DE202004009139U1

DE202004009139U1 - Vorrichtung zur Röntgenbestrahlung eines Patienten

Info

Publication number: DE202004009139U1
Application number: DE202004009139U
Authority: DE
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG; Universitaet Heidelberg
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2014-06-10

Abstract

Vorrichtung zur Röntgenbestrahlung eines Patienten mit einer Röntgenstrahlquelle und mit einem Flachdetektor, der aus einer Matrix von elektrische Signale erzeugenden Detektorelementen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (2) und der Flachdetektor (5) mit Markierelementen (3, 6) verbunden sind und daß ein Navigationssystem (8) vorgesehen ist, welches die Lage und Orientierung der Markierelemente (3, 6) und damit der Röntgenstrahlquelle (2) und des Flachdetektors (5) im Raum feststellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Röntgenbestrahlung eines Patienten mit einer Röntgenstrahlquelle und mit einem Flachdetektor, der aus einer Matrix von elektrische Signale erzeugenden Detektorelementen gebildet wird.
Üblicherweise werden Röntgenstrahlen durch Filmschwärzung nachgewiesen, es sind aber auch Detektoren bekannt, die beim Auftreffen von Röntgenstrahlen direkt oder indirekt elektrische Signale erzeugen, die dann in einer elektrischen Datenverarbeitungseinrichtung weiterverarbeitet werden können, beispielsweise zur Erzeugung einer Abbildung auf einem Bildschirm. Derartige Detektoren, die nachstehend zusammenfassend als „Flachdetektoren" bezeichnet werden, können beispielsweise bei fahrbaren Röntgenaufnahmegeräten eingesetzt werden, wie sie in der DE 196 27 657 C2 beschrieben sind.
Um ein Rückschlüsse auf Körperstrukturen ermöglichendes Abbild der Röntgenstrahlenverteilung zu erhalten, ist es bei herkömmlichen Vorrichtungen notwendig, die Flachdetektoren in eine genau definierte Relativposition zur Strahlenquelle zu bringen, anderenfalls ergeben sich Bildverzerrungen, die einen sicheren Rückschluß auf die Körperstruktur nicht ermöglichen. Aus diesem Grunde werden bei herkömmlichen Geräten die Röntgenstrahlquelle und die Flachdetektoren genau reproduzierbar zueinander positioniert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß der Behandler frei wird in der Anordnung des Flachdetektors relativ zur Röntgenstrahlquelle.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Röntgenstrahlquelle und der Flachdetektor mit Markierelementen verbunden sind und daß ein Navigationssystem vorgesehen ist, welches die Lage und Orientierung der Markierelemente und damit der Röntgenstrahlquelle und des Flachdetektors im Raum feststellt.
Auf diese Weise kann die Relativposition des Flachdetektors zur Röntgenstrahlquelle in jedem Augenblick ermittelt werden, und dies ermöglicht dem Operateur auch bei unterschiedlicher Anordnung des Flachdetektors relativ zur Röntgenstrahlquelle die tatsächliche Röntgenstrahlverteilung zu errechnen. Beispielsweise kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß dem Navigationssystem eine Datenverarbeitungseinrichtung zugeordnet ist, die abhängig von der Relativlage der Röntgenstrahlquelle und des Flachdetektors das Auftreffen der Röntgenstrahlen in einer vorgegebenen Referenzebene bestimmt. Diese Referenzebene kann beispielsweise so angenommen werden, daß sie in der Ebene eines untersuchten Organs liegt, so daß auf diese Weise Aussagen über die natürliche Größe des Organs oder andere Dimensionen im Bereich des Organs erhalten werden können. Es ist aber auch möglich, daß diese definierte Ebene in größerem Abstand von den untersuchten Gewebeteilen angeordnet wird, man erhält dann ein vergrößertes Bild, das aber entzerrt sein kann. Das heißt, selbst wenn der Flachdetektor zur Verbindungsachse zwischen Röntgenstrahlquelle und dem Flachdetektor nicht senkrecht steht sondern geneigt, kann durch die Datenverarbeitungseinrichtung die Strahlungsverteilung in einer Ebene bestimmt werden, die senkrecht auf dieser Verbindungsrichtung steht und bei der dementsprechend keine Verzerrungen auftreten.
Der Operateur wird dadurch völlig frei, den Flachdetektor in beliebiger Position relativ zur Röntgenstrahlquelle anzuordnen und kann trotzdem in einer immer gleichen, definierten Referenzebene die Röntgenstrahlungsverteilung bestimmen und damit vergleichbare Bilder erzeugen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Röntgenstrahlquelle an einem in den Körper des Patienten einführbaren Träger angeordnet ist, der an einem außerhalb des Körpers verbleibenden Teil das Markierelement der Röntgenstrahlquelle trägt. Eine solche Anordnung ermöglicht es, die Röntgenstrahlquelle durch Körperöffnungen in den Körper einzubringen und Körperteile vom Inneren des Körpers ausgehend mit Röntgenstrahlen zu bestrahlen, der Flachdetektor kann dann außerhalb des Körpers die dort austretenden Röntgenstrahlen feststellen und Rückschlüsse darüber ermöglichen, welche Absorptionsverhältnisse im Körper herrschen, das heißt man erhält damit Auskunft über die Strukturen und Gewebeverteilungen im Inneren des Körpers. Dies kann sowohl zu Diagnosezwecken als auch zu Therapiezwecken eingesetzt werden, wenn beispielsweise eine gezielte Bestrahlung eines bestimmten Körperbereiches mit Röntgenstrahlen erwünscht ist, durch diese Anordnung kann die Positionierung der Röntgenstrahlquelle relativ zu den Körperstrukturen festgestellt und entsprechend den Anforderungen verändert werden.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Röntgenstrahlquelle eine Miniatur-Strahlungsquelle ist, beispielsweise kann die Röntgenstrahlquelle eine Röntgen-Laserdiode sein oder aber eine Miniatur-Hochspannungsröntgenquelle, wie sie beispielsweise in der US 2003/002339 A1 beschrieben ist. Eine solche Miniatur-Röntgenstrahlquelle hat Außendurchmesser in der Größenordnung zwi schen 1 und 1,5 mm und ist dafür ohne weiteres geeignet, beispielsweise über einen Katheter in den Körpern eingeführt zu werden.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Diese zeigt eine Röntgenstrahlvorrichtung mit einer an einem Träger angeordneten und in den Körper einfürbaren Röntgenstrahlquelle und einem die Röntgenstrahlquelle und einen Flachdetektor überwachenden Navigationssystem.
An einem stabförmigen Träger 1 ist an dessen freiem Ende eine sehr kleine Röntgenstrahlquelle 2 angeordnet, beispielsweise eine Röntgen-Laserdiode oder eine Miniatur-Röntgenröhre an sich bekannter Bauart. Der Träger 1 kann dabei die unterschiedlichsten Formen haben, beispielsweise die Form eines dünnen und langen Stabes, mit dem die Röntgenstrahlquelle 2 durch eine Körperöffnung in das Inneren des Körpers eingeführt werden kann. Der Träger 1 ist starr mit der Röntgenstrahlquelle 2 verbunden und trägt ein Markierelement 3, welches an einem Abschnitt des Trägers 1 befestigt ist, der beim Einführen der Röntgenstrahlquelle 2 in den Körper eines Patienten 4 außerhalb des Körpers verbleibt. Die von der Röntgenstrahlquelle ausgesandte Röntgenstrahlung tritt von der Röntgenstrahlquelle 2 ausgehend durch das Gewebe des Patienten 4 hindurch und nach außen aus und trifft dort auf einen Flachdetektor 5, der aus einer sehr großen Anzahl von röntgenstrahlempfindlichen Festkörperzellen besteht, die beim Auftreffen eines Röntgenstrahlenquantes ein elektrisches Signal erzeugen. Der Flachdetektor 5 trägt seinerseits ebenfalls ein Markierelement 6 und ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Verbindungsleitung – eventuell auch drahtlos – mit einer Datenverarbeitungsanlage 7 verbunden, der die nach dem Auftreffen der Röntgenstrahlung erzeugten elektrischen Signale zugeführt werden.
Der Datenverarbeitungseinrichtung 7 ist ein an sich bekanntes Navigationssystem 8 zugeordnet, welches über mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen 9 für eine elektromagnetische Strahlung oder für eine Ultraschallstrahlung verfügt. Derartige Navigationssysteme 8 dienen der Bestimmung der Lage und Orientierung der Markierelemente 3 und 6 im Raum, es handelt sich dabei um an sich bekannte Ortungssysteme.
Der Datenverarbeitungseinrichtung 7 und dem Navigationssystem 8 werden somit einmal Daten zugeführt, die angeben, welche Bereiche des Flachdetektors 5 von Röntgenstrahlung getroffen werden, und zum anderen die exakte Lage und Orientierung sowohl des Flachdetektors 5 als auch der Röntgenstrahlquelle 2 im Raum. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß auch am Körper des Patienten 4 ein weiteres Markierelement befestigt ist, so daß auch die Lage des Körpers und gegebenenfalls bestimmter Körperstrukturen über das Navigationssystem 8 bestimmt werden und der Datenverarbeitungseinrichtung 7 zugeführt werden.
Die Verteilung der auf den Flachdetektor 5 auftreffenden Röntgenstrahlung hängt von der Lage und von der Orientierung des Flachdetektors 5 relativ zur Röntgenstrahlquelle 2 ab, je größer der Abstand ist, desto größer wird die von der Röntgenstrahlung getroffene Fläche sein, bei Verdrehung des Flachdetektors 5 gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Röntgenstrahlquelle 2 einerseits und Flachdetektor 5 andererseits ergibt sich eine Verzerrung eines von den Röntgenstrahlen erzeugten Bildes.
Um reproduzierbare Abbildungseigenschaften zu erreichen, berechnet die Datenverarbeitungseinrichtung 7 unter Verwendung der Lage- und Orientierungsdaten der Röntgenstrahlquelle 2 und des Flachdetektors 5 die Verteilung der Röntgenstrahlung in einer repräsentativen, angenommenen Ebene, beispielsweise einer Bildebene, die senkrecht auf der genannten Verbindungslinie von Röntgenstrahlquelle und Flachdetektor liegt und in einem definierten Abstand von der Röntgenstrahlquelle. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Ebene handeln, die in einer interessierenden Gewebeschicht angeordnet ist, so daß man auf diese Weise die tatsächliche Ausdehnung und die tatsächliche geometrische Anordnung der die Röntgenstrahlung mehr oder weniger absorbierenden Gewebeteile in dieser Ebene bestimmen kann.
Es ist dabei von großem Vorteil, daß der Operateur bei der Untersuchung die relative Lage von Flachdetektor 5 einerseits und Röntgenstrahlquelle 2 andererseits beliebig verändern kann. Trotzdem wird die Datenverarbeitungseinrichtung 8 sofort die Strahlungsverteilung in dieser repräsentativen, angenommenen Ebene feststellen können, die natürlich während der gesamten Untersuchung gleich bleibt. Diese Röntgenstrahlverteilung wird dann beispielsweise auf einem Bildschirm 10 der Datenverarbeitungseinrichtung 8 dargestellt und gibt dem Operateur eine Auskunft über die untersuchten Körperbereiche des Patienten.
Wenn zusätzlich der Körper des Patienten mit einem Markierelement versehen ist, so daß dessen Lage relativ zur Röntgenstrahlquelle 2 und zum Flachdetektor 5 bestimmt werden kann, können gespeicherte Körperstrukturdaten, die beispielsweise durch eine vorangehende Untersuchung gewonnen worden sind, mit dem so gewonnenen Röntgenbild überlagert werden, so daß auch eine Zuordnung des Röntgenbildes zu den Strukturen des Körpers erreicht werden kann.
Da es sich bei dem Träger und der daran gelagerten Röntgenstrahlquelle 2 um ein Instrumentarium von gegebenenfalls sehr geringer lateraler Ausdehnung handelt, können mit einer solchen Baueinheit auch sonst schwer zugängliche Stellen im Körper erreicht werden, so daß von der Innenseite des Körpers ausgehend eine Röntgenuntersuchung oder therapeutische Röntgenbestrahlung stattfinden kann.
Die Lokalisierung der Röntgenstrahlquelle 2 erfolgt dabei über den starr mit ihr verbundenen Träger 1, es könnte aber auch vorgesehen sein, die Röntgenstrahlquelle 2 an einem flexiblen Träger festzulegen, beispielsweise einem Katheter, wobei dann die Lage und Orientierung der Röntgenstrahlquelle durch eine spezielle Ausgestaltung eines solchen flexiblen Trägers ermöglicht wird, beispielsweise durch Integration von Lichtleitfasern in den Träger, die es erlauben, sämtliche Krümmungen des Trägers von außen her zu bestimmen und der Datenverarbeitungseinrichtung zuzuführen. In Kombination mit einem Markierelement an dem Träger 1 läßt sich auf diese Weise der gesamte Verlauf des flexiblen Trägers 1 im Raum bestimmen, und auch dies führt dazu, daß der Datenverarbeitungseinrichtung genaue Daten über die Lage und Orientierung der Röntgenstrahlquelle 2 im Raum zugeführt werden können.

Claims

Vorrichtung zur Röntgenbestrahlung eines Patienten mit einer Röntgenstrahlquelle und mit einem Flachdetektor, der aus einer Matrix von elektrische Signale erzeugenden Detektorelementen gebildet wird, da durch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (2) und der Flachdetektor (5) mit Markierelementen (3, 6) verbunden sind und daß ein Navigationssystem (8) vorgesehen ist, welches die Lage und Orientierung der Markierelemente (3, 6) und damit der Röntgenstrahlquelle (2) und des Flachdetektors (5) im Raum feststellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Navigationssystem (8) eine Datenverarbeitungseinrichtung (7) zugeordnet ist, die abhängig von der Relativlage der Röntgenstrahlquelle (2) und des Flachdetektors (5) das Auftreffen der Röntgenstrahlung in einer vorgegebenen Referenzebene bestimmt.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (2) an einem in den Körper eines Patienten (4) einführbaren Träger (1) angeordnet ist, der an einem außerhalb des Körpers verbleibenden Teil das Markierelement (3) der Röntgenstrahlquelle (2) trägt.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (2) eine Miniatur- Strahlungsquelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlquelle (2) eine Röntgen-Laserdiode ist.