DE102020211944A1

DE102020211944A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts

Info

Publication number: DE102020211944A1
Application number: DE102020211944.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Hofmann
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-03-24
Also published as: US20220087630A1; CN114246602A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts (32) für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten (39) umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst, umfassend die Schritte• Bereitstellen (ST1) einer Atemkurve (S) des Patienten (39), welche die Atembewegung des Patienten (39) über zumindest einen Atemzyklus beschreibt mittels einer ersten Schnittstelle (IF1),• Automatisches Ableiten (ST2) zumindest eines Messparameters mittels einer Recheneinheit (CU) basierend auf der bereitgestellten Atemkurve (S), wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt,• Ansteuern (ST3) des medizinischen Bildgebungsgeräts (32) zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter mittels einer Steuereinheit (51), wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle (37) des medizinischen Geräts (32) und dem Patienten (39) erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines Messbereichs eines Patienten, eine zugehörige Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts, das zugehörige medizinische Bildgebungsgerät und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts, eine zugehörige Trainingsvorrichtung, sowie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.
Für eine Bestrahlungsplanung eines Patienten beispielsweise mit einem Lungen- oder Abdomen-Karzinom werden üblicherweise drei-dimensionale 3D-Bilddatensätze eines Messbereichs mit einer Ausdehnung in z-Richtung verwendet. Mittels eines medizinischen Bildgebungsgeräts, insbesondere eines Computertomographen, können insbesondere Projektionsdatensätze bei einer bildgebenden Untersuchung erfasst werden, von welchen die 3D-Bilddatensätze rekonstruiert werden können. Die bildgebende Untersuchung mittels eines Computertomographen erfordert üblicherweise ionisierende Röntgenstrahlen. Verfahren zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit einem medizinischen Bildgebungsgeräts, insbesondere beispielsweise mittels eines Computertomographie-System (CT-System) sind allgemein bekannt. Hierbei werden beispielsweise Kreisabtastungen, sequentielle Kreisabtastungen mit sequentiellen Vorschub oder Spiralabtastungen mit kontinuierlichem Tischvorschub verwendet. Auch andersartige Abtastungen, die nicht auf Kreisbewegungen beruhen, sind möglich. Es werden mit Hilfe mindestens einer Strahlungsquelle und mindestens eines gegenüberliegenden Detektors Absorptionsdaten des Patienten aus unterschiedlichen Aufnahmewinkeln, im Folgenden auch Projektionswinkeln genannt, aufgenommen und diese so gesammelten Absorptionsdaten bzw. Projektionendatensätze mittels entsprechender Rekonstruktionsverfahren zu 3D-Bilddatensätzen oder Schichtbilddatensätzen verrechnet. Die 3D-Bilddatensätze umfassen in der Regel mehrere Schichtbilder, d.h. im wesentlichen zweidimensionale Bilddatensätze, des Patienten an einer jeweiligen z-Position im Messbereich. Ein Schichtbild bildet in der Regel eine axiale Schicht des Patienten im Messbereich entlang der Ausdehnung in z-Richtung, d.h. entlang einer z-Achse, ab. Für eine Zur Rekonstruktion von Bildern aus Projektionsdatensätzen, welche mittels eines solchen Systems erfasst wurden, wird heutzutage als Standardverfahren ein sogenanntes gefiltertes Rückprojektionsverfahren (Filtered Back Projection; FBP) eingesetzt.
Um eine für die Bestrahlungsplanung relevante Anatomie, insbesondere das Lungen- oder Abdomen-Karzinom, des Patienten in einer bestimmten Atemphase des Patienten rekonstruieren zu können, kann während der bildgebenden Untersuchung eine Atembewegung des Patienten erfasst werden. Vorzugsweise können für jede z-Position des Messbereichs die Schichtbilder über alle Atemphasen eines Atemzyklus, welcher insbesondere ein Einatmen und Ausatmen des Patienten abbildet und einem periodischen Segment der Atembewegung entspricht, rekonstruiert werden. Damit können zeitaufgelöste Bilddatensätze bzw. atemkorrelierte Bilder-Serien generiert werden, welche den Messbereich hinsichtlich einer Atembewegung zeitaufgelöst, d.h. im Wesentlichen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Atemzyklus des Patienten, darstellen. Dadurch kann insbesondere eine besonders geeignete Anpassung der Dosisverteilung an ein sich in Bewegung befindendes Planungs-Zielvolumen sichergestellt werden.
Um eine Bewegung möglichst exakt abzubilden ist idealerweise eine möglichst hohe Zeitauflösung des zeitaufgelösten Bilddatensatzes wünschenswert. Üblicherweise wird daher eine maximal mögliche Zeitauflösung zur Datenaufnahme und Erzeugung eines Bilddatensatzes gewählt.
Die Wahl einer möglichst hohen Zeitauflösung kann im Gegenzug jedoch, bei gleichzeitig geforderter hoher Bildqualität, beispielsweise hinsichtlich eines Bildrauschens, zu einer höheren zu applizierenden Dosis für einen Patienten oder mit höhere Anforderung an die eingesetzten Röntgenquellen und deren Leistungsreserven bzw. zu Einschränkungen bei einer maximal möglichen Ausdehnung eines Messbereichs oder einer Dauer der Messdatenaufnahme eingehen.
Gleichzeitig ist die Atembewegung eines Patienten höchst patientenspezifisch. Daraus resultiert, dass die gleichen Einstellungsparameter zur Datenaufnahme mittels eines medizinischen Bildgebungsgeräts nicht für jeden Patienten, insbesondere unter Berücksichtigung der gegenläufigen Randbedingungen an die erzeugten Bilddatensätze oder die Datenaufnahme, optimal sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein auf den Patienten individuell abgestimmtes Ansteuern eines medizinischen Bildgebungsgeräts zur Erzeugung von Bilddatensätzen eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte des Bereitstellens, des Automatischen Ableitens und des Ansteuerns.
Im Schritt des Bereitstellens wird eine Atemkurve des Patienten, welche die Atembewegung des Patienten über zumindest einen Atemzyklus beschreibt mittels einer ersten Schnittstelle bereitgestellt.
Im Schritt des automatischen Ableitens wird zumindest ein Messparameters mittels einer Recheneinheit basierend auf der bereitgestellten Atemkurve automatisch abgeleitet, wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt.
Im Schritt des Ansteuerns wird das medizinische Bildgebungsgerät zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter mittels einer Steuereinheit angesteuert, wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des medizinischen Geräts und dem Patienten erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.
Das medizinisches Bildgebungsgerät ist ausgebildet zu einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer vom medizinischen Bildgebungsgerät umfassten Strahlungsquelle, insbesondere Röntgenquelle, und dem Patienten. Das medizinische Bildgebungsgerät umfasst insbesondere einen Detektor zur Erfassung von der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, wobei der Messbereich des Patienten zwischen der Strahlungsquelle und dem Röntgendetektor positioniert ist. Während der Rotationsbewegung werden aus verschiedenen Projektionswinkeln Projektionsdatensätze mittels des in Gegenüberstellung zur Strahlungsquelle angeordneten Detektor erfasst. Anhand der Projektionsdatensätze kann schließend ein Bilddatensatz beispielsweise mittels eines Verfahrens der gefilterten Rückprojektion oder anderen geeigneten Rekonstruktionsalgorithmen rekonstruiert werden. Ein medizinisches Bildgebungsgerät kann insbesondere beispielsweise als Computertomographiegerät ausgebildet sein.
Ein Messbereich kann insbesondere entlang einer z-Achse ausgedehnt sein oder zumindest eine z-Position entlang der z-Achse umfassen. Die z-Achse kann insbesondere entlang einer Längsrichtung des Patienten erstreckenden Längsachse verlaufen. Die Längsachse des Patienten kann außerdem parallel zu einer sich in Längsrichtung einer Patientenliege erstreckenden Längsachse sein. Der Messbereich kann die zumindest eine z-Position aufweisen, wobei die zumindest eine z-Position eine Position einer abzubildenden Schicht des Patienten entlang der z-Achse beschreibt. Ein Schichtbilddatensatz für die zumindest einen z-Position kann insbesondere die Schicht des Patienten an der zumindest einen z-Position abbilden. Üblicherweise entspricht eine Rotationsachse eines Computertomographiegeräts der Längsachse einer Patientenliege und der z-Achse.
Ein Schichtbilddatensatz, d.h. die Bilddaten für eine z-Position, können insbesondere eine Schichtdicke mit Ausdehnung in z-Richtung aufweisen. Eine minimale Schichtdicke kann beispielsweise von einer Pixelgröße eines eingesetzten Detektors bestimmt sein.
Dem Schichtbilddatensatz für eine z-Position kann eine Mehrzahl an Projektionsdatensätze aus einem, vorzugsweise zusammenhängenden, Winkelbereich der Rotationsbewegung der Strahlungsquelle zugeordnet werden, basierend auf welchen der Schichtbilddatensatz rekonstruiert werden kann. Dieser Winkelbereich kann als Projektionswinkelintervall bezeichnet werden. Idealerweise umfasst das Projektionswinkelintervall mindestens 180°, was üblicherweise für die Rekonstruktion eines Schichtbilddatensatzes ein Minimum darstellt. Je größer das Projektionswinkelintervall ist, desto mehr Projektionsdatensätze mit dem zumindest einen Winkel innerhalb des Projektionswinkelintervalls werden bei der Rekonstruktion eines Schichtbilddatensatzes verwendet. Wenn das Projektionswinkelintervall mindestens 180° beträgt, können üblicherweise Bildartefakte im Schichtbild minimiert werden, welche insbesondere durch ein Projektionswinkelintervall von unter 180° verursacht werden.
Die Projektionsdatensätze können mittels eines Computertomographiegeräts mittels einer Spiralakquisition aufgenommen werden. Dabei wird der Patient kontinuierlich durch ein maximales Gesichtsfeld des Computertomographiegeräts hindurch geschoben. Alternativ zu der spiralen Akquisition kann die Patientenliege in diskreten Schritten durch das maximale Gesichtsfeld des Computertomographen hindurch geschoben werden. Bei einer Spiralakquisition ist der sogenannte Pitch, welche den Tischvorschub beschreibt, proportional zu einem Tischvorschub der Patientenliege und einer Ausdehnung des Röntgendetektors in z-Richtung des Computertomographen. Typische Werte eines Pitch bei einer Durchführung einer Messung in einem Computertomographen liegen über 0 und unter 2. Für die Aufnahme bewegter Strukturen, d.h. beispielsweise einem von einer Atembewegung beeinflussten Messbereich, wird vorzugsweise mit einem kleinen Pitch, beispielweise kleiner als 1, und/oder bei einer geringen Rotationumlaufzeit der Strahlungsquelle gearbeitet. Die Rotationsumlaufszeit beschreibt die Zeitspanne, welche für einen vollständigen Umlauf der Strahlungsquelle um den Patienten benötigt wird. Je niedriger die Rotationumlaufzeit der Strahlungsquelle während der Rotationsbewegung ist, desto höher ist die Strahlungsquellen-Detektor-Geschwindigkeit, desto schneller rotieren insbesondere die Strahlungsquelle und der Detektor um den Patienten herum und/oder desto mehr Projektionsdatensätze können pro Zeiteinheit erfasst. Üblicherweise rotieren insbesondere die zumindest eine Strahlungsquelle und der zumindest eine Röntgendetektor fortwährend während der bildgebenden Untersuchung.
Während einer Aufnahme der Projektionsdatensätze wird üblicherweise während der Akquisition der Projektionsdatensätze ein Winkel, in welchem sich die zumindest eine Strahlungsquelle und der zumindest eine Röntgendetektor relativ zur Patientenliege bzw. dem Patienten befinden, und eine aktuelle z-Position der Patientenliege beispielsweise mit Bezug auf die Projektionsdaten gespeichert.
Die Zeitauflösung eines Schichtbilddatensatzes ist im Rahmen der Erfindung derart zu verstehen, dass die Zeitauflösung die Zeitspanne widerspiegelt, welche während der Erfassung der Projektionsdatensätze für einen Schichtbilddatensatz verstreicht. Je kürzer die Zeitspanne ist, d.h. je besser die Zeitauflösung, desto weniger hat sich ein Patient während der Erfassung bewegt und desto weniger ist der Schichtbilddatensatz von einer Bewegung im Messbereich, d.h. durch Bewegungsartefakte, beeinflusst und desto schärfer können bewegte Strukturen im Schichtbilddatensatz abgebildet werden. Wird außerdem für eine Abfolge an Zeitpunkten, d.h. für eine Mehrzahl an Zeitpunkten, jeweils ein Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst, d.h. ein zeitaufgelöster Bilddatensatz erfasst, bestimmt die Zeitauflösung den minimalen zeitlichen Abstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Schichtbilddatensätzen. Die Zeitauflösung definiert insbesondere eine maximale zeitliche Kohärenz von durch die Atembewegung bewegter Strukturen, beispielsweise einer Hautoberfläche, eines Organs, eines Karzinoms und/oder eines Tumors, des Patienten. Wenn die Zeitauflösung N Sekunden umfasst, werden vorzugsweise innerhalb von N Sekunden die Projektionsdatensätze an der zumindest einen z-Position gemäß dem Projektionswinkelintervall erfasst. Die maximale zeitliche Kohärenz kann von anderen Arten an Bewegung des Patienten abhängen. Die maximale zeitliche Kohärenz bei der bildgebenden Untersuchung kann insbesondere optimiert sein, wenn keine Bewegung, insbesondere der durch die Atembewegung bewegten Strukturen, vorliegt. In anderen Worten, je weniger Bewegung des Patienten vorliegt, umso besser ist die maximale zeitliche Kohärenz.
Die Zeitauflösung kann insbesondere von der Rotationsumlaufszeit und von dem eingesetzten Projektionswinkelintervall abhängen. Eine Zeitauflösung kann insbesondere direkt proportional zu dem Produkt aus der Rotationsumlaufszeit und dem Projektionswinkelintervall sein.
Üblicherweise wird für zeitaufgelöste Messungen eine maximale zeitliche Auflösung gewählt, beispielsweise indem eine möglichst kleine Rotationsumlaufzeit und ein möglichst Projektionswinkelintervall gewählt wird, welches einem Schichtbilddatensatz zugrunde liegt, um Bewegung von Tumoren und Risiko Organen möglichst exakt abzubilden
Der Erfinder hat jedoch erkannt, dass nicht immer eine maximale Zeitauflösung für eine optimale Darstellung notwendig sein muss. Der Erfinder hat erkannt, dass eine Atembewegung, d.h. beispielsweise das Ausmaß einer Bewegung pro Zeiteinheit, eines Patienten höchst patientenspezifisch und gegebenenfalls außerdem von aktuellen Randbedingungen beeinflusst sein kann, so dass es nicht immer zielführend sein kann, stets die höchstmögliche zeitliche Auflösung zu wählen, sondern stattdessen eine für den aktuellen Patienten geeignete Zeitauflösung zu wählen vorteilhaft ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine unnötig hohe Dosisapplikation oder Einschränkungen hinsichtlich des Scanvorgangs vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Messparameter basierend auf einer bereitgestellten Atemkurve des Patienten automatisch abgeleitet, wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt. Das heißt, vorzugsweise wird eine patientenindividuelle Zeitauflösung basierend auf der Atemkurve mittels des Messparameters für die Erzeugung des Bilddatensatzes genutzt. Bevorzugt wird basierend auf einer aktuell vorliegenden, d.h. in Zeitnähe zu der bildgebenden Untersuchung aufgezeichnete, Atemkurve der Messparameter abgeleitet.
Eine Atemkurve eines Patienten, welche die Atembewegung des Patienten widerspiegelt, kann beispielsweise mittels eines Sensors erfasst werden, beispielsweise mittels einer Kamera oder eines Atemgurts. Die Atembewegung beschreibt üblicherweise ein freies Atmen des Patienten und umfasst insbesondere wenigstens einen Atemzyklus des Patienten. Die Atembewegung wird insbesondere über zumindest einen gesamten Atemzyklus des Patienten erfasst, wobei der gesamte Atemzyklus zumindest ein einmaliges Einatmen und einmaliges Ausatmen des Patienten umfasst. Vorzugsweise umfasst die bereitgestellte Atemkurve mehr als einen Atemzyklus. Der Atemzyklus entspricht vorzugsweise einem periodischen Segment der Atembewegung. Die Zeitdauer des periodischen Segments entspricht der Zeitdauer des Atemzyklus. Aus der Atemkurve kann die Dauer eines Atemzyklus oder eine mittlere Dauer mehrerer aufeinanderfolgender Atemzyklen und damit eine Atemrate d.h. beispielsweise eine Anzahl an Inhalationen bzw. Exhalationen pro Zeiteinheit bestimmt werden. Je langsamer der Patient atmet, desto höher ist die Atemrate.
Der Verlauf der Atemkurve eines Patienten kann insbesondere patientenindividuell sein, d.h. auftretende Steigungen, die Dauer einer Inhalation oder Exhalation, oder das Auftreten von zwischenzeitlichen Ruhephasen mit geringer oder keiner Bewegung können von Patient zu Patient und ggf. auch von bildgebender Untersuchung zu bildgebender Untersuchung eines Patienten verschieden sein. Dies kann insbesondere auch unabhängig von einer (mittleren) Atemrate oder zumindest nicht in einfacher Weise aus einer (mittleren) Atemrate eines Patienten ableitbar sein.
Das Bereitstellen einer Atemkurve mittels der ersten Schnittstelle kann ein Auslesen der Daten von einer Speichereinheit umfassen, auf welchen eine mittels eines Sensors erfasste Atemkurve des Patienten abgespeichert ist. Das Bereitstellen kann ein Empfangen von Messpunkten der Atemkurve von einer zur Erfassung der Atemkurve eines Patienten ausgebildeten Sensoreinheit umfassen.
Das Automatische Ableiten des zumindest einen Messparameters ist insbesondere keine Benutzerinteraktion nötig. Dadurch kann ein fehlerhaftes Festlegen des zumindest einen Messparameters vermieden werden. Das automatische Ableiten erfolgt insbesondere in einer Recheneinheit. Die Recheneinheit weist dafür vorteilhafterweise einen Speicher auf, in welchen Programmcodemittel ladbar sind. Die Programmcodemittel weisen insbesondere Programmcode auf, welche das automatische Ableiten des zumindest einen Messparameters ermöglichen, wenn eine Atemkurve des Patienten bereitgestellt wird.
Das automatische Ableiten ist besonders vorteilhaft, weil der zumindest eine Messparameter für die bereitgestellte Atemkurve und damit für jeden Patienten individuell automatisch berechnet wird und damit die Erzeugung des Bilddatensatzes besonders geeignet an den Patienten angepasst wird, weil der zumindest eine Messparameter nicht aus über ein Patientenkollektiv gemittelte vorgegebene Parametersätze oder anhand von vereinfachten Zusammenhängen, welche ggf. höchstens im Mittel zutreffen, ausgewählt wird.
Das automatische Ableiten kann umfassen, mehr als nur einen Messparameter abzuleiten.
Das automatische Ableiten kann das Anwenden einer trainierten Funktion umfassen, wobei die Atemkurve des Patienten oder daraus abgeleitete Parameter als Eingangsparameter in die trainierte Funktion eingehen. Das automatische Ableiten kann eine Analyse der Atemkurve umfassen, welche die Atemkurve hinsichtlich ihres Verlaufs analysiert, um zumindest einen Wert, vorzugsweise mehrere Werte, betreffend eine Dauer oder Steigung einer Inhalationsphase oder einer Exhalationsphase oder eine Dauer einer Ruhephase der Atembewegung basierend auf der bereitgestellten Atemkurve zu extrahieren. Diese Werte können als Eingangsparameter für eine trainierte Funktion oder auch für eine Abfrage von in einer Datenbank hinterlegten Vielzahl an Messparametern dienen, welche mit den Eingangsparametern verknüpft sind.
Vorteilhaft kann durch die patientenindividuelle Ermittlung des Messparameters hinsichtlich einer Zeitauflösung eine unnötig hohe applizierte Dosis oder unnötige Einschränkungen hinsichtlich einer Scanrange oder Scandauer vermieden werden. Höhere zeitliche Auflösung bedeutet in der Regel auch höhere Dosis bei ansonsten gleichbleibender Bildqualität (beispielsweise hinsichtlich eines Bildrauschens) für den Patienten. Da weniger Zeit pro Akquisition eines Projektionsdatensatz und/oder weniger Projektionsdatensätze zur Erzeugung des Schichtbilddatensatzes beitragen, was durch eine höhere applizierte Dosis ausgeglichen werden muss. Eine höhere zeitliche Auflösung heißt in der Regel auch höhere Anforderung an die Röntgenröhren und deren Leistungsreserven. Dies kann zu Einschränkungen bei einer Scanrange oder Scandauerführen, beispielsweise für adipöse Patienten, bei denen ggf. ein höherer Röhrenstrom eingestellt werden muss, damit die geforderte Bildqualität erreicht werden kann. Wird gleichzeitig beispielsweise eine minimale Rotationsumlaufszeit oder eine geringe Anzahl zu eines Schichtbilddatensatzes eines Zeitpunkts beitragenden Projektionsdatensätzen gewählt, wobei gleichzeitig eine gleichbleibende Bildqualität gewährleistet werden soll, können eingesetzte Strahlungsquellen an ihre Leistungsgrenzen stoßen.
Beispielsweise kann für einen langsam atmenden Patienten, welcher lange Inhalationsphasen bzw. Exhalationsphasen mit einer moderaten Steigung aufweist, die Zeitauflösung größer gewählt werden, da hier eine langsamere Bewegung im Messbereich vorliegt. Bei einem Patienten mit sehr steilen Anstiegen bei einer Inhalation oder Exhalation muss dagegen eine höhere Zeitauflösung gewählt werden, um einen Schichtbilddatensatz mit einer ausreichenden zeitlichen Kohärenz zu erzeugen. Dabei kann ein nichttrivialer Zusammenhang zwischen Atmung und zu wählenden Messparametern vorliegen. Eine reine Verknüpfung, beispielsweise, mit einer mittleren Atemrate kann hier ungenügende Ergebnisse liefern. Ein automatisches Ableiten unter Berücksichtigung der Atemkurve eines Patienten kann dagegen insbesondere auch für weniger geschultes Personal eine geeignete Wahl gewährleisten und insgesamt zu einem zeiteffizienten Erzeugen von Bilddatensätzen beitragen, wobei Fehler und in Konsequenz mangelnde Bildqualität oder unnötig applizierte Dosis vermieden werden können.
Basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter wird das medizinische Bildgebungsgerät zur Erzeugung des Bilddatensatzes umfassend den zumindest einen Schichtbilddatensatz angesteuert. Dabei wird für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des medizinischen Bildgebungsgeräts und dem Patienten erfasst und darauf basierend der Schichtbilddatensatz erzeugt.
Das Ansteuern kann die Akquisition der Projektionsdatensätze mittels des medizinischen Bildgebungsgeräts an sich oder auch eine Rekonstruktion des Bilddatensatzes basierend auf den erfassten Projektionsdatensätzen betreffen.
Gemäß einer Verfahrensvariante umfasst der automatisch abgeleitete Messparameter zumindest eine Rotationsumlaufszeit der Strahlungsquelle während der relativen Rotationsbewegung und/oder ein Projektionswinkelintervall, welches den Winkelbereich der Projektionswinkel umfasst, auf welchen der zumindest eine Schichtbilddatensatz basiert. Das automatische Ableiten kann auch das Ableiten sowohl der Rotationsumlaufszeit als auch des Projektionswinkelintervalls umfassen. Es kann auch ein festgelegter Zusammenhang zwischen der Rotationsumlaufszeit und dem Projektionswinkelintervall bestimmt sein, so dass nach einem automatischen Ableiten des einen Messparameters ebenso auch der andere Messparameter bestimmt ist. Vorteilhaft kann eine auf einen Patienten und dessen Atembewegung abgestimmte Zeitauflösung bestimmt werden.
Das Ansteuern kann dann insbesondere ein Ansteuern der Strahlungsquellen-Detektor-Einheit für die Akquisition umfassen, insbesondere die Geschwindigkeit der Rotationsbewegung, d.h. die Rotationsumlaufszeit, umfassen. Das Ansteuern kann dann die Auswahl des erfassten Projektionsdatensätze umfassen basierend auf dem Projektionswinkelintervall, welche in die Erzeugung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes eingehen. Basierend auf dem oder den automatisch abgeleiteten Messparametern betreffend die Zeitauflösung können auch weitere Messparameter abgleitet werden. Entsprechend kann das Ansteuern auch weitere Parameter betreffen. Beispielsweise können von einem automatisch abgeleiteten Messparameter betreffend die Zeitauflösung weitere Einstellungsparameter abhängen oder mit einem automatisch abgeleiteten Messparameter verknüpft sein. Dies kann etwa einen eingesetzten Röhrenstrom einer als Strahlungsquelle eingesetzten Röntgenröhre oder den Tischvorschub, beispielweise den Pitch bei einem Spiralscan, umfassen. Es kann ein festgelegter Zusammenhang, beispielsweise in Form einer mathematischen Funktion, zwischen den Messparametern vorgegeben sein. Das automatische Ableiten kann auch das Ableiten eines festgelegten, miteinander verknüpften Messparametersatzes umfassen, welcher mehr Messparameter umfasst als den zumindest einen Messparameter, welcher die Zeitauflösung bestimmt.
Gemäß einer Variante des Verfahrens gehen in das automatische Ableiten insbesondere außerdem ein Dosisparameter und/oder ein Leistungsparameter der Strahlungsquelle ein.
Ein Leistungsparameter der Strahlungsquelle kann beispielsweise eine maximale Röhrenleistung einer eingesetzten Röntgenröhre betreffen. Bei Nutzung einer sehr hohen Zeitauflösung bei gleichzeitig gewünschter hoher Bildqualität, insbesondere in Verbindung mit großen zu durchstrahlenden Volumina, kann es erforderlich sein, einen höheren Röhrenstrom einzusetzen. Sollen außerdem eine Mehrzahl an Schichtbilddatensätzen, etwa bei Abtastung eines ausgedehnten Messbereichs und/oder über eine lange Zeitdauer, erzeugt werden, kann es ebenso zur Erreichung von Leistungsgrenzen der eingesetzten Strahlungsquelle kommen, welche eine maximal abtastbaren Messbereich oder eine maximale Scandauer einschränken. In diesem Fall kann eine gewählte geringere Zeitauflösung in Abstimmung auf eine patientenspezifische Atemkurve vorteilhaft sein. Vorteilhaft wird dies bei einem automatischen Ableiten eines Messparameters betreffend die Zeitauflösung berücksichtigt.
Ein Dosisparameter kann insbesondere eine Bildqualität, beispielsweise hinsichtlich eines Bildrauschens beeinflussen. Gleichzeitig ist eine unnötige Strahlenbelastung eines Patienten zu vermeiden. Eine unnötig hoch gewählte Zeitauflösung kann zu einer unnötig erhöhten applizierten Dosis führen. Insbesondere kann das automatische Ableiten eine verbesserte Auswahl von Dosis/Bildqualität und Zeitauflösung ermöglichen. Einem ggf. weniger geschultem Benutzer können die nicht triviale Zusammenhänge zwischen Atmung, Bildqualität, Dosis und Röhrenleistung nicht bewusst sein. Ein automatisches Ableiten unter Berücksichtigung der vorliegenden Randbedingungen kann vorteilhaft eine fehlerhafte oder suboptimale Parameterwahl vermeiden helfen.
Gemäß einer Verfahrensvariante umfasst das automatische Ableiten das Anwenden einer trainierten Funktion, wobei zumindest ein Parameter der trainierten Funktion auf einem Vergleich zwischen einem auf einer Trainings-Atemkurve eines Trainingspatienten abgeleiteten Trainings-Messparameter und einem Vergleichs-Messparameter angepasst ist, wobei die Trainings-Atemkurve und der Vergleichs-Messparameter miteinander verknüpft sind.
Ein Ableiten unter Anwendung einer trainierten Funktion kann vorteilhaft ein besonders zeiteffizientes Ableiten unter Berücksichtigung der patientenspezifischen Atemkurve erlauben.
Eine trainierte Funktion kann bevorzugt mittels eines künstlichen Intelligenzsystems, d.h. durch ein Verfahren des maschinellen Lernens, realisiert sein. Durch ein Ableiten basierend auf dem Anwenden einer trainierten Funktion können verbessert alle relevanten Einflussgrößen für das Ableiten berücksichtigt werden, auch solche, für die ein, insbesondere beispielsweise auch ein weniger geschulter oder erfahrener, Anwender keinen Zusammenhang oder nur schwer einen Zusammenhang zum Ableiten abschätzen kann. Unter einem künstlichen Intelligenzsystem kann man ein System für die künstliche Generierung von Wissen aus Erfahrung bezeichnen. Ein künstliches System lernt aus Beispielen in einer Trainingsphase und kann nach Beendigung der Trainingsphase verallgemeinern. Die Verwendung eines solchen Systems kann ein Erkennen von Mustern und Gesetzmäßigkeiten in den Trainingsdaten umfassen. Nach der Trainingsphase kann das künstliche Intelligenzsystem beispielsweise in bisher unbekannten Messdaten Merkmale oder Kenngrößen extrahieren, welche in das Ableiten eingehen. Nach der Trainingsphase kann der optimierte, d.h. trainierte, Algorithmus beispielsweise basierend auf einem bisher unbekannten gemessenen Atemkurve geeignete Messparameter für die Erzeugung des Bilddatensatzes abschätzen. Das künstliche Intelligenzsystem kann ein künstliches neuronales Netz oder auch auf einem anderen Verfahren des maschinellen Lernens basieren. Insbesondere kann mittels einer trainierten Funktion basierend auf einem künstlichen Intelligenzsystems nach der Trainingsphase eine Ableitung des Messparameters besonders verlässlich und zeiteffizient automatisiert ermöglicht werden.
Eine trainierte Funktion bildet insbesondere Eingabedaten auf Ausgabedaten ab. Hierbei können die Ausgabedaten insbesondere weiterhin von einem oder mehreren Parametern der trainierten Funktion abhängen. Der eine oder die mehreren Parameter der trainierten Funktion können durch ein Training bestimmt und/oder angepasst werden. Das Bestimmen und/oder das Anpassen des einen oder der mehreren Parameter der trainierten Funktion kann insbesondere auf einem Paar aus Trainingseingabedaten und zugehörigen, d.h. damit verknüpften, Vergleichsausgabedaten basieren, wobei die trainierte Funktion zur Erzeugung von Trainingsausgabedaten auf die Trainingseingabedaten angewendet wird. Insbesondere können das Bestimmen und/oder das Anpassen auf einem Vergleich der Trainingsausgabedaten und der Trainingsvergleichsdaten basieren. Im Allgemeinen wird auch eine trainierbare Funktion, d.h. eine Funktion mit noch nicht angepassten einen oder mehreren Parametern, als trainierte Funktion bezeichnet.
Andere Begriffe für trainierte Funktion sind trainierte Abbildungsvorschrift, Abbildungsvorschrift mit trainierten Parametern, Funktion mit trainierten Parametern, Algorithmus basierend auf künstlicher Intelligenz, Algorithmus des maschinellen Lernens. Ein Beispiel für eine trainierte Funktion ist ein künstliches neuronales Netzwerk, wobei die Kantengewichte des künstlichen neuronalen Netzwerks den Parametern der trainierten Funktion entsprechen. Anstatt des Begriffs „neuronales Netzwerk“ kann auch der Begriff „neuronales Netz“ verwendet werden. Insbesondere kann eine trainierte Funktion auch ein tiefes künstliches neuronales Netzwerk sein (engl. deep neural network, deep artificial neural network). Ein weiteres Beispiel für eine trainierte Funktion ist eine „Support Vector Machine“, weiterhin sind auch insbesondere andere Algorithmen des maschinellen Lernens als trainierte Funktion einsetzbar.
Die trainierte Funktion kann insbesondere mittels einer Rückpropagation trainiert sein. Zunächst können Trainingsausgabedaten durch Anwendung der trainierten Funktion auf Trainingseingabedaten bestimmt werden. Hiernach kann eine Abweichung zwischen den Trainingsausgabedaten und den Trainingsvergleichsdaten durch Anwendung einer Fehlerfunktion auf die Trainingsausgabedaten und die Trainingsvergleichsdaten ermittelt werden. Ferner kann zumindest ein Parameter, insbesondere eine Gewichtung, der trainierten Funktion, insbesondere des neuronalen Netzwerks, basierend auf einem Gradienten der Fehlerfunktion bezüglich des zumindest einen Parameters der trainierten Funktion iterativ angepasst werden. Hierdurch kann die Abweichung zwischen den Trainingsausgabedaten und den Trainingsvergleichsdaten während des Trainings der trainierten Funktion vorteilhafterweise minimiert werden.
Vorteilhafterweise weist die trainierte Funktion, insbesondere das neuronale Netzwerk, eine Eingabeschicht und eine Ausgabeschicht auf. Dabei kann die Eingabeschicht zum Empfang von Eingabedaten ausgebildet sein. Ferner kann die Ausgabeschicht zur Bereitstellung von Ausgabedaten ausgebildet sein. Dabei kann die Eingabeschicht und/oder die Ausgabeschicht jeweils mehrere Kanäle, insbesondere Neuronen, umfassen.
Die Eingabedaten für die trainierte Funktion können erfindungsgemäß eine erste bereitgestellte Atemkurve oder ein daraus abgeleiteter Parameter, vorzugsweise eine Mehrzahl an daraus abgeleiteten Parametern, welche den Verlauf der Atemkurve charakterisieren, des Patienten umfassen. Die Ausgabedaten können erfindungsgemäß insbesondere den zumindest einen Messparameter für die Erzeugung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes umfassen, welcher die Zeitauflösung des Schichtbilddatensatzes betrifft.
In der Trainingsphase der trainierten Funktion kann erfindungsgemäß insbesondere eine Trainings-Atemkurve, bevorzugt eine Mehrzahl an Trainings-Atemkurven, eines Trainings-Patienten, bevorzugt einer Mehrzahl an Trainings-Patienten, als Trainingseingabedaten zum Einsatz kommen. Darauf basierend kann ein Trainings-Messparameter als Trainingsausgabedaten abgeleitet werden. Weiterhin kann dann zumindest ein Parameter der trainierten Funktion auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters des Trainings-Patienten mit einem Vergleichs-Messparameter des Trainings-Patienten als Trainingsvergleichsdaten angepasst werden.
Die Trainingseingabedaten und die Trainingsvergleichsdaten sind miteinander verknüpft. Insbesondere können annotierte Trainingseingabedaten eingesetzt werden, welchen vor Beginn der Trainingsphase beispielsweise durch Expertenwissen annotiert wurden, so dass zu den Trainingseingabedaten vorteilhafte Trainingsvergleichsdaten vorliegen. Beispielsweise können vor einer Trainingsphase zu einer Trainings-Atemkurve jeweils zumindest ein Vergleichs-Messparameter zugeordnet werden. Der Vergleichs-Messparameter kann eine geeignete Zeitauflösung bestimmen. Der Vergleichs-Messparameter kann beispielsweise eine für die jeweilige Trainings-Atemkurve geeignet einzusetzende Rotationsumlaufzeit oder ein geeignetes Projektionswinkelintervall umfassen. Dabei kann außerdem auch ein Dosisparameter oder ein Röhrenleistungsparameter berücksichtigt werden. Außerdem kann ein Bildqualitätsparameter berücksichtigt werden. Insbesondere kann das Expertenwissen, welches die Zuordnung erlaubt, auf experimentellen Erfahrungen und experimentellen Studien basieren, welche anhand von realen Messungen oder Simulationen vor Beginn einer Trainingsphase gewonnen wurden. Die Eingabedaten können beispielsweise auf realen Messungen an realen Trainings-Patienten basieren. Die Eingabedaten können auf Simulationen oder auf Phantommessungen basieren, welche anschließend annotiert werden können.
Eine trainierte Funktion kann direkt auf eine bereitgestellte Atemkurve angewendet werden. Die Atemkurve kann den Eingabeparametern der trainierten Funktion entsprechen. Die Eingabeparameter einer trainierten Funktion können jedoch auch auf vorab aus der Atemkurve extrahierten Werten basieren.
Gemäß einer Verfahrensvariante umfasst das automatische Ableiten des zumindest einen Messparameters mittels der Recheneinheit, zumindest einen Wert betreffend eine Dauer oder Steigung einer Inhalationsphase oder einer Exhalationsphase oder eine Dauer einer Ruhephase der Atembewegung basierend auf der bereitgestellten Atemkurve zu extrahieren und darauf basierend den Messparameter abzuleiten. Beispielsweise kann anhand von mathematischen Ableitungen die Steigung in einer Atemkurve oder der Verlauf einer Steigung in der Atemkurve ermittelt werden.
Alternativ zu einer Verwendung einer trainierten Funktion kann ein extrahierter Wert auch in Verbindung mit einer Datenbankabfrage eingesetzt werden. Das Bestimmen des zumindest einen Messparameters basierend auf dem zumindest einen extrahierten Wert kann eine Abfrage einer in einer Speichereinheit hinterlegten Messparameter-Datenbank umfassen, wobei für die Abfrage der zumindest eine extrahierte Wert oder ein daraus abgeleiteter Parameter als Abfrageparameter einsetzt wird.
Die Verknüpfung von einem oder bevorzugt mehreren extrahierten Werten mit dem zumindest einen Messparameter kann auf Expertenwissen und experimentellen Erfahrungen basieren. Das heißt die in der Messparameter-Datenbank hinterlegten Messparameter sind jeweils mit einem bzw. jeweils mit einer Gruppe von extrahierten Werten für eine Abfrage verknüpft. Es ist auch möglich, dass basierend auf den bevorzugt mehreren extrahierten Werten zuerst eine Einordnung in eine Atemmuster-Gruppe von einer Mehrzahl an Atemmuster-Gruppen erfolgt. Einer Atemmuster-Gruppe kann der zumindest eine Messparameter zugeordnet sein und beispielsweise in einer Messparameter-Datenbank in Verknüpfung mit der Atemmuster-Gruppe vorliegen.
Eine derartige Implementierung kann ohne eine Trainings-Phase einer trainierten Funktion umgesetzt werden. Jedoch kann dies einer weniger flexiblen und weniger patientenspezifischeren Umsetzung als das Anwenden einer trainierten Funktion durch die Einstufung oder die Bestimmung lediglich einer möglichst großen Übereinstimmung mit vorab festgelegte Atemmuster oder die feste Zuordnung von Parametern mittels einer Datenbank entsprechen.
Gemäß einer Variante des Verfahrens umfasst der erzeugte Bilddatensatz Schichtbilddatensätze für eine Mehrzahl an Zeitpunkten für die zumindest eine z-Position umfasst. Im Schritt des Ansteuern des medizinischen Bildgebungsgeräts zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter für die zumindest eine z-Position wird dann für jeden Zeitpunkt der Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln erfasst werden. Vorteilhafterweise kann der Messbereich zumindest an der zumindest einen z-Position zeitaufgelöst abgebildet werden und eine Atembewegung des Messbereichs bzw. eine dadurch verursachte Bewegung von Organen oder Strukturen im Messbereich nachvollzogen werden.
Gemäß einer Verfahrensvariante bilden die Schichtbilddatensätze des erzeugten Bilddatensatzes den Atemzyklus des Patienten über die gesamte Zeitdauer des Atemzyklus abbilden. Vorteilhaft kann eine Bewegung über den gesamten Atemzyklus nachvollzogen und beispielsweise in einer Bestrahlungsplanung berücksichtig werden.
Gemäß einer Variante des Verfahrens wird während des Ansteuerns des medizinischen Bildgebungsgeräts zusätzlich die Atembewegung des Patienten in Echtzeit erfasst und die Erzeugung der Bilddaten für einen Zeitpunkt der Mehrzahl an Zeitpunkten erfolgt gemäß einer Atemphase der Atembewegung des Patienten.
Insbesondere kann die Atemphase wenigstens einem der zeitaufgelösten Schichtbilddatensätze zugeordnet werden. Das wenigstens eine der zeitaufgelösten Schichtbilddatensätze zeigt insbesondere die z-Position gemäß der Atemphase. Beispielsweise kann auf dem Monitor durch den Nutzer die anzuzeigende Atemphase ausgewählt werden und der zu der Atemphase gehörige Schichtbilddatensatz angezeigt werden.
Wenn der Messbereich ein 3D-Volumen mit Ausdehnung in z-Richtung aufweist und der Messbereich beispielsweise einen Thorax des Patienten umfasst, kann insbesondere der Thorax des Patienten gemäß der ausgewählten Atemphase des Patienten auf einem Monitor dargestellt werden. Beispielsweise kann gemäß der Auswahl durch den Nutzer der Patient einmal beim Einatmen und ein anderes Mal beim Ausatmen gezeigt werden.
Das Erzeugen des Bilddatensatzes des Patienten gemäß des zumindest einen Messparameters in dem Messbereich mittels des medizinischen Bildgebungsgeräts kann insbesondere das Rekonstruieren von atemkorrelierten Bildern bzw. atemkorrelierten Bilder-Serien umfassen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem zuvor beschriebenen Verfahren. Das Trainingsverfahren umfasst den Schritt des Bereitstellens einer ersten Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter mittels einer Trainings-Schnittstelle, wobei

- der Vergleichs-Messparameter eine Zeitauflösung eines von einem Trainings-Bilddatensatz eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Trainings-Patienten umfassten Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von dem Messbereich umfassten z-Position bestimmt, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird, und
- der Trainings-Schichtbilddatensatz auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten basiert.

Weiterhin umfasst das Trainingsverfahren den Schritt des Anwendens der trainierten Funktion auf die bereitgestellte, ersten Trainings-Atemkurve und damit ein Ableiten eines Trainings-Messparameters mittels einer Trainings-Recheneinheit, und den Schritt des Anpassens zumindest eines Parameters der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters mittels der Trainings-Recheneinheit.
Weiterhin umfasst das Trainingsverfahren den Schritt des Bereitstellens der trainierten Funktion mittels einer zweiten Trainings-Schnittstelle.
Vorteilhaft kann eine trainierte Funktion bereitgestellt werden.
Das Bereitstellen einer Trainings-Atemkurve und eines damit verknüpften Trainings-Messparameters kann insbesondere ein Erfassen und/oder Auslesen eines computerlesbaren Datenspeichers und/oder ein Empfangen aus einer Datenspeichereinheit, beispielsweise einer Datenbank, umfassen. Die erste Trainings-Atemkurve und der Vergleichs-Messparameter können auf realen Messungen eines realen Trainings-Patienten und diesen zugordneten Messparametern basieren. Die Trainings-Atemkurve kann anhand eines Sensors, welche an einem Trainings-Patienten angebracht ist oder mittels einer Kamera aufgenommen werden und abgespeichert werden und anschließend für das Training bereitgestellt werden. Der zumindest eine Vergleichs-Messparameter kann mit dem Trainings-Messparameter verknüpft abgespeichert werden und anschließend für das Training bereitgestellt werden. Es können im Allgemeinen auch künstlich erzeugte, d.h. simulierte, Trainings-Datensätze oder Trainings-Datensätze basierend auf Phantommessungen eingesetzt werden.
Vorzugsweise basiert die Trainings-Atemkurve und der damit verknüpfte Vergleichs-Messparameter auf domänen-spezifischen, gemessenen Atemkurven einer realen Patientenpopulation des medizinischen Bildgebungsgeräts oder der gleichen Gerätegruppe des medizinischen Geräts. Das bedeutet, dass die für das Trainingsverfahren eingesetzte Atemkurve und die Atemkurve, auf welchem basierend ein automatisches Ableiten getätigt wird, vorzugweise unter ähnlichen Bedingungen ermittelt wurden bzw. werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst.
Die Vorrichtung umfasst eine erste Schnittstelle, ausgebildet zum Bereitstellen einer Atemkurve des Patienten, welche die Atembewegung des Patienten über zumindest einen Atemzyklus beschreibt.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Recheneinheit, ausgebildet zum automatischen Ableiten des zumindest einen Messparameters basierend auf der bereitgestellten Atemkurve, wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit ausgebildet das medizinische Bildgebungsgerät zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter anzusteuern, wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des medizinischen Geräts und dem Patienten erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.
Die Recheneinheit oder die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein basierend auf dem abgeleiteten Messparameter ein Steuersignal für das Ansteuern des medizinischen Geräts abzuleiten, basierend auf welchem das medizinische Bildgebungsgerät angesteuert werden kann. Insbesondere kann die Vorrichtung ausgebildet sein, das medizinische Bildgebungsgerät automatisiert basierend auf dem abgeleiteten Messparameter anzusteuern.
Eine solche Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts und ihre Aspekte auszuführen. Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Verfahren und ihre Aspekte auszuführen, indem die Schnittstelle, die Recheneinheit und die Steuereinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Geräts. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die Vorrichtung zur Ansteuerung übertragen werden und umgekehrt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein medizinisches Bildgebungsgerät umfassend eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts.
Dabei ist das medizinische Bildgebungsgerät vorteilhafterweise zur Ausführung einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung des medizinischen Bildgebungsgeräts ausgebildet. Die Vorteile des vorgeschlagenen medizinischen Bildgebungsgerät entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Geräts. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf das medizinische Bildgebungsgerät übertragen werden und umgekehrt.
Das medizinisches Bildgebungsgerät umfasst insbesondere eine Strahlungsquelle und in Gegenüberstellung dazu einen Detektor. Zwischen die Strahlungsquelle, beispielsweise eine Röntgenröhre, und den Röntgendetektor kann der Patient positioniert werden. Dazu kann eine entsprechende Patientenliege vorgesehen sein. Das medizinische Bildgebungsgerät ist ausgebildet, eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten zu erfassen. Das medizinische Bildgebungsgerät kann vorzugsweise als Computertomographiegerät ausgebildet sein. Das medizinische Bildgebungsgerät kann aber auch beispielsweise als C-Bogen-Röntgengerät und/oder Dyna-CT oder ähnliches ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann das medizinische Bildgebungsgerät basierend auf dem abgeleiteten Messparameter angesteuert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Trainingsvorrichtung zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem zuvor beschriebenen Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts.
Die Trainingsvorrichtung umfasst eine erste Trainings-Schnittstelle ausgebildet zum Bereitstellen einer Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter mittels einer Trainings-Schnittstelle. Dabei bestimmt der Vergleichs-Messparameter eine Zeitauflösung eines, von einem Trainings-Bilddatensatz eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Trainings-Patienten umfassten, Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von dem Messbereich umfassten z-Position, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird. Dabei basiert der Trainings-Schichtbilddatensatz auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten.
Die Trainingsvorrichtung umfasst ferner eine Trainings-Recheneinheit, ausgebildet zum Anwenden einer trainierten Funktion auf die ersten Trainings-Atemkurve und dadurch Ableiten eines Trainings-Messparameters.
Die Trainings-Recheneinheit ist weiterhin dazu ausgebildet ist zum Anpassen zumindest eines Parameters der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters.
Die Trainingsvorrichtung umfasst ferner eine zweite Trainings-Schnittstelle, welche ausgebildet ist, die trainierte Funktion bereitzustellen.
Eine solche Trainingsvorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das zuvor beschriebenen erfindungsgemäße Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion und seine Aspekte auszuführen. Die Trainingsvorrichtung ist dazu ausgebildet, das Verfahren und seine Aspekte auszuführen, indem die Trainings-Schnittstelle und die Trainings-Recheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Geräts ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Vorrichtung ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Trainings-Speicher einer Trainingsvorrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des zuvor beschriebenen Trainings-Verfahrens auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Trainingsvorrichtung ausgeführt werden.
Ein Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein oder ein Computerprogramm umfassen. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Vorrichtung bzw. der Trainingsvorrichtung die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Vorrichtung bzw. die Trainingsvorrichtung muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in eine Recheneinheit bzw. Trainings-Recheneinheit der Vorrichtung bzw. Trainingsvorrichtung geladen werden kann.
Die Erfindung kann ein computerlesbares Speichermedium betreffen, auf welchem von der Vorrichtung lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts oder seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Vorrichtung ausgeführt werden.
Beispiele für ein computerlesbares Speichermedium sind eine DVD, ein Magnetband, eine Festplatte oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist.
Die Erfindung kann ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einer Trainingsvorrichtung lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Trainingsverfahrens oder eines seiner Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Trainingsvorrichtung ausgeführt werden.
Die Erfindung kann außerdem ein Computerprogramm oder computerlesbares Speichermedium betreffen, umfassend eine trainierte Funktion, welches mittels eines Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten oder eines seiner Aspekte bereitgestellt ist.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Verarbeitungseinheiten und/oder Trainingsvorrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Ein Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, sowie Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen
Im Rahmen der Erfindung können außerdem Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Verwendung, Vorrichtung, System, Anordnung usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Anspruch, der eine Vorrichtung betrifft, auch mit Merkmalen, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet werden und umgekehrt. Funktionale Merkmale eines Verfahrens können dabei durch entsprechend ausgebildete gegenständliche Komponenten ausgeführt werden.
Die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ schließt nicht aus, dass das betroffene Merkmal auch mehrfach vorhanden sein kann. Die Verwendung des Ausdrucks „aufweisen“ schließt nicht aus, dass die mittels des Ausdrucks „aufweisen“ verknüpften Begriffe identisch sein können. Beispielsweise weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung die medizinische Bildgebungsvorrichtung auf. Die Verwendung des Ausdrucks „Einheit“ schließt nicht aus, dass der Gegenstand, auf den sich der Ausdruck „Einheit“ bezieht, mehrere Komponenten aufweisen kann, die räumlich voneinander separiert sind.
Der Ausdruck „basierend auf“ kann im Kontext der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Sinne des Ausdrucks „unter Verwendung von“ verstanden werden. Insbesondere schließt eine Formulierung, der zufolge ein erstes Merkmal basierend auf einem zweiten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) wird, nicht aus, dass das erste Merkmal basierend auf einem dritten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu. Es zeigen:

1 ein beispielhaftes medizinisches Bildgebungsgerät,
2 ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts zur Erzeugung eines Bilddatensatzes,
3 und 4 jeweils eine beispielhafte Atemkurve eines Patienten,
5 ein schematisches Flussdiagramm für ein Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion,
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts und einer Trainingsvorrichtung zur Bereitstellung einer trainierten Funktion.

1 zeigt ein medizinisches Bildgebungsgerät 32 in Form eines Computertomographiegeräts.
Das Computertomographiegerät weist eine Gantry 33 mit einem Rotor 35 auf. Der Rotor 35 umfasst zumindest eine Strahlungsquelle 37, insbesondere eine Röntgenröhre, und in Gegenüberstellung dazu zumindest einen Detektor 36. Der Detektor 36 und die Strahlungsquelle 37 sind um eine gemeinsame Achse 43 (auch Rotationsachse genannt) rotierbar. Der Patient 39 ist auf einer Patientenliege 41 gelagert und ist entlang der Rotationsachse 43 durch die Gantry 33 bewegbar. Im Allgemeinen kann der Patient 39 beispielsweise einen tierischen Patienten und/oder einen menschlichen Patienten umfassen.
Das Computertomographiegerät 32 umfasst eine Verarbeitungseinheit 45 umfassend eine Vorrichtung SY zur Ansteuerung des medizinischen Bildgebungsgeräts 32 mit einer Recheneinheit CU, einer Schnittstelle IF1 und einer Steuereinheit 51. Die Verarbeitungseinheit umfasst außerdem eine Speichereinheit MU.
Des Weiteren ist eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabeeinrichtung 49 mit der Verarbeitungseinheit 45 verbunden. Die Eingabeeinrichtung 47 und die Ausgabeeinrichtung 49 können beispielsweise eine Interaktion, beispielsweise eine manuelle Konfiguration, eine Bestätigung oder ein Auslösen eines Verfahrensschritts durch einen Anwender ermöglichen. Beispielsweise können dem Nutzer auf dem Ausgabevorrichtung 49 umfassend ein Monitor Computertomograph-Projektionsdatensätze und/oder ein Schichtbilddatensatz oder ein dreidimensionaler Bilddatensatz angezeigt werden.
Üblicherweise werden aus einer Vielzahl an Projektionswinkeln während einer relativen Rotationsbewegung zwischen der Strahlungsquelle und dem Patienten eine Mehrzahl an (Roh-) Projektionsdatensätze des Patienten 32 aufgenommen während der Patient 39 kontinuierlich oder sequentiell durch die Gantry 33 mittels der Patientenliege 41 bewegt wird.
Anschließend kann basierend auf den Projektionsdatensätzen mittels eines mathematischen Verfahrens, beispielsweise umfassend eine gefilterte Rückprojektion oder ein iteratives Rekonstruktionsverfahren, ein Schichtbilddatensatz für eine jeweilige z-Position entlang der Rotationsachse innerhalb eines Messbereichs rekonstruiert werden. Jedem Schichtbilddatensatz sind Projektionsdatensätze aus einem Projektionswinkelintervall zugeordnet werden, auf welchem der Schichtbilddatensatz basiert.
Die von der Verarbeitungseinheit 45 umfasste Vorrichtung zur Ansteuerung des medizinischen Bildgebungsgerät ist insbesondere ausgebildet ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung des medizinischen Bildgebungsgeräts 32 für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten 39 umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst.
2 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines solchen Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts.
Im Schritt des Bereitstellens ST1 wird eine Atemkurve S des Patienten 39, welche die Atembewegung des Patienten 39 über zumindest einen Atemzyklus beschreibt mittels einer ersten Schnittstelle IF1 bereitgestellt.
Im Schritt des Automatischen Ableitens ST2 wird zumindest ein Messparameter mittels einer Recheneinheit CU basierend auf der bereitgestellten Atemkurve S abgeleitet, wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt.
Im Schritt des Ansteuerns ST3 wird das medizinische Bildgebungsgerät 32 zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter mittels einer Steuereinheit 51 angesteuert, wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle 37 des medizinischen Geräts 32 und dem Patienten 39 erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Darstellens ST4 des zumindest einen Schichtbilddatensatzes umfassen.
Das Verfahren kann außerdem das Erfassen ST0 einer Atemkurve S des Patienten umfassen, welche anschließend mittels der Schnittstelle für das Automatische Ableiten bereitgestellt wird.
3 und 4 zeigen zwei exemplarische Atemkurven S über die Zeit t. Die gezeigten Atemkurven S(t) erstrecken sich über mehrere Atemzyklen T_c, im Falle der 3 über drei vollständige Atemzyklen T_c,1, T_c,2 und T_c,3. Jeweils zumindest aufweisend eine Exhalationsphase T_E,1,T_E,2 und T_E,3 und eine Inhalationsphase T_I,1, T_I,2 und T_I,3. Im Falle der 4 sind im Wesentlichen zwei vollständige Atemzyklen T_c,1, T_c,2 erfasst. Außerdem weist die Atemkurve S(t) der 4 relativ lange Ruhephasen T_R,1, T_R,2 zwischen einer jeweiligen Exhalation und einer Inhalation auf, in welchen kaum eine Atembewegung sichtbar ist.
Unter der Annahme, dass der Zeitraum, über welchen sich die gezeigten Kurven S(t) erstrecken ähnlich oder gleich ist, kann der beispielhafte Atemkurve S(t) der 3 eine deutlich höhere Atemrate zugeordnet werden als der 2. Gleichzeitig ist aufgrund der Tatsache, dass die Zyklen keine langen Ruhephasen aufweisen ist die mittlere Steigung trotzdem während einer Inhalation oder Exhalation moderat.
Dagegen zeigt die Atemkurve S(t) der 4 bei einer vergleichsweise geringen Atemrate ausgeprägte Ruhephasen, aufgrund dessen ist mittlere Steigung während einer Inhalation und Exhalation jedoch sehr steil in Relation zu der sehr niedrigen Atemrate ist.
In diesem gezeigten Fall wäre die Wahl einer hohen zeitliche Auflösung des Schichtbilddatensatzes sinnvoll, um einen hochqualitativen Bilddatensatz zu erzeugen, welcher insbesondere geringe Bewegungsartefakte zeigt, obwohl die Atemrate sehr niedrig ist. Im Fall der 3 dagegen wäre eine im Vergleich dazu geringere Zeitauflösung ausreichend.
Die Berücksichtigung patientenspezifischer Atemmuster zur Festlegung einer Zeitauflösung ermöglicht eine optimale Anpassung an die vorliegenden durch den Patienten vorliegenden Randbedingungen. Eine automatische Ableitung ermöglicht insbesondere auch die Berücksichtigung nicht trivialer Zusammenhänge in einer zeiteffizienten Weise und unter Vermeidung von fehlerhaften Einstellungen.
Eine Zeitauflösung kann insbesondere von der Rotationsumlaufszeit und von dem eingesetzten Projektionswinkelintervall abhängen. Eine Zeitauflösung kann insbesondere direkt proportional zu dem Produkt aus der Rotationsumlaufszeit und dem Projektionswinkelintervall sein. Gemäß einer Verfahrensvariante umfasst der automatisch abgeleitete Messparameter zumindest eine Rotationsumlaufszeit der Strahlungsquelle 37 während der relativen Rotationsbewegung und/oder ein Projektionswinkelintervall, welches den Winkelbereich der Projektionswinkel umfasst, auf welchen der zumindest eine Schichtbilddatensatz basiert. Das automatische Ableiten kann auch das Ableiten sowohl der Rotationsumlaufszeit als auch des Projektionswinkelintervalls umfassen. Es kann auch ein festgelegter Zusammenhang zwischen der Rotationsumlaufszeit und dem Projektionswinkelintervall bestimmt sein, so dass nach einem automatischen Ableiten des einen Messparameters ebenso auch der andere Messparameter bestimmt ist. In einen solchen festgelegten Zusammenhang können auch weitere Parameter eingehen.
Basierend auf dem oder den automatisch abgeleiteten Messparametern betreffend die Zeitauflösung können auch weitere Messparameter abgleitet bzw. berechnet werden. Entsprechend kann das Ansteuern auch weitere Parameter betreffen. Beispielsweise können von einem automatisch abgeleiteten Messparameter betreffend die Zeitauflösung weitere Einstellungsparameter abhängen oder zumindest mit diesem verknüpft sein. Dies kann etwa einen eingesetzten Röhrenstrom einer als Strahlungsquelle eingesetzten Röntgenröhre oder den Tischvorschub, beispielweise den Pitch bei einem Spiralscan, umfassen. So kann etwa bei einer höheren Rotationsumlaufszeit ggf. ein höherer Pitch gewählt werden. Soll beispielsweise die zumindest eine z-Position über einen gesamten Atemzyklus abgebildet werden, kann ein Pitch von einem Verhältnis aus Rotationsumlaufszeit und Dauer eines Atemzyklus abhängen. Soll eine Bildqualität pro rekonstruierten Schichtbilddatensatz, beispielsweise definiert über ein schicht-effektives Röhrenstrom-Zeitprodukt, konstant gehalten werden, kann bei einer reduzierten Rotationsumlaufszeit ein Röhrenstrom reduziert werden. Das schicht-effektive Röhrenstrom-Zeit-Produkt gibt insbesondere ein Maß einer emittierten Röntgenstrahlmenge an und ist typischerweise proportional zu der Strahlenbelastung. Je höher das schicht-effektive Röhrenstrom-Zeit-Produkt ist, desto höher ist üblicherweise die Strahlenbelastung. Das schicht-effektive Röhrenstrom-Zeit-Produkt kann insbesondere einem Produkt aus dem Röhrenstrom des Computertomographiegeräts bei der bildgebenden Untersuchung und der eingesetzten Röhrenrotationumlaufzeit bei der bildgebenden Untersuchung entsprechen. Gleichermaßen ist ebenfalls bei einem größeren Projektionswinkelintervall zur Erhaltung einer konstanten Bildqualität ein geringerer Röhrenstrom möglich.
Vorzugsweise umfasst das automatische Ableiten das Anwenden einer trainierten Funktion, wobei zumindest ein Parameter der trainierten Funktion auf einem Vergleich zwischen einem auf einer Trainings-Atemkurve eines Trainingspatienten abgeleiteten Trainings-Messparameter und einem Vergleichs-Messparameter angepasst ist, wobei die Trainings-Atemkurve und der Vergleichs-Messparameter miteinander verknüpft sind. Die trainierte Funktion umfasst vorzugsweise ein neuronales Netzwerk.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass das Ableiten ST2 des zumindest einen Messparameters mittels der Recheneinheit CU umfasst, zumindest einen Wert betreffend eine Dauer einer Exhalationsphase T_E,1, T_E,2, T_E,3 oder Inhalationsphase T_I,1, T_I,2, T_I,3 oder Steigung einer Inhalationsphase oder einer Exhalationsphase oder eine Dauer einer Ruhephase T_R,1, T_R,2 der Atembewegung basierend auf der bereitgestellten Atemkurve S zu extrahieren und darauf basierend den Messparameter abzuleiten.
Das Bestimmen des Messparameters basierend auf dem extrahierten Wert kann eine Abfrage einer in einer Speichereinheit MU hinterlegten Messparameter-Datenbank umfasst, wobei für die Abfrage der zumindest eine extrahierte Wert oder ein daraus abgeleiteter Parameter als Abfrageparameter einsetzt wird.
Vorzugsweise geht in den Schritt des Automatischen Ableitens ST2 außerdem ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter der Strahlungsquelle 37 ein. Insbesondere kann ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter beim automatischen Ableiten ST2 berücksichtigt werden.
Beispielsweise kann ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter bei einer Annotation von Trainings-Vergleichsdaten berücksichtigt werden, welche anschließend für das Trainieren einer trainierten Funktion eingesetzt werden. Beispielweise kann ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter bei der Bereitstellung einer Messparameter-Datenbank berücksichtigt werden. Ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter kann als Randbedingung in ein Ableiten eingehen. Ein Dosisparameter kann beispielsweise eine maximale Gesamtdosis für die Erzeugung des Bilddatensatzes betreffen, ein schicht-effektives Röhrenstrom-Zeit-Produkt, oder auch einen anderweitigen Parameter umfassen. Ein Leistungsparameter kann beispielsweise eine maximale Röhrenleistung betreffen, beispielweise ein maximaler Röhrenstrom oder ein maximales Röhrenstrom-Zeit-Produkt.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts für die Erzeugung eines Bilddatensatzes. Das Trainingsverfahren umfasst den Schritt des ersten Bereitstellens T-ST1, des Anwendens T-ST2, des Anpassens T-ST3 und den Schritt des zweiten Bereitstellens T-ST4.
Im Schritt des ersten Bereitstellens T-ST1 wird eine Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter mittels einer Trainings-Schnittstelle T-IF1 bereitgestellt.
Der Vergleichs-Messparameter bestimmt eine Zeitauflösung eines von einem Trainings-Bilddatensatz eines Trainings-Patienten umfassten Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von einem Messbereich umfassten z-Position, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird. Der Messbereich ist dabei von einer Atembewegung beeinflusst. Der Trainings-Schichtbilddatensatz basiert dabei auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten.
Im Schritt des Anwendens T-ST2 wird die trainierte Funktion mittels einer Trainings-Recheneinheit T-CU auf die bereitgestellte Trainings-Atemkurve angewendet, wobei ein Trainings-Messparameter abgeleitet wird.
Im Schritt des Anpassens T-ST3 wird zumindest ein Parameter der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters mittels der Trainings-Recheneinheit T-CU angepasst.
Im Schritt des zweiten Bereitstellens T-ST4 wird die trainierte Funktion mittels einer zweiten Trainings-Schnittstelle T-IF2 bereitgestellt.
Das Verfahren kann insbesondere wiederholt basierend auf einer Vielzahl von Trainings-Atemkurven und damit verknüpften Vergleichs-Messparametern ausgeführt werden.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung SY zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts 32 für die Erzeugung eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten 39 umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst.
Die Vorrichtung SY umfasst eine Schnittstelle IF1, ausgebildet zum Bereitstellen einer Atemkurve S des Patienten 39, welche die Atembewegung des Patienten 39 über zumindest einen Atemzyklus beschreibt.
Die Vorrichtung SY umfasst eine Recheneinheit CU, ausgebildet zum automatischen Ableiten zumindest eines Messparameters basierend auf der bereitgestellten Atemkurve S, wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt.
Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit 51, ausgebildet das medizinische Bildgebungsgerät 32 zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter anzusteuern, wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle 37 des medizinischen Geräts 32 und dem Patienten 39 erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.
Die Vorrichtung SY ist dazu insbesondere mit dem medizinischen Bildgebungsgerät 32 signaltechnisch gekoppelt, so dass das medizinische Bildgebungsgerät 32 basierend auf dem zumindest einen Messparameter bzw. mittels eines Steuersignals basierend auf dem zumindest einen Messparameter ansteuerbar ist.
Die Vorrichtung SY ist insbesondere zur Ausführung eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts 32 ausgebildet. Die vorgeschlagene Vorrichtung SY zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts 32 kann dazu ausgebildet sein, die Ausführungsvarianten des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts 32 auszuführen, indem die Recheneinheit CU, die Schnittstelle IF und die Steuereinheit 51 dazu ausgebildet sind, die jeweiligen Schritte des Verfahrens auszuführen.
Die 6 zeigt außerdem eine Trainingsvorrichtung T-SY zur Bereitstellung einer trainierten Funktion.
Die Trainingsvorrichtung T-SY umfasst vorteilhafterweise eine erste Trainings-Schnittstelle T-IF1, eine Trainings-Recheneinheit T-CU, eine zweite Trainings-Schnittstelle T-IF2 und eine Trainings-Speichereinheit T-MU.
Die erste Trainings-Schnittstelle T-IF ist ausgebildet zum Bereitstellen T-ST1 einer Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter, wobei der Vergleichs-Messparameter eine Zeitauflösung eines, von einem Trainings-Bilddatensatz eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Trainings-Patienten 39 umfassten, Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von dem Messbereich umfassten z-Position bestimmt, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird, und wobei der Trainings-Schichtbilddatensatz auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten basiert,
Die Trainings-Recheneinheit T-CU ist ausgebildet zum Anwenden einer trainierten Funktion auf die Trainings-Atemkurve und dadurch zum Ableiten eines Trainings-Messparameters. Weiterhin ist die Trainings-Recheneinheit T-CU ausgebildet ist zum Anpassen zumindest eines Parameters der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters.
Die zweite Trainings-Schnittstelle T-IF2 ist ferner ausgebildet ist, die trainierte Funktion bereitzustellen.
Die dargestellte Trainingseinheit T-SY ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet sein, ein vorgeschlagenes Verfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion auszuführen. Die Trainingsvorrichtung T-SY kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Ausführungsvarianten des Verfahrens zum Bereitstellens einer trainierten Funktion auszuführen, indem die Trainings-Schnittstellen T-IF1, T-IF2 und die Trainings-Recheneinheit T-CU dazu ausgebildet sind, die jeweiligen Schritte des Verfahrens auszuführen
Bei der Vorrichtung SY, einer Verarbeitungseinheit 45 und/oder bei der Trainingsvorrichtung T-SY kann es sich insbesondere um einen Computer, einen Mikrocontroller oder um einen integrierten Schaltkreis handeln. Alternativ kann es sich dabei um einen realen oder virtuellen Verbund von Computern handeln (ein englischer Fachbegriff für einen realen Verbund ist „Cluster“, ein englischer Fachbegriff für einen virtuellen Verbund ist „Cloud“). Die Vorrichtung SY und/oder der Trainingsvorrichtung T-SY kann auch als virtuelles System ausgebildet sein, das auf einem realen Computer oder einem realen oder virtuellen Verbund von Computern ausgeführt wird (engl. virtualization).
Bei einer Schnittstelle IF und/oder einer Trainings-Schnittstelle T-IF1, T-IF2 kann es sich um eine Hardware- oder Softwareschnittstelle handeln (beispielsweise PCI-Bus, USB oder Firewire). Eine Recheneinheit CU und/oder eine Trainings-Recheneinheit T-CU kann Hardware-Elemente oder Software-Elemente aufweisen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder ein sogenanntes FPGA (englisches Akronym für „Field Programmable Gate Array“). Eine Speichereinheit MU und/oder eine Trainings-Speichereinheit T-MU kann als nicht dauerhafte Arbeitsspeicher (Random Access Memory, kurz RAM) oder als dauerhafter Massenspeicher (Festplatte, USB-Stick, SD-Karte, Solid State Disk) realisiert sein.
Die Schnittstelle IF und/oder eine Trainingsschnittstelle T-IF1, T-IF2 können insbesondere mehrere Unterschnittstellen umfassen. Mit anderen Worten kann die Schnittstelle IF und/oder die Trainingsschnittstelle T-IF auch eine Vielzahl von Schnittstellen IF bzw. Vielzahl von Trainingsschnittstellen T-IF umfassen. Die Recheneinheit CU und/oder die Trainings-Recheneinheit T-CU können insbesondere mehrere Unterrecheneinheiten umfassen, die unterschiedliche Schritte der jeweiligen Verfahren ausführen. Mit anderen Worten kann die Recheneinheit CU und/oder die Trainingsrecheneinheit T-CU auch als Vielzahl von Recheneinheiten CU bzw. Vielzahl von Trainingsrecheneinheiten T-CU aufgefasst werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung SY über ein Netzwerk NETW mit dem Trainingsvorrichtung T-SY verbunden. Beispielsweise eine mittels der Trainingsvorrichtung trainierten Funktion über das Netzwerk NETW an eine Vorrichtung übertragen werden. Weiterhin ist die Vorrichtung SY in dem gezeigten Beispiel direkt mit einem medizinischen Gerät 32 gekoppelt. Insbesondere kann die Vorrichtung auch von dem medizinischen Gerät 32 umfasst sein. Die Vorrichtung SY kann aber auch mittels des Netzwerks NETW mit dem medizinischen Bildgebungsgerät 32 verbunden sein.
Weiterhin kann eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung SY und der Trainingsvorrichtung T-SY auch offline erfolgen, beispielsweise durch einen Austausch von Datenträgern.
Eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung SY und der Trainingsvorrichtung T-SY kann beispielsweise darin bestehen, dass von der Vorrichtung SY weitere Trainings-Daten an die Trainingsvorrichtung T-SY übermittelt werden, oder dass die Trainingsvorrichtung T-SY die trainierte Funktion an die Vorrichtung SY übermittelt. Weiterhin kann die Trainingsvorrichtung T-SY weiterhin mit anderen Datenquellen verbunden sein.
Beim Netzwerk NETW kann es sich um ein lokales Netzwerk (ein englischer Fachbegriff ist „Local Area Network“, kurz „LAN“) oder um ein großräumiges Netzwerk (ein englischer Fachbegriff ist „Wide Area Network“, kurz „WAN“) handeln. Ein Beispiel für ein lokales Netzwerk ist ein Intranet, ein Beispiel für ein großräumiges Netzwerk ist das Internet. Das Netzwerk NETW kann insbesondere auch drahtlos ausgeführt sein, insbesondere als WLAN (für „wireless LAN“, im englischen ist die Abkürzung „WiFi“ gebräuchlich) oder als Bluetooth-Verbindung. Das Netzwerk NETW kann auch als Kombination der genannten Beispiele ausgeführt sein.
Eine Vorrichtung SY kann auch eine auf einer Speichereinheit MU hinterlegten und abrufbare Messparameter-Datenbank umfassen, auf welche mittels einer Abfrage zugegriffen werden kann. Eine Messparameter-Datenbank kann auch auf einer externen Speichereinheit abgespeichert sein. Eine externe Speichereinheit kann beispielsweise über ein Netzwerk NETW mit der Vorrichtung verknüpft sein.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts (32) für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten (39) umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst, umfassend die Schritte • Bereitstellen (ST1) einer Atemkurve (S) des Patienten (39), welche die Atembewegung des Patienten (39) über zumindest einen Atemzyklus beschreibt, mittels einer ersten Schnittstelle (IF1), • Automatisches Ableiten (ST2) zumindest eines Messparameters mittels einer Recheneinheit (CU) basierend auf der bereitgestellten Atemkurve (S), wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt, • Ansteuern (ST3) des medizinischen Bildgebungsgeräts (32) zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter mittels einer Steuereinheit (51), wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle (37) des medizinischen Geräts (32) und dem Patienten (39) erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messparameter eine Rotationsumlaufszeit der Strahlungsquelle (37) während der relativen Rotationsbewegung und/oder ein Projektionswinkelintervall umfasst, welches den Winkelbereich der Projektionswinkel umfasst, auf welchen der zumindest eine Schichtbilddatensatz basiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in das Automatische Ableiten (ST2) außerdem ein Dosisparameter oder ein Leistungsparameter der Strahlungsquelle (37) eingeht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das automatische Ableiten (ST2) das Anwenden einer trainierten Funktion umfasst, wobei zumindest ein Parameter der trainierten Funktion auf einem Vergleich zwischen einem auf einer Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten abgeleiteten Trainings-Messparameter und einem Vergleichs-Messparameter angepasst ist, wobei die Trainings-Atemkurve und der Vergleichs-Messparameter miteinander verknüpft sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die trainierte Funktion ein neuronales Netzwerk umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das automatische Ableiten (ST2) des zumindest einen Messparameters mittels der Recheneinheit (CU) umfasst, zumindest einen Wert betreffend eine Dauer einer Inhalationsphase (T_I,1, T_I,2, T_I,3) oder einer Exhalationsphase (T_E,1, T_E,2, T_E,3) oder Steigung einer Inhalationsphase oder einer Exhalationsphase oder eine Dauer einer Ruhephase (T_R,1, T_R,2) der Atembewegung basierend auf der bereitgestellten Atemkurve (S) zu extrahieren und darauf basierend den Messparameter abzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ableiten des Messparameters basierend auf dem zumindest einen extrahierten Wert eine Abfrage einer in einer Speichereinheit (MU) hinterlegten Messparameter-Datenbank umfasst, wobei für die Abfrage der zumindest eine extrahierte Wert oder ein daraus abgeleiteter Parameter als Abfrageparameter einsetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erzeugte Bilddatensatz Schichtbilddatensätze für eine Mehrzahl an Zeitpunkten für die zumindest eine z-Position umfasst und im Schritt des Ansteuern (ST3) des medizinischen Bildgebungsgeräts (32) zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter für die zumindest eine z-Position für jeden Zeitpunkt der Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schichtbilddatensätze des erzeugten Bilddatensatzes den Atemzyklus des Patienten (39) über die gesamte Zeitdauer des Atemzyklus abbilden.
Trainingsverfahren zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend die Schritte • Bereitstellen (T-ST1) einer Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter mittels einer Trainings-Schnittstelle (T-IF1), wobei - der Vergleichs-Messparameter eine Zeitauflösung eines von einem Trainings-Bilddatensatz eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Trainings-Patienten (39) umfassten Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von dem Messbereich umfassten z-Position bestimmt, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird, und - der Trainings-Schichtbilddatensatz auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten basiert, • Anwenden (T-ST2) der trainierten Funktion auf die bereitgestellte Trainings-Atemkurve und damit Ableiten eines Trainings-Messparameters mittels einer Trainings-Recheneinheit (T-CU), und • Anpassen (T-ST3) zumindest eines Parameters der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters mittels der Trainings-Recheneinheit (T-CU), und • Bereitstellen (T4) der trainierten Funktion (TF) mittels einer zweiten Trainings-Schnittstelle (T-IF2).
Vorrichtung (SY) zur Ansteuerung eines medizinischen Bildgebungsgeräts (32) für die Erzeugung eines Bilddatensatzes eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Patienten (39) umfassend zumindest eine z-Position, wobei der Bilddatensatz zumindest einen Schichtbilddatensatz für die zumindest eine z-Position umfasst, umfassend • eine Schnittstelle (IF1), ausgebildet zum Bereitstellen einer Atemkurve (S) des Patienten (39), welche die Atembewegung des Patienten (39) über zumindest einen Atemzyklus beschreibt, • eine Recheneinheit (CU), ausgebildet zum automatischen Ableiten zumindest eines Messparameters basierend auf der bereitgestellten Atemkurve (S), wobei der abgeleitete Messparameter eine Zeitauflösung des zumindest einen Schichtbilddatensatzes bestimmt, • eine Steuereinheit (51) ausgebildet das medizinische Bildgebungsgerät (32) zur Erzeugung des Bilddatensatzes basierend auf dem automatisch abgeleiteten Messparameter anzusteuern, wobei für die zumindest eine z-Position eine Mehrzahl an Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle (37) des medizinischen Geräts (32) und dem Patienten (39) erfasst und darauf basierend der zumindest eine Schichtbilddatensatz des Bilddatensatzes erzeugt wird.
Medizinisches Bildgebungsgerät (32) umfassend eine Vorrichtung (SY) zur Ansteuerung des medizinischen Bildgebungsgeräts nach Anspruch 11.
Trainingsvorrichtung (T-SY) zur Bereitstellung einer trainierten Funktion für die Anwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 umfassend • eine erste Trainings-Schnittstelle (T-IF1), ausgebildet zum Bereitstellen (T-ST1) einer Trainings-Atemkurve eines Trainings-Patienten und einen damit verknüpften Vergleichs-Messparameter, wobei - der Vergleichs-Messparameter eine Zeitauflösung eines, von einem Trainings-Bilddatensatz eines von einer Atembewegung beeinflussten Messbereichs eines Trainings-Patienten (39) umfassten, Trainings-Schichtbilddatensatzes für zumindest eine von dem Messbereich umfassten z-Position bestimmt, wenn unter Anwendung des Vergleichs-Messparameters der Trainings-Bilddatensatz mittels eines Trainings-Bildbebungsgeräts erzeugt wird, und - der Trainings-Schichtbilddatensatz auf einer Mehrzahl an Trainings-Projektionsdatensätzen aus verschiedenen Projektionswinkeln bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen einer Strahlungsquelle des Trainings-Bildgebungsgeräts und dem Trainings-Patienten basiert, • eine Trainings-Recheneinheit (T-CU), ausgebildet zum Anwenden einer trainierten Funktion auf die ersten Trainings-Atemkurve und dadurch Ableiten eines Trainings-Messparameters, und ferner ausgebildet zum Anpassen zumindest eines Parameters der trainierten Funktion basierend auf einem Vergleich des abgeleiteten Trainings-Messparameters und des korrespondierenden Vergleichs-Messparameters, • eine zweite Trainings-Schnittstelle (T-IF2), ausgebildet die trainierte Funktion bereitzustellen.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher (MU) einer Vorrichtung (SY) zur Ansteuerung eines medizinischen Geräts (32) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Vorrichtung (SY) ausgeführt werden.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Trainings-Speicher (T-MU) einer Trainingsvorrichtung (T-SY) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach Anspruch 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Trainingsvorrichtung (T-SY) ausgeführt werden.