DE19746096A1 - Röntgeneinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung aufweisend ein Röntgengerät mit einem eine Röntgenstrahlenquelle und eine Röntgenstrahlenempfangseinrichtung aufweisenden Röntgen­ system, welches zur Aufnahme von 2D-Projektionen aus unter­ schiedlichen Projektionswinkeln von einem Bereich eines zu untersuchenden Objektes mit anschließender 3D-Bildrekonstruk­ tion des Bereiches des Objektes verstellbar ist, und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Projektionsgeometrien.

Röntgengeräte der eingangs genannten Art weisen zur Aufnahme der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangsein­ richtung in der Regel einen C-Bogen auf, welcher derart an dem Röntgengerät in einer Halterung gelagert ist, daß er längs seines Umfanges in einem bestimmten Winkelbereich moto­ risch verstellbar ist (Orbitalbewegung). Zur Gewinnung von 2D-Projektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln für die 3D-Bildrekonstruktion, beispielsweise eines Körperberei­ ches eines Lebewesens, mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes, wird der C-Bogen nach entsprechender Plazierung relativ zu dem zu untersuchenden Lebewesen bei der Aufnahme der 2D-Pro­ jektionen von dem Körperbereich des Lebewesens längs seines Umfanges verstellt. Aus den während der Verstellbewegung des C-Bogens mit dem Röntgensystem aufgenommenen 2D-Projektionen werden anschließend 3D-Bilder des Körperbereiches des Lebewe­ sens rekonstruiert. Die 3D-Bildrekonstruktion setzt aller­ dings die genaue Kenntnis der Projektionsgeometrie, d. h. die Kenntnis der Position der Röntgenstrahlenquelle und der Rönt­ genstrahlenempfangseinrichtung sowie der Projektionswinkel während der Aufnahme jeder der einzelnen 2D-Projektionen vor­ aus.

Als problematisch erweist es sich, daß bekannte stationäre und ganz besonders mobile C-Bogen-Röntgengeräte mechanische Instabilitäten, insbesondere die Verstellung des C-Bogens längs seines Umfanges betreffend, aufweisen, wodurch Abwei­ chungen der realen Verstellbewegung des C-Bogens von der idealen Verstellbewegung auftreten, welche die Bestimmung der Projektionsgeometrien erschweren.

Zur Bestimmung der Projektionsgeometrien sind folgende zwei Methoden bekannt:

• a) Aus der DE 195 12 819 A1 ist die Verwendung eines in der Regel aus Plexiglas mit eingesetzten Metallstrukturen ge­ bildeten Markerrings bekannt, welcher um den zu untersu­ chenden Körperbereich des Lebewesens angeordnet wird. In den 2D-Projektionen des zu untersuchenden Körperbereiches sind die Metallstrukturen des Markerrings sichtbar, so daß aus deren Position die jeweiligen Projektionsgeome­ trien der 2D-Projektionen berechenbar sind. Dieses Ver­ fahren hat jedoch den Nachteil, daß der Markerring einen relativ großen Durchmesser aufweist, so daß der Abstand zwischen Röntgenstrahlenquelle und Markerring bei C-Bögen kleinen Durchmessers sehr klein ist (wenige Zentimeter). Die Metallstrukturen werden daher mit sehr großer Vergrö­ ßerung in den 2D-Projektio-nen abgebildet, so daß große Teile der 2D-Projektionen von den Metallstrukturen über­ lagert sind. Des weiteren wird nur ein kleiner Bereich der Metallstrukturen des Markerrings in den 2D-Projektio­ nen abgebildet, so daß die Bestimmung der Projektionsgeo­ metrien anhand der geringen Anzahl von abgebildeten Me­ tallstrukturen schwierig ist.
• b) Eichmessungen vor der eigentlichen Patientenmessung unter der Annahme, daß das Systemverhalten, d. h. im wesentli­ chen die Verstellbewegungen des C-Bogens in hohem Maße reproduzierbar ist. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitaufwendig und zudem nur bei mechanisch verstärkten stationären C-Bogen-Röntgengeräten anwendbar. Die Anwen­ dung auf mobile Röntgengeräte ist wegen der bereits er­ wähnten mechanischen Instabilität derartiger Röntgenge­ räte nicht möglich, wobei mechanische Stabilisierungen aufgrund der großen, die Mobilität einschränkenden Ge­ wichtszunahme für mobile Röntgengeräte ausgeschlossen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rönt­ geneinrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, daß die Ermittlung der Projektionsgeometrien vereinfacht ist und die Röntgeneinrichtung sowohl stationär als auch mobil einsetzbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ geneinrichtung aufweisend ein Röntgengerät mit einem eine Röntgenstrahlenquelle und eine Röntgenstrahlenempfangsein­ richtung aufweisenden Röntgensystem, welches zur Aufnahme von 2D-Projektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln von einem Bereich eines zu untersuchenden Objektes mit anschlie­ ßender 3D-Bildrekonstruktion des Bereiches des Objektes ver­ stellbar ist, und ein Positionserfassungssystem mit ersten Mitteln, welche dem Röntgensystem derart zugeordnet sind, daß sie dessen Bewegungen folgen, und mit in bezug auf die ersten Mittel ortsfesten, von dem Röntgensystem getrennt angeordne­ ten zweiten Mittel, welche mit den ersten Mitteln zur Ermitt­ lung der Positionen der Röntgenstrahlenquelle, der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung und zur Ermittlung der unter­ schiedlichen Projektionswinkel der 2D-Projektionen für die 3D-Bildrekonstruktion zusammenwirken, wobei die ersten und zweiten Mittel außerhalb des von der Röntgenstrahlen-quelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündels angeordnet sind. Die Er­ findung geht von der Überlegung aus, daß die Ermittlung der Projektionsgeometrien durch die Anordnung der ersten und zweiten Mittel des Positionserfassungssystems derart, daß sie nicht von einem von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlenbündel getroffen werden, gegenüber der bekann­ ten Vorrichtung, welche zur Bestimmung der Projektionsgeome­ trien von dem Röntgenstrahlenbündel getroffen wird, verein­ facht ist, da die Problematik einer geeigneten auswertbaren Abbildung einer Struktur zur Bestimmung der Projektionsgeome­ trie in einer 2D-Projektion nicht auftritt. Dadurch wird üb­ rigens auch die Genauigkeit der Bestimmung der Projektions­ geometrien verbessert, da die Ermittlung der Projektionsgeo­ metrien anhand der ersten und zweiten Mittel nicht wie bei der bekannten Vorrichtung auf der Auswertung kleiner in den 2D-Projektionen abgebildeter Strukturen der Vorrichtung be­ ruht.

Dadurch, daß weder die ersten noch die zweiten Mittel in den 2D-Projektionen abgebildet werden, treten zudem keine Überla­ gerungen von röntgenpositiven Strukturen zu dem radiologisch zu untersuchenden und darzustellenden Bereich des Objektes in den 2D-Projektionen auf. Auf diese Weise wird auch die Rekon­ struktion eines von körperfremden Strukturen freien 3D-Bildes des Lebewesens aus den aufgenommenen 2D-Projektionen verein­ facht. Die ersten und zweiten Mittel zur Bestimmung der Pro­ jektionsgeometrien sind zudem sowohl für mobile als auch sta­ tionäre Röntgeneinrichtungen geeignet, wobei mechanische In­ stabilitäten des Röntgengerätes bei der Verstellung des Rönt­ gensystems für die Bestimmung der Projektionsgeometrien unbe­ deutend sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung umfassen die ersten Mittel mindestens je eine an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrich­ tung angeordnete Kamera und die zweiten Mittel gemäß einer Variante der Erfindung einen Markerring. Der Markerring un­ terscheidet sich dabei von dein bekannten Markerring dahinge­ hend, daß er keine röntgenpositiven, zur Ermittlung der Pro­ jektionsgeometrien vorgesehenen Strukturen aufweist, wobei der Markerring an sich durchaus aus einem röntgenpositiven Material, z. B. Edelstahl, gefertigt sein kann. Die an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangsein­ richtung angeordneten Kameras, welche während der Verstell­ bewegung des Röntgensystems mitbewegt werden, sind dabei der­ art auf den ortsfesten Markerring gerichtet, daß anhand der Kameraaufnahmen vom Umfang des Markerrings, welche mit der Aufnahme von 2D-Projektionen synchronisiert sind, die Posi­ tionen der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenemp­ fangseinrichtung in einem ortsfesten, beispielsweise kartesi­ schen Koordinatensystem, ermittelbar sind. Die Lage des orts­ festen Markerrings in dem ortsfesten Koordinatensystem und die Lage der Kameras relativ zu der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung ist dabei bekannt. An­ hand der für jede 2D-Projektion ermittelten Position der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangsein­ richtung in dem Koordinatensystem lassen sich die zuge­ hörigen Projektionswinkel der 2D-Projektionen für die 3D-Bildrekonstruktion ermitteln.

Nach einer Variante der Erfindung ist der Markerring längs seines Umfanges mit definierten, d. h. systematisch erzeug­ ten, Oberflächenstrukturen versehen. Die Aufnahme der Ober­ flächenstrukturen des Markerrings mittels der Kameras gleich­ zeitige mit einer Aufnahme einer 2D-Projektion ermöglicht ei­ ne eindeutige Identifizierung der Position der Röntgenstrah­ lenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung relativ zu dem Markerring und somit die Ermittlung des zu der 2D-Pro­ jektion gehörigen Projektionswinkels. Die Grobbestimmung der Projektionswinkel kann im übrigen auch anhand von Posi­ tionsgebern des Röntgengerät es erfolgen, an die sich die Feinbestimmung der Projektionswinkel anschließt, in der die von den Kameras aufgenommenen Oberflächenstrukturen des Mar­ kerrings analysiert werden. Es genügt dann, die Oberflächen­ strukturen des Markerrings in einem Winkelbereich von ca. 30° bis 40° unterschiedlich auszubilden, welche periodisch über den gesamten Umfang des Markerrings wiederholt werden.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist der Markerring längs seines Umfanges mit definiert, d. h. systematisch, angeordne­ ten, elektrisch betriebenen optisch aktiven Elementen verse­ hen. Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß der Markerring längs seines Umfanges mit definiert angeordneten Infrarotlichtquellen und/oder passiven mit beispielsweise an den Kameras angeordneten Infrarotlichtquellen beleuchteten, das Infrarotlicht reflektierenden Infrarotelementen versehen ist. Auch durch die Aufnahme der definiert angeordneten Ele­ mente und/oder der Infrarotlichtquellen und/oder der be­ leuchteten Infrarotelemente mittels der Kameras gleichzeitig mit der Aufnahme von 2D-Projektionen ist aus deren Anordnung längs des Umfangs des Markerrings eine eindeutige Bestimmung der Projektionsgeometrien zum Zeitpunkt einer jeden der 2D-Projektionen möglich. Die Art der periodischen Anordnung der Elemente, der Infrarotlichtquellen und der Infrarotelemente längs des Umfanges des Markerrings kann analog zu den Ober­ flächenstrukturen erfolgen. Die Verwendung von Infrarotlicht­ quellen setzt im übrigen die Verwendung entsprechender Infra­ rotkameras voraus.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Markerring zwei trenn- und zusammenfügbare Ring­ segmente aufweist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Variante der Erfindung das eine Ringsegment an einer das Objekt aufnehmenden Lagerungsvorrichtung ange­ ordnet ist. In diesem Fall wird das andere Ringsegment immer nur dann auf das eine Ringsegment gesetzt, wenn beabsichtigt ist, eine Serie von 2D-Projektionen von einem Bereich eines auf der Lagerungsvorrichtung angeordneten Objektes anzuferti­ gen. Andernfalls wird das andere Ringsegment entfernt, so daß es sich für andere Untersuchungen nicht störend auswirkt und die Lagerungsvorrichtung frei zugänglich ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht als erste Mittel an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung relativ zueinander örtlich definiert angeordnete Sende- oder Empfangseinrichtungen vor, welche mit relativ zueinander örtlich definiert an den zweiten Mitteln angeordneten Empfangs- oder Sendeeinrichtungen zusammenwir­ ken. Beispielsweise sind an den ortsfesten zweiten Mitteln, welche vorzugsweise einen Markerring umfassen, mehrere ört­ lich definiert, d. h. deren Lage relativ zueinander ist be­ kannt, über den Umfang des Markerrings verteilt angebrachte Empfangseinrichtungen und an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung beispielsweise jeweils mindestens zwei Sendeeinrichtungen, welche im Zuge einer Ver­ stellbewegung mit der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung mitbewegt werden, relativ zuein­ ander örtlich definiert angeordnet. Zur Bestimmung der Pro­ jektionsgeometrien bei verschiedenen 2D-Projektionen senden die Sendeeinrichtungen gleichzeitig mit der Aufnahme einer 2D-Projektion gemäß einer Variante der Erfindung vorzugswei­ se Schallwellen, z. B. Ultraschallwellen, oder elektromagne­ tische Wellen, z. B. Lichtwellen oder Mikrowellen, aus, wel­ che die Empfänger empfangen. Die Auswertung der empfangenen Ultraschall-, Licht- oder Mikrowellen ermöglicht anschließend die Bestimmung der genauen Position der Rönt­ genstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung während einer jeden 2D-Projektion, so daß aus den jeweils er­ mittelten Positionen der Röntgenstrahlenquelle und der Rönt­ genstrahlenempfangseinrichtung die Projektionswinkel jeder der 2D-Projektionen berechenbar sind. Vorzugsweise werden da­ bei die Phasen und/oder Laufzeiten der Ultraschall-, Licht- oder Mikrowellen zwischen Sende- und Empfangseinrichtungen ermittelt und ausgewertet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung mit einem mobilen C-Bogen-Röntgengerät und einem Positionser­ fassungssystem,

Fig. 2 die Ansicht in Richtung des Pfeiles II aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung,

Fig. 4 einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung und

Fig. 5 einen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 1 mit einem C-Bogen-Röntgengerät 2. Das C-Bogen-Röntgengerät 2 weist einen mit Rädern 3 versehenen Gerätewagen 4 auf. Das C-Bogen-Röntgengerät 2 ist mit einer in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Hubvorrichtung 5 mit einer eine Längsachse A aufweisenden Säule 6 versehen, um die die Säule 6 in Richtung des Doppelpfeiles α drehbar ist. An der Säule 6 ist ein Hal­ teteil 7 angeordnet, an dem wiederum ein Lagerteil 8 zur La­ gerung eines ein Isozentrum I aufweisenden C-Bogens 9 ange­ ordnet ist. Der C-Bogen 9 weist an seinen beiden Enden einan­ der gegenüberliegend eine Röntgenstrahlenquelle 10 und eine Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 auf, welche derart re­ lativ zueinander angeordnet sind, daß ein von der Röntgen­ strahlenquelle 10 ausgehender Zentralstrahl eines Röntgen­ strahlenbündels annähernd mittig auf die Röntgenstrahlenemp­ fangseinrichtung 11 trifft. Der C-Bogen 9 ist in an sich be­ kannter Weise in Richtung des Doppelpfeiles a längs seines Umfanges in nicht näher dargestellter Weise motorisch ver­ stellbar an dem Lagerteil 8 gelagert. Das Lagerteil 8 ist in an sich bekannter Weise um eine gemeinsame Achse B des Hal­ teteils 7 und des Lagerteils 8 drehbar (vgl. Doppelpfeil β, Angulation) und in Richtung der Achse B verschieblich (vgl. Doppelpfeil b) an dem Halteteil 7 gelagert. Mit Hilfe der Hubvorrichtung 5 ist der C-Bogen 9, der über das Lagerteil 8 und das Halteteil 7 mit der Säule 6 der Hubvorrichtung 5 ver­ bunden ist, relativ zu dem Gerätewagen 4 vertikal verstell­ bar.

Das C-Bogen-Röntgengerät 2 ist im Falle des vorliegenden Aus­ führungsbeispiels zur Erzeugung von 3D-Bildern eines Körper­ bereiches eines in den Figuren nur schematisch dargestellten, auf einer Lagerungsvorrichtung 12 liegenden Patienten P vor­ gesehen. Die 3D-Bilder werden aus 2D-Projektionen des Körper­ bereiches aus unterschiedlichen Projektionswinkeln, welche mit Hilfe des die Röntgenstrahlenquelle 10 und die Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung 11 aufweisenden Röntgensystems gewonnen werden, rekonstruiert und sind mittels eines Moni­ tors 13, welcher auf einem Halter 14 des C-Bogen-Röntgenge­ rätes 2 angeordnet ist, darstellbar.

Zur Aufnahme von 2D-Projektionen aus unterschiedlichen Pro­ jektionswinkeln wird der das Röntgensystem aufnehmende C-Bo­ gen 9 längs seines Umfanges in Richtung des Doppelpfeiles a in einem Winkelbereich von ca. 200° um den zu untersuchenden und darzustellenden Körperbereich des Patienten P motorisch verstellt, wobei während der Verstellbewegung ca. 50-100 2D-Projektionen von dem Körperbereich des Patienten P mit dem Röntgensystem aus unterschiedlichen Projektionswinkel aufge­ nommen werden.

Zur exakten Ermittlung der unterschiedlichen Positionen der Röntgenstrahlenquelle 10, der Röntgenstrahlenempfangseinrich­ tung 11 und der zugehörigen Projektionswinkel bei aufeinan­ derfolgenden 2D-Projektionen, welche für die Rekonstruktion von 3D-Bildern des Körperbereiches des Patienten P aus den 2D-Projektionen unbedingt erforderlich sind, ist die Röntgen­ strahlenquelle 10 mit einer seitlich angeordneten Kamera 15 (vgl. Fig. 2), die Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 mit einer seitlich angeordneten Kamera 16 (vgl. Fig. 2) und die Lagerungsvorrichtung 12 mit einem Markerring 17 versehen. Die Kameras 15, 16 und der Markerring 17 sind Teil eines Positi­ onserfassungssystems.

Der Markerring 17 weist zwei Ringsegmente 17.1 und 17.2 auf, welche an Stellen 18.1, 18.2 zusammenfügbar bzw. voneinander trennbar sind. Das Ringsegment 17.1 ist an in Fig. 1 nicht nä­ her dargestellten Schienen, welche an beiden Seiten der Lage­ rungsvorrichtung 12 vorhanden sind, befestigt und entlang der Schienen verschiebbar. Im Falle der Aufnahme einer Serie von 2D-Projektionen eines Körperbereiches des Patienten P wird das Ringsegment 17.2 mit dem Ringsegment 17.1 an den Stellen 18.1, 18.2 zusammengefügt, so daß der Markerring 17 den Pati­ enten P umgibt. Der Markerring 17 weist über seinen Umfang definierte, d. h. systematisch erzeugte, in Fig. 2 nur stark schematisch angedeutete Oberflächenstrukturen OS auf. Anhand der Oberflächenstrukturen OS ist eine eindeutige Identifizie­ rung einer Position in bezug auf den Umfang des Markerrings 17 möglich.

Im Zuge der Aufnahme einer Serie von 2D-Projektionen von ei­ nem Körperbereich des Patienten P mit anschließender 3D-Bild­ rekonstruktion wird das C-Bogen-Röntgengerät 2 entsprechend relativ zu dem zu untersuchenden Körperbereich des Patienten P positioniert. Der Markerring 17 wird derart relativ ent­ lang der Schienen der Lagerungsvorrichtung 12 verschoben, daß die an der Röntgenstrahlenquelle 10 und an der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung 11 angeordneten Kameras 15, 16 auf den Umfang des Markerrings 17 gerichtet sind. Auf diese Weise können die Kameras 15, 16 die im Sichtbereich der Kameras 15, 16 liegenden Oberflächenstrukturen OS des Markerrings 17 auf­ nehmen (vgl. Fig. 2 strichpunktierte Linien). Die Lage der Ka­ mera 15 relativ zu der Röntgenstrahlenquelle 10, die Lage der Kamera 16 relativ zu der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 und die Lage des Markerrings 17 in einem zur Angabe der Positionen der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung 11 vorgesehenen ortsfesten, bei­ spielsweise kartesischen Koordinatensystem, ist dabei be­ kannt.

Die Aufnahmen der Kameras 15, 16 werden einer Steuer- und Re­ cheneinheit 19 des C-Bogen-Röntgengerates 2 zugeführt. Die Steuer- und Recheneinheit 19, welche sowohl die motorische Verstellbewegung des C-Bogens 9 steuert als auch die Aufnahme von 2D-Projektionen auslöst, wertet auch die zum Zeitpunkt einer jeden 2D-Projektion aufgenommenen Kamerabilder der Ka­ meras 15, 16 aus. Die Steuer- und Recheneinheit 19 ermittelt anhand der jeweiligen Einstellungen der Kameras 15, 16 und der aufgenommenen Oberflächenstrukturen OS des Markerrings 17 die Abstände der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung 11 von und deren Orientierung zu dem Markerring 17. Da der Steuer- und Recheneinheit 19 die Lage des Markerrings 17 in dem kartesischen Koordinatensystem sowie die Lage der Kamera 15 relativ zu der Röntgenstrahlen­ quelle 10 und die Lage der Kamera 16 relativ zu der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung 11 bekannt ist, kann die Steuer- und Recheneinheit 19 anhand der ermittelten Abstände und Ori­ entierungen für jede 2D-Projektion die exakte Position der Röntgenstrahlenquelle 10, der Röntgenstrahlenempfangseinrich­ tung 11 und der zugehörigen Projektionswinkel in bezug auf den Markerring 17 ermitteln. Die ermittelten Positionen wer­ den beispielsweise bezüglich des ortsfesten kartesischen Ko­ ordinatensystems angegeben, in der, wie bereits erwähnt, die Lage des Markerrings 17 bekannt ist.

Der Markerring 17 ist vorzugsweise aus einem gegen Verformung stabilen Material, z. B. Edelstahl, gebildet und für Anwen­ dungen in Operationssälen sterilisierbar ausgeführt.

Die Grobbestimmung der Orientierung der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 zu dem Mar­ kerring 17 erfolgt im übrigen anhand von in der Fig. 1 nicht dargestellten, dem C-Bogen 9 zugeordneten Positionsgebern des Röntgengerätes 2, während die Feinbestimmung anhand der Aus­ wertung der Kameraaufnahmen der Oberflächenstrukturen OS des Markerrings 17 erfolgt. Demnach genügt es, die Oberflächen­ strukturen OS des Markerrings, beispielsweise nur in einem Winkelbereich von 30° bis 40° verschieden auszuführen. Diese Oberflächenstrukturen OS wiederholen sich dann periodisch über den gesamten Umfang des Markerrings 17. Der Markerring 17 kann aber auch mit Oberflächenstrukturen OS versehen sein, die über den gesamten Umfang des Markerrings 17 voneinander verschieden sind.

Auf diese Weise ist also für jede 2D-Projektion die entspre­ chende Position der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung 11 und somit der jeweilige Pro­ jektionswinkel ermittelbar. Die Signalleitungen zur Übertra­ gung der Steuersignale für die motorische Verstellung des C-Bogens 9, die Auslösung von 2D-Projektionen und die Übertra­ gung der Kamerasignale sind in den Figuren im übrigen nicht dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung, wobei in der Fig. 3 dargestellte Komponenten der Röntgeneinrichtung, welche mit Komponenten der in Fig. 1 dargestellten Röntgeneinrichtung weitgehend identisch sind, mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen sind.

Im Falle dieser Ausführungsform sind die Röntgenstrahlenquel­ le 10 und die Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 jeweils mit zwei Kameras versehen. Die Kameras 20, 21 sind an der Röntgenstrahlenquelle 10 derart angeordnet, daß die jeweili­ gen von den Kameras 20, 21 erfaßten Bereiche des Umfanges des Markerrings 17 möglichst weit voneinander entfernt liegen. Die Kameras 22, 23 sind dagegen derart an der Rönt­ genstrahlenempfangseinrichtung 11 angeordnet, daß etwa der gleiche Bereich des Umfanges des Markerrings 17 von den Kame­ ras erfaßt wird (photogammetrisches Verfahren). Die Anordnung der Kameras 20 bis 23 an der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 ist derart gewählt, daß die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Röntgenstrahlen­ quelle 10, der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 und der zugehörigen Projektionswinkel aufgrund der zusätzlich gewon­ nenen Informationen verbessert ist. Dabei können die Kameras 20, 21 auch wie die Kameras 22, 23 relativ zueinander ange­ ordnet sein. Ebenso können die Kameras 22, 23 wie die Kameras 20, 21 relativ zueinander angeordnet sein.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung, bei der im Unter­ schied zu der zweiten Ausführungsform der Röntgeneinrichtung der Markerring 17 durch einen Markerring 24 ersetzt ist. Der Markerring 24 ist längs seines Umfanges mit definiert ange­ ordneten, elektrisch betriebenen optisch aktiven Elementen, die zueinander in einer definierten geometrisch eindeutigen Beziehung stehen, versehen. Bei den optisch aktiven Elementen kann es sich beispielsweise um Leuchtdioden 25 handeln. Wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nehmen die Kameras 20 bis 23 bei einer Serie von 2D-Projektionen zum Zeitpunkt einer jeden 2D-Projektion die Struktur der optisch aktiven Elemente auf dem Umfang des Markerrings 24 auf. Die in Fig. 4 nicht dargestellte Steuer- und Recheneinheit 19 ermittelt wie in zuvor beschriebener Weise für jede 2D-Projektion anhand der jeweiligen Einstellungen der Kameras 20 bis 23 und der aufgenommenen Strukturen der optisch aktiven Elemente auf dem Umfang des Markerrings 24 die Abstände der Röntgenstrahlen­ quelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 von und deren Orientierung zu dem Markerring 24. Da der Steuer- und Recheneinheit 19 wie im zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispiel die Lage des Markerrings 24 in dem kartesischen Ko­ ordinatensystem sowie die Lage der Kameras 20, 21 relativ zu der Röntgenstrahlenquelle 10 und die Lage der Kameras 22, 23 relativ zu der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 bekannt ist, kann die Steuer- und Recheneinheit 19 anhand der ermit­ telten Abstände und Orientierungen für jede 2D-Projektion die genaue Position der Röntgenstrahlenquelle 10, der Röntgen­ strahlenempfangseinrichtung 11 sowie die zugehörigen Projek­ tionswinkel in dem kartesischen Koordinatensystem ermitteln. Die derart ermittelten Projektionsgeometrien werden dann zur Rekonstruktion von 3D-Bildern von Körperbereichen des Patien­ ten P mittels der Steuer- und Recheneinheit 19 herangezogen, wobei die 3D-Bilder, wie bereits erwähnt, z. B. auf dem Moni­ tor 13 des C-Bogen-Röntgengerätes 2 darstellbar sind.

Anstelle von Leuchtdioden 25 können im übrigen über den Um­ fang des Markerrings 24 auch Infrarotlichtquellen und/oder passive mit beispielsweise an den Kameras 20 bis 23 angeord­ neten Infrarotlichtquellen beleuchtete, das Infrarotlicht re­ flektierende Infrarotelemente vorgesehen sein. Im Falle der Verwendung von Infrarotlichtquellen sind allerdings anstelle der Kameras 20 bis 23 entsprechende Infrarotkameras zur Auf­ nahme der Infrarotsignale vorzusehen.

Falls zweckmäßig können elektrisch betriebene optisch aktive Elemente auch mit Infrarotlichtquellen und passiven Infra­ rotelementen über den Umfang des Markerrings 24 kombiniert werden.

Der Markerring 24 weist im übrigen wie der Markerring 17 zwei an Stellen 18.1 und 18.2 zusammenfügbare bzw. voneinander trennbare Ringsegmente 24.1 und 24.2, wobei das Ringsegment 24.1 an in Fig. 4 nicht näher dargestellten Schienen der Lage­ rungsvorrichtung 12 befestigt ist. Der Markerring 24 ist in nicht dargestellter Weise zur Versorgung der Leuchtdioden 25 mit Energie elektrisch kontaktiert.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die an der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangsein­ richtung 11 angeordneten Kameras durch relativ zueinander örtlich definiert angeordnete Sendeeinrichtungen 26, 27 und 28, 29 und der Markerring 24 durch einen mit relativ zueinan­ der örtlich definiert angeordneten Empfangseinrichtungen 31 versehenen Markerring 30 ersetzt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei den Sendeeinrichtun­ gen um Ultraschallsender 26 bis 29 und bei den Empfangsein­ richtungen um Ultraschallempfänger 31. Während die an dem Markerring 30 angeordneten Ultraschallempfänger 31 in bezug auf das Röntgensystem ortsfest sind, werden die Ultraschall­ sender 26 bis 29 bei der Verstellbewegung des C-Bogens 9 längs seines Umfanges mit dem Röntgensystem mitbewegt.

Die in Fig. 5 nicht dargestellte Steuer- und Recheneinheit 19, welche wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sowohl die motorische Verstellung des C-Bogens 9 steuert als auch die Aufnahme von 2D-Projektionen auslöst, steuert auch die Auslösung von Ultraschallwellen der Ultraschallsender 26 bis 29, welche jeweils gleichzeitig mit der Auslösung einer 2D-Projektion erfolgt. Auf diese Weise ist für jede 2D-Projek­ tion die entsprechende Position der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 und somit der jeweilige Projektionswinkel ermittelbar.

Die Ultraschallsender 26 bis 29 werden vorzugsweise mit un­ terschiedlichen Frequenzen betrieben, so daß die von den Ul­ traschallempfängern 31 empfangenen Ultraschallwellen eindeu­ tig einem der Ultraschallsender 26 bis 29 zugeordnet werden können.

Senden die Ultraschallsender 26 bis 29 bei der Auslösung ei­ ner 2D-Projektion Ultraschallwellen nicht gleichzeitig, son­ dern in kurzen definierten Zeitabständen hintereinander aus, können die Ultraschallsender 26 bis 29 auch mit der gleichen Sendefrequenz betrieben werden, wobei auch in diesem Fall die von den Ultraschallempfängern 31 empfangenen Ultraschallwel­ len eindeutig einem der Ultraschallsender 26 bis 29 zugeord­ net werden können.

Die Ultraschallsender 26 bis 29 und die Ultraschallempfänger 31 weisen vorzugsweise an die Verstellbewegungen des Röntgen­ systems angepaßt Richtcharakteristiken auf. Auf diese Weise kann der Empfang von die Signalauswertung störenden Fremdsi­ gnalen seitens der Ultraschallempfänger 31 vermindert und die erforderliche Sendeleistung der Ultraschallsender 26 bis 29 gegenüber isotrop strahlenden Ultraschallsendern reduziert werden.

Zur exakten Ermittlung der jeweiligen Positionen der Röntgen­ strahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 bei 2D-Projektionen in bezug auf ein ortsfestes, bei­ spielsweise kartesisches Koordinatensystem, sollten vorzugs­ weise jeweils mindestens drei der Ultraschallempfänger 31 Ul­ traschallwellen der der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 zugeordneten Ultra­ schallsender 26 bis 29 während der Verstellbewegung des C-Bo­ gens 9 empfangen, d. h. eine beispielsweise von dem Ultra­ schallsender 26 ausgesandte Ultraschallwelle sollte von min­ destens drei Ultraschallempfängern empfangen werden.

Die von den Ultraschallempfängern 31 empfangenen Ultraschall­ wellen werden anschließend der Steuer- und Recheneinheit 19 zugeführt, welche vorzugsweise die Phasen und/oder die Lauf­ zeiten der jeweiligen zu einer 2D-Projektion gehörigen Ultra­ schallwellen ermittelt. Da die Laufzeit des Ultraschalls ab­ hängig von der Umgebungstemperatur ist, ist eine in den Figu­ ren nicht dargestellte, an die Steuer- und Recheneinheit 19 angeschlossene Einheit zur Messung der Umgebungstemperatur vorgesehen, welche bei der Ermittlung der Laufzeit des Ultra­ schalls in Ausgleichsrechnungen berücksichtigt wird.

Anhand der Phasen- und/oder Laufzeitinformationen der empfan­ genen Ultraschallwellen errechnet die Steuer- und Rechenein­ heit 19 bei jeder 2D-Projektion für jeden Ultraschallsender 26 bis 29 den Abstand zu den Ultraschallempfängern 31, welche die von den jeweiligen Ultraschallsendern 26 bis 29 ausge­ sandten Ultraschallwellen empfangen haben. Da der Steuer- und Recheneinheit 19 die Lage des Markerrings 30 bzw. der Ultra­ schallempfänger 31 in dem kartesischen Koordinatensystem so­ wie die Lage der Ultraschallsender 26, 27 relativ zu der Röntgenstrahlenquelle 10 und die Lage der Ultraschallsender 28, 29 relativ zu der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 bekannt ist, kann die Steuer- und Recheneinheit 19 anhand der ermittelten Abstände für jede 2D-Projektion die genaue Posi­ tion und die Projektionswinkel der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 in bezug auf das ortsfeste Koordinatensystem zu jeder 2D-Projektion exakt ermitteln.

Die Ultraschallsender müssen im übrigen nicht notwendiger­ weise an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung und die Ultraschallempfänger an dem Markerring angeordnet sein. Vielmehr können die Ultraschall­ sender auch am Markerring und die Ultraschallempfänger an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrich­ tung angeordnet sein.

Ist an der Röntgenstrahlenquelle 10 und an der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung 11 jeweils nur ein Ultraschallsender vorgesehen, müssen zur exakten Positionsbestimmung jeweils mindestens drei der Ultraschallempfänger 31 Ultraschallwellen der der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrahlenemp­ fangseinrichtung 11 zugeordneten Ultraschallsender 26 bis 29 während der Verstellbewegung des C-Bogens 9 empfangen.

Zur exakten Positionsbestimmung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgenstrahlenempfängers können jedoch auch mehr als zwei Ultraschallsender an der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung vorgesehen, deren Ultra­ schallwellen von wenigstens einem der Ultraschallempfänger 31 empfangen werden.

Die Anzahl der zur Positionsbestimmung der Röntgenstrahlen­ quelle 10 und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung 11 vor­ gesehenen Ultraschallsender und Ultraschallempfänger kann al­ so von der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Anzahl abweichen. Des weiteren ist die Anbringung der Ultra­ schallsender und der Ultraschallempfänger nur exemplarisch zu verstehen und kann auch anders ausgeführt sein.

Im übrigen ist auch der Markerring 30 wie die Markerringe 17, 24 aus zwei trenn- und zusammenfügbaren Ringsegmenten 30.1, 30.2 zusammengesetzt und entsprechend an der Lagerungsvor­ richtung 12 angeordnet. Zur Energieversorgung der Ultraschal­ lempfänger 31 und zur Signalübertragung ist der Markerring 30 in nicht dargestellter Weise elektrisch kontaktiert.

Anstelle der Ultraschallsender 26 bis 29 und der Ultraschal­ lempfänger 31 können zur Bestimmung der Projektionsgeometrien der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung 11 Sender und Empfänger vorgesehen sein, die auf Basis anderer Schallwellen oder elektromagneti­ scher Wellen, beispielsweise Licht- oder Mikrowellen, arbei­ ten.

Die Ermittlung der Projektionsgeometrien beruht auch in die­ sem Fall auf der Ermittlung von Phasen- und/oder Laufzeiten von Mikrowellen oder Lichtwellen zwischen Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen. Anhand der Phasen- und/oder Lauf­ zeitinformationen können wie im Falle der Verwendung von Ul­ traschall die Abstände zwischen Sende- und Empfangseinrich­ tungen bestimmt und somit die exakten Positionen und Orien­ tierungen der Röntgenstrahlenquelle und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung relativ zu dem Markerring bei jeder 2D-Projektion ermittelt werden. Im Falle der Anwendung von Lichtwellen zur Bestimmung der Projektionsgeometrien bieten sich als geeignete optische Signalquellen Laserdioden, Leuchtdioden oder Superlumineszenzdioden und als auf dem Markerring angeordnete Detektionsmittel Dioden oder Avalance­ photodioden an.

Die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung wurde vorliegend am Beispiel eines mobilen C-Bogen-Röntgengerätes 2 erläutert. Die Verwendung des Positionserfassungssystems zur Positions­ bestimmung der Röntgenstrahlenquelle 10 und der Röntgenstrah­ lenempfangseinrichtung 11 ist jedoch nicht auf den Einsatz in mobilen C-Bogen-Röntgengeräten beschränkt, sondern auch in stationären Röntgengeräten möglich.

Claims (10)

1. Röntgeneinrichtung aufweisend ein Röntgengerät (2) mit ei­ nem eine Röntgenstrahlenquelle (10) und eine Röntgenstrahlen­ empfangseinrichtung (11) aufweisenden Röntgensystem, welches zur Aufnahme von 2D-Projektionen aus unterschiedlichen Pro­ jektionswinkeln von einem Bereich eines zu untersuchenden Ob­ jektes (P) mit anschließender 3D-Bildrekonstruktion des Be­ reiches des Objektes (P) verstellbar ist, und ein Positi­ onserfassungssystem mit ersten Mitteln (15, 16, 20 bis 23, 26 bis 29), welche dem Röntgensystem derart zugeordnet sind, daß sie dessen Bewegungen folgen, und mit in bezug auf die ersten Mittel (15, 16, 20 bis 23, 26 bis 29) ortsfesten, von dem Röntgensystem getrennt angeordneten zweiten Mitteln (17, 24, 30), welche mit den ersten Mitteln (15, 16, 20 bis 23, 26 bis 29) zur Ermittlung der Positionen der Röntgenstrahlenquelle (10), der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung (11) und zur Er­ mittlung der unterschiedlichen Projektionswinkel der 2D-Pro­ jektionen für die 3D-Bildrekonstruktion zusammenwirken, wobei die ersten (15, 16, 20 bis 23, 26 bis 29) und zweiten (17, 24, 30) Mittel außerhalb des von der Röntgen­ strahlenquelle (10) ausgehenden Röntgenstrahlenbündels angeordnet sind.

2. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, bei der die ersten Mittel mindestens je eine an der Röntgenstrahlenquelle (10) und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung (11) angeordnete, auf die zweiten Mittel (17, 24) gerichtete Kamera (15, 16, 20 bis 23) umfassen.

3. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die zweiten Mittel einen Markerring (17, 24, 30) umfas­ sen.

4. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Markerring (17) längs seines Umfanges mit definierten Oberflächenstruk­ turen versehen ist.

5. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der der Markerring (24) längs seines Umfanges mit definiert angeordneten, elektrisch betriebenen optisch aktiven Elemen­ ten (25) versehen ist.

6. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Markerring (24) längs seines Umfanges mit definiert angeordneten Infrarotlichtquellen und/oder passiven mit In­ frarotlichtquellen beleuchteten Infrarotelementen versehen ist.

7. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der der Markerring (17, 24, 30) zwei trenn- und zusammenfüg­ bare Ringsegmente (17.1, 17.2, 24.1, 24.2, 30.1, 30.2) auf­ weist.

8. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 7, bei der das eine Ring­ segment (17.1, 24.1, 30.1) an einer das Objekt (P) aufneh­ menden Lagerungsvorrichtung (12) angeordnet ist.

9. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 7 oder 8, bei der als erste Mittel an der Röntgenstrahlenquelle (10) und der Röntgenstrahlenempfangseinrichtung (11) relativ zu­ einander örtlich definiert angeordnete Sende- oder Empfangs­ einrichtungen (26 bis 29, 31) vorgesehen sind, welche mit re­ lativ zueinander örtlich definiert an den zweiten Mitteln an­ geordneten Empfangs- oder Sendeeinrichtungen (31, 26 bis 29) zusammenwirken.

10. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 9, bei der die Sende- und Empfangseinrichtungen (26 bis 29, 31) Schallwellen oder elektromagnetische Wellen senden und empfangen.