelsäulen-Modell unter folgenden Bedingungen angepasst. Die erste Bedingung ist, dass das Volumen der Zylinder jeweils möglichst klein ist. Die zweite Bedingung ist, dass die Wirbelsäule bzw. das Wirbelsäulen-Modell vollständig in den Zylindern angeordnet ist. Anders ausgedrückt muss sich die Wirbelsäule vollständig in einem Gesamtvolumen befinden, welches sich aus den Volumina der einzelnen Zylinder zusammensetzt. Als dritte Bedingung wird eine Zylinderanzahl vorgegeben, wobei die Anzahl der Zylinder diese Zylinderanzahl nicht überschreiten darf. Das Verfahren zur Bestimmung der elliptischen Zylinder kann als ein Optimierungsverfahren implementiert werden.
Zur Bestimmung der elliptischen Zylinder, welche sich in aller Regel überlappen, kann die Wirbelsäule 5 beispielsweise in verschiedene Abschnitte 31–33 unterteilt werden, wobei anschließend an jeden Abschnitt 31–33 ein jeweiliger Zylinder 41–43 angepasst wird.
Abhängig von den Zylindern 41–43 können dann die Abtastparameter bestimmt werden, um dann mit diesen Abtastparametern die Röntgendaten des jeweiligen Zylinders 41–43 zu erfassen. Dazu wird beispielsweise für jeden Zylinder 41–43 eine Scan-Ebene 51–53 bestimmt, welche senkrecht auf der Mittelachse des jeweiligen Zylinders 41–43 steht. Für die jeweilige Scan-Ebene 51–53 kann dann die Mitte (innerhalb des Zylinders 41–43) bestimmt werden. Anhand des Zylinders 41–43, der Scanebene 51–53 und des Mittelpunkts können dann projektionsabhängige Kollimator-Einstellungen als Teil der Abtastparameter (Scan-Parameter) bestimmt werden. Ausgehend von den Abtastparametern können dann Parameter für jede Achse des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Röntgensystems 10 bestimmt werden, wobei in der Regel ein inverser kinematischer Algorithmus eingesetzt wird.
Anschließend werden mit den entsprechenden Abtastparametern und Parametern des Röntgensystems 10 die Röntgendaten für jeden Zylinder 41–43 erfasst. Ausgehend von diesen Röntgendaten werden dann Bilddaten bzw. ein 3D-Röntgenbild 17 rekonstruiert. Dabei können Algorithmen eingesetzt werden, um Artefakte zu verringern oder möglichst ganz zu vermeiden, welche bei abgeschnittenen Röntgendaten auftreten können.
Optional kann das dreidimensionale Röntgenbild 17 mit einem oder mit beiden Übersichtsbildern 11, 12 fusioniert werden, um insbesondere einem Radiologen einen besseren Überblick zu bieten, wobei dadurch das Röntgenbild 18 entsteht. Dazu kann ein oder können beide Röntgenbilder 11, 12 als entsprechende Projektion in das dreidimensionale Röntgenbild 17 eingeblendet werden.
In 4 ist beispielhaft ein elliptischer Zylinder 19 dargestellt. Dieser elliptische Zylinder 19 weist eine Mittelachse 24 und eine Höhe h auf. Die Schnittfläche senkrecht zu der Mittelachse 24 weist jeweils die Form einer Ellipse auf, wobei die Länge der großen Halbachse dieser Ellipse mit dem Bezugszeichen a und die Länge der kleinen Halbachse dieser Ellipse mit dem Bezugszeichen b in 4 bezeichnet werden.
Mit der 5 soll die Einstellung eines Kollimators 6 des erfindungsgemäßen Röntgensystems erläutert werden. Innerhalb des Untersuchungsobjekts O befindet sich ein elliptischer Zylinder (in 5 nicht dargestellt), von bzw. in dem mit der in 5 dargestellten Kollimatoreinstellung eine bestimmte Schicht erfasst werden soll. Diese Schicht, welche senkrecht zu der Mittelachse des Zylinders liegt, wird durch eine Ellipse 7 repräsentiert. Um nur diese Ellipse 7 mit Röntgenstrahlen zu durchstrahlen (und nicht andere Bereiche der Schicht bzw. Ebene senkrecht zu der Mittelachse) wird der Kollimator 6 derart eingestellt, dass die Röntgenstrahlen nur in einem bestimmten Winkel 9 ausgestrahlt werden. Die Ausmaße des Winkels 9 sind derart gewählt, dass die beiden Schenkel 22, 23 des Winkels 9 gerade den Umfang der Ellipse 7 tangieren. Bei der entsprechenden Kollimatoreinstellung (insbesondere Winkel 9) ergibt sich die Projektion 8 auf dem Detektor 2.
In 6 ist ein Flussplan des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In einem ersten Schritt S1 werden die beiden Übersicht-Röntgenbilder 11, 12 erfasst. Anhand dieser beiden Übersicht-Röntgenbilder 11, 12 kann ein dreidimensionales Modell desjenigen Abschnitts des Untersuchungsobjekts O erstellt werden, in welchem sich das zu untersuchende Objekt 5 befindet. Daher kann ausgehend von den Übersicht-Röntgenbildern 11, 12 im Schritt S2 das Objekt 5 segmentiert werden. Im folgenden Schritt S3 werden mehrere elliptische Zylinder 41–43 bestimmt, welche derart beschaffen sind, dass sie möglichst optimal an das segmentierte Objekt 5 angepasst sind.
Die beiden folgenden Schritte S4 und S5 werden nun für jeden der vorab bestimmten Zylinder 41–43 ausgeführt. Im Schritt S4 werden für den jeweiligen Zylinder die Scan-Parameter (z.B. die Kollimatoreinstellungen) bestimmt. Anschließend werden mit den in Schritt S4 bestimmten Scan-Parametern die Röntgendaten des jeweiligen Zylinders erfasst. Erst wenn im Schritt S6 entschieden wird, dass die Schritte S4 und S5 für alle Zylinder ausgeführt worden sind, verzweigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Schritt S7. In diesem Schritt S7 werden Bilddaten des zu untersuchenden Objekts anhand der vorab für jeden Zylinder 41–43 erfassten Röntgendaten und optional zusätzlich aus den zwei Übersicht-Röntgenbildern 11, 12 rekonstruiert.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenquelle
2: Detektor
3: Steuerung
4: Bildrecheneinheit
5: Wirbelsäule
6: Kollimator
7: Ellipse
8: Projektion
9: Winkel
10: Röntgensystem
11: Übersichtsbild
12: Übersichtsbild
13: Terminal
14: Bildschirm
15: Tastatur
16: Maus
17, 18: 3D-Röntgenbild
19: Zylinder
21: DVD
22, 23: Schenkel des Winkels
24: Mittelachse
31–33: Abschnitt
41–43: Zylinder
51–53: Scan-Ebene
a: Länge der großen Halbachse
b: Länge der kleinen Halbachse
h: Höhe
O: Untersuchungsobjekt
S1–S7: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zum Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts (5) eines Untersuchungsobjekts (O) mittels eines Röntgensystems (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen mehrerer elliptischer Zylinder (41–43), so dass das Objekt (5) vollständig in den Volumina der Zylinder (41–43) angeordnet ist, Erfassen von Daten innerhalb jedes der Zylinder (41–43) mittels des Röntgensystems (10), und Rekonstruieren der Bilddaten des Objekts (5) ausgehend von den für jeden der Zylinder (41–43) erfassten Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erfassen der Daten innerhalb jedes der Zylinder (41–43) für jeden der Zylinder (41–43) ein Kollimator (6) des Röntgensystems (10) derart eingestellt wird, dass ein Winkel (9), unter welchem Röntgenstrahlen von einer Röntgenquelle (1) des Röntgensystems (10) ausgestrahlt werden, abhängig von den Ausmaßen des jeweiligen Zylinders (41–43) gewählt wird, und dass die Daten innerhalb des jeweiligen Zylinders (41–43) mit Röntgenstrahlen erfasst werden, welche nur in dem bestimmten Winkel (9) ausgestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (9) derart gewählt wird, dass ein Röntgenstrahl an einem ersten Schenkel (22) des Winkels (9) eine erste Begrenzung des jeweiligen Zylinders (41–43) durchstrahlt und dass ein Röntgenstrahl an einem zweiten Schenkel (23) des Winkels (9) eine zweite Begrenzung des jeweiligen Zylinders (41–43) durchstrahlt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Daten innerhalb jedes der Zylinder (41–43) für jeden der Zylinder (41–43) folgende Schritte umfasst: Bestimmen einer Scan-Ebene (51–53), welche senkrecht auf einer Längsmittelachse (24) des jeweiligen Zylinders (41–43) steht und durch den jeweiligen Zylinder (41–43) verläuft, Bestimmen einer Ellipse (7), welche in der Scan-Ebene (51–53) liegt und deren Umfang in der Mantelfläche des jeweiligen Zylinders (41–43) liegt, Bestimmen eines maximal großen Winkels (9) in der Scan-Ebene, unter welchem Röntgenstrahlen von einer Röntgenquelle (1) des Röntgensystems (10) ausgestrahlt werden und dessen beide Schenkel (22, 23) sich mit dem Umfang der Ellipse (7) schneiden, und Erfassen der Daten innerhalb des jeweiligen Zylinders (41–43), wobei die Röntgenstrahlen nur in dem bestimmten Winkel (9) ausgestrahlt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der mehreren elliptischen Zylinder (41–43) umfasst: Unterteilen des Objekts (5) in mehrere Abschnitte (31–33), Zuordnen jeweils eines der Zylinder (41–43) zu einem bestimmten der Abschnitte (31–33), Anpassen des jeweiligen Zylinders (41–43) an die Ausmaße des ihm zugeordneten Abschnitts (31–33), so dass der Abschnitt (31–33) vollständig innerhalb des jeweiligen Zylinders (41–43) liegt und dass der jeweilige Zylinder (41–43) ein minimales Volumen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (5) eine Ausdehnung in einer Längsrichtung des Objekts (5) aufweist, welche größer ist als eine Ausdehnung in einer Breitenrichtung oder als eine Ausdehnung in Höhenrichtung des Objekts (5), dass mindestens eine Stelle in dem Objekt (5) bestimmt wird, an welcher eine im Wesentlichen in der Längsrichtung verlaufende Mittelinie des Objekts einen Knick aufweist, welcher einen Winkel aufweist, der größer als ein vorbestimmter Winkelschwellenwert ist, und dass an jeder der mindestens einen Stelle zwei der Abschnitte (31–33) enden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt eine Wirbelsäule (5) des Untersuchungsobjekts (O) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich umfasst: Erfassen von zwei Übersichts-Röntgenbildern (11, 12) mittels des Röntgensystems (10), und Segmentieren des Objekts (5) anhand der Übersichts-Röntgenbilder (11, 12).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rekonstruierten Bilddaten des Objekts (5) mit den zwei Übersichts-Röntgenbildern (11, 12) zusammengefasst werden.
Röntgensystem mit einem Detektor (2) und einer Röntgenquelle (1) zur Emission von auf den Detektor (2) gerichteten Röntgenstrahlen, wobei das Röntgensystem (10) eine Steuerung (3) zur Ansteuerung der Röntgenquelle (1) und des Detektors (2) und eine Bildrecheneinheit (4) zum Empfang von dem Detektor (2) erfassten Daten umfasst, wobei das Röntgensystem (10) ausgestaltet ist, um Bilddaten eines vorbestimmten Objekts (5) eines Untersuchungsobjekts (O) zu erfassen und zu rekonstruieren, indem das Röntgensystem (10) mehrere elliptische Zylinder (41–43) bestimmt, so dass das Objekt (O) vollständig in den Volumina der Zylinder (41–43) angeordnet ist, indem das Röntgensystem (10) Daten innerhalb jedes der Zylinder (41–43) erfasst, und indem das Röntgensystem (10) mittels der Bildrecheneinheit (4) die Bilddaten des Objekts (5) ausgehend von den für jeden der Zylinder (41–43) erfassten Daten rekonstruiert.
Röntgensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung (3) eines Röntgensystems (10) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 auszuführen, wenn das Programm in der Steuerung (3) des Röntgensystems (10) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuerung (3) eines Röntgensystems (10) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 durchführen.