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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität, eine Steuerungseinheit und eine medizintechnisch bildgebende Modalität.
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Medizinische Untersuchungen umfassen diagnostische Tätigkeiten und Verfahren, die von einem Arzt im Rahmen der Patientenversorgung durchgeführt und veranlasst werden. Dabei kann vom Arzt unter Zuhilfenahme körperlicher als auch apparativer Untersuchungen eine Diagnose gestellt werden. Apparative Untersuchungen umfassen unter anderem gerätegestützte Verfahren. Dahingehend umfasst der Oberbegriff „medizintechnisch bildgebende Modalität“ die verschiedenen Medizingeräte, welche für gerätegestützte bildgebende Verfahren in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden, wie z.B. Röntgengeräte, Röntgenscanner, CT-Geräte, MRT-Geräte, Ultraschallgeräte und dergleichen. Medizinische Untersuchungen mittels einer derartigen medizintechnisch bildgebenden Modalität finden sowohl bei Tieren als auch bei Menschen Anwendung.
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Bei einer Untersuchung mit einer medizintechnisch bildgebenden Modalität wird beispielsweise der Oberkörper eines Menschen entsprechend für das Medizingerät positioniert und in diesem Zustand eine Aufnahme akquiriert. Dazu wird beispielweise mittels einer Röntgenstrahlungsquelle Röntgenstrahlung erzeugt und ausgesandt. Diese wird beim Röntgen des Untersuchungsobjektes je nach Art und Struktur des durchdrungenen Gewebes in ihrer Intensität geschwächt und anschließend als Röntgenaufnahme von einem Detektor erfasst.
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Derartige Strahlungen, denen ein Körper für eine Untersuchung dieser Art ausgesetzt werden muss, sollten nach Möglichkeit nur in kleinstmöglichem Maße sowie möglichst selten verwendet werden. Bevorzugt soll Röntgenstrahlung daher nur in einem ausgewählten, interessierenden Bereich eines Untersuchungsobjektes eingesetzt werden, um eine Strahlenbelastung für das Untersuchungsobjekt insgesamt gering zu halten.
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Folglich ergibt sich hieraus die Notwendigkeit den Aufnahmebereich der medizintechnisch bildgebenden Modalität so einstellen zu können, dass gerade ein interessierender Bereich des Untersuchungsobjektes bestrahlt wird.
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In der Röntgenoptik wird ein Kollimator dazu verwendet, Streustrahlung zu reduzieren. Der Kollimator ist an der Strahlungseinheit angeordnet und umfasst unter anderem häufig eine Kollimator-Lichtfeldbeleuchtung, ein daraus resultierendes Kollimator-Lichtfeld und einen Kollimator-Spiegel. Üblicherweise kann lediglich ein Teil eines zu erfassenden Aufnahmebereiches auf einem Untersuchungsobjekt in der Größe eines sogenannten Strahlenfelds mittels eines solchen Lichtfelds bzw. Kollimator-Lichtfelds jeweils für die folgende Untersuchung optisch markiert werden. Dazu richtet ein Benutzer z.B. für eine darauffolgende Röntgenaufnahme ein mittels des Lichtfelds markiertes Strahlenfeld auf den interessierenden Bereich eines Untersuchungsobjektes aus. Das Strahlenfeld bezeichnet dabei den Bereich, welcher von nur einer Röntgenaufnahme einer Röntgenstrahlungsquelle abgedeckt ist. Dieser Bereich wird von der Röntgenstrahlungsquelle - auch Strahlungsquelle genannt - folglich jeweils bei einer einzelnen Röntgenaufnahme bestrahlt. Grundsätzlich ist diese Umsetzung sinnvoll, da somit weitestgehend nur der interessierende Bereich eines Untersuchungsobjektes der minimal erforderlichen Strahlungsmenge ausgesetzt wird.
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Ein Nachteil dieser Umsetzung ergibt sich allerdings bei zusammenhängenden Röntgenaufnahmen bzw. komplexeren Abläufen, wie beispielsweise einem Ortho-Ablauf. Bei einer Ortho-Aufnahme handelt es sich um eine große, aus mehreren Einzelaufnahmen zusammengesetzte Röntgenaufnahme mit jeweils ausgerichtetem Detektor in einem Ortho-Ablauf. Im aktuellen Stand der Technik muss das Untersuchungsobjekt bei dieser Art der Aufnahme aufwendig in mehreren Schritten jeweils mit dem Lichtfeld anvisiert werden, um überhaupt die Grenzen für den gesamten ausgewählten Aufnahmebereich festzulegen. Dies kann häufig mehrere mechanische Bewegungen der Strahlungseinheit durch einen Benutzer umfassen. Insgesamt ist diese Umsetzung für einen derartigen Ablauf fehleranfällig sowie zeitaufwendig.
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In der Röntgenoptik wird ferner üblicherweise eine Blende verwendet. Diese dient dazu, bedarfsweise bei einem kleinen Aufnahmebereich, das Strahlenfeld entsprechend auf diesen Aufnahmebereich zu begrenzen.
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Bei einem weiteren bereits bekannten Lösungsansatz wird der Abstand zwischen einem Patienten und der Strahlungseinheit erfasst. Dabei wird der Abstand zum Patienten beispielsweise mittels einer integrierten 3D-Messfunktionalität gemessen. Hierfür wird z.B. „Structured Light“ oder eine Stereokamera verwendet. Das erfasste visuelle Kamerabild wird entsprechend des realen Abstands korrigiert. Problematisch ist sowohl zu welchem Punkt des Untersuchungsobjektes der Abstand gemessen wird als auch das visuelle Kamerabild selbst. Dieses weist auch nach der Abstandskorrektur nach wie vor kleinere Abweichungen auf, da die Körperoberfläche des Patienten nicht plan ist. Außerdem müssen Strategien vorgesehen werden, um Patientenbewegungen zu berücksichtigen.
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Ebenso finden in der Medizintechnik, insbesondere in der Radiographie Kamerasysteme Verwendung. Sie werden eingesetzt um Patienten, deren Merkmale, Einblendungs- und Strahlenfelder zu erfassen.
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Dabei wird zunächst ein Kamerabild eines Patienten erfasst. Anhand dieses Kamerabilds wird daraufhin das Strahlenfeld der Strahlungsquelle eingestellt und in dieser Position eine Röntgenaufnahme erfasst. Gewöhnlich ergibt sich aus einem Abstand zwischen Kamera und Strahlungsquelle bzw. der Anordnung beider Komponenten zueinander eine Abweichung bzw. Verschiebung zwischen dem Kamerabild und der Röntgenaufnahme. Dieser Effekt wird allgemein als Parallaxe bezeichnet. Zugleich sind also auch eine sogenannte optische Achse der Kamera und ein sogenannter Zentralstrahl der Strahlungsquelle um diese Abweichung bzw. Verschiebung versetzt. Der Zentralstrahl der Strahlungsquelle erstreckt sich im Zentrum des Strahlenfelds in die Richtung der Bestrahlung. Die optische Achse der Kamera erstreckt sich in die Richtung des Kamerabilds, in der auch ihr Fokus liegt, d.h. in Richtung der Kameraoptik, in der die Kamera ihr Kamerabild aufnimmt. Häufig ist die Kamera seitlich relativ zu einer Strahlungsquelle angeordnet, da die Strahlungsquelle die zentrale Komponente der medizintechnisch bildgebenden Modalität darstellt. Fortan meint und umfasst der Begriff Strahlungseinheit eine derartige Einheit mit einer Strahlungsquelle und einer Kamera, welche in einem festen Abstand und einer bestimmten Orientierung zueinander angeordnet sind. Sie sind dazu ausgebildet, Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes zu akquirieren. Dabei sind die Kamera und die Strahlungsquelle im Wesentlichen in eine Richtung ausgerichtet.
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Die zuvor geschilderte Abweichung könnte vermieden werden, indem die Kamera beispielsweise sehr nahe der Kollimator-Lichtfeldbeleuchtung angeordnet ist und das Kamerabild über einen Kollimator-Spiegel erfasst wird. Zwar ist eine derartige Anordnung, bei der der Zentralstrahl der Strahlungsquelle mit der optischen Achse der Kamera exakt übereinstimmt, generell möglich. Ein damit verbundener Nachteil ist allerdings, dass die Kamera elektrisch sowie mechanisch integriert und die Lichtfelderzeugung erheblich geändert werden muss. Diese Lösung ist nicht nur sehr kompliziert umzusetzen, sondern erfordert überdies höhere Kosten, d.h. zum Beispiel bei einer Nachrüstung bzw. einem Austausch der entsprechenden Komponenten in einer vorhandenen medizintechnisch bildgebenden Modalität.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Parallaxenkorrektur für medizintechnisch bildgebende Modalitäten anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität gemäß Patentanspruch 1, durch eine Steuerungseinheit gemäß Patentanspruch 9 und eine medizintechnisch bildgebende Modalität gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Mit dem zuvor genannten Verfahren wird eine medizintechnisch bildgebende Modalität, insbesondere ein Röntgengerät oder ein Röntgenscanner, mit einer Strahlungseinheit, umfassend eine Strahlungsquelle und eine Kamera, zur Akquisition von Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes gesteuert. Es umfasst zumindest die folgenden Schritte: In einem Schritt wird mittels der Kamera ein Kamerabild des Untersuchungsobjektes erfasst. Dabei ist die Strahlungseinheit mit der Kamera in einer Kameraposition angeordnet. In einem weiteren Schritt wird die Strahlungseinheit in einer Anzahl von Akquisitionspositionen in einer Akquisitionsebene positioniert, wobei die Akquisitionsebene die Kameraposition umfasst und sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallaxenrichtung erstreckt.
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Das eingangs genannte Verfahren zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität umfasst als ersten Schritt das Erfassen eines Kamerabilds. Dazu wird das Untersuchungsobjekt beispielsweise mittels einer üblichen (Digital-)Kamera, 3D-Kamera oder dergleichen erfasst bzw. aufgenommen. Das Kamerabild zeigt beispielsweise ein Übersichtsbild des Untersuchungsobjektes in seiner Gesamtheit. Bevorzugt stellt das Kamerabild lediglich einen interessierenden Bereich des Untersuchungsobjektes dar. Die Erfassung erfolgt dabei in einer Kameraposition.
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Die Kameraposition bezeichnet eine Position, in der die Kamera vorteilhaft, d.h. im Wesentlichen in der Akquisitionsebene positioniert ist, in der später auch die Akquisition mittels der Strahlungsquelle erfolgt. Wenn die Vor-Positionierung der Kamera in eine Kameraposition bereits stattgefunden hat, kann sofort ein Kamerabild des Untersuchungsobjekts erfasst werden. Ist die Vor-Positionierung noch nicht erfolgt, kann die Position der Kamera beispielsweise von einem Benutzer individuell eingestellt werden oder bevorzugt automatisch eine Vor-Positionierung erfolgen.
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Die Strahlungseinheit wird bevorzugt nach einer logischen und zeitsparenden Reihenfolge möglichst schnell und sicher positioniert bzw. verfahren. Bei der Auswahl einer günstigen Startposition für die Strahlungseinheit wird bevorzugt der schnellste und sicherste Pfad berücksichtigt. Die Startposition entspricht einer ersten Akquisitionsposition in der Akquisitionsebene. Bei der Akquisitionsebene handelt es sich um eine zweidimensionale Ebene, welche sämtliche Akquisitionspositionen, insbesondere die Startposition und die Kameraposition umfasst. Weiterhin ist die Akquisitionsebene im Wesentlichen orthogonal zu einer Parallaxenrichtung angeordnet. Dadurch erfolgt bei Röntgenaufnahmen der Strahlungsquelle in der Akquisitionsebene eine Korrektur von Effekten, die sonst aufgrund der in dieser Richtung abweichenden Position von Kamera und Strahlungsquelle entstehen würden. Diese Effekte werden als Parallaxe bezeichnet.
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Die Parallaxenrichtung erstreckt sich in der kürzesten, d.h. im Wesentlichen senkrechten, Verbindungslinie zwischen einem Punkt auf der optischen Achse der Kamera und dem nächstliegenden Punkt auf dem Zentralstrahl der Strahlungsquelle.
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Je nach Bedarf kann die Erfassung eines später noch näher erläuterten Aufnahmebereiches durch die Strahlungsquelle eine oder mehrere Röntgenaufnahmen erfordern. Ist der Aufnahmebereich beispielsweise groß, wird die Strahlungsquelle zwischen den einzelnen Röntgenaufnahmen bevorzugt automatisch neu positioniert. Dadurch lässt sich eine medizintechnisch bildgebende Modalität für einzelne oder mehrere klassische Röntgenaufnahmen zur Abdeckung eines größeren Aufnahmebereichs steuern.
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Die eingangs genannte Steuerungseinheit dient zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität umfassend eine Strahlungseinheit und eine Positionierungseinheit. Die Steuerungseinheit ist ausgebildet, die Kamera, welche die Strahlungseinheit aufweist, so zu steuern, dass die Kamera ein Kamerabild des Untersuchungsobjektes in einer Kameraposition erfasst. Die Steuerungseinheit ist weiter dazu ausgebildet, die Positionierungseinheit so zu steuern, dass sie die Strahlungseinheit an einer Anzahl von Akquisitionspositionen in der Akquisitionsebene positioniert, wobei die Akquisitionsebene die Kameraposition umfasst und sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallaxenrichtung erstreckt. Die Steuerungseinheit weist Schnittstellen zu den Komponenten der medizintechnisch bildgebenden Modalität auf. Die Steuerungseinheit umfasst somit alle Komponenten zur Steuerung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die eingangs genannte medizintechnisch bildgebende Modalität weist eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit und eine Strahlungseinheit auf. Sie weist weiterhin eine Positionierungseinheit auf. Diese umfasst bevorzugt Mittel zum Positionieren der Strahlungseinheit in drei Translationsrichtungen sowie drei Rotationsrichtungen. Zur Akquisition von Röntgenaufnahmen wird dabei die Strahlungseinheit mittels der Positionierungseinheit beispielsweise mittels Motoren, Schienen, Drehlagern, Teleskoparmen, Gelenken oder dergleichen positioniert.
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Die erfindungsgemäße Steuerungseinheit kann vorteilhafterweise in bereits existenten medizintechnisch bildgebenden Modalitäten nachgerüstet werden. Ebenso ist es jedoch möglich neu zu fertigende medizintechnisch bildgebende Modalitäten bereits bei der Fertigung mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit auszustatten.
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Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steuerungseinheit Teil eines Benutzerterminals einer medizintechnisch bildgebenden Modalität sein.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuerungseinheit auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuerungseinheit einer medizintechnisch bildgebenden Modalität ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuerungseinheit ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
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Zum Transport zur Steuerungseinheit und/oder zur Speicherung an oder in der Steuerungseinheit kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
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Bevorzugt ist die Kameraposition für das Kamerabild so gewählt, dass bei der Erfassung des Kamerabilds möglichst keine perspektivischen Verzerrungen auftreten. D.h. das Kamerabild wird vorzugsweise aus einem günstigen Winkel aufgenommen, sodass der Abstand zur Oberfläche des Untersuchungsobjektes nach Möglichkeit überall auf dem Kamerabild ähnlich groß ist. Besonders bevorzugt wird das Kamerabild im Wesentlichen senkrecht zu einem Untersuchungsobjekt erfasst. Die Erfassung erfolgt beispielsweise so, dass eine im anatomischen Sprachgebrauch verwendete Frontalebene eines stehenden Patienten aufgenommen wird. Zum Bespiel kann der Patient auch mit dem Rücken oder einer Schulter in Richtung der Kamera ausgerichtet sein. Ebenso kann der Patient beispielsweise liegend angeordnet sein.
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Zum Einlesen bzw. Ausführen von Befehlen für die Steuerungseinheit umfasst die medizintechnisch bildgebende Modalität bevorzugt eine Rechnereinheit.
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Bevorzugt erfolgt die Übermittlung und Darstellung des erfassten Kamerabilds auf einem dem Benutzer zur Verfügung stehenden Medium, wie z.B. einem Bildschirm, Display, Touchscreen Display o.Ä. Folgend werden von einem Benutzer in dem dargestellten Kamerabild bevorzugt die äußeren Grenzen für den späteren Aufnahmebereich der Strahlungsquelle festgelegt bzw. direkt am Display markiert. Bevorzugt werden ferner die zuvor festgelegten Grenzen des Aufnahmebereichs bevorzugt automatisiert an die erfindungsgemäße Steuerungseinheit der medizintechnisch bildgebenden Modalität zur Ausführung der Positionierung übermittelt.
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Der Aufnahmebereich bezeichnet den Bereich eines Untersuchungsobjektes, welcher von der Strahlungsquelle bestrahlt wird. Als Aufnahmebereich wird demzufolge ein interessierender Bereich des Untersuchungsobjektes ausgewählt. Entsprechend der Größe des ausgewählten Aufnahmebereichs sind dafür ggf. mehrere oder beispielsweise nur eine einzelne Röntgenaufnahme notwendig. Bei dem Untersuchungsobjekt kann es sich grundsätzlich um jedes mittels einer medizintechnisch bildgebenden Modalität zu untersuchende Objekt handeln. Beispielsweise kann das zu untersuchende Objekt ein Tier sein. Bevorzugt ist das Untersuchungsobjekt jedoch ein menschlicher Patient bzw. ein Teil davon.
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Die Übermittlung und Darstellung des Kamerabilds für einen Benutzer erfolgt ferner zumindest teil-, vorzugsweise vollautomatisch. Die Übermittlung des Kamerabilds erfolgt dabei z.B. auf eine Rechnereinheit. Beispielsweise kann das Kamerabild auf einem Bildschirm in einem benachbarten Kontrollraum angezeigt werden, bevorzugt wird das Kamerabild direkt auf einem Touchscreen Display der Strahlungseinheit oder der medizintechnisch bildgebenden Modalität selbst dargestellt.
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Bevorzugt wird ein Strahlenfeld der Strahlungseinheit auf Basis des erfassten Kamerabilds des Untersuchungsobjektes eingestellt. Dabei setzt ein Benutzer bevorzugt im Kamerabild nicht nur die Grenzen des gesamten Aufnahmebereichs, sondern kann besonders bevorzugt auch die Grenzen zwischen den einzelnen Positionierungen des Strahlenfelds für die jeweilige Röntgenaufnahme (asymmetrisch) verschieben. Damit lässt sich z.B. vermeiden, dass ein Übergang zwischen zwei Röntgenaufnahmen genau in einem Gelenkspalt liegt und damit zu diagnostischen Problemen führt. Besonders bevorzugt wird auf Basis der festgelegten Grenzen des Aufnahmebereichs durch einen Benutzer, die Strahlungsquelle positioniert und dabei ggf. z.B. die Blendeneinstellungen und/oder Einstellungen des Kollimators u.Ä. eingestellt. Ganz besonders bevorzugt wird sie dabei lediglich für einen interessierenden Bereich des Untersuchungsobjektes positioniert bzw. eingestellt. Dieser ist beispielsweise im Rahmen einer Untersuchung bzw. Befundung besonders zu berücksichtigen. Dabei kann es sich beispielsweise um Anomalien im Körper, wie Knochenfrakturen, ausgerenkte Gelenke oder dergleichen handeln.
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Bevorzugt weist die medizintechnisch bildgebende Modalität zur Erfassung von Röntgenaufnahmen eine Detektionseinheit auf. Die Detektionseinheit umfasst zumindest einen Detektor, eine Standsäule und AEC-Messfelder zur Erfassung von Röntgenaufnahmen. Der Detektor bzw. die Detektionseinheit werden besonders bevorzugt so gesteuert, dass von einer Strahlungsquelle während dem Betrieb in einer Untersuchung emittierte Röntgenstrahlung mit dem Detektor aufgenommen wird.
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Als Startposition wird bevorzugt eine maximale Akquisitionsposition gewählt, aus der ggf. die Strahlungseinheit lediglich in eine Richtung bewegt werden muss, um ggf. aus unterschiedlichen Positionen Röntgenaufnahmen zu akquirieren. Maximal ist hier im Sinne des maximalen Akquisitionswinkels bzw. der maximalen Translation der Strahlungseinheit zu verstehen.
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Der Akquisitionswinkel bezeichnet den Ausrichtungswinkel der Strahlungsquelle in der Akquisitionsebene relativ zum Untersuchungsobjekt oder ggf. zu einem Detektor. Das Winkelinkrement, in welchem der Akquisitionswinkel zur Akquisition von Röntgenaufnahmen verstellt bzw. positioniert wird, wird bevorzugt abhängig vom Öffnungswinkel der Strahlungseinheit gewählt. Der Öffnungswinkel ist bei gewöhnlichen Strahlungsquellen häufig auf 10° beschränkt. Somit wird das Winkelinkrement vorzugsweise entsprechend klein gewählt werden, sodass stets eine Überlappung der einzelnen Röntgenaufnahmen erfolgt oder sie zumindest aneinander angrenzen.
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Die Ausrichtung der Strahlungsquelle in eine Startposition in der Akquisitionsebene kann einerseits bevorzugt eine Rotationsbewegung der Strahlungseinheit umfassen. Dabei rotiert die Strahlungsquelle im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn, bis sie die gewünschte Position erreicht.
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Die Ausrichtung der Strahlungsquelle in die Startposition kann aber bevorzugt auch eine Translationsbewegung - auch Linearbewegung genannt - der Strahlungseinheit umfassen. Unter einer reinen Linearbewegung ist hierbei eine geradlinige Bewegung der Strahlungseinheit, insbesondere ohne Rotation zu verstehen.
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Das Ausrichten der Strahlungseinheit ist allerdings nicht auf eine der beiden Bewegungen alleine beschränkt, sondern kann besonders bevorzugt auch eine Kombination aus einer Anzahl von Rotationsbewegungen und einer Anzahl von Translationsbewegungen umfassen, wenn die Ausrichtung der Strahlungseinheit beide Bewegungen erfordert oder eine Kombination sicherer und schneller ist. Somit ist die Positionierungseinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, die Strahlungseinheit gleichzeitig zu drehen und linear zu verfahren. Eine derartig kombinierte Bewegung entspricht einer Schwenkbewegung bzw. einem Schwenken.
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Bevorzugt wird die Ausrichtung in eine Startposition in einer möglichst kurzen fließenden Aneinanderreihung dieser Bewegungen erreicht.
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In einer bevorzugten Variante des Ablaufs der Positionierung zur Akquisition von mehrteiligen Röntgenaufnahmen kann die Strahlungsquelle wiederholt in einer Raumrichtung linear positioniert werden. In einer alternativen Variante des Ablaufs kann sie in unterschiedlichen Akquisitionswinkeln in Bezug auf das Untersuchungsobjekt zur Akquisition von Röntgenaufnahmen positioniert werden. Dabei wird die Strahlungseinheit in der Akquisitionsebene rotiert. Es kann durch die Darstellung des Aufnahmebereiches aus unterschiedlichen Winkeln eine medizinische Diagnose erleichtert bzw. unterstützt werden. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn einzelne Körperteile, z.B. in einer Röntgenaufnahme aus einem bestimmten Winkel verdeckt sind, weil sie sich hinter einem davor befindlichen Körperteil befinden. Die Strahlungsquelle kann bevorzugt jedoch auch in einer Kombination der beiden zuvor beschriebenen Varianten positioniert werden. Unter anderem kann die Strahlungsquelle dabei bevorzugt zumindest für eine Röntgenaufnahme auch einmal in der Kameraposition angeordnet werden.
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Mit dem Verfahren zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität kann besonders bevorzugt eine Parallaxenkorrektur bei Ortho-Aufnahmen durchgeführt werden. Eine Ortho-Aufnahme bezeichnet eine aus mehreren Bildern zusammengesetzte Aufnahme, die beispielsweise im Rahmen eines Ortho-Ablaufs beim Röntgen akquiriert worden ist. Dieser kann mitunter eine Translation und eine Rotation der Röntgenstrahlungsquelle in einer Ebene aufweisen.
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In einem bevorzugten Anwendungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität in einem sogenannten Ortho-Ablauf verwendet. Ein Ortho-Ablauf ist beispielsweise im Bereich der Wirbelsäule („full spine“) oder der Beine („long leg“) bei einer Röntgenuntersuchung besonders vorteilhaft anzuwenden, da der Aufnahmebereich groß ist. Bei einem Ortho-Ablauf werden durch die Strahlungseinheit mehrere Röntgenaufnahmen eines Untersuchungsobjektes innerhalb der Akquisitionsebene nach einer der beiden folgenden Varianten erfasst. Dabei ist auch eine Kombination der beiden Varianten möglich.
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Bevorzugt umfasst das Positionieren der Strahlungseinheit zwischen unterschiedlichen Akquisitionspositionen zur Akquisition von Röntgenaufnahmen - besonders bevorzugt nur - eine Rotationsbewegung bzw. Neigung der Strahlungseinheit in unterschiedliche Akquisitionswinkel. Mit anderen Worten kann sie über einen eingestellten Winkelbereich gedreht bzw. rotiert werden. Dabei befindet sich die Strahlungsquelle nach der Ausrichtung in einer Startposition. Daraufhin kann beispielsweise auch nur eine Röntgenaufnahme in der ersten Akquisitionsposition aus einem gewünschten Akquisitionswinkel erfolgen. Üblicherweise sind jedoch mehrere Röntgenaufnahmen vorgesehen, da so die Anwendung des Verfahrens besonders zeitsparend ist. Diese Röntgenaufnahmen umfassen in ihrer Gesamtheit den interessierenden Bereich des Untersuchungsobjektes, falls dieser nicht mit einer einzelnen Röntgenaufnahme erfasst werden kann oder der interessierende Bereich aus unterschiedlichen Einstellungen bzw. Winkeln erfasst werden soll. Schrittweise kann somit mit einem gewählten Winkelinkrement ein Winkelbereich bevorzugt vollständig akquiriert werden. Dabei wird das Winkelinkrement beispielsweise anhand der Größe des gewünschten Aufnahmebereichs, der daraus resultierenden Anzahl an Röntgenaufnahmen und einer konfigurierbaren Überlappung der einzelnen Röntgenaufnahmen gewählt. Z.B. kann als ein Wert für die Überlappung 1 cm gewählt werden. Bevorzugt werden die Bereiche für die einzelnen Röntgenaufnahmen so gewählt, dass die physiologischen Merkmale des Patienten berücksichtigt werden. D.h. beispielsweise ist ein Übergang zwischen zwei Röntgenaufnahmen nicht im Bereich eines Gelenks oder einer ähnlichen für die Befundung maßgeblichen Position angeordnet. Alternativ können aber auch regelmäßige Winkelabstände verwendet werden. Es können beispielsweise bestimmte Vorzugswinkel (0°, 5°, 15°, 25°) verwendet werden, in denen jeweils eine Positionierung der Strahlungseinheit zur Akquisition von Röntgenaufnahmen erfolgt. Dabei können bestimmte Vorzugswinkel auch serienmäßig automatisch hintereinander akquiriert werden.
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Bevorzugt umfasst das Positionieren zwischen unterschiedlichen Akquisitionspositionen - besonders bevorzugt nur - eine Translationsbewegung parallel zu einem Untersuchungsobjekt in der Akquisitionsebene. D.h. alternativ oder zusätzlich zur Rotation kann die Strahlungseinheit bevorzugt über einen eingestellten Aufnahmebereich in der Akquisitionsebene zur Akquisition von Röntgenaufnahmen linear verfahren werden. Wiederum ausgehend von der Startposition werden im Folgenden Röntgenaufnahmen an unterschiedlichen Akquisitionspositionen akquiriert. Dabei kann die Strahlungsquelle für eine Linearbewegung in einem festen Winkel, z.B. senkrecht auf das Untersuchungsobjekt bzw. auf den Detektor ausgerichtet sein, und wird in einer Richtung, z.B. zwischen Boden und Decke, im Wesentlichen parallel zum Untersuchungsobjekt bzw. Detektor an unterschiedlichen Akquisitionspositionen positioniert.
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Der Abstand des Untersuchungsobjektes zur Strahlungseinheit wird auch als Untersuchungsabstand bezeichnet. Ein Ortho-Ablauf ist grundsätzlich in unterschiedlichen Untersuchungsabständen realisierbar. Dafür lässt sich die Strahlungseinheit bevorzugt mittels der Positionierungseinheit in einem gewünschten Untersuchungsabstand zum Patienten positionieren. Bei Bedarf kann somit für einen Ortho-Ablauf zur Akquisition einer Ortho-Aufnahme ein bevorzugter Untersuchungsabstand ausgewählt werden und die Ortho-Aufnahmen darin ausgeführt werden.
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Im Falle eines großen Aufnahmebereichs sind ggf. mehrere Röntgenaufnahmen erforderlich. Demzufolge muss die Strahlungseinheit mehrfach neu positioniert werden. Bei den einzelnen Röntgenaufnahmen handelt es sich folglich um Einzelaufnahmen eines großen zusammenhängenden Aufnahmebereichs. Bevorzugt werden daher die Einzelaufnahmen nach der Akquisition entsprechend zu einer zusammengesetzten Röntgenaufnahme - beispielsweise einer Ortho-Aufnahme - des gesamten Aufnahmebereiches zusammengesetzt. Beispielsweise können die Röntgenaufnahmen anschließend bevorzugt für einen Benutzer einzeln und/oder als Gesamtaufnahme dargestellt werden.
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Die Kamera kann beispielsweise parallel zur Strahlungsquelle befestigt sein und dabei weiterhin ihr Abstand zur Strahlungsquelle vorzugsweise möglichst klein sein. Dadurch wird der Parallaxeneffekt bereits verringert. Bevorzugt wird die Kamera allerdings in einem Kreuzungswinkel zur Strahlungsquelle angeordnet, sodass sich die optische Achse und der Zentralstrahl kreuzen. Der Punkt, in dem sich optische Achse und Zentralstrahl kreuzen, wird Kreuzungspunkt genannt. Dabei wird der Winkel zwischen der optischen Achse und dem Zentralstrahl als Kreuzungswinkel bezeichnet. Vorzugsweise ist die Kamera entsprechend an der Strahlungseinheit in diesem Kreuzungswinkel fest installiert bzw. montiert. Am Kreuzungspunkt sind dadurch bereits Parallaxenfehler reduziert.
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Bevorzugt wird der Untersuchungsabstand so gewählt, dass sich der Kreuzungspunkt ferner in einem Untersuchungsabstand zur Strahlungseinheit befindet. In diesem bevorzugten Untersuchungsabstand - auch Vorzugsabstand genannt - sind Parallaxenfehler folglich reduziert. Besonders bevorzugt wird der Vorzugsabstand mittels eines Abstandsensors (z.B. TOF, Structured Light, Laser, Ultraschall etc.) kontinuierlich bei der Positionierung zur Akquisition von Röntgenaufnahmen gesteuert bzw. geregelt.
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Bevorzugt kann die Erfassung eines Kamerabilds in einer Anordnung senkrecht zum Untersuchungsobjekt in der Akquisitionsebene erfolgen. Dabei ist die Strahlungseinheit mit der Kamera bevorzugt mittig zum Untersuchungsobjekt bzw. in einer Normalen zur Oberfläche des Untersuchungsobjektes angeordnet. Beispielsweise wird bei einem stehenden Patienten als Untersuchungsobjekt die Strahlungseinheit so angeordnet, dass die die optische Achse der Kamera in der Akquisitionsebene im Wesentlichen zentral bzw. mittig durch den Patienten verläuft.
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Ein Brennfleck bezeichnet den Punkt, an dem der Elektronenstrahl der Strahlungsquelle auf eine Anode der Strahlungsquelle trifft. Dieser Punkt wird so angeordnet, dass er bei der Akquisition von Röntgenaufnahmen stets in der Akquisitionsebene liegt. Bevorzugt erfolgt das Positionieren der Strahlungseinheit dabei derartig, dass infolgedessen der Abstand des Brennflecks der Strahlungsquelle gleich dem Abstand des Fokus der Kamera in der Kameraposition ist. Dazu umfasst das Positionieren der Strahlungseinheit beispielsweise eine Anzahl von Rotationsbewegungen und/oder Translationsbewegungen vor einer Röntgenaufnahme durch die Strahlungsquelle.
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In einem bevorzugten Ausführungsbespiel umfasst die Strahlungseinheit eine Kamera mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° bis 90°. Weiterhin ist der Fokus der Kamera bevorzugt in einem minimalen Abstand zum Zentralstrahl der Strahlungsquelle angeordnet. Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen dem Fokus der Kamera und dem Untersuchungsobjekt im Wesentlichen dem Abstand des Brennflecks der Strahlungsquelle zum Untersuchungsobjekt. Dadurch kann der Weg für die Positionierung in die Startposition vorteilhafterweise verkürzt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine grob schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen medizintechnisch bildgebenden Modalität,
- 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen medizintechnisch bildgebenden Modalität,
- 3 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine Oberseite der Strahlungseinheit aus 1 in einer Kameraposition,
- 4 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine Oberseite der Strahlungseinheit aus 1 in einer Startposition,
- 5 eine grob schematisch dargestellte seitliche Ansicht einer Translationsbewegung bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität,
- 6 eine grob schematisch dargestellte seitliche Ansicht einer Rotationsbewegung bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität,
- 7 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorderseite einer Detektionseinheit eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen medizintechnisch bildgebenden Modalität,
- 8 ein schematisches Blockdiagramm für den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität und
- 9 ein schematisches Blockdiagramm eines Schritts des Ablaufes eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer medizintechnisch bildgebenden Modalität.
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In 1 ist beispielhaft und grob schematisch eine erfindungsgemäße medizintechnisch bildgebende Modalität 1 gezeigt. Relative Richtungsangaben wie „oben“, „unten“ etc. beziehen sich auf eine bestimmungsgemäß für den Betrieb z.B. in einem Untersuchungsraum aufgestellte medizintechnisch bildgebende Modalität 1. Die medizintechnisch bildgebende Modalität 1 ist hier als Röntgengerät bzw. Röntgenscanner zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung ausgebildet. Sie umfasst eine Strahlungseinheit 4, eine Positionierungseinheit 3, eine Detektionseinheit 6 und eine Steuerungseinheit 2 (siehe Blockschaltbild 2).
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Die Strahlungseinheit 4 weist eine Strahlungsquelle 50 und eine Kamera 40 auf. Bei einem im Wesentlichen quaderförmigen Aufbau des Gehäuses der Strahlungseinheit 4 befindet sich die Kamera 40 somit beispielsweise mittig an einer Seite an der Strahlungseinheit 4 in einem Abstand zur Strahlungsquelle 50 - in der Kameraposition 18 mit der optischen Achse 42 parallel zur Akquisitionsebene 12 - angeordnet. Die Strahlungseinheit 4 ist weiterhin über die Positionierungseinheit 3 bewegbar im Raum gelagert bzw. aufgehängt.
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Die Positionierungseinheit 3 weist Mittel zum Positionieren in drei Translationsrichtungen und zumindest zwei Rotationsrichtungen auf. Bei den drei Translationsrichtungen und zumindest zwei Rotationsrichtungen handelt es sich beispielsweise um die drei Raumrichtungen X, Y, Z sowie die Rotationsrichtungen um die Raumrichtungen Y, Z. Die Orientierung dieser Richtungen wird ebenfalls anhand der meisten anderen Figuren verdeutlicht. Die Positionierungseinheit 3 umfasst dazu einen Teleskoparm 30, Drehlager 33 und zumindest zwei Bewegungsschienen 31,32. Die Strahlungseinheit 4 ist hierbei über den Teleskoparm 30 und die Bewegungsschienen 31,32 an der Decke befestigt. Damit wird eine nahezu beliebige bedarfsgemäße Positionierung der Strahlungseinheit 4 im Raum ermöglicht.
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Die Bewegungsschienen 31,32 sind mit ihrer längsten Ausdehnung parallel zur Raumrichtung X bzw. parallel zur Raumrichtung Y senkrecht zueinander in der X-Y-Ebene angeordnet. Sie sind dazu ausgebildet, dass die medizintechnisch bildgebende Modalität ggf. in beide Raumrichtungen X, Y verfahren werden kann. Eine Bewegungsschiene 31 ist hierbei mit ihrer Befestigungsseite an der Decke befestigt. An deren gegenüberliegender Unterseite ist die zweite Bewegungsschiene 32 angebracht. Beide Bewegungsschienen 31,32 sind so montiert, dass möglichst jede zweidimensionale Bewegung in der X-Y-Ebene ermöglicht wird. Im Wesentlichen ist der Bewegungsraum der Strahlungseinheit 4 dabei nur durch die Maße der Bewegungsschienen 31,32 beschränkt.
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Die untere Bewegungsschiene 31 ist selber wiederum mit dem Teleskoparm 30 verbunden, sodass sich dieser entsprechend mit den Bewegungsschienen 31,32 mitbewegt. Am unteren freien Ende des Teleskoparmes 30 ist die Strahlungseinheit 4 befestigt.
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Der Teleskoparm 30 ermöglicht, dass die Strahlungseinheit 4 in der Raumrichtung Z nach oben bzw. unten verfahren werden kann. Weiterhin ist die Strahlungseinheit 4 über Drehlager 33 drehbar gelagert, sodass die Strahlungseinheit 4 unter anderem in der X-Z-Ebene gedreht bzw. rotiert werden kann. Beispielsweise lässt sie sich unabhängig von der aktuellen Positionierung in der X-Y-Ebene entlang der Bewegungsschienen 31,32 in der Raumrichtung Z verfahren, d.h. zum Boden hin oder umgekehrt.
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Die Steuerungseinheit 2 ist detailliert anhand von 2 beschrieben. Sie ist dazu ausgebildet, die medizintechnisch bildgebende Modalität 1 zu steuern. Einzelne Komponenten der Positionierungseinheit 3, motorisch getrieben in drei Translationsrichtungen und zumindest 2 Rotationsrichtungen, sind im Raum zu bewegen und somit die Strahlungseinheit 4 positionierbar. Dadurch lassen sich gewünschte Röntgenaufnahmen akquirieren, d.h. zum Beispiel eines interessierenden Bereiches eines Untersuchungsobjektes 10. Die Steuerungseinheit 2 steuert die Strahlungseinheit 4 z.B. in einem Ortho-Ablauf so, dass mehrere einzelne sich teilweise überlappende oder zumindest aneinander angrenzende Röntgenaufnahmen des interessierenden Bereichs aufgenommen werden. Diese können anschließend in einer zusammengehörigen Röntgenaufnahme dargestellt werden.
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Die Detektionseinheit 6 umfasst eine Standsäule 61 und einen Detektor 60. Die Standsäule 61 ist mit dem Detektor 60 zumindest in einer Richtung verschiebbar verbunden. Die Standsäule 61 steht im Betrieb auf dem Untergrund bzw. Boden des Untersuchungsraums. Der Detektor 60 weist wiederum AEC-Messfelder 62 auf. Zwischen Detektor 60 und Strahlungseinheit 4 ist für eine Untersuchung ein Untersuchungsobjekt 10 angeordnet. Das Untersuchungsobjekt 10 ist hier ein Körper eines stehenden Patienten.
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Die Strahlungsquelle 50 und der Detektor 60 werden für eine Röntgenaufnahme so angeordnet, dass im Betrieb von einem Brennfleck 51 der Strahlungsquelle 50 ausgehende Röntgenstrahlen auf den Detektor 60 treffen. Mit dem Detektor 60 wird im Betrieb von der Strahlungsquelle 50 emittierte Röntgenstrahlung erfasst, bei der zumindest ein Teil den Patienten, welcher sich zwischen der Strahlungsquelle 50 und dem Detektor 50 befindet, durchdrungen hat. Weiterhin wird mit den AEC-Messfeldern 62 im Betrieb erreicht, dass ein Untersuchungsobjekt 10 dabei nur der minimal notwendigen Bestrahlung ausgesetzt ist. Diese sind unter anderem dazu ausgebildet, die Strahlungsquelle 50 abzuschalten, nachdem eine bestimmte minimal notwendige Strahlungsmenge erfasst wurde.
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Die Strahlungsquelle 50 ist weiterhin relativ zum Detektor 60 mittels eines Drehlagers 33 in einem 360°-Winkel drehbar.
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In einem zusätzlich dargestellten Koordinatensystem ist die Orientierung der drei Raumrichtungen X, Y, Z und eine Rotationsrichtung R im bzw. gegen den Uhrzeigersinn um die Raumrichtung Y schematisch aufgeführt. Die medizintechnisch bildgebende Modalität 1 ist dabei mindestens in diesen Richtungen positionierbar und drehbar sowie damit ebenfalls schwenkbar. In 3 bis 6 sind ebenfalls die Raumrichtungen X, Y, Z dargestellt und entsprechend der jeweiligen Perspektive orientiert. Die Wahl des Koordinatensystems dient als Beispiel und zur besseren Veranschaulichung. Sie erfolgt ohne Beschränkung der Allgemeinheit.
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In 2 ist beispielhaft ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen medizintechnisch bildgebenden Modalität 1 gezeigt. Sie umfasst eine Steuerungseinheit 2, die mittels geeigneter Schnittstellen mit der Positionierungseinheit 3, der Strahlungseinheit 4, der Detektionseinheit 6 und einer Rechnereinheit 7 zur Steuerung verbunden ist. Die Komponenten der medizintechnisch bildgebenden Modalität 1 sind entweder direkt z.B. mittels eines zentralen BUS oder indirekt verbunden. Bei der indirekten Verbindung sind die Komponenten der medizintechnisch bildgebenden Modalität 1 z.B. bedarfsgemäß untereinander verbunden.
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Die Rechnereinheit 7 ist dazu ausgebildet, das erfasste Kamerabild und die Röntgenaufnahmen darzustellen und zu bearbeiten. Darüber hinaus ist die Rechnereinheit 7 dazu ausgebildet, die Grenzen für einen Aufnahmebereich zu erfassen oder bevorzugt automatisch festzulegen.
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In 3 ist beispielhaft und schematisch eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße medizintechnisch bildgebende Modalität 1 aus 1 gezeigt. Die Akquisitionsebene 12 ist zunächst in der optischen Achse 42 der Kamera 40 angeordnet und befindet sich in der X-Z-Ebene. Die Akquisitionsebene 12 erstreckt sich somit in die Zeichenebene hinein und kann parallel zur optischen Achse 42 der Kamera 40 orientiert sein. Die Akquisitionsebene 12 erstreckt sich ferner im Wesentlichen senkrecht zur Parallaxenrichtung D. Die Parallaxenrichtung D erstreckt sich in der kürzesten, d.h. im Wesentlichen senkrechten, Verbindungslinie zwischen einem Punkt auf der optischen Achse 42 der Kamera 40 und dem nächstliegenden Punkt auf dem Zentralstrahl 52 der Strahlungsquelle 50.
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Die Strahlungseinheit 4 umfasst eine Strahlungsquelle 50 und eine Kamera 40. Die Strahlungsquelle 50 ist im Zentrum der Strahlungseinheit 4 angeordnet, wohingegen die Kamera 40 an einer Seite angeordnet ist. Die Kamera 40 weist eine optische Achse 42 auf. Sie verläuft aus dem Fokus 41 im Inneren der Kamera 40 in eine Richtung, in der weitere optische Komponenten angeordnet sind und in welche die Kamera ihr Kamerabild erfasst. Die Strahlungsquelle 4 weist einen Zentralstrahl 52 auf, welcher von einem im Inneren befindlichen Brennfleck 51 (nicht sichtbar) ausgeht. Dabei ist die optische Achse 42 der Kamera 40 fix in einem Kreuzungswinkel 16 zum Zentralstrahl 52 der Strahlungsquelle 50 angeordnet. Dadurch treffen sich die optische Achse 42 und der Zentralstrahl 52 in einem Kreuzungspunkt 17. Die Strahlungseinheit 4 ist so positioniert, dass die optische Achse 42 in einer Kameraposition 18 im Wesentlichen senkrecht auf das Untersuchungsobjekt 10 auftrifft.
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4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Ansicht gemäß 3 in einer dazu veränderten Startposition 15. Hierbei ist die Strahlungseinheit 4 diesmal so positioniert, dass der Zentralstrahl 52 im Wesentlichen senkrecht auf das Untersuchungsobjekt 10 trifft. Der Zentralstrahl 52 verläuft dabei in der Raumrichtung X. Mit dieser Anordnung in der Startposition 15 wird erreicht, dass Parallaxenfehler E bei einer Röntgenaufnahme in dieser Position korrigiert sind bzw. nicht auftreten. Mit anderen Worten wird folglich die Strahlungsquelle 50 in dieser Perspektive sozusagen in der Kameraposition 18 angeordnet, sodass der Effekt der Parallaxe verschwindet.
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Aus einer derartigen Anordnung innerhalb der Akquisitionsebene 12 ergibt sich, dass eine Strahlungsquelle 50 auch in unterschiedlichen Akquisitionspositionen 13 entlang der Raumrichtung Z positioniert werden kann, ohne dass dadurch Parallaxenfehler E entstehen. Ferner ergibt sich, dass die Strahlungsquelle 50 um die Raumrichtung Y rotiert werden kann, ohne dass dadurch Parallaxenfehler E auftreten. Daraus ergibt sich weiterhin, dass die Startposition 15 auch eine in der Raumrichtung Z zur Kameraposition 18 verschobene Akquisitionsposition 13 sein kann.
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Das Ausrichten der Strahlungseinheit 4 aus einer Kameraposition 18 in eine Akquisitionsposition 13, insbesondere eine Startposition 15 in der Akquisitionsebene 12 kann mittels einer Rotationsbewegung R, einer Translationsbewegung T oder einer Kombination beider Bewegungen erfolgen.
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In 5 ist eine grob schematisch dargestellte seitliche Ansicht einer Translationsbewegung T bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
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Die Strahlungsquelle 50 ist in einem Untersuchungsabstand 11 zum Untersuchungsobjekt 10 angeordnet. Ferner ist eine Detektionseinheit 6 zur Erfassung der von der Strahlungsquelle 50 ausgehenden Strahlung entsprechend angeordnet. Die Strahlungsquelle 50 ist mittels durchgezogener Linien in einer Akquisitionsposition 13 angeordnet. Weitere Akquisitionspositionen 13 sind dabei schematisch mittels gestrichelter Linien linear entlang der Z-Achse dazu verschoben angedeutet. Die Startposition 15 bezeichnet eine erste Akquisitionsposition 13, von welcher ausgehend, die Strahlungsquelle 50 linear in die weiteren Akquisitionspositionen 13 verschoben worden ist. Die Translationsbewegung T - auch Linearbewegung genannt - der Strahlungsquelle 50 in eine Raumrichtung Z wird mittels Ein- bzw. Ausfahren des Teleskoparmes 30(siehe 1) realisiert.
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Aus Gründen der Vereinfachung ist die Strahlungsquelle 50 hier nur symbolisch dargestellt. Weiterhin sind daher nur fünf Akquisitionspositionen 13, inklusive der Startposition 15 angedeutet. Das Positionieren der Strahlungsquelle 50 ist allerdings nicht auf eine bestimmte Anzahl von Akquisitionspositionen 13 beschränkt, sondern umfasst grundsätzlich jede bestimmungsgemäß umsetzbare Anzahl von Akquisitionspositionen 13.
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6 zeigt eine grob schematisch dargestellte seitliche Ansicht einer Rotationsbewegung R bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Unterschied zu 5 umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung hier eine Rotationsbewegung R der Strahlungsquelle 50. Dabei wird die Strahlungsquelle 50 aus einer gestrichelt dargestellten Startposition 15 über eine mit durchgezogenen Linien dargestellte Akquisitionsposition 13 in eine weitere gestrichelt dargestellte Akquisitionsposition 13 rotiert bzw. gedreht. Ein Akquisitionswinkel 14 der Strahlungsquelle 50 kann beispielsweise als Winkel zu einer Normalen des Untersuchungsobjektes 10 angegeben werden. Die Rotationsbewegung R umfasst eine Drehung bzw. Rotation um die Raumrichtung Y. Die Richtung der Rotation ist beliebig. Es kann mit dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Die beiden mit Strichpunkten angedeuteten äußersten Positionen entsprechen einem maximalen Akquisitionswinkel. Dieser ist je nach Bedarf wählbar.
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Eine erfindungsgemäß gesteuerte Strahlungsquelle 50 wird bevorzugt aus einer maximalen Akquisitionsposition, d.h. einer Startposition 15, in eine Richtung bis in eine andere maximale Akquisitionsposition gedreht. Der Aufnahmebereich entspricht folglich dem Bereich zwischen den beiden maximalen Akquisitionspositionen. Dabei sind die beiden maximalen Akquisitionspositionen im Aufnahmebereich inkludiert. Bevorzugt wird bei einer Röntgenaufnahme eines großen Aufnahmebereichs, das Strahlenfeld 19 der Strahlungsquelle 50 wiederholt so positioniert, dass sich die einzelnen Röntgenaufnahmen innerhalb des großen Aufnahmebereichs beispielsweise teilweise überlappen oder zumindest aneinander angrenzen.
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In 7 ist eine schematisch dargestellte Draufsicht auf die Vorderseite einer Detektionseinheit 6 gezeigt. Die Detektionseinheit 6 umfasst einen Detektor 60, der eine Anzahl von AEC-Messfeldern 62 und ein Fadenkreuz 63 aufweist. Die AEC-Messfelder 62 sind im Wesentlichen rechteckig und gewissermaßen um den Mittelpunkt eines Fadenkreuzes 63 angeordnet. Sie sind dazu ausgebildet, die Strahlung der Strahlungsquelle 50 zu erfassen und dabei die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle 50 zu beenden, falls eine maximale Strahlendosis überschritten werden sollte. Der Bereich, welcher von der Strahlungsquelle 50 bestrahlt wird und dabei von dem Detektor 60 erfasst wird, wird als Strahlenfeld 19 bezeichnet.
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Bei einer Untersuchung befindet sich als Untersuchungsobjekt 10 üblicherweise ein Körper eines Patienten zwischen dem Detektor 60 und einer Strahlungsquelle 50, welche bei einer nicht von der Erfindung umfassten Untersuchung die Röntgenstrahlung durch den Körper des Patienten auf den Detektor 60 ausstrahlt. Ohne einen Patienten ist der Abstand zwischen der Strahlungseinheit 4 und dem Detektor 60 bekannt. Der Abstand der Strahlungseinheit 4 zu einem Patienten ist allerdings unbekannt, da die Oberfläche des Patienten nicht plan ist und damit variiert. Daraus resultiert ein sogenannter Parallaxenfehler E. Er ergibt sich zum einen aus der nicht übereinstimmenden Position der Kamera 40 und der Strahlungsquelle 50. Zum anderen ergibt er sich aus dem unbekannten Abstand der Kamera 40 zum Untersuchungsobjekt 10. Dieser Parallaxenfehler E wird mittels des erfindungsgemäßen Positionierungsverfahrens korrigiert bzw. umgangen, sodass dadurch die beispielhaft dargestellte Verschiebung zwischen dem Kamerabild und der Röntgenaufnahme vorzugsweise nicht mehr vorhanden ist. Der Parallaxenfehler E ist als Verschiebung zwischen dem Strahlenfeld 19 der Strahlungsquelle 50 zum eigentlichen Kamerabild der Kamera 50 angedeutet.
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8 zeigt bespielhaft ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der medizintechnisch bildgebenden Modalität, hier Röntgenscanner. Nach einer vorbereitenden Vor-Positionierung in eine Kameraposition 18, wird in einem ersten Schritt I ein Kamerabild eines Untersuchungsobjektes 10, insbesondere eines interessierenden Bereichs erfasst. Das erfasste Kamerabild wird direkt an eine dem Benutzer zur Verfügung stehende Rechnereinheit 7 übermittelt und folgend auf einem Bildschirm dargestellt.
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In einem zweiten Schritt II werden von einem Benutzer bzw. Anwender in dem angezeigten erfassten Kamerabild Grenzen für den späteren Aufnahmebereich der Strahlungsquelle 50 angegeben. Die Grenzen werden dabei beispielsweise an einem dem Benutzer zur Verfügung stehenden Display, vorzugsweise ein Touchscreen Display zum Bedienen der Strahlungseinheit 4, graphisch markiert. Die Markierung erfolgt beispielsweise mittels eines Rahmens oder Linien, welche um den interessierenden Bereich des dargestellten Kamerabilds gezogen werden. Nach einer anschließenden Bestätigung durch den Benutzer erfolgt eine Übermittlung der festgelegten Grenzen des Aufnahmebereichs an die Steuerungseinheit 2.
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In einem dritten Schritt III wird die Strahlungseinheit 4 zur Akquisition von Röntgenaufnahmen anhand des zuvor eingestellten Aufnahmebereichs ausgerichtet bzw. positioniert. Dabei umfasst der dritte Schritt III weitere Unterschritte III.a bis III.c, welche anhand des nachfolgenden schematischen Blockdiagramms in 9 erläutert werden.
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Die Schritte I und III können in einem iterativen Vorgang solange wiederholend nacheinander ausgeführt werden, bis ein definiertes Abbruchkriterium erreicht wird. Das heißt, beispielsweise bis ein Aufnahmebereich gänzlich erfasst ist und mit dem Schritt II fortgefahren wird.
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9 zeigt beispielhaft ein Blockdiagramm der in einem dritten Schritt III umfassten Unterschritte III.a bis III.c. In einem ersten Unterschritt III.a wird die Strahlungseinheit 4 zunächst so positioniert, dass die Strahlungsquelle 50 in einer Startposition 15 gemäß 4 ausgerichtet ist. Die Ausrichtung in eine Startposition 15 kann anhand der vorher durch den Benutzer festgelegten Grenzen des Aufnahmebereiches erfolgen. Außerdem kann dabei gesteuert werden, dass sich der Brennfleck 51 der Strahlungsquelle 50 bei einer Röntgenaufnahme in dem gleichen Abstand zum Untersuchungsobjekt 10 bzw. Detektor 60 befindet wie vorher der Fokus 41 der Kamera 40. Die Steuerungseinheit 2 steuert dazu die Positionierungseinheit 3, mit welcher folglich die Strahlungseinheit 4 auf möglichst günstigem Weg in die Startposition 15 in der Akquisitionsebene 12 linear verfahren und/oder gedreht wird. Die Startposition 15 ist dabei eine Akquisitionsposition 13, aus der die Strahlungseinheit 4 später mittels einer Translationsbewegung T in nur eine Richtung in die weiteren Akquisitionspositionen 13 linear verfahren wird.
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In einem zweiten Unterschritt III.b kann mittels der Strahlungsquelle 50 in der jeweiligen Akquisitionsposition 13 eine Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes 10 erfasst werden. Weiterhin kann mittels der Steuerung einer Blende der Strahlungseinheit 4 lediglich ein interessierender Bereich des Untersuchungsobjektes 10 aufgenommen werden.
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In einem dritten Unterschritt III.c wird die Strahlungseinheit 4 gesteuert durch die Steuerungseinheit 2 mittels der Positionierungseinheit 3 in eine weitere Akquisitionsposition 13 bewegt bzw. in einer weiteren Akquisitionsposition 13 positioniert. Die Bewegung kann mittels einer Translationsbewegung T durchgeführt werden. Sie wird mittels der Teleskopfunktion des Teleskoparmes 30 umgesetzt. Dazu wird der Teleskoparm 30 in der Raumrichtung Z ein- bzw. ausgefahren. Beispielsweise bei einem liegenden Patienten kann die Translationsbewegung T auch mittels einer der oder beider Bewegungsschienen 31,32 erfolgen.
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In einem alternativen oder zusätzlichen Schritt III.c kann die Strahlungseinheit 4 auch anstatt einer Translationsbewegung T mittels einer Rotationsbewegung R in weitere Akquisitionswinkel 14 gedreht bzw. rotiert werden. Die Rotationsbewegung R wird mittels der Drehlager 33 realisiert. Dabei wird die Strahlungseinheit 4 mittels der Drehlager 33 in eine Akquisitionsposition 13 gedreht. Bei der Rotationsbewegung R wird die Strahlungseinheit 4 z.B. nicht in der Raumrichtung Z verfahren, sondern um die Raumrichtung Y rotiert. Bei einem liegenden Patienten kann die Rotation jedoch auch um die Z-Achse erfolgen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Ablaufs wird die Strahlungseinheit 4 wiederholt mittels einer Rotationsbewegung R zwischen den Akquisitionsposition 13 gedreht. Nach der Ausrichtung in eine Startposition 15 in einem Schritt III.a, welche einer ersten Akquisitionsposition 13 entspricht, wird in einem Schritt =III.b eine erste Röntgenaufnahme akquiriert. Anschließend wird in Schritt III.c die Strahlungsquelle 50 aus der Startposition 15 in eine zweite Akquisitionsposition 13 mit verändertem Akquisitionswinkel 14 gedreht. Dabei kann das bei der Rotation verwendete Winkelinkrement entsprechend von einem Benutzer oder auf Basis des vorher festgelegten Aufnahmebereichs automatisch eingestellt werden. In der zweiten Akquisitionsposition 13 wird unter Wiederholung des Schritts III.b eine Röntgenaufnahme erfasst. Im Folgenden werden die beiden Schritte III.b und III.c solange wiederholt, bis eine vollständige Akquise über den ausgewählten Aufnahmebereich erfolgt ist. Vorzugsweise werden die akquirierten Röntgenaufnahmen direkt und automatisch zu einem zusammengehörigen Bild des Aufnahmebereiches zusammengesetzt. Das zusammengehörige Bild wird anschließend für einen Benutzer auf einem Bildschirm angezeigt und/oder auf einem Speicher der Rechnereinheit 7 und/oder auf einem verbundenen Netzwerkspeicher hinterlegt.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So wurde zuvor beispielhaft lediglich ein Röntgensystem beschrieben, die Erfindung kann sich jedoch grundsätzlich auf jede medizintechnisch bildgebende Modalität beziehen, bei welcher Parallaxenfehler auftreten können. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einrichtung“, „Einheit“, „Anordnung“ und „System“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teilkomponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
