DE102017004705A1

DE102017004705A1 - Verfahren zum Erzeugen eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatzes zur Volumenrekonstruktion und Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102017004705A1
Application number: DE102017004705.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas König; Christof Fleischmann; Eva-Maria Ilg; Lena Lochner
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US20180368791A1; US10660592B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufnahme eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatzesc einer ROI (50) unter Verwendung eines Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) mit einem Kegelstrahl (32) mit Kegelwinkel (35) in der Ebene des C-Bogens und mit einem im Mittelpunkt der ROI (50) liegenden virtuellen Scanzentrum (51), wobei der Scan mit in einer Ebene mit dem virtuellen Scanzentrum (51) liegenden Trajektorien-Paar aus einer Fokustrajektorie und einer Detektortrajektorie erfolgt und wobei der rotatorische Abschnitt (402) der Detektortrajektorie aus abschnittsweise definierten Superellipsen gebildet ist.

Description

Verfahren zum Erzeugen eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatzes zur Volumenrekonstruktion und Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät zur Durchführung des Verfahrens.
In der interventionellen Röntgendiagnostik werden in zunehmendem Maß mobile Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräte eingesetzt. Ein solches mobiles Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät ist auf dem Fußboden verfahrbar und trägt auf einem Fahrgestell eine mehrfach verstellbare Halterung, in der ein kreisbogenförmiger C-Bogen längs seines Umfangs in einer Orbitalbewegung verstellbar ist, wobei der C-Bogen an seinem einen Ende eine Röntgenstrahlenquelle und an seinem anderen Ende einen bildgebenden Röntgenstrahlendetektor, vorzugsweise einen Flat Panel Detektor (FPD) trägt. Vorzugsweise sind alle Verstellachsen mit elektrisch steuerbaren Antrieben ausgestattet, so dass mittels einer Bewegungssteuerung die aus der Röntgenstrahlenquelle und dem Röntgenstrahlendetektor bestehende Röntgenaufnahmeeinheit im Raum positioniert und/oder längs einer Fokustrajektorie und einer Detektortrajektorie zur Gewinnung eines 3D-Datensatzes verfahren werden kann. Nach einer Positionierung der Röntgenaufnahmeeinheit oder auch während der Bewegung auf den Trajektorien werden Röntgenprojektionsaufnahmen angefertigt. Weist der Röntgenstrahlendetektor ein rundes Eingangsfenster auf, wie beispielsweise bei einem Röntgenbildverstärker oder bei einem runden FPD, so ist das Strahlenfeld zwischen dem Brennfleck der Röntgenröhre kegelförmig; bei Verwendung eines rechteckigen FPD ist das Strahlenfeld pyramidenförmig. In beiden Fällen wird in der Literatur der Begriff Kegelstrahlgeometrie („cone beam“, abgekürzt „CB“) verwendet. Das Strahlenfeld ist durch eine Primärstrahlenblende derart eingeblendet, dass alle Strahlen des Strahlenfeldes auf das Eingangsfenster des Röntgenstrahlendetektors fallen. Wird ein Untersuchungsobjekt in das Strahlenfeld eingebracht, so kann von dem Raumbereich des Untersuchungsobjektes, der sich innerhalb des Strahlenfeldes befindet, eine Röntgenprojektion aufgenommen werden. Zur Eingrenzung des Strahlenfeldes auf ein Messfeld (Region of Interest, ROI) ist zwischen dem Brennfleck und dem Untersuchungsobjekt vorzugsweise ein motorisch verstellbares Blendensystem angeordnet. Alle Vorgänge der Bildaufnahme werden von einer Bildaufnahmesteuerung gesteuert, die mit der Bewegungssteuerung synchronisiert ist. Die aufgenommenen Röntgenprojektionsaufnahmen werden zusammen mit Daten aus der Bewegungssteuerung und der Bildaufnahmesteuerung in einem Bildverarbeitungsrechner verarbeitet.
Bei der interventionellen Röntgendiagnostik ist der Bereich um die Patientenliege herum durch eine Reihe von Geräten belegt und zusätzlich muß ein Arbeitsbereich für die Personen gewährleistet sein, die den Eingriff durchführen oder bei dem Eingriff assistieren. Ein für die interventionelle Diagnostik eingesetztes mobiles Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät wird mit vorgegebenen Grundstellungen der Verstellachsen vorzugsweise annähernd senkrecht zur Längsachse der Patientenliege derart an das Untersuchungsobjekt herangefahren, dass die vorzugsweise senkrecht angeordnete C-Bogen-Ebene ein virtuelles Scanzentrum im Inneren der ROI enthält und dieses virtuelle Scanzentrum auf dem vertikal ausgerichteten Zentralstrahl der Röntgenaufnahmeeinheit zu liegen kommt. In dieser Arbeitsstellung werden die Räder des Fahrgestells blockiert und die Röntgenaufnahmeeinheit des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts wird mittels mehrerer, vorzugsweise motorisch gesteuerter Verstellachsen in die gewünschte Position und Ausrichtung gebracht. Die motorisch gesteuerten Verstellachsen können automatisch mittels einer Bewegungssteuerung einer zentralen Recheneinheit des Röntgensystems oder manuell mittels geeigneter Eingabemittel gesteuert werden. Werden während des Eingriffs Scans zur Aufnahme einer Bildfolge von Projektionsbildern angefertigt, so ist es wünschenswert, dass die Bewegung der Röntgenaufnahmeeinheit und des Zentralstrahls in einer ursprünglich eingestellten Ebene bleibt. Jede Bewegungskomponente senkrecht zur ursprünglichen C-Bogen-Ebene würde den Platzbedarf des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts in Richtung der Längsachse der Patientenliege vergrößern und eine erhöhte Kollisionsgefahr mit anderen Geräten erzeugen oder/und den Arbeitsraum der an dem Eingriff beteiligten Personen einengen. Für die Handhabung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts ist es besonders vorteilhaft, wenn die C-Bogen-Ebene im Raum senkrecht steht. Dann ist für die Bewegung der Röntgenaufnahmeeinheit während eines Scans nur ein schmaler Korridor als Bewegungsraum freizuhalten. Bei kurzzeitigem Nichtgebrauch des mobilen Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts kann dieses auf Rädern an einem Fahrgestell längs des Fußbodens von der Patientenliege annähernd senkrecht zur Längsachse der Patientenliege von dieser in eine Parkposition bewegt und von dieser aus schnell wieder in die Arbeitsstellung verfahren werden.
Zur Rekonstruktion des 3D-Röntgenvolumens einer ROI werden die Bilddaten einer Reihe von 2D-Röntgenprojektionen der ROI benötigt, die mit unterschiedlichen Röntgenprojektionsgeometrien aufgenommen wurden. Dabei bewegen sich die Röntgenstrahlenquelle und der bildgebende Röntgenstrahlendetektor, beispielsweise ein Flat Panel Detektor FPD, um die ROI herum, wobei während der Bewegung Röntgenprojektionsaufnahmen von dem Untersuchungsobjekt angefertigt werden.
Mit mobilen Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräten werden vorzugsweise sogenannte Short-Scans aufgenommen, bei denen der Rotationswinkelbereich kleiner als 360° ist. Weist das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät einen isozentrischen C-Bogen auf, bei dem der Zentralstrahl durch den Kreismittelpunkt des C-Bogens verläuft, kann durch Rotation des C-Bogens um seinen Mittelpunkt ein ebener Rotationsscan aufgenommen werden, dessen Rotationswinkelbereich von der Bogenlänge und dem Radius des C-Bogens abhängen.
Weist das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät einen nicht-isozentrischen C-Bogen auf, bei dem der Kreismittelpunkt des C-Bogens innerhalb der vom Zentralstrahl und dem C-Bogen-Profil gebildeten Kreissegment liegt, so kann mit einem solchen nicht-isozentrischen Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät ein Rotationsscan wie mit einem isozentrischen C-Bogen aufgenommen werden, wenn die Röntgenaufnahmeeinheit am C-Bogen derart um ein virtuelles Isozentrum herumgeführt wird, dass für jede Scanposition die Halterung des C-Bogens in der C-Bogen-Ebene derart verstellt wird, dass der Zentralstrahl durch das virtuelle Scanzentrum verläuft. Dabei kann die Verstellung der C-Bogen-Halterung in einer Weise erfolgen, dass der Abstand des Eingangsfensters des Röntgenstrahlendetektors zum virtuellen Scanzentrum für jede Projektionsgeometrie gleich ist. Es ist aber auch möglich, Scans mit variablem Abstand zwischen dem Eingangsfenster des Röntgenstrahlendetektors und dem virtuellen Scanzentrum bei gleichem Abstand zwischen dem Röntgenstrahler und dem Röntgenstrahlenempfänger aufzunehmen.
Um aus einem Satz von Röntgenprojektionen mit einem analytischen Rechenverfahren ein 3D-Modell der Röntgenabsorption der Voxel einer scheibenförmigen ROI mit der Dicke eines Voxels ermitteln zu können, ist ein vollständiger Projektionsdatensatz erforderlich. Bei diesem liegen für jedes Voxel der ROI die Integrale der Röntgenabsorptionswerte für alle Projektionsgeraden in einem Winkelbereich von 0° bis 180° vor.
Einen vollständigen Projektionsdatensatz erhält man für eine scheibenförmigen ROI in der C-Bogen-Ebene, wenn die ROI vollständig von einem Kegelstrahl erfaßt wird und die mit dem Kegelstrahl verbundene Röntgenaufnahmeeinheit um den Mittelpunkt der ROI mit einem Rotationswinkelbereich von 180° minus Kegelwinkel rotiert und die für die Vollständigkeit des 3D-Datensatzes benötigten, fehlenden Winkel in einem Winkelbereich, der dem Kegelwinkel entspricht, durch eine translatorische Bewegung der Röntgenaufnahmeeinheit gewonnen werden. Handelt es sich bei der rotatorischen Bewegung der Röntgenaufnahmeeinheit um einen Kreisbogen, so ist für die ebenen Trajektorien von Röntgendetektor und Röntgenstrahler aus einem rotatorischem und translatorischen Abschnitten die Bezeichnung „Arc-Shift-Trajektorie“ gebräuchlich.
Für die rotatorische Bewegung der Röntgenaufnahmeeinheit um ein virtuelles Scanzentrum und für die translatorische Bewegung bezüglich des virtuellen Scanzentrums wird ein Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät verwendet, bei dem die Halterung des C-Bogens, in welcher dieser längs seines Umfangs verschieblich gelagert ist, in der C-Ebene mittels zweier, vorzugsweise orthogonaler Verstellachsen korreliert mit der Bewegung des C-Bogens in der Orbitalverstellachse verlagerbar ist. Ein solches Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät ist beispielsweise aus dem deutschen Patent DE10153787B4 der Anmelderin bekannt. Dabei ist vorgesehen, die Orbitalbewegung des C-Bogens mit der Verstellung der Halterung des C-Bogens in horizontaler und vertikaler Richtung in der C-Ebene derart zu korrelieren, dass eine bestimmte Bedingungen für die Projektionsgeometrie eingehalten werden.
Um einem Scan zur Lösung einer gestellten Bildgebungsaufgabe mit einem virtuellen Scanzentrum unter Verwendung eines mehrfach verstellbaren C-Bogen-Röntgengeräts durchzuführen ist vorgesehen, den Patienten auf einer vorzugsweise verstellbaren Patientenliege zu positionieren und so zu fixieren, dass er während der Aufnahme der Projektionsbilder seine Lage nicht verändert. Die Steuerungen bekannter Röntgengeräte weisen sogenannte Organprogramme auf, in denen die ROI in einem Anatomiemodell ausgewählt und über eine Eingabevorrichtung in die Steuerung des Röntgengeräts eingegeben wird. Die Auswahl betrifft neben der Lage des zu untersuchenden Organs auch die Größe und/oder die Dicke des zu untersuchenden Patienten. Im Speicher der Bewegungssteuerung sind Patientenhüllkurven abgespeichert, aus denen eine Hüllkurve um das Liegenbrett und den Patientenkörper ausgewählt wird, die einen Raumabschitt festlegt, in den bei einer ausgewählten Scanebene keine bewegten Teile des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts eintauchen dürfen. Sollte dennoch bei einem Scan ein Kontakt eines Teils des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts mit dem Patienten oder Teilen der Liege drohen, ist ein Kollisionswarnsystem vorgesehen, das bei drohender Kollision die Bewegung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts stoppt.
Aufgrund der Auswahl des zu untersuchenden Organs aus dem Organprogramm des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts wird das virtuelle Scanzentrum in einem Anatomiemodell ausgewählt. Beispielsweise wird bei der Auswahl der Wirbelsäulenuntersuchung der Abstand zwischen der Oberfläche der Patientenliege und dem virtuellen Isozentrum als besonders groß angenommen und der Ort des virtuellen Isozentrums in der Mittelebene der Patientenliege angenommen. Hierbei sind zur Erzielung von kollisionsfreien Trajektorien insbesondere die unteren Teile der Patientenliege zu berücksichtigen.
Wird im Organprogramm hingegen beispielsweise eine Schulteruntersuchung ausgewählt, so liegt das virtuelle Isozentrum in geringer Höhe über der Oberkante der Patientenliege und in der Nähe der seitlichen Begrenzung der Patientenliege. Hierbei sind zur Erzielung von kollisionsfreien Trajektorien insbesondere die seitlichen Tischkanten und insbesondere bei schwergewichtigen Patienten die Hüllkurve des Patienten zu berücksichtigen.
Durch die Auswahl des Organprogramms ist die für die gestellte Bildgebungsaufgabe die Lage eines Punktes des Interesses (POI), in den das virtuelle Scanzentrum gelegt werden soll bezüglich des Patientenquerschnitts und im Bezug auf das Liegenbrett der Patientenliege festgelegt.
Vor Beginn der Untersuchung wird nun das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts in einer festgelegten Grundstellung der Bewegungsachsen derart mittels der Rollen am Fußboden vorzugsweise mit der C-Bogen-Fäche senkrecht zu der Patientenlängsachse an den Patienten herangefahren, dass der vorzugsweise durch einen Lichtzeiger markierte Zentralstrahl des C-Bogens in vertikaler und in horizontaler Ausrichtung durch das Zentrum dere ROI verläuft. Durch eine derartige Positionierung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts in Bezug auf den Patienten und die Patientenliege sind die Koordinatensysteme des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts und des Patienten gegeneinander referenziert. Es ist bekannt, die Referenzierung zwischen dem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät und der Patientenliege mit einer höheren Genauigkeit vor der Untersuchung durch Verwendung eines Lageerfassungssystems oder durch Messungen mit einem Kalibrierphantom vorzunehmen.
Bei einem bekannten nicht-ioszentrischen Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät wird die Halterung des C-Bogens in der C-Ebene mit zwei linearen Bewegungsachsen derart nachgeführt, dass beispielsweise ein virtuelles Isozentrum erzeugt wird. Die Größe des kollisionsfrei umfahrenen Querschnitts ist durch den Fokus-Detektor-Abstand und durch die maximalen Verstellwege der linearen Bewegungsachsen begrenzt. Insbesondere dann, wenn ein Scan mit einem rotatorischen und mit translatorischen Trajektorienabschnitten („Arc-Shift“) aufgenommen werden soll, wurde erkannt, dass bei großen Abständen zwischen dem gewählten virtuellen Scanzentrum und dem fest vorgegebenen mechanischen Drehzentrum, nämlich dem Kreismittelpunkt des C-Bogens, wie sie beispielsweise bei dicken Patienten zur Vermeidung von Kollisionen erforderlich sind, keine genügend langen Verstellwege in den linearen Bewegungsachsen für das vollständige Durchfahren der translatorischen Trajektorienabschnitte zur Verfügung stehen. In diesem Fall würde nach dem Ende des Scans ein nicht-vollständiger 3D-Datensatz der Zentralschicht vorliegen, was zu unerwünschten Qualitätseinbußen beim rekonstruierten 3D-Volumen führt.
Würde während eines Scans eine Kollision von Teilen des C-Bogens mit dem Patienten und/oder der Patientenliege drohen, so würde der Scan angehalten werden. Bestenfalls könnte der Scan nach einer manuellen Korrektur der Stellung des C-Bogens mit einer anderen, im Speicher der Bewegungssteuerung hinterlegten Trajektorie fortgesetzt werden. Im ungünstigsten Fall müßte der Scan mit einer neuen Trajektorie neu gestartet werden. In allen Fällen würde die Aufnahme des Scans zur Lösung einer vorgegebenen Bildgebungsaufgabe unnötig mehr Zeit beanspruchen und/oder zu einer schlechteren Rekonstruktionsqualität und/oder zu einer erhöhten Strahlenbelastung für den Patienten führen. Auch erkannte Kollisionsgefahren bei einem ohne Strahlung gefahrenen Scan zum Zweck der Überprüfung der Kollisionsgefahr führen zu einer insgesamt längeren Dauer zur Lösung der Bildgebungsaufgabe.
Es besteht ein Bedarf für ein Verfahren zur schnelleren Festlegung und Aufnahme von Scans mit einem C-Bogen, der einen limitierten Orbitalverstellbereich von weniger als 180 Grad aufweist, welche einen in der Zentralschicht vollständigen oder nahezu vollständigen 3D-Datensatz erzeugt, ohne dass während eines Scans eine Kollision von Teilen der Röntgenaufnahmeeinheit mit dem Patienten, Teilen der Patientenliege oder mit Instrumenten im Umfeld des Patienten zu erwarten wäre, die zu einem Abbruch des jeweiligen Scans führen würde.
Ein für eine scheibenförmige ROI in der Zentralschicht vollständiger Projektionsdatensatz, der mit einer Kegelstrahlgeometrie aufgenommen wurde, kann auch außerhalb der Zentralschicht approximativ beispielsweise durch einen Feldkamp-Algorithmus zur Rekonstruktion genutzt werden.
Wird ein scheibenförmiges Röntgenvolumen aus einem nicht-vollständigen Projektionsdatensatz rekonstruiert, so treten im rekonstruierten Röntgenvolumen Artefakte auf, die eine Diagnose der Verhältnisse in der ROI stark stören können. Es ist daher wünschenswert, die Artefakte in der ROI durch Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes zu minimieren.
Aus dem Dokument DE3604955A1 ist ein Röntgensystem bekannt, bei dem für einen zu untersuchenden Patienten auf einer Patientenliege eine Patientenhüllkurve festgelegt wird, wobei die Bewegungssteuerung des Röntgengeräts die beweglichen Komponenten derart verlagert, dass sie nicht ins Innere der Patientenhüllkurve eindringen.
Aus dem Dokument DE102013013552B3 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatzes mittels eines C-Bogens mit einem Orbitalrotationsbereich von weniger als 180 Grad bekannt, bei dem die in einer Ebene liegenden Trajektorien von Röntgenstrahler und Röntgendetektor aus einer kreisförmigen Rotationsbewegung und daran angeschlossenen Translation besteht. Im Falle einer drohenden Kollision von Strahler oder Röntgendetektor mit dem Patienten oder mit Teilen der Patientenliege ist vorgesehen, die Röntgenaufnahmeeinheit längs des Zentralstrahls linear zu verschieben, um eine Kollision beim weiteren Durchlaufen der Trajektorien zu vermeiden.
Aus dem Dokument DE102006033882A1 ist ein Röntgen-CT-Scanner und Scanverfahren bekannt, bei dem eine Trajektorie ohne Shift-Anteil vorgesehen ist und bei der der rotatorische Teil der Trajektorie eine Variation der Vergrößerung oder Auflösung aufweist.
Aus dem Dokument DE102007044368A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Bildfolge für eine 3D-Rekonstruktion bekannt, bei dem eine rotatorische Trajektorie ohne Shift-Anteil nach Eingabe eines Kollisionsvolumens und einer ROI mit Variation des Vergrößerungsmaßstabs berechnet wird.
Aus dem Dokument DE102009031165A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufnahme von Röntgenbildern für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion bekannt, bei der eine Trajektorie aus Bogen- und Liniensegmenten zusammengesetzt ist, wobei die ROI stets vollständig im Strahlenkegel enthalten ist.
Aus dem Dokument DE102011086754A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einem C-Bogensystem bekannt, bei dem die Trajektorien durch die Überlagerung von zwei Kreisbewegungen erzeugt werden.
Aus dem Dokument DE4016245C2 ist ein Verfahren zum Abtasten eines Objekts mit einem Fächerstrahl bekannt, bei dem eine Trajektorie aus einem Kreisbogen und einer Strecke vorgesehen ist.
Aus dem Dokument WO15073048A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kegelstrahl-Computertomografie (CB-CT) bekannt, wobei vorgesehen ist, durch eine Trajektorie mit Rotations- und Translationsanteilen den Scandurchmesser eines zu scannenden Volumens zu vergrößern.
Aus dem Dokument EP2068713B1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von vollständigen Trajektorien mit einem rotierenden Röntgenbildgebungssystem bekannt, bei dem die translatorischen Anteile der Trajektorie durch Verschiebung des Objekts erzeugt werden.
Aus dem Dokument DE102006041033A1 ist ein Verfahren zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildvolumens bekannt, wobei eine Trajektorie mit einem Shift-Anteil vorgesehen ist und wobei zur Durchführung des Verfahrens ein Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät auf einer Roboterbasis oder ein Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät mit einem verstellbaren Röntgenstrahler und einem verstellbaren Detektor vorgesehen ist.
Aus dem Dokument EP2130491B1 ist die Verwendung von Superellipsen und Hyperellipsen zur Beschreibung von Begrenzungen eines Gesichts und zur Extraktion von biometrischen Daten bei der Erkennung des Gesichts und der Positionierung des Kopfes eines Patienten bei einer Dentalröntgevorrichtung bekannt.
Aus dem Dokument DE102007044368B4 ist eine rotatorische Scantrajektorie um einen Scanmittelpunkt bekannt, bei der das Detektoreingangsfenster eine elliptische Hüllkurve eines Objekts tangential berührt.
Aus dem Dokument DE2254913A ist ein Verfahren bekannt, gekrümmte ebene Wege durch Superellipsen unter Verwendung parametrischer Daten zu beschreiben.
Aus dem Dokument DE102008007231A1 ist ein Verfahren zur Gefäßbaummodellierung unter Verwendung von Superellipsen bekannt.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Aufnahme eines vollständigen Satzes von Röntgenprojektionen zur analytischen Rekonstruktion eines in der Ebene des C-Bogens liegenden scheibenförmigen Röntgenvolumens mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät mit einem Orbitalwinkel-Verstellbereich von 180° oder weniger, bei dem die Halterung des C-Bogens in der C-Ebene mit linearen Verstelleinheiten mit begrenzten Verstellwegen in zwei voneinander unabhängigen Raumrichtungen verstellbar ist, besteht die Schwierigkeit bei dicken Patienten und bei seitlich der Körperlängsachse des Patienten liegenden POI, für eine vorgegebene Bildgebungsaufgabe ein Trajektorien-Paar aus einer Detektortrajektorie und einer Fokustrajektorie für die Röntgenaufnahmeeinheit zu ermitteln, die ohne die Gefahr einer Kollision von Teilen des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts mit dem Patienten, Teilen der Patientenliege oder mit am Patienten angeordneten Geräteteilen, wie beispielsweise Sensoren, Haltevorrichtungen, Instrumente oder dergleichen durchfahrbar ist.
Es besteht ein Bedarf für ein Verfahren zur Ermittlung eines Trajektorien-Paares für die kollisionsfreie Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine vorgegebene Bildgebungsaufgabe an einem Patienten ein Verfahren zur schnelleren Festlegung und Aufnahme einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen bei einem Scan mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät zu schaffen, der einen limitierten Orbitalverstellbereich von weniger als 180 Grad und limitierte horizontale und vertikale Verstellbereiche in der C-Ebene aufweist, welche für Scans bezüglich eines virtuellen Scanzentrums Trajektorien für einen Punkt in der Mitte des Eingangsfensters des Röntgendetektors und für den Fokus der Röntgenröhre aufweisen, die rotatorische und translatorische Abschnitte enthalten und die einen in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatz erzeugen, ohne dass während eines Scans eine Kollision zwischen Teilen des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts mit dem Patienten, mit Teilen der Patientenliege, insbesondere mit dem Liegenbrett oder mit Instrumenten im Umfeld des Patienten zu erwarten wäre, die bei einem Abbruch des aktuellen Scans eine nicht vorgesehene schlechtere Qualität der 3D-Rekonstruktion oder eine nicht geplante höhere Strahlungsbelastung des Patienten oder/und eine längere Untersuchungszeit durch eine etwaige Wiederholung eines Scans mit geänderten Trajektorien für Strahler und Detektor zur Folge hätten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät nach Anspruch 11 vorgesehen ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass das durch die Bewegung des C-Bogens gebildete kollisionsfreie Volumen vergrößert und in seiner Form an die Anforderungen der durch die Gegebenheiten der Lage des virtuellen Scanzentrums und der Abmessungen des Patienten und/oder der Patientenliege vorteilhaft anpaßbar ist, wenn für den rotatorischen Abschnitt der Fokus- oder Detektortrajektorie wenigstens abschnittsweise Superellipsen verwendet werden.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass eine Schar von Trajektorien mit rotatorischen Abschnitten in Form von abschnittsweise definierten Superellipsen berechnet und im Speicher des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts abgespeichert werden und dass nach Auswahl eines Organprogramms für die Bildgebungsaufgabe ein dafür als geeignet bewertetes Trajektorien-Paar aus Fokustrajektorie und Detektortrajektorie ausgewählt wird und nach Ausrichtung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts mit den motorisierten horizontalen und vertikalen Verstellachsen der C-Bogen-Halterung in vordefinierten Grundstellungen relativ zum POI und der Schnittebene in einem Patienten auf einem Liegenbrett einer Patientenliege ein Scan mit dem ausgewählten Trajektorien-Paar mit Aufnahme von Röntgenprojektionen an vorbestimmten Stellen ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufnahme eines Scans aus einer Reihe von 2D-Röntgenprojektionen mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät, die eine analytische 3D-Volumenrekonstruktion einer scheibenförmigen ROI der Zentralschicht erlauben, weist eine aus wenigstens drei Abschnitten bestehende, zusammenhängende, ebene Fokustrajektorie auf, auf der der Fokus der Röntgenstrahlenquelle unter Aufnahme von Röntgenprojektionsaufnahmen verfahren wird, wobei die Röntgenstrahlenquelle einen Kegelstrahl in Richtung auf einen bildgebenden Röntgendetektor, insbesondere einen Flat Panel Detektor FPD emittiert. Der Kegelstrahl ist in der Ebene der Fokustrajektorie, die die ROI mit dem virtuellen Scanzentrum in ihrem Mittelpunkt enthält, als Kegelstrahl mit einem Kegelwinkel ausgebildet, wobei der Zentralstrahl des Kegelstrahls auf der Winkelhalbierenden des Kegelwinkels liegt und auf dem Strahleneintrittsfenster senkrecht steht. Eine solche Kegelstrahlgeometrie wird bei einer 3D-Rekonstruktion aus 2D-Projektionsaufnahmen zugrunde gelegt. Mechanische Unzulänglichkeiten der C-Bogen-Mechanik führen dazu, dass der Zentralstrahl bei rotatorischen Abschnitten der Trajektorien nicht exakt durch das virtuelle Scanzentrum verläuft. Durch einmalige oder wiederholte Kalibrierungsmessungen werden die mechanischen Abweichungen von der idealen Geometrie ermittelt und korrigiert.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, den für eine scheibenförmige ROI in der Zentralschicht vollständiger Projektionsdatensatz, der mit einer Kegelstrahlgeometrie aufgenommen wurde, auch außerhalb der Zentralschicht approximativ durch beispielsweise einen Feldkamp-Algorithmus zur Rekonstruktion zu nutzen. Vor Beginn des Scans wird die C-Bogen-Ebene im Raum eingerichtet und der C-Bogen in der Orbitalbewegungsachse in eine erste Extremstellung positioniert, in der die Halterung an dem einen Ende des C-Bogens mit der Röntgenstrahlenquelle angreift und die verstellbare Halterung des C-Bogens derart positioniert, dass die ROI außerhalb des durch den C-Bogen und den Zentralstrahl gebildeten Kreissegments liegt und ein vom Fokuspunkt ausgehender, auf der dem C-Bogen abgewandten Seite des Zentralstrahls liegender erster Begrenzungsstrahl des Kegelstrahls die ROI tangiert. Die Ebene des C-Bogens bleibt während der Aufnahme des Scans raumfest.
Im ersten der drei Abschnitte der Fokustrajektorie bleibt der C-Bogen in der ersten Extremstellung der Orbitalbewegungsachse positioniert und die Halterung des C-Bogens wird in der Ebene des C-Bogens kollisionsfrei parallel verlagert, bis der Zentralstrahl durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und die ROI vollständig innerhalb des Kegelstrahls liegt.
In dem zweiten, an den ersten anschließenden Abschnitt der Fokustrajektorie wird der C-Bogen längs der Orbitalbewegungsachse von der ersten Extremstellung in die um den Orbitalwinkel 180° minus Kegelwinkel verdrehte zweite Extremstellung verfahren, in der die Halterung an dem anderen Ende des C-Bogens mit dem Röntgenstrahlendetektor angreift, wobei die Halterung im Falle eines nicht-isozentrischen C-Bogens oder im Fall eines isozentrischen C-Bogens mit einer nicht im Isozentrum liegenden ROI in der Ebene des C-Bogens derart parallel verlagert wird, dass der Zentralstrahl für jede Stellung der Orbitalbewegungsachse näherungsweise durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und die ROI vollständig innerhalb des Kegelstrahls liegt.
Mit der rotatorischen Fokustrajektorie ist eine rotatorische Trajektorie eines Punktes auf dem Eingangsfensters des Flat Panel-Röntgendetektors FPD verknüpft. Ebenso ist mit einer rotatorischen Detektortrajektorie eine rotatorische Fokustreajektorie verknüpft. Die für die rotatorische Trajektorie eines beliebigen Referenzpunktes auf dem C-Bogen vorgesehenen Kurven sind parametrierte Superellipsen, die in ihrer Breite und Höhe und in ihrer Drehlage bezüglich der durch das virtuelle Scanzentrum verlaufenden Horizontalen abschnittsweise oder kontiuierlich variieren können.
Im dritten Abschnitt, der an den zweiten Abschnitt der Fokustrajektorie anschließt, bleibt der C-Bogen in der zweiten Extremstellung der Orbitalbewegungsachse positioniert und die Halterung wird in der Ebene des C-Bogens kollisionsfrei parallel verlagert, bis ein auf der dem C-Bogen zugewandten Seite des Zentralstrahls liegender zweiter Begrenzungsstrahl des Kegelstrahls die ROI tangiert.
Der Fokus der Röntgenstrahlenquelle kann auf der Fokustrajektorie zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt ebenso wie ein Referenzpunkt auf dem Eingangsfenster des FPD auf einer Trajektortrajektorie zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt in beliebiger Richtung durchfahren werden. Dabei geht jeder Punkt einer Detektortrajektorie aus einem Punkt der zugehörigen Fokustrajektorie und umgekehrt hervor, dadurch dass der Fokus durch den C-Bogen mechanisch starr mit dem FPD verknüpft ist und dadurch, dass Bedingungen für die Lage des Zenztralstrahls bezüglich des virtuellen Scanzentrums während des Scans vorgegeben sind.
Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen erläutert.
In 1 ist ein Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 mit einem begrenzten Rotationsbereich in vier verschiedenen Phasen des Aufnahmeprozesses zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes für eine ROI 50 dargestellt. Das beispielhafte Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 der 1 weist einen Gerätewagen 20 auf, der mittels Rädern 21, 21' längs des Fußbodens 22 verfahrbar ist. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch vorgesehen, den C-Bogen 2 an einem ortsfesten Boden- oder Deckenstativ verstellbar zu lagern.
Bei dem C-Bogen der 1 handelt es sich um einen nicht-isozentrischen C-Bogen, bei dem der Kreismittelpunkt des C, nämlich das mechanische Zentrum der Rotation des C-Bogens in seiner Halterung nicht auf dem Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 liegt. Um einen Rotationsscan eines Untersuchungsobjekts mit einem Messfeld (Region of Interest, ROI) aufnehmen zu können muss die Halterung 23 des C-Bogens 2 während des Scans korreliert mit der Orbitalbewegung in der Orbitalbewegungsachse 25 in der Ebene des C-Bogens 2 derart verstellt werden, dass der Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 stets durch das virtuelle Scanzentrum 51 verläuft.
Das zu rekonstruierende Volumen hat vorzugsweise die Form eines Zylinders mit einer Höhe H, wobei die Zylinderachse senkrecht auf der Ebene des C-Bogens 2 steht. In der Ebene des C-Bogens 2 stellt der Schnitt durch das zylindrische zu rekonstruierende Volumen vorzugsweise eine kreisförmige ROI 50 und der Duchstoßpunkt der Zylinderachse durch die Ebene des C-Bogens 2 das im Kreismittelpunkt der ROI 50 liegende virtuelle Scanzentrum 51 dar. Die Ebene des C-Bogens 2 bleibt während der Aufnahme der Röntgenprojektionen raumfest. Insbesondere ist es für den Raumbedarf eines Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts 1 während der Aufnahme eines Scans vorteilhaft, wenn die Ebene des C-Bogens vertikal im Raum steht. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, den Scan mit einer anderen Stellung der raumfesten Ebene des C-Bogens 2 vorzunehmen. Dies ist insbesondere von Interesse, wenn eine nicht senkrecht im Raum stehende Schnittebene des Untersuchungsobjekts artefaktfrei rekonstruiert werden soll und das Untersuchungsobjekts nicht derart ausgerichtet werden kann, dass die gewünschte Schnittebene mit der darin enthaltenen ROI 50 senkrecht im Raum steht.
In 1b und 1c sind die Endstellungen eines Rotationsscans mit einem nicht-isozentrischen C-Bogen 2 dargestellt. Die Trajektorien des Fokus 5', 5" und der Spitze des Zentralstrahlvektors 12, 13, die den Mittelpunkt des Strahleneintrittsfensters des Röntgenstrahlendetektors 4 darstellt, liegen auf zwei raumfesten Trajektorien mit dem ortsfesten virtuellen Scanzentrum auf dem Zentralstrahl.
Das in 1 dargestellte mobile Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 weist einen Gerätewagen 20 auf, der einen mehrfach verstellbaren C-Bogen 2 trägt, welcher an einem Ende eine Röntgenstrahlenquelle 3 mit einem Fokus 5 und dieser gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens 2 angeordnet einen Röntgenstrahlendetektor 4 trägt. Zwischen dem Fokus 5 und dem Mittelpunkt des Röntgenstrahlendetektors 4 ist ein Zentralstrahlvektor 11 dargestellt, der in der durch den C-Bogen 2 aufgespannten Ebene liegt. Der C-Bogen 2 ist in einer Halterung 23 längs seines Umfangs verschiebbar gelagert. In 1b ist diese sogenannte Orbitalbewegungsachse 25 durch einen Doppelpfeil markiert. Die Halterung 23 ist bezüglich des Fußbodens 22 beziehungsweise bezüglich des Gerätewagens 20 in der durch den C-Bogen 2 aufgespannten Ebene verschiebbar. Im Beispiel der 1a ist die Halterung 23 mit einer Horizontalbewegungsachse 26 und mit einer Vertikalbewegungsachse 27 bewegbar. In einer vorgegebenen Winkelstellung des Zentralstrahlvektors 11 bezüglich des Fußbodens 22 ist der C-Bogen im Bewegungsbereich der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 in der Ebene des C-Bogens 2 unter Beibehaltung seiner Richtung parallel verschiebbar.
Das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 ist dazu bestimmt, für eine ROI mit einem virtuellen Scanzentrum 51 einen Projektionsdatensatz zur Verfügung zu stellen, der im Hinblick auf beispielsweise eine Feldkamp-3D-Rekonstruktion einer scheibenförmigen ROI vollständig ist. Bei dem in 1 beispielhaft dargestellten C-Bogen 2 handelt es sich um einen sogenannten nicht-isozentrischen C-Bogen, bei dem der Zentralstrahlvektor 10, 11, 12, 13 nicht durch den nicht dargestellten Mittelpunkt des C-Bogens verläuft. Bei einer Verschiebung des C-Bogens 2 in der Halterung 23 längs des Umfangs des C-Bogens 2 verlaufen die Zentralstrahlvektoren 10, 11, 12, 13 nicht durch einen raumfesten Punkt sondern tangieren jeweils einen Kreis um ein virtuelles Scanzentrum 51. Durch eine synchrone Nachführung des C-Bogens 2 in der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 während der Orbitalbewegung in der Orbitalbewegungsachse 25 wird ein isozentrischer C-Bogen simuliert.
Die Bewegung in der Horizontalbewegungsachse 26, der Vertikalbewegungsachse 27 und der Orbitalbewegungsachse 25 erfolgt motorisch, wobei die Bewegungen mit einer Bewegungssteuerung 41 in 3 gesteuert wird.
Der C-Bogen 2 in 1 weist einen begrenzten Rotationsbereich in der Orbitalbewegungsachse 25 von weniger als 180° auf. Mit einem derart begrenzten Rotationsbereich ist kein vollständiger Projektionsdatensatz für eine analytische Rekonstruktion des scheibenförmigen zylindrischen Röntgenvolumens vom Feldkamp-Typ aufnehmbar. Um einen vollständigen Projektionsdatensatz für die in der Ebene des C-Bogens 2 liegende scheibenförmige ROI 50 der Zentralschicht mit der Dicke eines Voxels zu erzeugen, müssen die fehlenden Projektionsdaten mit weiteren ebenen Trajektorien aufgenommen werden. Dazu wird der C-Bogen 2 in 1a zunächst in einer ersten extremen Rotationsstellung, in der die Halterung 23 an dem einen Ende des C-Bogens 2 mit der Röntgenstrahlenquelle 3 angreift, derart positioniert, dass der zwischen dem Fokus 5, 5', 5", 5"' und dem Röntgenstrahlendetektor 4 verlaufende Kegelstrahl die ROI 50 gerade noch nicht durchdringt und ein auf der dem C-Bogen 2 abgewandten Seite des Zentralstrahlvektors 11, 12, 13, 14 liegender erster Begrenzungsstrahl des Kegelstrahls 32 die ROI 50 tangiert.
Von dieser Ausgangsstellung ausgehend wird der C-Bogen 2 bei beibehaltener Richtung des Zentralstrahlvektors 11 in der ersten extremen Rotationsstellung des C-Bogens 2 durch Bewegungen in der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 auf das virtuelle Scanzentrum 51 hin bewegt, bis der Zentralstrahl 12 in der Stellung des C-Bogens 2 in 1b durch das virtuelle Scanzentrum 51 im Mittelpunkt der ROI 50 verläuft. Die gesamte ROI 50 ist in der Stellung des C-Bogens 2 der 1b vollständig im Kegelstrahl des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts 1 enthalten.
Zwischen der Stellung des C-Bogens 2 in 1b und der Stellung des C-Bogens 2 in 1c rotiert der Zentralstrahlvektor 12, 13 derart, dass er stets durch das virtuelle Scanzentrum 51 verläuft und dabei von der ersten extremen Rotationsstellung in 1b in die zweite extreme Rotationsstellung in 1c bewegt wird, in der die Halterung 23 an dem anderen Ende des C-Bogens 2 mit dem Röntgenstrahlendetektor 4 angreift. Die beiden extremen Rotationsstellungen der 1b und 1c charakterisieren die Endstellungen der Bewegung des C-Bogens 2 in der Halterung 23 längs der Orbitalbewegungsachse 25. Die beiden extremen Rotationsstellungen liegen auf der Orbitalbewegungsachse um einen Winkel von mindestens 180° minus Kegelwinkel auseinander.
Ausgehend von der Stellung des C-Bogens 2 in 1c wird der C-Bogen 2 durch Bewegungen in der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 bei unveränderter Richtung des Zentralstrahls 13 in der zweiten extremen Rotationsstellung des C-Bogens 2 derart von der ROI 50 weg bewegt, bis die ROI 50 gerade vollständig außerhalb des Kegelstrahls liegt und ein auf der dem C-Bogen 2 zugewandten Seite des Zentralstrahlvektors 11, 12, 13, 14 liegender zweiter Begrenzungsstrahl des Kegelstrahls 32 die ROI 50 tangiert.
Die Rotation des Zentralstrahlvektors 12, 13 zwischen den Stellungen des C-Bogens 2 in 1b und 1c kann bei einem isozentrischen C-Bogen einzig durch die Orbitalbewegung längs seines Umfangs in der Halterung 23 erfolgen, während bei einem nicht-isozentrischen C-Bogen wie in 1b und 1c eine Nachführung der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 während der Orbitalbewegung in der Orbitalbewegungsachse 25 erforderlich ist. Es kann bei einem isozentrischen C-Bogen vorteilhaft sein, das virtuelle Scanzentrum nicht im Isozentrum des C-Bogens zu platzieren sondern beispielsweise detektornah zwischen dem Isozentrum und dem FPD. In diesem Fall ist es auch bei einem isozentrischen C-Bogen nötig, die Halterung des C-Bogens in der Ebene des C-Bogens zu verlagern, um den Zentralstrahl auf dem virtuellen Scanzentrum zu halten.
Gemäß der Beschreibung der 1a bis 1c wird in der praktischen Anwendung des Verfahrens der C-Bogen zunächst kollisionsfrei in die Stellung zu Beginn des Scans, wie in 1a dargestellt, gebracht.
Diese Positionierbewegung erfolgt ohne Strahlung und die Projektionsaufnahmen des Scans werden erst nach dem Start der Scanbewegung aufgenommen. Beim Abschluß des Scans befindet sich der C-Bogen 2 in der in 1d dargestellten Stellung.
Es ist für das Verfahren zur Aufnahme des Projektionsdatensatzes unerheblich, in welcher Richtung die Trajektorien der Röntgenstrahlenquelle und des Detektors durchfahren werden. Daher ist es gleichgültig, wenn sich der C-Bogen 2 zu Beginn des Scans in der in 1d gezeigten Stellung befindet. Beim Abschluß eines gegenüber der Beschreibung der 1a bis 1d in umgekehrter Richtung durchfahrenen Scans befindet sich der C-Bogen 2 in der in 1a dargestellten Stellung.
In 2 sind zwei beispielhafte Fokustrajektorien des Fokus 5, 5', 5", 5"' und die dazugehörigen Zentralstrahlvektoren 11, 12, 13, 14 mit denen ein vollständiger Projektionsdatensatz für die ROI 50 in der Ebene des C-Bogens 2 erzielt werden kann, dargestellt.
In 2 ist ein Röntgenbildaufnahmesystem 9 mit einem Fokus 5, einem als Flat Panel Detektor (FPD) 7 ausgebildeten Röntgenstrahlendetektor und einem Zentralstrahlvektor 11 dargestellt, der sich vom Fokus 5 bis zum Mittelpunkt 6 des Strahleneintrittsfensters 6 erstreckt. Der Fokus 5, 5', 5", 5"' wird längs einer Fokustrajektorie bewegt, die aus drei Abschnitten 181, 182, 183 besteht, wobei bei dem ersten Abschnitt 181 der ersten Fokustrajektorie und beim dritten Abschnitt 183 der ersten Fokustrajektorie der Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 parallel in einem ortsfesten Koordinatensystem bewegt wird. Der zweite Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie ist durch eine Rotation des Zentralstrahlvektors 12, 13 um das virtuelle Scanzentrum 51 im Mittelpunkt der ROI 50 gekennzeichnet, wobei die Kurvenform der Erfindung keinen Kreis sondern eine parametrierte abschnittsweise definierte Superellipse darstellt. In 2 ist die in der Ebene des C-Bogens 2 liegende ROI 50 und von dem zwischen dem Fokus 5' und dem FPD 7' sich erstreckenden Kegelstrahl in lediglich der in dieser Ebene liegende ebene Kegelstrahl 32 mit den ersten und zweiten Begrenzungsstrahlen 34, 33 dargestellt. Der erste Begrenzungsstrahl 34 des Kegelstrahls 32 liegt dabei auf der dem C-Bogen (2) abgewandten Seite des Zentralstrahlvektors (11, 12, 13, 14) und der zweite Begrenzungsstrahl 33 des Kegelstrahls 32 liegt dabei auf der dem C-Bogen (2) zugewandten Seite des Zentralstrahlvektors (11, 12, 13, 14. Alle Kegelstrahlen, mit denen während des Durchlaufens der ersten Fokustrajektorie die Projektionsaufnahmen aufgenommen werden, liegen in der Ebene des C-Bogens 2 und der gesamte Bereich der scheibenförmigen ROI 50 in der Zentralschicht mit kreisförmiger Querschnittsfläche ist bei jeder der eindimensionalen Projektion vollständig im Strahlenkegel enthalten. Die ROI des Beispiels besteht aus einer Anordnung von Voxeln, die eine Scheibe mit der Höhe eines Voxels repräsentieren.
Betrachtet wird zunächst der Fokus 5' zu Beginn des zweiten Abschnitts 182 der ersten Fokustrajektorie. Der Kegelstrahl 32 mit einem Kegelwinkel 35 durchdringt die ROI 50 vollständig. Der Rotationswinkel in dem zweiten Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie beträgt zwischen den Stellungen des Fokus 5' und 5" 180° minus Kegelwinkel 35. Der Abstand des Fokus 5' zum virtuellen Scanzentrum 51 kann ohne Nachteil für die spätere 3D-Rekonstruktion im Verlauf des Orbitalrotationswinkels verändert werden, solange die ROI 50 vollständig im Kegelstrahl der Zentralschicht enthalten ist.
Würden an den zweiten Abschnitt 182 der Fokustrajektorie zwei Abschnitte 191 und 193 einer zweiten Fokustrajektorie angeschlossen werden, wobei der Zentralstrahlvektor durch das virtuelle Scanzentrum 51 verlaufen würde, so läge die Situation eines Kegelstrahlscans mit einem Rotationswinkelbereich von 180° plus Kegelwinkel 35 vor. Dies stellt die bekannte Bedingung zur Gewinnung eines vollständigen Projektionsdatensatzes für die Rekonstruktion der ROI 50 in der Ebene des C-Bogens 2 dar, wenn der Fokus von dem Endpunkt 8 des ersten Abschnitts 191 der zweiten Fokustrajektorie bis zur Stellung des Fokus 5"' um das virtuelle Scanzentrum 51 mit einem Rotationswinkelbereich von 180° plus Kegelwinkel rotiert. Betrachtet man einen Fokus am Endpunkt 8 mit einem Zentralstrahl durch das virtuelle Scanzentrum 51, so ist der Kegelstrahl durch den zweiten Begrenzungsstrahl 33 begrenzt, wobei der Kegelstrahl in der Stellung des Fokus 5"' bei einem Zentralstrahl durch das virtuelle Scanzentrum 51 durch den ersten Begrenzungsstrahl 34 begrenzt wird, der mit dem zweiten Begrenzungsstrahl 33 zusammen fällt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes für die Rekonstruktion der ROI 50 in der Ebene des C-Bogens 2 schließen an den zweiten Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie ein erster Abschnitt 181 und ein dritter Abschnitt 183 der ersten Fokustrajektorie an, bei denen der Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 parallel verschoben wird. Der erste Begrenzungsstrahl 34 in der Stellung des Fokus 5 am Anfang des ersten Abschnitts 181 der ersten Fokustrajektorie fällt mit dem zweiten Begrenzungsstrahl 33 in der Stellung des Fokus 5"' zusammen.
Die parallele Bewegung des Zentralstrahlvektors mit einer Bewegung des Fokus 5 bis zu einer Stellung des Fokus 5' im ersten Abschnitt 181 der ersten Fokustrajektorie und einer Bewegung des Fokus 5" bis zu einer Stellung des Fokus 5"' im dritten Abschnitt 183 der ersten Fokustrajektorie ergänzt den unvollständigen Projektionsdatensatz, der im zweiten Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie bei einer Rotation des Zentralstrahlvektors 12, 13 um einen Winkel von 180° minus Kegelwinkel 35 gewonnen wird, zu einem vollständigen Projektionsdatensatz. Jeder Punkt innerhalb der ROI 50 wird von Projektionsstrahlen unter Winkeln zwischen 0° und 180° bezüglich einer mit der ROI verbundenen Koordinatenachse durch das virtuelle Scanzentrum durchkreuzt.
Beim parallelen Bewegen des Zentralstrahlvektors 11, 12, 13, 14 wird die ROI 50 im ersten Abschnitt 181 der ersten Fokustrajektorie mit einem zunehmend größeren Teil des Kegelstrahls 32 bestrahlt, während beim parallelen Bewegen des Zentralstrahls 11, 12, 13, 14 im dritten Abschnitt 183 der ersten Fokustrajektorie die ROI 50 mit einem zunehmend kleineren Teil des Kegelstrahls 32 bestrahlt wird. Es ist vorgesehen, diejenigen Teile des Kegelstrahls 32, die nicht auf die ROI 50 treffen, durch eine bewegliche und automatisch gesteuerte Primärstrahlenblende zwischen der Röntgenstrahlenquelle und der ROI auszublenden. Die vorzugsweise elektromotorisch gesteuerte Primärstrahlenblende wird vorzugsweise synchron mit der Bewegung der Halterung 23 bewegt.
Die Pfade, auf denen der Fokus 5, 5', 5", 5"' im ersten und im dritten Abschnitt der Fokustrajektorie bewegt wird, können weitgehend beliebig gewählt werden, solange die ROI 50 bzw. eine nicht dargestellte Patientenliege nicht mit der Röntgenstrahlenquelle 3, dem Röntgenstrahlenempfänger 4 oder dem C-Bogen 2 in 1 kollidiert. Insbesondere ist es gleichgültig in welcher Richtung die Fokustrajektorie durchlaufen wird. Das Durchlaufen der Fokustrajektorie in der einen oder in der anderen Richtung liefert identische Projektionsdatensätze.
Aus 2 ist ersichtlich, dass im ersten Abschnitt 181 der ersten Fokustrajektorie bei der Bewegung des Fokus 5 in Richtung auf die Stellung des Fokus 5' der Abstand des Fokus 5, 5' zum virtuellen Scanzentrum 51 größer ist als der Abstand des Fokus 5', 5" im Bereich des zweiten Abschnitts 182 der ersten Fokustrajektorie mit der Rotationsbewegung und dass im dritten Abschnitt 183 der ersten Fokustrajektorie bei der Bewegung des Fokus 5" in Richtung auf die Stellung des Fokus 5"' der Abstand des Fokus 5", 5"' zum virtuellen Scanzentrum 51 kleiner ist als der Abstand des Fokus 5', 5" im Bereich des zweiten Abschnitts 182 der ersten Fokustrajektorie mit der Rotationsbewegung des Zentralstrahlvektors. An den zweiten Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie können sich beispielsweise die ersten und dritten Abschnitte 191, 193 der zweiten Fokustrajektorie anschließen, wobei der Fokus 5, 5', 5", 5'" auf einer Kreisbahn mit einem Rotationswinkel von 180° plus Kegelwinkel bewegt und der Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 in den ersten und dritten Abschnitten 191, 193 der zweiten Fokustrajektorie mit unveränderter Richtung parallel verschoben werden würde.
In 3 ist die Steuerungsarchitektur für ein Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 dargestellt, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes geeignet ist. Eine Bewegungssteuerung 41 steuert alle motorisierten Bewegungen des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts 1. Im Beispiel der 1a bis 1d sind als motorisierte Achsen die Horizontalbewegungsachse 26, die Vertikalbewegungsachse 27 und die Orbitalbewegungsachse 25 vorgesehen. Mittels der Horizontalbewegungsachse 26, der Vertikalbewegungsachse 27 und der Orbitalbewegungsachse 25 ist es möglich bei einer senkrecht im Raum stehenden Ebene des C-Bogens 2 in der Bewegungsphase des Rotationsscans einen isozentrischen C-Bogen zu simulieren und die Halterung 23 des C-Bogens 2 in dieser Ebene parallel zu verschieben. Es ist vorgesehen, mittels der Bewegungssteuerung 41 die Bewegung der vorzugsweise elektromotorisch gesteuerten Primärstrahlenblende synchron mit der Bewegung der Halterung 23 derart zu steuern, dass im ersten Abschnitt 181, 191 der Fokustrajektorie und im dritten Abschnitt 183, 193 der Fokustrajektorie derjenige Teil des Kegelstrahls 32, der außerhalb der ROI 50 liegt, ausgeblendet wird.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, das Verfahren zur Aufnahme eines Projektionsdatensatzes mit ebenen Fokus- und Detektortrajektorien mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät 1 zu realisieren, dessen C-Bogen-Ebene im Raum gegen die Vertikale verschwenkt ist. Dafür ist eine weitere motorisierte Bewegungsachse vorgesehen, die eine motorisch gesteuerte Bewegung quer zur Horizontalbewegungsachse 26 und zur Vertikalbewegungsachse 27 ermöglicht. Diese weitere Bewegungsachse kann eine Querbewegungsachse sein, bei der die Halterung 23 des C-Bogens 2 senkrecht zu der durch die Richtungen der Horizontalbewegungsachse 26 und der Vertikalbewegungsachse 27 definierten Ebene verlagerbar ist.
Es ist vorgesehen, in die Bewegungssteuerung eine Kollisionsschutzfunktion zu integrieren. Hierbei kann vorgesehen werden, dass bei drohender Kollisionsgefahr zwischen Teilen des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts 1 mit Teilen der Patientenliege von der geplanten Fokustrajektorie abweichende alternative Fokustrajektorien für den Röntgenfokus durch die Bewegungssteuerung 41 autonom durchfahren werden. Alle Vorgänge, die mit der Röntgenbilderzeugung und Röntgenbildaufnahme während des Scans zusammenhängen werden von einer Bildaufnahmesteuerung 42 gesteuert. Die Synchronisation der beiden Steuerungen 41, 42 erfolgt durch die zentrale Recheneinheit 40, die über Eingabemittel 43 und Ausgabemittel 44 verfügt. Es ist vorgesehen, in die zentrale Recheneinheit Mittel für die Bildverarbeitung und für die 3D-Rekonstruktion aus den aufgenommenen Projektionsdaten zu integrieren.
In 4 ist eine Fokustrajektorie und eine Detektortrajektorie des Mittelpunkts des Strahleneintrittsfensters des Röntgenstrahlendetektors für das aus dem deutschen Patent DE102013013552B3 der Anmelderin bekannten Verfahren zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes dargestellt.
Die aus den Abschnitten 181, 182, 183 bestehende erste Fokustrajektorie des Fokus 5 wird in Pfeilrichtung durchfahren. Die dazugehörige erste Detektortrajektorie weist die Abschnitte 203, 202, 201 auf, die nacheinander durchfahren werden. Wird der Fokus 5 längs einer Fokustrajektorie verfahren, die aus dem ersten Abschnitt 191 der zweiten Fokustrajektorie, dem zweiten Abschnitt 182 der ersten Fokustrajektorie und dem dritten Abschnitt 193 der zweiten Fokustrajektorie besteht, so bewegt sich der Mittelpunkt des Strahleneintrittsfensters 6 und mithin die Spitze des Zentralstrahlvektors 11, 12, 13, 14 zunächst auf dem ersten Abschnitt 213 der zweiten Detektortrajektorie, dann auf dem zweiten Abschnitt 202 der ersten Detektortrajektorie und schließlich auf dem auf dem dritten Abschnitt 211 der zweiten Detektortrajektorie
Das bekannte Verfahren zur Aufnahme eines Scans eines Messfeldes ROI (50) mit einem im Mittelpunkt der ROI (50) liegenden virtuellen Scanzentrum (51), weist einen Scan auf, der aus einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen besteht, die einen vollständigen Satz von Röntgenprojektionsdaten der ROI (50) in der Zentralschicht in der Ebene des C-Bogens (2) für eine 3D-Rekonstruktion zur Verfügung stellt. Dabei wird die Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen unter Verwendung eines Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) aufgenommen, welches einen C-Bogen (2) mit einer raumfesten Ebene aufweist, in welcher der C-Bogen (2) mit einer mehrfach motorisch verstellbaren Halterung (23) parallel verlagerbar ist und in der Halterung (23) längs seines Umfangs in einer Orbitalbewegungsachse (25) zwischen einer ersten und einer zweiten Extremstellung motorisch verschieblich gelagert ist und wobei der C-Bogen (2) ein Röntgenbildaufnahmesystem (9) mit einer an einem Ende des C-Bogens (2) angeordneten Röntgenstrahlenquelle (3) und einem gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens (2) angeordneten Röntgenstrahlendetektor (4) aufweist, wobei in der ersten Extremstellung die Halterung (23) an dem einen Ende des C-Bogens (2) mit der Röntgenstrahlenquelle (3) angreift und wobei in der zweiten Extremstellung die Halterung (23) an dem anderen Ende des C-Bogens (2) mit dem Röntgenstrahlendetektor (4) angreift und wobei das Röntgenbildaufnahmesystem (9) durch einen sich vom Fokus (5, 5', 5", 5"') der Röntgenstrahlenquelle (3) zum Mittelpunkt des Strahleneintrittsfensters (6) des Röntgenstrahlendetektors (4) sich erstreckenden und auf dem Strahleneintrittsfenster (6) des Röntgenstrahlendetektors (4) senkrecht stehenden Zentralstrahlvektor (11, 12, 13, 14) charakterisiert ist und einen Kegelstrahl erzeugt, der in der Ebene des C-Bogens (2) einen Kegelstrahl (32) mit einem Kegelwinkel (35) enthält, wobei der Fokus (5, 5', 5", 5"') der Röntgenstrahlenquelle (3) unter Aufnahme der Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen entlang einer ebenen zusammenhängenden Fokustrajektorie zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt in beliebiger Richtung bewegt wird.
Am Startpunkt der Fokustrajektorie wird der C-Bogen (2) in der Orbitalbewegungsachse (25) in der ersten Extremstellung positioniert und die verstellbare Halterung (23) des C-Bogens (2) derart positioniert, dass ein auf der dem C-Bogen (2) abgewandten Seite des Zentralstrahlvektors (11, 12, 13, 14) liegender erster Begrenzungsstrahl (34) des Kegelstrahls (32) die ROI (50) tangiert,
In einem ersten Abschnitt (181, 191) der Fokustrajektorie wird die Halterung (23) in der Ebene des C-Bogens (2) parallel verlagert, bis der Zentralstrahlvektor (11, 12, 13, 14,) durch das virtuelle Scanzentrum (51) verläuft und die ROI (50) vollständig innerhalb des Kegelstrahls (32) liegt,
In einem zweiten Abschnitt (182) der Fokustrajektorie wird der C-Bogen (2) in der Orbitalbewegungsachse (25) aus der ersten Extremstellung in eine zweite Extremstellung verfahren, in der die Halterung (23) an dem anderen Ende des C-Bogens (2) mit dem Röntgenstrahlendetektor (4) angreift, wobei der Winkelbereich der Orbitalbewegung zwischen der ersten und der zweiten Extremstellung wenigstens 180° minus Kegelwinkel (35) beträgt und die Halterung (23) in der Ebene des C-Bogens (2) derart parallel verlagert wird, dass der Zentralstrahlvektor (11, 12, 13, 14) durch das virtuelle Scanzentrum (51) verläuft und die ROI (50) vollständig innerhalb des Kegelstrahls (32) liegt und die Trajektorie eines Punktes in der Mitte des Eingangsfensters des FPD eine die Form eines Kreisbogens hat.
In einem dritten Abschnitt (183, 193) der Trajektorie , die sich an die Trajektorie des zweiten Abschnitts stetig anschließt, bleibt der C-Bogen (2) in der Orbitalbewegungsachse (25) in der zweiten Extremstellung positioniert und die Halterung (23) wird in der Ebene des C-Bogens (2) parallel verlagert, bis ein auf der dem C-Bogen (2) zugewandten Seite des Zentralstrahlvektors (11, 12, 13, 14) liegender zweiter Begrenzungsstrahl (33) des Kegelstrahls (32) die ROI (50) tangiert.
Neben der in 4 dargestellten rotatorischen Detektortrajektorie 202 in Form eines Kreisbogens sind auf dem Markt für mobile Röntgendiagnostikgeräte auch rotatorische Detektortrajektorien, bei denen der Zentralstrahl stets durch das virtuelle Scanzentrum verläuft, in Form von Ellipsen bekannt, wobei sowohl die kreisbogenförmigen als auch die elliptischen rotatorischen Detektortrajektorien im Speicher der Bewegungssteuerung 41 der zentralen Recheneinheit 40 als Kurvenscharen beispielsweise in einer Look-up-table (LUT) hinterlegt sind oder in der zentralen Recheneinheit in Echtzeit berechnet und an die Bewegungssteuerung übermittelt werden.
Es ist vorgesehen, aus der Kurvenschar von Trajektorien, die in einem Speicher der Bewegungssteuerung des Röntgengeräts abgelegt sind, bei Bedarf ein Paar von Trajektorien auszuwählen und abzurufen und bei einem Scan zu durchfahren.
Gerade bei dicken Patienten oder bei dezentral bezüglich der Patientenlängsachse gelegenen virtuellen Scanzentren führen Trajektorien mit kreisbogenförmigen oder elliptischen rotatorischen Trajektorien häufig zu Kollisionen von Detektor oder Röntgenquelle mit dem Patientenkörper oder mit Teilen der Patientenliege, so dass bei einem Scan ein vorgesehener Bereich von Orbitalwinkeln nicht vollständig durchfahren werden kann. Es ist bekannt, dass bei einer Vergrößerung des Kreisradius oder der Halbachsen einer Ellipse der Verstellbereich der Linearverstellachsen der Halterung des C-Bogens nicht mehr ausreicht, um die an den rotatorischen Teil der Trajektorie mit vergrößertem kollisionsfreien Volumen anschliessende translatorische Trajektorienabschnitte vollständig durchfahren zu können, um eine vollständige Winkelabdeckung in der Zentralschicht zu erreichen.
Die jeweiligen Trajektorien können dabei durch Tripel von Werten der Verstellachsen (horizontal, vertikal, orbital) oder durch Funktionen mit abgespeicherten Parametern abgelegt sein. In beiden Fällen werden bei einem Scan die linearen Verstellachsen und die Orbitalachse des C-Bogens längs der aus dem Speicher abgerufenen Wertetripel oder längs der aus einer gespeicherten Funktion berechneten Wertetripel verstellt.
Aus der Schar der gespeicherten Trajektorien wird vor der Durchführung eines Scans eine für eine vorgegebene Bildgebungsaufgabe voraussichtlich geeignete Trajektorie ausgewählt. Die Auswahl erfolgt manuell oder vorzugsweise automatisch. Bei einer automatischen Auswahl einer geeigneten Trajektorie wird vorzugsweise auf die in einem Organprogramm getroffene Auswahl der Bildgebungsaufgabe zurückgegriffen.
Das Organprogramm enthält Informationen über die Lage des virtuellen Scanzentrums innerhalb des Patientenkörpers. Vorteilhafterweise ist im Organprogramm auch eine Auswahlmöglichkeit der Patientendicke gegeben.
Informationen über die Dicke und/oder den Querschnitt des Patienten und/oder des Patientenliegebretts können beispielsweise auch durch vorangegangene Messungen der Patienten- und/oder der Patientenliegenoberfläche durch Abtastung mit Abstandssensoren oder durch optischen Mittel gewonnen werden.
Auch die manuelle Festlegung einer Patientenhüllkurve aus einer Schar von in der Bewegungssteuerung hinterlegten Schar von Patientenhüllkurven ist vorgesehen.
Zur Durchführung einer vorgegebenen Bildgebungsaufgabe wird mit der ausgewählten Detektortrajektorie und der zugehörigen Fokustrajektorie oder gleichwertig mit einer ausgewählten Fokustrajektorie und der dazu gehörigen Detektortrajektorie aus dem Speicher der Bewegungssteuerung des Röntgengeräts ein Scan ausgeführt. Vorzugsweise wird zunächst ein Scan ohne Röntgenstrahlung zum Zweck der Überprüfung der Kollisionsfreiheit der Trajektorien als Kollisionscheck simuliert. Wird bei einem simulierten Scan eine Kollisionsgefahr erkannt, wird eine andere Trajektorie aus dem Speicher gewählt, die eine Kollisionsfreiheit an der Stelle der detektierten Kollisionsgefahr sicherstellen sollte.
Im Fall einer detektierten Kollisionsgefahr bei einem simulierten Scan ist vorgesehen, den C-Bogen durch eine Bedienperson derart manuell zu verstellen, dass der Detektor oder das Strahlergehäuse vom Patienten oder der Patientenliege wegbewegt wird. Unter Berücksichtigung der nach der manuellen Verstellung in der Bewegungssteuerung vorliegenden manuellen Verstellwege, wird vorzugsweise automatisch eine alternative und voraussichtlich kollisionsfreie Trajektorie ausgewählt und für einen neuerlichen simulierten Scan verwendet.
Hat bei einem simulierten Scan mit einem ausgewählten Paar von Detektor- und Fokustrajektorien der C-Bogen die vorgesehene Bahnkurve vollständig kollisionsfrei durchlaufen, so wird mit demselben Trajektorien-Paar ein Scan mit Röntgenstrahlung durchfahren und die aufgenommenen Röntgenprojektionen für eine nachfolgende 3D-Rekonstruktion abgespeichert.
Die Trajektorien, mit denen ein größeres kollisionsfreies Volumen oder/und eine bessere Anpassung der Scantrajektorien an die Patientenabmessungen und an die Bildgebungsaufgabe erreichbar sind, werden dadurch erzeugt, dass sie im rotatorischen Teil abschnittsweise Funktionen, wie

• Mannigfaltigkeiten,
• Superellipsen,
• Bezier-Kurven,
• Polynome oder
• mathematische Funktionen, welche die Positionen eines Referenzpunktes (z.B. im Mittelpunkt des Eingangsfensters des Detektors) mit dem Orbitalrotationswinkel in Beziehung setzen.

Als vorteilhaft für die Lösung der Aufgabe wurden als geeignete Funktionen Superellipsen erkannt, bei denen die Drehlage der Superellipse veränderbar ist.
Eine Superellipse mit Halbachsen a und b entlang der Koordinatenachsen ist mathematisch definiert durch die folgende Formel 1: ${| \frac{x}{a} |}^{m} + {| \frac{x}{b} |}^{n} = 1,$
Dabei sind m und n Parameter, die die Form der Superellipse festlegen. Man kann m = n setzen, ohne nennenswert an Flexibilität zu verlieren. Legt man ohne Beschränkung der Allgemeinheit den Mittelpunkt der Superellipse in den Koordinatenursprung, dann ergibt sich für die Darstellung einer Superellipse in Polarkoordinaten die nachstehende Formel 2: $r (θ) = \frac{a b}{\sqrt[n]{{| a \sin (θ - θ_{0}) |}^{n} + {| b \cos (θ - θ_{0}) |}^{n}}}$
In Formel 2 stellt dabei r den Abstand vom virtuellen Isozentrum/virtuellen Scanzentrum zu einem Referenzpunkt (beispielsweise in der Mitte des Eingangsfensters des FPD) dar, a und b legen die beiden Halbachsen fest, θ repräsentiert die Polarkoordinate (z.B. gegeben durch den Winkel der Orbitalverstellung) und θ₀ stellt einen Winkel dar, der die Lage der Drehung der Superellipse um den Ursprung festlegt.
Im Fall n = 2 erhält man reguläre Ellipsen; wählt man weiterhin a = b, so ergibt sich als Spezialfall einer Superellipse ein Kreis. Der Parameter n wird als Formparameter bezeichnet. Superellipsen mit einem Formparameter n ≠ 2 werden nun verwendet, um den Referenzpunkt in Richtung des Patienten oder von ihm weg zu bewegen.
Der Formparameter n kann vom Winkel θ der Orbitalverstellung abhängen. Mit einem vom Winkel θ der Orbitalverstellung abhängigen Formparameter n(θ) läßt sich eine durch abschnittsweise definierte Superellipsen zusammengesetzte Trajektorie erzeugen. Es ist vorgesehen stetige und nicht-stetige Formparameter n(θ) für die rotatorischen Abschnitte der Trajektorien zu verwenden. Ein nicht-stetiger Formparameter n(θ) führt zu Trajektorien, die bei einem bestimmten Winkel θ der Orbitalverstellung einen Sprung mit einer Verringerung oder einer Vergrößerung des Abstandes des Referenzpunktes auf dem Detektor zum virtuellen Scanzentrum aufweist. Es sind auch nicht-stetige Trajektorien vorgesehen, bei denen vor und nach der Unstetigkeit die Trajektorie abschnittsweise durch unterschiedliche Superellipsen gebildet wird. Es sind weiterhin Trajektorien vorgesehen, die stetig sind und einen kontinuierlich variierten Formparameter n(θ) oder auch von Winkel θ abhängige Halbachsen a(θ) und b(θ) sowie Drehlagewinkel θ₀(θ) aufweisen.
Zur Festlegung der Trajektorien werden im Speicher der Bewegungssteuerung die Winkelintervalle für die Orbitalwinkel θ zusammen mit einem Satz von Superellipsen definierenden Parametern abgespeichert, oder mit einem Satz von Funktionen n(θ), a(θ), b(θ) sowie θ₀(θ). Wird der C-Bogen gemäß einer ausgewählten rotatorischen Trajektorie bewegt, so durchfährt beispielsweise der Referenzpunkt des Röntgendetektors in den festgelegten Intervallen der Orbitalwinkelverstellung die jeweils als Parametersatz hinterlegten Superellipsen, oder ändert kontinuierlich die Parameter n, a, b und θ₀ entsprechend der hinterlegten Funktionen. In diesem Fall werden dabei rotatorische Trajektorien in Form von Mannigfaltigkeiten erzeugt, die lediglich in einem lokalen, infinitesimalen rotatorischen Abschnitt einer Superellipse entsprechen.
Die Verwendung von in Abhängigkeit vom Winkel θ der Orbitalverstellung abschnittsweise definierten Superellipsen als Detektor- oder Fokustrajektorie erlaubt, dass für eine große Zahl von Kombinationen der durch das Organprogramm festgelegten Bildgebungsaufgabe, der Patientendicke und den Abmessungen der Patientenliege kollisionsfreie rotatorische Abschnitte von Trajektorien erzeugbar sind, mit denen bei Ergänzung der Trajektorien um translatorische Anteile ein in der Zentralschicht vollständiger Projektionsdatensatz erzeugbar ist.
In 5 ist eine Ansicht der Fokustrajektorie (381, 382, 383) und Detektortrajektorie (401, 402, 403) bei einem zentral gelegenen virtuellen Scanzentrum (51) mit einem aus Superellipsen gebildeten rotatorischen Abschnitt der Detektortrajektorie (402) in der Scanebene dargestellt. Die Patientenlängsachse und die Längsachse des Liegenbretts (501) der Patientenliege sind in der Darstellung so gewählt, dass sie senkrecht auf der Scanebene stehen. Das virtuelle Scanzentrum (51) liegt über der Mittelachse des Liegenbretts (501) der Patientenliege. Dies entspricht in einem Organprogramm beispielsweise der Bildgebungsaufgabe bei einer Wirbelsäulenoperation. Die Darstellung weist Maßstäbe der horizontalen Verstellachse der C-Bogen-Halterung in x-Richtung und der vertikalen Verstellachse der C-Bogen-Halterung in y-Richtung auf. Das virtuelle Scanzentrum (51) hat dabei die Koordinaten x=0, y=0.
In 6 ist eine Ansicht der Fokustrajektorie (381, 382, 383) und Detektortrajektorie (401, 402, 403) bei einem dezentral gelegenen virtuellen Scanzentrum (51) mit einem aus Superellipsen gebildeten rotatorischen Abschnitt der Detektortrajektorie (402) in der Scanebene dargestellt. Die Patientenlängsachse und die Längsachse des Liegenbretts der Patientenliege (501) sind wie in 5 in der Darstellung so gewählt, dass sie senkrecht auf der Scanebene stehen. Das virtuelle Scanzentrum (51) liegt seitlich versetzt über der Mittelachse des Liegenbretts (501) der Patientenliege. Dies entspricht in einem Organprogramm beispielsweise der Bildgebungsaufgabe bei einer Untersuchung des Schultergelenks. Zugehörig zur Fokustrajektorie ist die detektorseitige Begrenzungslinie (500) der kollisionsfreien Querschnittsfläche in der Scanebene eingezeichnet. Die Begrenzungslinie (500) wurde für einen FPD mit einer Fläche von 30x30cm ermittelt. Man erhält diese Begrenzungslinie, indem für jede Scanposition der zu einer Zentralstrahllage gehörige Querschnitt des FPD in der Scanebene ermittelt wird. Man erkennt, dass für die gezeigte Schulterposition ein kollisionsfreier Scan möglich ist, wohingegen bei der Untersuchung der gegenüber liegenden Schulter eine andere Detektortrajektorie gewählt werden muß, um eine Kollisionsfreiheit beim Scan zu erreichen.
Die Fokustrajektorie (381, 382, 383) und die Detektortrajektorie (401, 402, 403) sind in 5 und 6 identisch. Das virtuelle Scanzentrum (51) ist raumfest im Koordinatensystem des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts festgelegt. Die Auswahl des Punktes des Interesses (POI) innerhalb einer ROI im Patienten erfolgt entsprechend der gestellten Bildgebungsaufgabe durch Auswahl eines im Speicher des Röntgengeräts abgespeicherten Organprogramms durch eine Bedienperson. Zur Durchführung eines Scans um das virtuelle Scanzentrum (51) muß vor dem Start des Scans der festgelegte Punkt des Interesses POI mit dem virtuellen Scanzentrum zur Deckung gebracht werden. Dazu werden die horizontale und die vertikale Verstellachse der C-Bogen-Halterung in eine festgelegte Grundstellung gebracht und in dieser Grundstellung das Fahrgestell des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät am Boden derart verfahren, dass ein senkrecht stehender Zentralstrahl durch die ROI verläuft. Die Einstellung kann auch zu einem Teil durch Verstellung der horizontalen Verstellachse der C-Bogen-Halterung erfolgen. Die Ausrichtung des horizontal eingestellten Zentralstrahls auf den POI erfolgt durch Höhenverstellung der Patientenliege oder durch Verstellung der vertikalen Verstellachse der C-Bogen-Halterung.
Die Ausrichtung des POI auf das virtuelle Scanzentrum (51) mittels der horizontalen und vertikalen Verstellachsen wird von der Bewegungssteuerung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts nur dann zugelassen, wenn für das Durchfahren der Trajektorien ausreichend lange Verstellwege in x- und in y-Richtung zur Verfügung stehen. Andernfalls tritt der unerwünschte Fall auf, dass ein rotatorischer Abschnitt oder translatorische Abschnitte der Trajektorien nicht vollständig durchfahren werden, was zu einem unvollständigen 3D-Datensatz führt. Es ist vorgesehen, dass dem Bnenutzer des Röntgensystems von der Steuerung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerätes eine Scanalternative mit einer Winkelabdeckung von kleiner als 180° für den Fall angeboten wird, dass die Bedingungen für den POI und den Patienten- sowie dem Liegenquerschnitt die Aufnahme eines vollständigen 3D-Datensatzes nicht zulassen. Der Benutzer wird dabei aufgefordert, durch eine Eingabe in die zentrale Recheneinheit der Aufnahme eines nicht-vollständigen 3D-Datensatzes zuzustimmen.
Es ist vorgesehen, bei einem Scan die ausgewählte Detektortrajektorie und die zugehörige Fokustrajektorie durch motorisches Verfahren des C-Bogens in der horizontalen x-Achse, der vertikalen y-Achse und der Orbitalachse zu durchfahren und an vorbestimmten oder an dynamisch während des Scans ermittelten Stellen der Trajektorien automatisch Röntgenprojektionen aufzunehmen. Die Stellungen, an denen eine Röntgenprojektion auf einer ausgewählten Trajektorie aufgenommen werden soll, ist abhängig von der Größe des FPD in Richtung der Orbitalverstellachse und vom Abstand des Referenzpunktes vom virtuellen Scanzentrum. Die Stellungen oder eine Vorschrift zur Berechnung der Stellungen zur Aufnahme von Röntgenprojektionen sind zusammen mit den Trajektorien im Speicher der Bewegungssteuerung abgespeichert.
Es ist vorgesehen, bei einem Scan die ausgewählte Detektortrajektorie und die zugehörige Fokustrajektorie mittels der bekannten inversen Kinematik des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts während des Scans in der Bewegungssteuerung (41) auf die einzustellenden Werte der horizontalen x-Achse, der vertikalen y-Achse und der Orbitalachse umzurechnen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen für einen in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatz für eine Volumenrekonstruktion durch ein Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Gerät (1), mit einer in wenigstens zwei Raumrichtungen verlagerbaren Halterung (23)für ein Röntgenbildaufnahmesystem (9) mit einem C-Bogen (2), welcher in der Halterung (23) längs seines Umfangs verlagerbar ist, wobei der C-Bogen (2) eine Röntgenstrahlenquelle (3) mit einem Fokus (5) und einem Flat Panel Detektor (FPD 7) als Röntgenstrahlendetektor (4) mit einem Referenzpunkt in der Mitte des Strahleneintrittsfensters (6) des Röntgenstrahlendetektors (4) aufweist, mit den Schritten:

a) Empfangen einer Eingabe zur Festlegung eines Organprogramms für die Durchführung einer Bildgebungsaufgabe, durch welches Organprogramm ein POI in einer Schnittebene eines Patientenkörpers und eine Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts der Schnittebene in den Koordinaten eines mit dem Liegenbrett der Patientenliege verbundenen Koordinatensystems festgelegt werden. Es ist vorgesehen, bei der Auswahl des Organprogramms die Dicke des Patienten zu berücksichtigen und optional den Querschnitt der Hüllfläche des Patienten und des Liegenbretts (501) der Patientenliege mittels eines Grafischen User Interfaces GUI in dem Eingabemittel (43) in die zentrale Recheneinheit (40) des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) einzugeben. Die Hüllfläche kann mit optischen oder elektromagnetischen Meßaufnehmern oder durch zwei Röntgenprojektionen unterschiedlicher Projektionsgeometrie ermittelt und in das Röntgensystem eingegeben wertden. Es ist weiterhin vorgesehen, die Lage des POI durch Auswertung von zwei Röntgenprojektionen unterschiedlicher Projektionsgeometrie zu bestimmen.
b) Empfangen einer Eingabe zur Auswahl eines Paares einer Detektortrajektorie (401, 402, 403) und einer zugehörigen Fokustrajektorie (381, 382, 383) mit jeweils einem rotatorischen Abschnitt aus der Zurverfügungstellung einer Vielzahl von in einem Speicher der zentralen Recheneinheit (40) durch Parameter repräsentierten gespeicherten Trajektorien-Paaren, wobei der rotatorische Teil der Detektortrajektorie (402) und der rotatorische Teil der Fokustrajektorie (382) deterministisch aus der Trajektorie eines damit rigide verbundenen, auf dem Röntgenbildaufnahmesystem (9) befindlichen Referenzpunktes folgen, welche abschnittsweise aus Superellipsen mit der Formel in Polarkoordinaten $r (θ) = \frac{a b}{\sqrt[n]{{| a \sin (θ - θ_{0}) |}^{n} + {| b \cos (θ - θ_{0}) |}^{n}}}$
gebildet ist, wobei r(θ) den vom Winkel θ der Orbitalverstellung des C-Bogens abhängigen Abstand des virtuellen Scanzentrums (51) zum Referenzpunkt angibt, a und b die beiden Halbachsen der Superellipse festlegen, θ₀ einen Winkel angibt, der die Drehlage der Superellipse um den Ursprung festlegt und n einen Formparameter angibt, wobei die Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts kollisionsfrei innerhalb des Querschnitts des durch das FPD-Gehäuse und durch das Röntgenstrahlergehäuse während eines virtuellen Scans definierten Volumens angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass die Superellipsen vom Winkel θ der Orbitalverstellung abhängige Halbachsen a(θ) und b(θ), einen Formparameter n(θ) und einen Drehlagewinkel θ₀(θ) aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Halbachsen a(θ) und b(θ), der Formparameter n(θ) und der Drehlagewinkel θ₀(θ), oder deren mathematische Ableitungen nicht stetig in Bezug auf den Winkel θ der Orbitalverstellung sind. Optional kann es vor diesem Schritt vorgesehen sein, eine Eingabe zu empfangen, durch die zwischen zwei Möglichkeiten gewählt wird, wobei bei Auswahl der ersten Möglichkeit die Detektortrajektorie (402) so festgelegt wird, dass der FPD (7) kollisionsfrei bezüglich der Hüllkurve möglichst nahe am virtuellen Scanzentrum (51) und bei Auswahl der zweiten Möglichkeit die Detektortrajektorie (402) so festgelegt wird, dass der FPD (7) kollisionsfrei bezüglich der Hüllkurve möglichst weit vom virtuellen Scanzentrum (51) entfernt geführt wird.
c) Ausgabe der Detektortrajektorie und der Fokustrajektorie des ausgewählten Trajektorien-Paares an die Bewegungssteuerung (41) in den Koordinaten der horizontalen x- und vertikalen y- Verstellachse und Ausgabe der x- und y-Koordinaten einer Grundstellung der C-Bogen-Halterung (23), bei der der Zentralstrahl des C-Bogens für alle Orbitalwinkelstellungen durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und Einstellung der Grundstellung der Halterung (23) des C-Bogens (2) durch motorische Verlagerung in der horizontalen und in der vertikalen Verstellachse.
d) Ausgabe der Lage des POI und der Patientenschnittebene bezüglich eines mit dem Fußboden (22) verbundenen Koordinatensystems,
e) Ausrichtung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) in der Grundstellung durch Verlagern des Fahrgestells des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) entlang des Fußbodens (22) relativ zum Liegenbrett (501) derart, dass sowohl die Ebene des C-Bogens als auch das virtuelle Scanzentrum (51) mit der Patientenschnittebene und dem POI im Patienten mit dem virtuellen Scanzentrum (51) zusammenfallen.
f) Durchlaufen des in Schritt b) ausgewählten Trajektorien-Paares durch motorisches Verfahren des C-Bogens (2) in der horizontalen x-Achse, der vertikalen y-Achse und der Orbitalachse und automatisches Aufnehmen von Röntgenprojektionen an vorbestimmten, zusammen mit den Trajektorien abgespeicherten, oder an dynamisch während des Scans bestimmten Stellungen.

Es ist vorgesehen, dass die Auswahl des Trajektorien-Paares mittels eines Algorithmus erfolgt, bei dem der POI im Inneren des Patienten mit den virtuellen Scanzentren (51) der gespeicherten Trajektorien-Paare zur Deckung gebracht werden und die Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts mit den Querschnitten des durch das FPD-Gehäuse und durch das Röntgenstrahlergehäuse während eines virtuellen Scans definierten Volumens der gespeicherten Trajektorien-Paare verglichen werden, bis eine Kollisionsfreiheit zwischen der Hüllkurve und dem C-Bogen (2) festgestellt wurde.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass jedem gewählten Organprogramm ein Trajektorien-Paar im Speicher der Bewegungssteuerung (41) zugeordnet ist.
Zur Durchführung der Verfahrensschritte ist ein Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät (1) vorgesehen, mit einem in wenigstens zwei Raumrichtungen durch lineare Verstellelemente verlagerbaren Halterung (23) für einen C-Bogen (2) mit einer Röntgenaufnahmeeinheit, der in der Halterung (23) längs seines Umfangs motorisch orbital verstellbar ist, wobei die Röntgenaufnahhmeeinheit eine Röntgenstrahlenquelle (3) und einen Röntgenstrahlendetektor(4) trägt, mit einem Fahrgestell, mit dem das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät (1) längs des Fußbodens (22) verfahrbar ist und mit einer zentralen Recheneinheit (40), die dazu ausgelegt ist:

a) eine erste Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser ersten Eingabe ein Organprogramm mit einem POI und einer Schnittebene durch den Patienten, eine Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts (501) im den bezüglich des Patienten definierten Koordinaten festzulegen,
b) eine zweite Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser zweiten Eingabe für die festgelegte Hüllkurve und den POI ein Paar aus einer Detektortrajektorie (402) und einer zugehörigen Fokustrajektorie (382) aus der Zurverfügungstellung einer Vielzahl von im Speicher der Bewegungssteuerung (41) gespeicherten Trajektorien-Paaren auszuwählen und festzulegen,
c) eine dritte Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser dritten Eingabe die Lage des POI und der Patientenschnittebene bezüglich eines mit dem Fußboden (22) verbundenen Koordinatensystems festzulegen und auszugeben,
d) die linearen Verstellelemente und das Orbital-Verstellelement für den C-Bogen (2) so anzusteuern, dass das festgelegte Trajektorien-Paar durch motorisches Verfahren des C-Bogens (2) durchlaufen wird, um an den festgelegten Stellungen nacheinander jeweils eine Röntgenprojektion aufzunehmen.

Es ist vorgesehen, dass das Röntgensystem neben dem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät eine Patientenliege mit einem motorisch verstellbaren Liegenbrett (501) aufweist, wobei die zentrale Recheneinheit (40) des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) die Verstellung des Liegenbretts der Patientenliege korreliert zu der Bewegung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) steuert und/oder bei der Auswahl der verwendeten Trajektorie die Lage und Orientierung der Patientenliege berücksichtigt.
Es ist vorgesehen, daß das Röntgensystem eine vierte Eingabe ermöglicht, durch die festgelegt wird, ob die Röntgenprojektionen zur Erzielung einer hohen Rekonstruktionsauflösung oder eines möglichst großen Rekonstruktionsvolumens aufgenommen werden sollen, wobei die zentrale Recheneinheit (40) das Trajektorien-Paar derart festlegt, dass für eine hohe Auflösung die Detektortrajektorie (402) möglichst weit vom virtuellen Scanzentrum (51) entfernt liegt, und für ein großes Rekonstruktionsvolumen die Detektortrajektorie (402) möglichst nahe am virtuellen Scanzentrum (51) liegt.
Figurenliste

1: Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät mit begrenztem Rotationsbereich
2: Fokustrajektorie und Projektionsgeometrien zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes
3: Steuerungsarchitektur des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts
4: Zweite Fokustrajektorie und zweite Detektortrajektorie nach einem bekannten Verfahren zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes mit kreisbogenförmigen rotatorischen Trajektorien.
5: Fokustrajektorie und Detektortrajektorie bei einem zentral gelegenen virtuellen Scanzentrum mit einem aus Superellipsen gebildeten rotatorischen Abschnitt der Detektortrajektorie.
6: Fokustrajektorie und Detektortrajektorie bei einem dezentral gelegenen virtuellen Scanzentrum mit einem aus Superellipsen gebildeten rotatorischen Abschnitt der Detektortrajektorie.

Bezugszeichenliste

1: Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät
2: C-Bogen
3: Röntgenstrahlenquelle
4: Röntgenstrahlendetektor
5, 5', 5", 5"': Fokus
6, 6': Strahleneintrittsfenster
7, 7': Flat Panel Detektor (FPD)
8: Endpunkt
9: Röntgenbildaufnahmesystem
11: Zentralstrahlvektor am Anfang der Fokustrajektorie
12: Zentralstrahlvektor am Anfang des Rotationsbereichs
13: Zentralstrahlvektor am Ende des Rotationsbereichs
14: Zentralstrahlvektor am Ende der Fokustrajektorie
18: Fokustrajektorie
20: Gerätewagen
21, 21': Rad
22: Fußboden
23: Halterung
25: Orbitalbewegungsachse
26: Horizontalbewegungsachse
27: Vertikalbewegungsachse
32: Kegelstrahl
33: zweiter Begrenzungsstrahl
34: erster Begrenzungsstrahl
35: Kegelwinkel
40: Zentrale Recheneinheit
41: Bewegungssteuerung
42: Bildaufnahmesteuerung
43: Eingabemittel
44: Ausgabemittel
50: ROI (Interessierender Bereich, Messfeld)
51: virtuelles Scanzentrum
181: Erster Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
182: zweiter Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
183: dritter Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
191: erster Abschnitt der zweiten Fokustrajektorie
193: dritter Abschnitt der zweiten Fokustrajektorie
201: dritter Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
202: zweiter Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
203: erster Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
211: dritter Abschnitt der zweiten Detektortrajektorie
213: erster Abschnitt der zweiten Detektortrajektorie
381: erster Abschnitt der erfindungsgemäßen Fokustrajektorie
382: zweiter Abschnitt der erfindungsgemäßen Fokustrajektorie
383: dritter Abschnitt der erfindungsgemäßen Fokustrajektorie
401: erster Abschnitt der erfindungsgemäßen Detektortrajektorie
402: zweiter Abschnitt der erfindungsgemäßen Detektortrajektorie
403: dritter Abschnitt der erfindungsgemäßen Detektortrajektorie Detektortrajektorie
500: detektorseitige Begrenzungslinie
501: Liegenbrett

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10153787 B4 [0009]
DE 3604955 A1 [0020]
DE 102013013552 B3 [0021, 0075]
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DE 102009031165 A1 [0024]
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EP 2068713 B1 [0028]
DE 102006041033 A1 [0029]
EP 2130491 B1 [0030]
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DE 2254913 A [0032]
DE 102008007231 A1 [0033]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen für einen in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatz für eine Volumenrekonstruktion durch ein Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Gerät (1), mit einer in wenigstens zwei Raumrichtungen verlagerbaren Halterung (23)für ein Röntgenbildaufnahmesystem (9) mit einem C-Bogen (2), welcher in der Halterung (23) längs seines Umfangs verlagerbar ist, wobei der C-Bogen (2) eine Röntgenstrahlenquelle (3) mit einem Fokus (5) und einem Flat Panel Detektor (FPD 7) als Röntgenstrahlendetektor (4) mit einem Referenzpunkt in der Mitte des Strahleneintrittsfensters (6) des Röntgenstrahlendetektors (4) aufweist, mit den Schritten: a) Empfangen einer Eingabe zur Festlegung eines Organprogramms für die Durchführung einer Bildgebungsaufgabe, durch welches Organprogramm ein POI in einer Schnittebene eines Patientenkörpers und eine Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts der Schnittebene in den Koordinaten eines mit dem Liegenbrett der Patientenliege verbundenen Koordinatensystems festgelegt werden, b) Empfangen einer Eingabe zur Auswahl eines Paares einer Detektortrajektorie (401, 402, 403) und einer zugehörigen Fokustrajektorie (381, 382, 383) mit jeweils einem rotatorischen Abschnitt aus der Zurverfügungstellung einer Vielzahl von in einem Speicher der zentralen Recheneinheit (40) durch Parameter repräsentierten gespeicherten Trajektorien-Paaren, wobei der rotatorische Teil der Detektortrajektorie (402) und der rotatorische Teil der Fokustrajektorie (382) deterministisch aus der Trajektorie eines damit rigide verbundenen, auf dem Röntgenbildaufnahmesystem (9) befindlichen Referenzpunktes folgen, welche abschnittsweise aus Superellipsen mit der Formel in Polarkoordinaten $r (θ) = \frac{a b}{\sqrt[n]{{| a \sin (θ - θ_{0}) |}^{n} + {| b \cos (θ - θ_{0}) |}^{n}}}$
gebildet ist, wobei r(θ) den vom Winkel θ der Orbitalverstellung des C-Bogens abhängigen Abstand des virtuellen Scanzentrums (51) zum Referenzpunkt angibt, a und b die beiden Halbachsen der Superellipse festlegen, θ₀ einen Winkel angibt, der die Drehlage der Superellipse um den Ursprung festlegt und n einen Formparameter angibt, wobei die Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts kollisionsfrei innerhalb des Querschnitts des durch das FPD-Gehäuse und durch das Röntgenstrahlergehäuse während eines virtuellen Scans definierten Volumens angeordnet ist, c) Ausgabe der Detektortrajektorie und der Fokustrajektorie des ausgewählten Trajektorien-Paares an die Bewegungssteuerung (41) in den Koordinaten der horizontalen x- und vertikalen y- Verstellachse und Ausgabe der x- und y-Koordinaten einer Grundstellung der C-Bogen-Halterung (23), bei der der Zentralstrahl des C-Bogens für alle Orbitalwinkelstellungen durch das virtuelle Scanzentrum verläuft und Einstellung der Grundstellung der Halterung (23) des C-Bogens (2) durch motorische Verlagerung in der horizontalen und in der vertikalen Verstellachse. d) Ausgabe der Lage des POI und der Patientenschnittebene bezüglich eines mit dem Fußboden (22) verbundenen Koordinatensystems, e) Ausrichtung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) in der Grundstellung durch Verlagern des Fahrgestells des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) entlang des Fußbodens (22) relativ zum Liegenbrett (501) derart, dass sowohl die Ebene des C-Bogens als auch das virtuelle Scanzentrum (51) mit der Patientenschnittebene und dem POI im Patienten mit dem virtuellen Scanzentrum (51) zusammenfallen. f) Durchlaufen des in Schritt b) ausgewählten Trajektorien-Paares durch motorisches Verfahren des C-Bogens (2) in der horizontalen x-Achse, der vertikalen y-Achse und der Orbitalachse und automatisches Aufnehmen von Röntgenprojektionen an vorbestimmten, zusammen mit den Trajektorien abgespeicherten, oder an dynamisch während des Scans bestimmten Stellungen.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Trajektorien-Paares mittels eines Algorithmus erfolgt, bei dem der POI im Inneren des Patienten mit den virtuellen Scanzentren (51) der gespeicherten Trajektorien-Paare zur Deckung gebracht werden und die Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts mit den Querschnitten des durch das FPD-Gehäuse und durch das Röntgenstrahlergehäuse während eines virtuellen Scans definierten Volumens der gespeicherten Trajektorien-Paare verglichen werden, bis eine Kollisionsfreiheit zwischen der Hüllkurve und dem C-Bogen (2) festgestellt wurde.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem gewählten Organprogramm ein Trajektorien-Paar im Speicher der Bewegungssteuerung (41) zugeordnet ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt b) eine Eingabe empfangen wird, durch die zwischen zwei Möglichkeiten gewählt wird, wobei bei Auswahl der ersten Möglichkeit die Detektortrajektorie (402) so festgelegt wird, dass der FPD (7) kollisionsfrei bezüglich der Hüllkurve möglichst nahe am virtuellen Scanzentrum (51) und bei Auswahl der zweiten Möglichkeit die Detektortrajektorie (402) so festgelegt wird, dass der FPD (7) kollisionsfrei bezüglich der Hüllkurve möglichst weit vom virtuellen Scanzentrum (51) entfernt geführt wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Superellipsen vom Winkel θ der Orbitalverstellung abhängige Halbachsen a(θ) und b(θ), einen Formparameter n(θ) und einen Drehlagewinkel θ₀(θ) aufweisen.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbachsen a(θ) und b(θ), der Formparameter n(θ) und der Drehlagewinkel θ₀(θ), oder deren mathematische Ableitungen nicht stetig in Bezug auf den Winkel θ der Orbitalverstellung sind.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) bei der Auswahl des Organprogramms die Dicke des Patienten berücksichtigt wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hüllfläche des Patienten und des Liegenbretts (501) der Patientenliege mittels eines Grafischen User Interfaces GUI in dem Eingabemittel (43) in die zentrale Recheneinheit (40) des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) eingegeben wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllfläche mit optischen oder elektromagnetischen Meßaufnehmern vor Schritt b) ermittelt und in das Röntgensystem eingegeben wird.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge von 2D-Röntgenprojektionen nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der POI aus zwei Röntgenprojektionen unterschiedlicher Projektionsgeometrie ermittelt wird.
Röntgensystem, das geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 zu verwirklichen, mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät (1) mit einem in wenigstens zwei Raumrichtungen durch lineare Verstellelemente verlagerbaren Halterung (23) für einen C-Bogen (2) mit einer Röntgenaufnahmeeinheit, der in der Halterung (23) längs seines Umfangs motorisch orbital verstellbar ist, wobei die Röntgenaufnahhmeeinheit eine Röntgenstrahlenquelle (3) und einen Röntgenstrahlendetektor(4) trägt, mit einem Fahrgestell, mit dem das Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät (1) längs des Fußbodens (22) verfahrbar ist und mit einer zentralen Recheneinheit (40), die dazu ausgelegt ist: a) eine erste Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser ersten Eingabe ein Organprogramm mit einem POI und einer Schnittebene durch den Patienten, eine Hüllkurve des Patientenquerschnitts und des Liegenbretts (501) im den bezüglich des Patienten definierten Koordinaten festzulegen, b) eine zweite Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser zweiten Eingabe für die festgelegte Hüllkurve und den POI ein Paar aus einer Detektortrajektorie (402) und einer zugehörigen Fokustrajektorie (382) aus der Zurverfügungstellung einer Vielzahl von im Speicher der Bewegungssteuerung (41) gespeicherten Trajektorien-Paaren auszuwählen und festzulegen, c) eine dritte Eingabe zu empfangen und aufgrund dieser dritten Eingabe die Lage des POI und der Patientenschnittebene bezüglich eines mit dem Fußboden (22) verbundenen Koordinatensystems festzulegen und auszugeben, d) die linearen Verstellelemente und das Orbital-Verstellelement für den C-Bogen (2) so anzusteuern, dass das festgelegte Trajektorien-Paar durch motorisches Verfahren des C-Bogens (2) durchlaufen wird, um an den festgelegten Stellungen nacheinander jeweils eine Röntgenprojektion aufzunehmen.
Röntgensystem nach Anspruch 11, das zusätzlich zu dem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät eine Patientenliege mit einem motorisch verstellbaren Liegenbrett (501) aufweist, wobei die zentrale Recheneinheit (40) des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) die Verstellung des Liegenbretts der Patientenliege korreliert zu der Bewegung des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengeräts (1) steuert und/oder bei der Auswahl der verwendeten Trajektorie die Lage und Orientierung der Patientenliege berücksichtigt.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 11-12, das eine vierte Eingabe ermöglicht, durch die festgelegt wird, ob die Röntgenprojektionen zur Erzielung einer hohen Rekonstruktionsauflösung oder eines möglichst großen Rekonstruktionsvolumens aufgenommen werden sollen, wobei die zentrale Recheneinheit (40) das Trajektorien-Paar derart festlegt, dass für eine hohe Auflösung die Detektortrajektorie (402) möglichst weit vom virtuellen Scanzentrum (51) entfernt liegt, und für ein großes Rekonstruktionsvolumen die Detektortrajektorie (402) möglichst nahe am virtuellen Scanzentrum (51) liegt.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher der zentralen Recheneinheit (40) des Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgensystems (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um die Schritte a) - d), f) eines Verfahrens nach Anspruch 1 und alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7-8 auszuführen.