SE506272C2 - Förfarande och anordning för att bestämma bildläge och bildvinkel i en röntgenbild - Google Patents

Description

506 272 2 Eftersom såsom inses en effektivare diagnostik skulle vinnas vid skelettröntgen genom förbättrade möjligheter till att avgöra om verkliga förändringar inträffat utgående från bilder tagna vid olika tillfällen så existerar det i dag ett behov av ett sådant förfarande och motsvarande anordning som är bättre än de kända och som inbesparar arbete för röntgenläkaren. Uppñnningen har till uppgift att ange ett sådant förfarande.

Uppfmningens uppgift löses i enlighet med uppfmningen på ett överraskande enkelt sätt, genom att vid varje tagande av röntgenbilder efter ett första bildtagningstillfälle, tas först två röntgenbilder i vinkel mot varandra och utgående från dessa bestämmes läge och riktning för apparatens tagande av den bild som skall tas och som skall överensstämma med den som togs förra gången. Patienten eller den del som skall röntgas hålles härvid lämpligen stilla i förhållande till ett underlag eller dylikt under det att själva röntgenutrusmingen rör sig mellan de två första inmätningslägena och det tredje bildtagningsläget. lämpligen sker naturligtvis framräknandet av den korrekta bildvinkeln och bildläget med hjälp av en dator på ett liknande sätt som vid den ovannämnda interpoleringen i en skara av bilder. Det ligger då nära till hands att vänta sig ett lika omständligt och tids- och strålningskrävande förfarande. Förvånande nog är så inte fallet. Dessutom blir själva beräkningsförloppet enklare genom att färre data behöver processas.

Den inledande bestämningen av önskad bildvinkel kan exempelvis ske genom användning av Fourieranalys och syntes.

Det har i praktiken visat sig att en mycket god överensstämmelse i vinkelinställning och bildläge kan ernås härigenom, vilket i sin tur innebär att bilder kan tas vid olika tillfällen av ett och samma ben eller del därav, varvid överensstämmelsen blir så god att bildsubtralction kan utnyttjas för jämförelse av bilderna. Detta i sin tur innebär att en röntgenundersökning i enlighet med uppfmningsförfarandet kan utföras utan läkare om så skulle önskas. En till röntgenutrustningen kopplad dator kan således avgöra om någon förändring har skett eller inte. Någon yrkesskicklighet för att jämföra bilderna krävs ej. Detta är inte endast av värde ur säkerhets- och besparingssynpunkt utan även psykologiskt värdefullt för de patienter som ej har några förändringar. De kan ju omedelbart fâ ett positivt besked, t o m direkt från datorn om så skulle önskas.

För att om möjligt säkerställa att en bild när den tas för första gången tas i lämplig vinkel kan på samma sätt som beskrivits ovan två inmätningsbilder tas vilka jämförs med ett _ statistiskt material av motsvarande bilder från en mängd andra patienter av samma skelettdel. 506 272 3 Genom att använda filter för Fourierberäkningarna motsvarande en dålig upplösning för bilderna kan man beräkna läge och bildvinkel så att samma standardvinkel utnyttjas även för första bilden i en serie, vilket bland annat underlättar för röntgenläkaren.

Röntgenutrustningen enligt uppfmningen kräver visserligen en noggrann positionerings- apparatur för den röngtenbildstagande delen, d v s bilddetektom eller motsvarande liksom strälkällan. Den teknik som erfordras härför är emellertid i dag tillgänglig med mycket stor precision för maskintekniksidan och utgör därför varken något större problem eller kostnad.

Lämpligen är röntgenutrustningen helelektronisk d v s någon exponering av ñlm sker inte utan i stället registreras bilden elektroniskt på en digital bilddetektor.

Ytterligare fördelar och detaljer i uppfmningen framgår av ett nedan beskrivet och på ritningarna visat utföringsexempel. Härvid visar å schematiskt en anordning i enlighet med uppfmningen, fig 2a och 2b samma anordning mer i detalj, ñg 3 tre röntgenbilder tagna under uppfinningstörfarandets gäng liksom ñg 4, fig Sa och 5b fokusjämförelser, fig 6 med två projektioner, fig 7-11 stereometrimätning.

Den i fig 1 visade röntgenanordningen innefattar ett projektions-system där ett röntgenrör och en digital detelotor är fast förbundna med varandra så att centralstrålen alltid träffar detektoms mitt vinkelrätt. Detta system är vridbart i godtycklig riktning kring en fast punkt, origo. (Fig 2).

Projektionssystemet i fig 2 med sina två rotationsaxlar x och y är upphängt i pelaren P.

En rotation runt x-axeln förflyttar röntgenrör S och detektor D längs cirklar som går som meridianer genom centrum av H som utgör en pol längs y-axeln. Rotation runt y-axeln förflyttar strålkälla och detektor längs cirklar som går som latituder vinkelrätt mot meri- dianema.

Hela systemet kan även translateras längs alla tre axlarna i förhållande till patienten, altemativt eller till med hellre kan man translatera patientbordet med patient. Målet är att kunna placera systemets origo på önskat ställe i patienten med önskad bildvinkel eller - riktning. Rörelsema i systemet och av patientbordet kontrolleras av en dator som är programmerad för ändamålet.

Om vi har en tidigare bild av en skelettdel i en patient tagen med samma apparatur, och tar en ny bild, så kommer de två bildema att ha något olika projektion. Om skillnaden i pro- jektionsrikming för de tvá bildema är måttlig, säg mindre än 15 grader, så kan man med Fourieranalys fmna den s.k. gemensamma linjen mellan bildema (se exempelvis "3D Fourier 506 272 4 synthesis of a new X-ray picture identical in projection to a previous picture" av Pär E.

Carlsson, llU-TEK-LlC-l993z5l), trots att bildplanen inte är parallella.

Förfaringssättet skulle då kunna bli följande. (Fig. 3a den tidigare bilden, ñg 3b den nya bilden och fig 3c den tidigare bilden roterad till parallellitet med den nya.) 1). Patienten placeras på undersölcningsbordet på samma sätt som vid den föregående undersökningen och för hand görs en som något så när överensstämmer med den föregående bilden BO, och en ny bild, Bl, exponeras. 2). I båda bildema kan den skelettdel man vill undersöka vara "kontaminerad" med detaljer som inte tillhör skelettdelen ifråga, dvs detaljer som inte är stelt förbundna med skelett-delen. Det är viktigt att man så gott det går på något sätt blockerar sådana detaljer från bilderna innan man fortsätter, eventuellt att man bara inriktar sig på en mindre del av skelett- delen. I fortsättningen kallar vi detta förfarande för att rensa fram skelettdelen. De rensade bilderna BO och Bl Fourier- transformeras och i Fourierdomänen roteras BO tills den är parallell med Bl. 3). Med den metod som är skildrad i rapporten LiTH-ISY-R-1620 "Syntes av röntgenprojektioner. Metod att fmna translationen av ett objekt mellan en tidigare bild och ett set av nya bilder", finner man translationen mellan bilderna och korrigerar för denna. 4). Därefter ñrmer man den gemensamma linjen mellan bildema BO och Bl, som vi betecknar G(B0-l). Normalen till denna, NBl, ger oss en riktning till positionen för BO. 5). Patientbordet förflyttas nu så att man kompenserar för translationen mellan bildema. 6). Därefter förflyttas fokus ett stycke efter, G(B0-1), och en ny bild, B2, tas. 7). Mellan BO och B2 upprepas de ovanstående punkterna 3 - 6. Från G(B0-2) får vi en ny riktning, NB2 till BO. 8). Fokus förflyttas till skärningspunkten mellan NB1 och NB2. Denna punkt bör stämma med positionen för BO. Ytterligare en bild, B3, exponeras från denna position. 9). Mellan BO och B3 upprepas de ovanstående punkterna 3 - 6. Om positionen för B3 tillräckligt mycket skiljer sig från BO får vi fram en Gl(BO-3). Om inte kan vi acceptera positionen för B3 som positionen för BO. B3 är då inte bara en identisk projektion till BO utan även en identisk bild då bildplanen nu stämmer med varandra.

I fig 4a visar BO och Bl och den gemensamma linjen mellan dem. Fig 4b: i apparaten rör sig fokus utefter en sfarisk yta och i figuren visas denna yta sedd uppifrån. Fokus position för Bl är utmärkt med riktningen till den (okända) positionen för BO. Efter det att B2 har 506 272 5 exponerats och behandlats på samma sätt som Bl får vi ytterligare en riktning till positionen för BO.

Det skildrade förfarandet kan användas iterativt. Om Bl och BO tillsammans ger en Gl(B0-1) har vi grepp på BO och kan i princip få så noggrann uppskattning av positionen för BO som vi önskar, förutsatt att BO och B3 inte är alltför olika till sitt innehåll.

Vid av en projektion som ser ut att vara identisk med en tidigare bild, ligger vid den här föreslagna metoden, fokus eller fokallinjen med stor noggrannhet på samma projektionsriktning som för den tidigare bilden men det kan bli ett mindre fel i fokalavstånd till objektet, se tig 5, dvs objektets placering mellan röntgenrör och bildplatta eller -detektor.

Härvid visar fig Sa en första bild och fig 5b en till vinkeln identisk projektion men med annat avstånd till fokus.

Ju mindre objektet är, ju större kan detta fel bli.

Ett mindre fel i avstånd mellan fokus och objektet ger endast en mindre påverkan på bildens utseende (förstoring). Men om objektet och bilden är mycket små, blir strålarna till bilden nästan parallella och felet kan då bli avsevärt. Ett sätt att eliminera detta fel är att använda sig av en kombination av tvâ fasta projektioner till objektet för både den tidigare undersökningen och den nya, se tig 6.

Vid den nya undersökningen söker man fram den kombination av två fokus-positioner som är identiska med positionerna vid den tidigare undersökningen. Med två fokus-positioner kan vi translatera objektet så att det får samma läge i förhållande till origo vid båda undersökningarna. Med två fokuspositioner fär vi även en noggrannare till objektet vad beträffar dess rotation. Vid båda undersökningarna är fokus-kombinationerna låsta till objektets koordinatsystem på samma sätt och vi kan använda fokus-kombinationen som en definition av objektets koordinat-system.

Om röntgenröret är försett med ett runt bländarfält blir de två bildema i ett nytt bildpar begränsade på samma sätt som bildema i det gamla bildparet. Detta gör att man får mycket större precision i de algoritmer som används för att fmna det nya bildparet. När det nya bildparet är funnet har man fått inte bara ett bildpar med projektioner som är identiska med det gamla bildparet, det har även samma fokus-objektavstånd och samma begränsningar.

Det nya projektionssystemet kan användas till att bestämma en förändring i läge mellan två rigida objekt i patienten. Antag att vi har två skelettdelar som kan ändra läge i förhållande till varandra. Vi symboliserar dessa i fig 7a och b med två kuber. Vi kallar de två objekten 506 272 6 A (vit kub) och B (skuggad kub). Oberoende av deras orientering eller rörelse till varandra betraktar vi det som om det är B som rör sig i förhållande till A. Bilderna i fortsätmingen av A och B och projektionssystemet visas i en konstant projektion i förhållande till ett yttre koordinatsystem centrerat på origo.

De två objekten röntgas med projektionssystemet före rörelsen (Rl) och efter rörelsen (R2). Vid Rl ställer man m h a genomlysning in patienten så att både A och B befmner sig så nära systemets origo som möjligt, samtidigt som man söker få patienten i en sådan ställning att de två objekten "friprojiceras" så mycket som möjligt, d v s de täcker varandra så litet som möjligt. Patientens skelett fixeras och två bilder exponeras, R11 och R12. De två bilderna tas med två olika och kända fokus positioner som bildar en stor och bestämd vinkel, säg 60 grader, mellan sina projektionsriktningar (fig lOa).

Vid R2 placerar man patienten så noga som möjligt på samma sätt som vid R1 och m h a genomlysning ställer man in patienten så att man har ungefär samma projektion av A som i R11. En första bild R21 exponeras. I både R11 och R21 rensar man fram A. Den förut beskrivna metoden används nu för att finna fokus positionen för R11. När detta är gjort exponeras en ny R21 från denna position samt R22 från den fasta och kända positionen för Rl2. I både Rl2 och R22 rensar man fram A. Objekt A bör nu vara projicerat på samma sätt i dessa två bilder men är troligen förskjutet något i projektionsriktningen för R21. Detta translationsfel korrigeras och de två fasta projektionerna justeras ömsevis tills de är helt identiska med Rll och R12. Sedan detta är gjort exponeras en ny R21 och en ny R22 som nu är identiska med Rll och Rl2 beträffande A, se fig 8a - c, som visar projektioner av objekt A. a) De två projektionema vid Rl. b) De första projektionerna vid R2. Lägg märke till translationsfelet. c) De slutliga projektionerna vid R2.

Härefter fastställes hur B har rört sig i förhållande till A. Vi återgår till Rll och R21 och rensar fram B. Med hjälp av den nya metoden tar vi fram den position som har använts vid exponeringen av B i R11.

När detta är gjort exponeras (ñg 9) R23 från denna position och R24 från den fasta position som har samma relation till R23 som Rl2 har till Rll. De två fasta projektionerna justeras tills de är helt identiska med bilderna av B i R11 och R12. Skillnaden mellan positionsparet R23-R24 och paret R11-R12 ger full upplysning om den rotation B gjort i förhållande till A mellan Rl och R2. De translationer av objektet som man har måst göra mellan R1 och R2 motsvarar de translationer B gjort i förhållande till A. Efter detta 5 Ü 6 272 exponerar vi en ny R23 och en ny E24.

Fig 10 visar i förstoring de centrala delarna i ñg 9. Endast strålarna genom systemets origo visas.

I ñg 11 visas slutligen fokus positionema Rll-R24 i projektionssystemets sfäriska koordinatsystem. Den totala rotationen av B i förhållande till A är den rotation som bringar kombinationen R23-R24 till koincidens med kombinationen R21-R22. härvid är R11-R12 de gemensamma positionerna för A och B vid den första undersökningen. R21-R22 positionerna för A vid den andra undersökningen och R23-R24 positionerna för B.

Claims (6)

506 272 8 PATENTKRAV

1. Röntgningsförfarande, kännetecknat av att i ett första steg tas minst två bilder av det föremål som skall röntgas med olika vyer, de två bilderna jämförs med en vid ett tidigare tillfälle tagen bild och baserat på denna jämförelse uträknas den bildvinkel som skall användas för att erhålla en med den tidigare tagna bilden helt överensstämmande bild, underlättande för dessa vid olika tillfällen tagna bilder att jämföras.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att de tvâ inledande bilderna jämförs med Fourieranalys.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, kännetecknat av att den vid ett tidigare tillfälle tagna bilden utgörs av en medelvärdesbild av bilder tagna pâ liknande motsvarande föremål, såsom exempelvis samrna skelettdelar, varvid de tvâ inledande bilderna kan ha en sämre upplösning än den egentliga bild som sedan skall tas efter inställning, alternativt kan medelvärdesbilden vara motsvarande oskarp.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att bilderna jämföres med subtraktionsmetoder för detekterande av förändringar.

5. Röntgenanordning för att vid olika tillfällen ta varandra motsvarande röntgenbilder med överensstärnrnande bildvinklar och bildlägen för att underlätta jämförandet av de vid olika tillfällen tagna bilderna, kännetecknad av att den innefattar en strålningskälla och ett bildregistrerande bildplan som är fast förbundna med varandra och gemensamt inställbara i varje vinkelläge och translationsläge samt en dator med en programvara som utgående från minst två bilder av det föremål som skall röntgas med olika vyer, kan jämföra de tvâ bildema med en tidigare bild och baserat på demia jämförelse uträkna den bildvinkel som sedan skall inställas för att ge en med den tidigare tagna bilden helt överensstämmande bild för att underlätta jämförelse.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att det bildregistrerande bildplanet utgöres av en elektronisk bildskiva som står i kontakt med datom.