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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, eines Untersuchungsbereichs mit einem Röntgensystem sowie ein Röntgensystem, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium dazu.
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Ein medizinisches Röntgensystem umfasst in der Regel zumindest eine Röntgenquelle, welche auf einen Röntgendetektor ausgerichtet ist. Zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor wird das Untersuchungsobjekt bzw. der Patient angeordnet. Eine vom Untersuchungsobjekt nicht absorbierte Röntgenstrahlenmenge wird vom Röntgendetektor erfasst. Das medizinische Röntgensystem kann beispielsweise als Radiographiesystem, Fluoroskopiesystem oder Angiographiesystem ausgebildet sein.
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Die oberste Maxime bei der Applikation von Röntgenstrahlung ist die Minimierung der Dosis, ohne dabei die diagnostische Aussagekraft und Qualität zu verschlechtern (vgl. ALARA Principle - as low as reasonably possible). Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei den Patienten um Kinder oder Jugendliche handelt und/oder es um Fragestellungen geht, bei denen engmaschige Folgeaufnahmen nötig sind.
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Im Folgenden kann das Problem beispielhaft anhand der (adoleszenten) idiopathischen Skoliose illustriert werden, die meist zwischen dem 10. und 18. Lebensjahr entsteht. Etwa zwei Drittel der positiven Skoliose-Population sind weiblich und bedürfen einer Nachsorge und möglicherweise einer Behandlung. Strahlungsinduzierter Brustkrebs bei Frauen ist in der wissenschaftlichen Literatur gut dokumentiert. Darüber hinaus deuten mehrere Studien zu Bioeffekten darauf hin, dass Frauen, die in ihrer Jugend ionisierender Strahlung ausgesetzt waren, ein höheres Risiko haben, an Brustkrebs zu erkranken, als Frauen, die später im Leben exponiert wurden.
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Es wurde über ein breites Spektrum von Strahlenexpositionen der Brust während einer Skoliose-Röntgenuntersuchung berichtet. Studien weisen darauf hin, dass die Exposition der Haut von einer Projektion der Wirbelsäule von einem niedrigen Wert von 30 Milliroentgen (mR) bis zu einem hohen Wert von 1100 mR reichen kann. Studien haben gezeigt, dass die Brustdosis bei Mädchen mit Skoliose dazu führen kann, dass das Brustkrebsrisiko in späteren Jahren erhöht ist. Diese vier Faktoren:
- (1) potenziell hohe Expositionen an der Brust,
- (2) hohe Untersuchungshäufigkeit,
- (3) die junge Altersgruppe und
- (4) die Strahlenempfindlichkeit des Brustgewebes, unterstreichen die Wichtigkeit, die Dosis für das Brustgewebe so niedrig wie möglich zu halten.
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Allerdings ist es mit den derzeit verfügbaren Lösungen nicht möglich, die Aufnahme patientenspezifisch an die anatomischen Gegebenheiten anzupassen und nur die für die Fragestellung relevanten anatomischen Regionen zu bestrahlen, um so möglichst viel Dosis zu sparen.
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Bisher ist es bekannt, dass die Röntgenstrahlung global und durch Einblenden in lateraler Richtung für die gesamte Aufnahme gewählt bzw. eingeschränkt wird. So wird der gesamte Wirbelsäulenbereich in einem rechteckigen Aufnahmebereich abgebildet. Die Erfinder haben erkannt, dass dabei Körperregionen außerhalb der Wirbelsäule unnötig der Röntgenstrahlung ausgesetzt werden, beispielsweise in denen die Dosis über die bekannten zusätzlichen Verfahren wie Gonadenschutz oder spezielle pädiatrische Niedrigdosisprogramme reduziert werden sollte.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2018 212 389 B3 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgeneinrichtung bekannt, wobei eine Folge von Bildern eines Patienten aufgenommen wird und sich eine wenigstens einen Röntgenstrahler umfassende Aufnahmeanordnung während der Aufnahme der Folge von Bildern in einer Scanrichtung entlang des Patienten bewegt. Durch Auswertung von wenigstens zwei dasselbe Merkmal des Patienten zeigenden, unterschiedlichen Bildern kann eine Tiefeninformation für wenigstens eines dieser Merkmale ermittelt werden. Abhängig von einer die Position der Aufnahmeanordnung in der Scanrichtung beschreibenden Positionsinformation kann eine Kollimatoröffnung eines Kollimators des Röntgenstrahlers zur Änderung eines Öffnungswinkels eines von dem Röntgenstrahler erzeugten Strahlenfeldes in Scanrichtung angesteuert werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 207 064 A1 ist ein Erfassen und Rekonstruieren von Bilddaten eines vorbestimmten Objekts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems mit folgenden Schritten bekannt:
- - Bestimmen mehrerer elliptischer Zylinder, so dass das Objekt vollständig in den Volumina der Zylinder angeordnet ist;
- - Erfassen von Daten innerhalb jedes der Zylinder mittels des Röntgensystems;
- - Rekonstruieren der Bilddaten des Objekts ausgehend von den für jeden der Zylinder erfassten Daten.
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Aus der Druckschrift
EP 3 566 651 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Ergebniswerten auf Basis einer skelettalen medizintechnischen Bildaufnahme bekannt, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellung einer skelettalen medizintechnischen Bildaufnahme,
- - automatische Bestimmung von Referenzpunkten in der Bildaufnahme,
- - Berechnung eines orthopädischen Ergebniswerts basierend zumindest auf einem Abstand zwischen zwei Referenzpunkten und/oder auf einem von Referenzpunkten definierten Winkel.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium anzugeben, welche eine Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, mit einer geringeren Dosis ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 12, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 und ein computerlesbares Medium nach Anspruch 14.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, eines Untersuchungsbereichs mit einem Röntgensystem aufweisend die Schritte des Bestimmens, des Ermittelns, des Aufnehmens und des Zusammensetzens. Die Erfindung kann insbesondere ein Verfahren zur Aufnahme einer Skoliose-Röntgenaufnahme eines Untersuchungsbereichs mit einem Röntgensystem aufweisend die Schritte des Bestimmens, des Ermittelns, des Aufnehmens und des Zusammensetzens betreffen. Im Schritt des Bestimmens wird ein Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt basierend auf einem ersten Bilddatensatz von zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsbereichs bestimmt. Im Schritt des Ermittelns wird eine Aufnahmetrajektorie in dem ersten Bilddatensatz basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt ermittelt. Im Schritt des Aufnehmens werden mehrere aufeinanderfolgende Aufnahmeabschnitte entlang der Aufnahmetrajektorie aufgenommen. Im Schritt des Zusammensetzens werden die Aufnahmeabschnitte zu einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, zusammengesetzt. Im Schritt des Zusammensetzens können die Aufnahmeabschnitte insbesondere zu einer Skoliose-Röntgenaufnahme zusammengesetzt werden.
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Die Erfindung kann bevorzugt im Zusammenhang mit einem als Radiographiesystem oder Fluoroskopiesystem ausgestalteten Röntgensystem angewendet werden.
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Der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt wird basierend auf einem ersten Bilddatensatz, beispielsweise einer Voraufnahme, einem Kamerabild oder bereits aufgenommenen Projektionsbildern, von zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsbereichs bestimmt. Insbesondere bei der Analyse des ersten Bilddatensatzes kann ein Bilderkennungsverfahren, besonders bevorzugt ein auf künstlicher Intelligenz basierendes Bilderkennungsverfahren angewendet werden. Die Wirbelkörper-Mittelpunktslinie kann im Allgemeinen auch als sogenannte „centerline“ bezeichnet werden. Der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt kann insbesondere einen Abschnitt der Wirbelkörper-Mittelpunktslinie oder der „centerline“ bezeichnen. Die Größe des Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitts kann von der Größe des ersten Bilddatensatzes abhängen. Der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt kann die gesamte Länge der Wirbelsäule umfassen, beispielsweise bei einem ersten Bilddatensatz basierend auf einer optischen Aufnahme oder einer Voraufnahme. Der Untersuchungsbereich kann bevorzugt die Wirbelsäule sein. Ein Teilbereich des Untersuchungsbereichs kann beispielsweise einen oder mehrere Wirbel umfassen.
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Die Aufnahmetrajektorie kann basierend auf bzw. in dem ersten Bilddatensatz, d.h. bevorzugt in der Bildebene, basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt ermittelt werden. Die Aufnahmetrajektorie kann neben der Form, insbesondere dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt folgend, ein Aufnahmefenster bzw. einen Aufnahmebereich, eine Kollimierung, oder/und einen Pfad für aufeinanderfolgende Aufnahmeabschnitte bzw. Projektionen umfassen. Die Aufnahmetrajektorie kann, insbesondere in Abhängigkeit der Größe des ersten Bilddatensatzes bzw. der darin dargestellten Körperregion, einen Aufnahmebereich für zumindest einen Aufnahmeabschnitt umfassen. Der Aufnahmebereich kann beispielsweise durch eine Länge und eine Breite beschrieben werden. Der Aufnahmebereich kann beispielsweise mittels eines Kollimators oder einer Röhrenbewegung eingestellt werden. Die Aufnahmetrajektorie kann in einer Ausführungsform den Aufnahmebereich für alle Aufnahmeabschnitte umfassen, beispielsweise falls der erste Bilddatensatz den gesamten Untersuchungsbereich umfasst. Die Aufnahmetrajektorie kann eine Einhüllende um zumindest einen Teil der Wirbelsäule einschließlich des Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt bilden, insbesondere hinsichtlich der knöchernen Strukturen. Der Aufnahmebereich bzw. die Aufnahmetrajektorie kann dann mit einem Sicherheitsabstand zu den knöchernen Strukturen ausgebildet werden.
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Im Schritt des Aufnehmens können insbesondere mehrere aufeinanderfolgende Aufnahmeabschnitte entlang der derart bestimmten Aufnahmetrajektorie aufgenommen werden. Die Aufnahmeabschnitte können geringfügig überlappen.
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Im Schritt des Zusammensetzens werden die Aufnahmeabschnitte zu einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, zusammengesetzt. Im Schritt des Zusammensetzens können die Aufnahmeabschnitte zu insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme zusammengesetzt werden. Das Zusammensetzen kann mit Hilfe bekannter sogenannter Stitching-Verfahren erfolgen.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine kontinuierliche Systembewegung während der Aufnahme die Möglichkeit entstehen kann, die laterale Einblendung bei, insbesondere jeder, aufgenommen Projektion zu verändern. Dies ermöglicht es, die Kollimation patientenspezifisch anzupassen, um so die bestrahlte Fläche möglichst klein zu halten. Vorteilhaft kann die Dosis reduziert werden.
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Das Röntgensystem kann eine Systembewegung ermöglichen, wobei sich entweder die Röntgenquelle, insbesondere lateral, bewegen kann oder das eingeblendete Röntgenstrahlenbündel mittels asymmetrischer Einblendungsmöglichkeit bewegt werden kann. Die Systembewegung kann entweder mit einer asymmetrischen Einblendung an der Röntgenquelle und/oder einer dynamisch änderbaren Trajektorie der Röntgenquelle ausgebildet sein. Dazu kann in Kombination ein Algorithmus zur Erkennung von anatomischen Landmarken, insbesondere der Wirbelkörper-Mittelpunkts-Linie, „Centerline“, verwendet werden. Dies kann dazu führen, dass dynamisch auf die anatomischen Gegebenheiten reagiert werden kann und so nur in ausgewählten Regionen Röntgenstrahlung appliziert werden kann. Der Algorithmus kann die Anatomieinformation bzw. Landmarken auf verschiedenen Arten erkennen, beispielsweise:
- - Erkennen der Anatomie in Voraufnahmen der gleichen Ebene bzw. Untersuchungsregion;
- - Erkennen der Anatomie in Kamerabildern, beispielsweise aufgenommen mit einer optischen 2D/3D-Kamera oder einer Raster-Stereografie-Kamera;
- - eine „Online“ Erkennung der Anatomie basierend auf den zuvor aufgenommenen Aufnahmeabschnitten bzw. Projektionen für die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme.
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Prinzipiell lassen sich die oben beschriebenen Methoden zur Erkennung der Wirbelkörper-Mittelpunkts-Linie auch kombinieren, was vorteilhaft zu einer besseren und robusteren Schätzung der Krümmung und so auch zu einem besseren Ergebnis für den Patienten führen kann.
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Das Verfahren kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden: Als Eingangsinformation kann ein erster Bilddatensatz oder ein Bild dienen. Der erste Bilddatensatz kann durch einen Algorithmus analysiert werden und die Wirbelkörper-Mittelpunkts-Linie bzw. ein Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt kann bestimmt werden. Damit kann eine optimierte Systembewegung ermittelt werden. Die Ausgangsinformation kann eine patientenspezifische Aufnahme bzw. deren Parameter, beispielsweise für die Systembewegung, sein. Anschließend kann der Scan bzw. die Aufnahme durchgeführt werden und eine Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere eine Skoliose-Röntgenaufnahme, erzeugt werden.
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Eine intelligente bzw. patientenangepasste Steuerung des Kollimators basierend auf anatomischen Informationen eines konkreten Patienten ist ein wichtiger und vorteilhafter Schritt in Richtung dosisoptimierter und patientenspezifischer Aufnahmeprotokolle. Mit bekannten Verfahren ist dies bisher nicht in diesem Umfang möglich. Entscheidend hierfür ist eine enge Verbindung der Systemsteuerung, insbesondere der Systembewegung und/oder der Kollimatorsteuerung, und einer künstlichen Intelligenz bzw. einem Algorithmus, die die Systemsteuerung patientenspezifisch beeinflusst. Vorteilhaft kann eine optimierte Aufnahmetrajektorie zu einer reduzierten Patientendosis führen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert der erste Bilddatensatz auf einer Voraufnahme. Der erste Bilddatensatz kann bevorzugt auf einer Voraufnahme oder mehreren Voraufnahme des gleichen Patienten basieren. Wenn eine Voraufnahme oder ggf. mehrere Voraufnahmen zu einem Patienten bzw. Untersuchungsobjekt vorhanden sind, können sie im Schritt des Bestimmens automatisch analysiert und anatomische Landmarken gefunden werden, vgl. beispielsweise ein bekanntes Verfahren zur Detektion von Landmarken beschrieben in
US 2019 0 347 791 A1 . Anschließend wird die Centerline bzw. die Wirbelkörper-Mittelpunktslinie oder der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt, d.h. Mittelpunkte der Wirbelköper, der Wirbelsäule extrahiert. Anhand der Wirbelkörper-Mittelpunktslinie bzw. einem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt kann nun eine patientenoptimierte (Aufnahme-)Trajektorie bzw. Einblendung berechnet werden. Wichtig zu beachten ist bei der Verwendung von einer Voraufnahme, dass sich die Anatomie nicht signifikant geändert hat, z.B. nach einer OP und die gleichen Aufnahmeparameter, insbesondere SID und SOD, vorliegen. Es kann ein Sicherheitsabstand für die Aufnahmetrajektorie mit eingerechnet werden, um sicherzustellen, dass alle relevanten anatomischen Bereiche aufgenommen werden. Vorteilhaft kann die Wirbelkörper-Mittelpunktslinie besonders genau bestimmt werden. Vorteilhaft kann die Aufnahmetrajektorie besonders dosisoptimiert ermittelt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme eine Skoliose-Röntgenaufnahme. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme eine Hypokyphose-, Hypolordose-, Hyperkyophose- oder Hyperlordose-Röntgenaufnahme. Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen von lateralen Wirbelsäulenaufnahmen eingesetzt werden. Lediglich die Pathologiebezeichnung unterscheidet sich basierend auf der Aufnahmerichtung, so dass das Verfahren neben der Skoliose gleichermaßen für die Pathologien Hypokyphose, Hypolordose, Hyperkyophose und/oder Hyperlordose angewendet werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert der erste Bilddatensatz auf einer optischen Aufnahme. In dieser Ausgestaltung kann zusätzliche Information, wie sie beispielsweise durch ein optisches System, beispielsweise eine 2D- oder 3D-Kamera oder Raster-Stereografie-Kamera zur Verfügung gestellt werden kann, verwendet. Die Wirbelsäule des Patienten kann im Kamerabild bzw. dem ersten Bilddatensatz detektiert werden. Basierend darauf kann die Centerline bzw. die Wirbelkörper-Mittelpunktslinie bzw. der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt geschätzt werden. Die Information über den Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt kann nun wiederum dafür verwendet werden, eine patientenoptimierte (Aufnahme-)Trajektorie bzw. Einblendung zu berechnen. Vorteilhaft kann die Aufnahmetrajektorie ohne vorherige Strahlenbelastung des Patienten ermittelt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert der erste Bilddatensatz auf mindestens einem vorangehenden Aufnahmeabschnitt. Der vorangehende Aufnahmeabschnitt kann insbesondere ein vorangehendes Projektionsbild sein. Basierend auf dem vorangehenden Aufnahmeabschnitt oder mehreren davon kann ein Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann eine Echtzeitanpassung der (Aufnahme-)Trajektorie bzw. der Einblendung erfolgen. Ein Algorithmus sollte dabei nicht nur den Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt bestimmen, sondern auch vorhersagen können, wie sich die Krümmung der Wirbelsäule fortsetzt. Während der Scanbewegung bzw. der Aufnahme können 30 Bilder/s aufgenommen werden, die als Eingangsdaten für einen Algorithmus verwendet werden können.
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Hierzu kann insbesondere bevorzugt ein echtzeitfähiger Algorithmus eingesetzt werden. Dazu können Methoden zur Schätzung des „Optical Flow“, wie z.B.
- - Particle Filtering aus Khan, Zia, Tucker Balch, and Frank Dellaert. „MCMC-based particle filtering for tracking a variable number of interacting targets.“ IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence 27.11 (2005): 1805-1819. oder
- - Kalmanfilter aus Cuevas, Erik V., Daniel Zaldivar, and Raul Rojas. „Kalman filter for vision tracking.“ (2005). oder
- - „Feature Trackings“, beispielsweise der Shi-Tomasi Corner Detector aus Shi, Jianbo. „Good features to track.“ 1994 Proceedings of IEEE conference on computer vision and pattern recognition. IEEE, 1994.
eingesetzt werden.
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Ein solches Tracking kann beispielsweise basierend auf drei sequenziellen Frames bzw. Aufnahmeabschnitten (n-1, n, n+1) durchgeführt werden. Basierend auf den Ergebnissen des Trackings anatomischer Landmarken und Vorwissen, insbesondere ein statistisches Modell wie z.B. dass die Centerline der Wirbelsäule bzw. der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt stetig sein muss, können Vorhersagen über den Verlauf der Wirbelsäule in den folgenden Frames getroffen werden. Vorteilhaft kann ohne eine verfügbare Voraufnahme und ohne zusätzliche Dosis während der Aufnahme die Aufnahmetrajektorie „online“, d.h. quasi in Echtzeit, an den Patienten individuell angepasst werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zur Berechnung eines Steuerparameters der Röntgenquelle eine Rückprojektion des Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitts und/ oder der Aufnahmetrajektorie in die Ebene der Röntgenquelle durchgeführt. Ist nun der Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitts und/ oder die Aufnahmetrajektorie bekannt bzw. ermittelt, kann die Information aus der Bildebene in die Ebene der Röntgenquelle übertragen werden. Damit kann der Steuerparameter für die Röntgenquelle und/oder den Kollimator berechnet werden. Der Steuerparameter kann sich dabei insbesondere auf eine Positionsänderung der Röntgenquelle, insbesondere in lateraler Richtung also quer zur Aufnahmerichtung, oder auf eine Kollimatorstellung bzw. -öffnung beziehen. Aus dem Steuerparameter kann ein Steuersignal abgeleitet werden. Vorteilhaft kann die Röntgenquelle und/oder der Kollimator patientenindividuell angesteuert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Steuerparameter einen Kollimationsparameter der Röntgenquelle. Der Aufnahmeschnitt kann mittels einer asymmetrischen Kollimierung bzw. Einblendung an der Röntgenquelle aufgenommen werden. Es kann vorteilhaft die Systembewegung optimiert werden. Die Aufnahmetrajektorie kann systemseitig durch eine Kollimatoreinstellung beeinflusst werden. Die Centerline bzw. die Aufnahmetrajektorie kann als Input verwendet werden, um mittels einer asymmetrisch (möglichen) Einblendung den Kollimator so zu steuern, dass für eine feste Bahnkurve und Systemgeometrie (SID, SOD) nur die relevanten anatomischen Bereiche exponiert werden. Dazu kann insbesondere die Centerline in die Ebene der Röntgenröhre zurückprojiziert werden. Vorteilhaft keine eine optimale Aufnahmetrajektorie mit der Röntgenstrahlung erfasst werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Steuerparameter einen Positionsparameter der Röntgenquelle. Der Aufnahmeabschnitt bzw. die Aufnahmetrajektorie kann mittels einer dynamisch änderbaren Trajektorie der Röntgenquelle aufgenommen werden. Die Centerline bzw. die Aufnahmetrajektorie kann als Input verwendet werden, um die Röhrenbahnkurve so anzupassen, dass für eine feste Einblendung und Systemgeometrie (SID, SOD) nur die relevanten anatomischen Bereiche exponiert werden. Dazu kann insbesondere die Centerline in die Ebene der Röntgenröhre zurückprojiziert werden. Vorteilhaft keine eine optimale Aufnahmetrajektorie mit der Röntgenstrahlung erfasst werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Ermittelns ferner ein Ermitteln einer, insbesondere variablen, Kollimierungsbreite basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt. Mittels der Anpassung der Röhrenbahnkurve und/oder der Einblendung mittels eines asymmetrischen Kollimators kann die laterale Kollimierung dynamisch an den Aufnahmeabschnitt angepasst werden. Die Kollimatoröffnung kann sich dabei dynamisch ändern. Die Kollimatoröffnung kann mal breiter, mal enger sein. Vorteilhaft kann insbesondere am Beginn und am Ende der Wirbelsäule die Kollimatoröffnung an die Anatomie vereinfacht angepasst werden. Vorteilhaft können starke Krümmungen der Wirbelsäule vereinfacht aufgenommen werden, wobei die Patientendosis besonders niedrig sein kann. Alternativ kann die Kollimierungsbreite konstant bzw. statisch sein, insbesondere falls die Aufnahmetrajektorie mittels einer Positionsveränderung der Röntgenröhre abgefahren wird. Die Röhrenbahnkurve kann der Aufnahmetrajektorie folgen, während die Kollimierungsbreite konstant ist. Die Kollimierungsbreite kann basierend auf dem ersten Bilddatensatz bestimmt werden. Insbesondere beim Ermitteln der Aufnahmetrajektorie kann eine Breite der Wirbelkörper bestimmt oder abgeschätzt werden. Die Breite der Wirbelkörper kann mittels der oben genannten Bilderkennungs- bzw. Bildanalyseverfahren bestimmt werden, insbesondere falls Voraufnahmen oder vorangehende Aufnahmeabschnitte vorliegen. Die Breite der Wirbelkörper kann basierend auf statistischen Daten beispielsweise bezüglich Alter und Größe des Patienten abgeschätzt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme, mit einer überlagerten, anatomischen Übersichtskontur angezeigt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Skoliose-Röntgenaufnahme mit einer überlagerten, anatomischen Übersichtskontur angezeigt. Die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme, kann nachbearbeitet werden. Insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme kann nachbearbeitet werden. Es kann ein semitransparenter Kollimator verwendet werden, so dass die Umrisse des Patienten in der Aufnahme erkennbar sind.
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Da die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme, nur einen kleinen Ausschnitt der menschlichen Anatomie zeigen kann, sehen sie für den menschlichen Betrachter ungewöhnlich aus. Es können insbesondere die Außenkonturen des Patienten in der Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere der Skoliose-Röntgenaufnahme, nicht dargestellt sein. Daher kann eine Überlagerung oder Aufnahme einer anatomischen Übersichtskontur durchgeführt werden. Optional können grobe anatomische Konturen, z.B. Umriss der Thorax, auf der Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere der Skoliose-Röntgenaufnahme, überlagert werden, damit sich der Betrachter schneller auf der Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere der Skoliose-Röntgenaufnahme, zurechtfinden kann. Die Überlagerung der anatomischen Konturen kann z.B. mit lernbasierten Verfahren erfolgen. Vorteilhaft kann der Benutzer vereinfacht einen Überblick über die Krümmung der Wirbelsäule erlangen. Die Diagnose kann vereinfacht oder in kürzerer Zeit gestellt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Röntgensystem zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche. Das Röntgensystem kann insbesondere als Radiographiesystem oder Fluoroskopiesystem ausgebildet sein. Das Röntgensystem umfasst eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor. Das Untersuchungsobjekt bzw. der Patient ist zwischen der Röntgenquelle und einem Röntgendetektor angeordnet. Die Aufnahme kann in stehender oder liegender Position aufgenommen werden. Röntgenquelle und Röntgendetektor können entlang einer Aufnahmerichtung bewegbar sein. Der Patient kann auf einem Patiententisch gelagert sein. Der Patiententisch kann entlang einer Aufnahmerichtung bewegbar sein. Die Aufnahmeabschnitte können insbesondere entlang der Aufnahmerichtung aufgenommen werden, beispielsweise indem sich Röntgenquelle und Röntgendetektor, oder/und der Patiententisch bewegt. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf das Röntgensystem übertragen werden.
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Das Röntgensystem kann eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitts basierend auf einem ersten Bilddatensatz von zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsbereichs umfassen. Das Röntgensystem kann eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln von einer Aufnahmetrajektorie in dem ersten Bilddatensatz basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt umfassen. Das Röntgensystem kann eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen von mehreren aufeinanderfolgenden Aufnahmeabschnitten entlang der Aufnahmetrajektorie umfassen. Das Röntgensystem kann eine Zusammensetzungseinheit zum Zusammensetzen der Aufnahmeabschnitte zu einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, umfassen. Das Röntgensystem kann eine Zusammensetzungseinheit zum Zusammensetzen der Aufnahmeabschnitte zu insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme umfassen. Die vorgenannten Einheiten können von einer Rechnereinheit umfasst sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit eines Röntgensystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Rechnereinheit des Röntgensystems ausgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Röntgensystem ausgeführt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine beispielshafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestimmung einer Aufnahmetrajektorie basierend auf einer Voraufnahme;
- 3 eine beispielshafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestimmung einer Aufnahmetrajektorie basierend auf mindestens einem vorangehenden Aufnahmeabschnitt; und
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgensystems.
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Die 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 10. Das Verfahren 10 zur Aufnahme einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, eines Untersuchungsbereichs mit einem Röntgensystem weist die Schritte des Bestimmens 11, des Ermittelns 12, des Aufnehmens 13 und des Zusammensetzens 14 auf. Das Verfahren 10 zur Aufnahme insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme eines Untersuchungsbereichs mit einem Röntgensystem kann die Schritte des Bestimmens 11, des Ermittelns 12, des Aufnehmens 13 und des Zusammensetzens 14 aufweisen. Im Schritt des Bestimmens 11 wird ein Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt basierend auf einem ersten Bilddatensatz von zumindest einem Teilbereich des Untersuchungsbereichs bestimmt. Im Schritt des Ermittelns 12 wird eine Aufnahmetrajektorie in dem ersten Bilddatensatz basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt ermittelt. Im Schritt des Aufnehmens 13 werden mehrere aufeinanderfolgende Aufnahmeabschnitte entlang der Aufnahmetrajektorie aufgenommen. Im Schritt des Zusammensetzens 14 werden die Aufnahmeabschnitte zu einer Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, zusammengesetzt. Im Schritt des Zusammensetzens 14 können die Aufnahmeabschnitte zu insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme zusammengesetzt werden.
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Der erste Bilddatensatz kann auf einer Voraufnahme, einer optischen Aufnahme oder auf mindestens einem vorangehenden Aufnahmeabschnitt basieren. Zur Berechnung eines Steuerparameters der Röntgenquelle wird eine Rückprojektion des Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitts und/ oder der Aufnahmetrajektorie in die Ebene der Röntgenquelle durchgeführt. Der Steuerparameter umfasst einen Kollimationsparameter der Röntgenquelle oder/und einen Positionsparameter der Röntgenquelle. Der Schritt des Ermittelns 12 kann ferner ein Ermitteln einer, insbesondere variablen, Kollimierungsbreite basierend auf dem Wirbelkörper-Mittelpunktslinien-Abschnitt umfassen. Die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme, kann mit einer überlagerten, anatomischen Übersichtskontur angezeigt werden. Insbesondere kann die Skoliose-Röntgenaufnahme kann mit einer überlagerten, anatomischen Übersichtskontur angezeigt werden.
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Die 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestimmung einer Aufnahmetrajektorie basierend auf einer Voraufnahme. Eine vorhandene Voraufnahme 20 eines Patienten wird vom System automatisch analysiert und anatomische Landmarken gefunden. Anschließend wird die Centerline 21 (d.h. Mittelpunkte der Wirbelköper) der Wirbelsäule extrahiert (weiße Linie). Anhand der Centerline, kann nun eine patientenoptimierte Aufnahmetrajektorie 22 bzw. Einblendung berechnet werden. Wichtig hierbei ist, dass sich die Anatomie nicht signifikant geändert hat, z.B. nach einer OP und die gleichen Aufnahmeparameter (SID, SOD) vorliegen, sowie dass ein Sicherheitsabstand mit eingerechnet werden muss, um sicherzustellen, dass alle relevanten anatomischen Bereiche aufgenommen werden.
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Die 3 zeigt eine beispielshafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestimmung einer Aufnahmetrajektorie basierend auf mindestens einem vorangehenden Aufnahmeabschnitt. Ein Beispiel, wie ein solches Tracking basierend auf drei sequenziellen Frames bzw. Aufnahmeabschnitten 30,31,32 (n-1, n, n+1) aussehen kann, ist dargestellt. Basierend auf den Ergebnissen des Trackings anatomischer Landmarken 33 und Vorwissen (statistisches Modell), wie z.B., dass die Centerline der Wirbelsäule stetig sein muss, können Vorhersagen über den Verlauf der Wirbelsäule in den folgenden Frames bzw. Aufnahmeabschnitten getroffen werden.
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Die 4 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgensystems 40. Das Röntgensystem 40 umfasst eine Röntgenquelle 41 bevorzugt mit einer Bewegungsrichtung 410. Das Röntgensystem 40 umfasst zwei gegenüberliegende Kollimatoren 42 bevorzugt mit einer Bewegungsrichtung 420. Die beiden Kollimatoren 42 können von einer Kollimatoreinheit 46 umfasst sein. Der Patient 43 ist zwischen der Röntgenquelle 41 und dem Röntgendetektor 45 angeordnet. Das Röntgensystem 40 ist dazu ausgelegt eine Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere einer Skoliose-Röntgenaufnahme, der Wirbelsäule 44 aufzunehmen. Das Röntgensystem 40 kann insbesondere dazu ausgelegt sein, eine Skoliose-Röntgenaufnahme der Wirbelsäule 44 aufzunehmen. Das Röntgensystem 40 weist ferner eine Rechnereinheit 47, eine Anzeigeeinheit 48 und eine Eingabeeinheit 49 auf. Auf der Anzeigeeinheit 48 kann die Wirbelsäulen-Röntgenaufnahme, insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme, angezeigt werden. Auf der Anzeigeeinheit 48 kann insbesondere die Skoliose-Röntgenaufnahme angezeigt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018212389 B3 [0008]
- DE 102016207064 A1 [0009]
- EP 3566651 A1 [0010]
- US 20190347791 A1 [0024]
