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Dokumentenidentifikation DE102005036285A1 15.02.2007
Titel Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage einer Röntgenquelle zu einem Röntgenbilddetektor und entsprechendes Röntgensystem
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Ritter, Dieter, Dr., 90762 Fürth, DE
DE-Anmeldedatum 02.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005036285
Offenlegungstag 15.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2007
IPC-Hauptklasse H05G 1/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 23/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01B 15/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61B 6/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage (46) einer Röntgenquelle (6) zu einem Röntgenbilddetektor (8) wird in den Strahlengang (24) zwischen Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) eine Referenzstruktur (30) in bekannter relativer Lage (42) zur Röntgenquelle (6) eingebracht, nimmt der Röntgenbilddetektor (8) ein Röntgenbild (32) mit dem Abbild (36) der Referenzstruktur (30) auf, wird die Lage (44) des Abbildes (36) der Referenzstruktur (30) im Röntgenbild (32) ermittelt, wird hieraus die relative Lage (40) der Referenzstruktur (30) zum Röntgenbilddetektor (8) ermittelt, und wird hieraus und aus der relativen Lage (42) der Referenzstruktur (30) zur Röntgenquelle (6) die relative Lage (46) der Röntgenquelle (6) zum Röntgenbilddetektor (8) ermittelt.
Ein Röntgensystem umfasst eine Röntgenquelle (6) und einen Röntgenbilddetektor (8), eine in den Strahlengang (24) zwischen Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) in bekannter relativer Lage (42) zur Röntgenquelle (6) einbringbare Referenzstruktur (30), eine Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung der Lage (44) des Abbilds (36) der Referenzstruktur (30) in einem vom Röntgenbilddetektor (8) aufgenommenen Röntgenbild (32), und zur Ermittlung der relativen Lage (40) der Referenzstruktur (30) zum Röntgenbilddetektor (8) hieraus, und zur Ermittlung der relativen Lage (46) der Röntgenquelle (6) zum Röntgenbilddetektor (8) hieraus und aus der bekannten räumlichen Lage (42) der Referenzstruktur (30) zur ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage einer Röntgenquelle zu einem Röntgenbilddetektor und ein entsprechendes Röntgensystem.

Röntgensysteme weisen im Allgemeinen eine Röntgenquelle und einen Röntgenbilddetektor, z.B. in Form eines Röntgenbildverstärkers oder Flachbilddetektors auf. Für die Auswertung der mit einem derartigen Röntgensystem aufgenommenen Röntgenbilder wird zunehmend die Kenntnis der genauen geometrischen Positionen von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor, zumindest relativ zueinander bzw. relativ zum zu durchleuchtenden Objekt, wichtig. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass mit dem Röntgensystem mehrere Bilder eines Objektes aus verschiedenen Blickrichtungen aufgenommen werden, um anschließend ein 3D-Konstruktionsvolumen des Objektes zu ermitteln.

Andererseits sind in der Röntgentechnik inzwischen tragbare, batteriebetriebene Röntgenstrahler und tragbare, batteriebetriebene Flachbilddetektoren bekannt. Beide zusammen, meist in Kombination mit einem Laptop zur sofortigen Betrachtung bzw. Auswertung der aufgenommenen Röntgenbilder, werden heute als tragbares Röntgensystem verwendet, welches hauptsächlich in der Notfallversorgung von immobilen Personen auf freiem Feld oder in Krisengebieten mit mobilen Ambulanzen verwendet wird. Auch die Veterinärmedizin bietet für derartige Röntgensysteme ein breites Anwendungsfeld.

Wünschenswert ist inzwischen, auch mit derartigen mobilen System 3D-Rekonstruktionsvolumina von geröntgten Objekten zu erzeugen. Wie bereits erwähnt, ist hierbei die genaue Kenntnis der Blickrichtungen, in welchen die Röntgenaufnahmen vom Objekt gemacht werden, entscheidend für die Qualität der 3D-Rekonstruktion. Somit ist zumindest die genaue Kenntnis der Relativposition von Röntgenquelle und Röntgendetektor bei jeder Röntgenaufnahme notwendig.

Da insbesondere die genannten tragbaren Röntgenbilddetektoren über einen so genannten „Autosense" Modus verfügen, d.h. dass die Aufnahme eines Röntgenbildes bei einfallender Röntgenstrahlung automatisch ausgelöst wird, entfällt in diesem tragbaren System jegliche Verkabelung zwischen Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor. Lediglich der Laptop ist in der Regel über eine Datenleitung mit dem Röntgenbilddetektor verbunden. Dieser Vorteil der Einfachheit des Systems soll auch bei der Erzeugung davon 3D-Bilddaten eines Objektes erhalten bleiben.

Die Verwendung eines externen Navigationssystems scheidet daher aus, da entsprechende optische oder magnetische Navigationssysteme, z.B. mit lokalisierbaren Hochfrequenztranspondern, mechanische Systeme oder anderes derartiges Equipment technisch aufwändig, voluminös bzw. sperrig und finanziell sehr aufwändig ist. In Kombination mit dem an sich äußerst flexiblen und mobilen Röntgensystem nahezu ohne Verkabelung ist dies umständlich und unsinnig.

Bisher sind daher zur Erzeugung von 3D-Bilddaten lediglich stationäre Röntgensysteme, so genannte Angiosysteme als auch mobile C-Bögen, so genannte OP-Systeme bekannt. Im Gegensatz zu oben ist hierbei der Begriff „mobil" jedoch nur insofern zu verstehen, dass derartige C-Bögen innerhalb eines Klinikbereiches, z.B. innerhalb des Operationssaales oder zwischen verschiedenen Räumen bewegbar sind. Ein tatsächlich mobiler Einsatz im freien Feld, wie oben erläutert, ist mit diesen mobilen C-Bögen nicht sinnvoll, weshalb diese im Sinne der vorliegenden Anmeldung als ebenfalls stationär einzustufen sind.

Die Bestimmung der Relativposition von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor bzw. deren Position zum zu durchleuchtenden Objekt werden bei den stationären Systemen unter Verwendung sogenannter Kalibrierphantome einmalig in systemeigenen Projektionsmatrizen festgelegt. Damit werden die reproduzierbaren mechanischen Verwindungen usw. derartiger Systeme aufgezeichnet, bzw. korrigiert. Meist sind derartige Projektionsmatrizen dabei für einen Angulationswinkelbereich von ±30° spezifiziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage einer Röntgenquelle zu einem Röntgenbilddetektor und ein entsprechendes Röntgensystem anzugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage einer Röntgenquelle zu einem Röntgenbilddetektor, bei dem in den Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor eine Referenzstruktur in bekannter relativer Lage zur Röntgenquelle eingebracht wird, der Röntgenbilddetektor ein Röntgenbild mit dem Abbild der Referenzstruktur aufnimmt, die Lage des Abbildes der Referenzstruktur im Röntgenbild ermittelt wird, hieraus die relative Lage der Referenzstruktur zum Röntgenbilddetektor ermittelt wird, und hieraus und aus der relativen Lage der Referenzstruktur zur Röntgenquelle die relative Lage der Röntgenquelle zum Röntgenbilddetektor ermittelt wird.

Das Verfahren stellt somit im Gegensatz zu den oben angesprochenen externen Lösungen ein intrinsisches Verfahren zur Bestimmung der Relativposition von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor dar. Intrinsisch deshalb, da die Positionsbestimmung bzw. Lageerkennung alleine aus dem Röntgenbild, ohne zusätzliche Navigations-. bzw. Ortungsgeräte ausgeführt wird. Lediglich die Referenzstruktur ist notwendig.

Kern der Lageermittlung bildet die Ermittlung der Lage des Abbildes der Referenzstruktur im Röntgenbild. Aus der tatsächlichen geometrischen Form bzw. den Abmessungen der entsprechenden Referenzstruktur einerseits und der Form bzw. den Abmessungen des Abbildes dieser im Röntgenbild andererseits ist mit geeigneten Methoden der Mustererkennung bzw. Bildverarbeitung die Ermittlung bzw. Berechnung der relativen geometrischen Lage der Referenzstruktur zur Abbildungsebene des Röntgenbildes berechenbar bzw. ermittelbar. Hierbei können die 6 Freiheitsgrade dieser Position, also sowohl die Koordinaten als auch die Rotationswinkel der Referenzstruktur relativ zur Abbildungsebene des Röntgenbildes ermittelt werden.

Ein entsprechendes Verfahren zur Lokalisierung bzw. Positionsbestimmung eines abgebildeten Objektes, im vorliegenden Fall der Referenzstruktur in einem Bild, also dem Röntgenbild, ist z.B. aus [Häusler, G. et al., „Feature-Based Object Recognition and Localization in 3D-Space, Using a Single Video Image", Computer Vision and Image Understanding, vol. 73, Nr. 1, Januar 1999, www.idealibrary.com] bekannt.

Da seitens des Röntgenbilddetektors wiederum die Lage der Abbildungsebene relativ zum bzw. im Röntgenbilddetektor bekannt ist und andererseits seitens der Röntgenquelle die Relativlage von Referenzstruktur und Röntgenquelle bekannt ist, ist die Ermittlung der Relativposition von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor ermöglicht.

Referenzstrukturen können sämtliche Gebilde bzw. Anordnungen oder Formen sein, welche aufgrund ihrer zweidimensionalen Abbildung in einem bildgebenden System, hier dem Röntgensystem, eine eindeutige dreidimensionale Lageermittlung aus diesem Abbild erlauben. Besonders geeignet sind hierzu unsymmetrische Figuren bzw. Formen z.B. in basierend auf Kreuz- oder Kreisformen. Die Kreisform eignet sich hierbei z.B. für eine Ellipsensuche im Röntgenbild, die Kreuzform für eine entsprechende Identifizierung im Fourierraum des Röntgenbildes.

Die Referenzstruktur muss natürlich so beschaffen sein, dass diese durch Röntgenstrahlung auf dem Röntgenbild abbildbar ist.

Da durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Bestimmung der Relativlage von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor prinzipiell aus jedem aufgenommen Röntgenbild möglich ist, entfällt bei stationären Röntgenanlagen ein entsprechender Kalibrierabschnitt wie in bisher bekannten Röntgenverfahren.

Voraussetzung ist hierbei lediglich, dass die Abbildung der Referenzstruktur im Röntgenbild die sonstige Bildinformation nicht oder nur unwesentlich stört und umgekehrt. Natürlich ist es auch möglich, bei reproduzierbaren Relativpositionen, welche Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor einnehmen können, in einem ersten Durchlauf eine Geometriekalibrierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen und anschließend bei nun bekannter Relativlage eine z.B. diagnostische Röntgenaufnahme ohne Referenzstruktur im Röntgenstrahlgang zu rein diagnostischen Zwecken von einem interessierenden Objekt aufzunehmen.

Die Referenzstruktur kann als strukturierte Röntgenmaske vor der Austrittsöffnung der Röntgenquelle angebracht werden. An dieser Stelle ist eine Röntgenmaske leicht dauerhaft oder auch wieder entfernbar anzubringen. Aufgrund der in der Regel günstigen Gestaltung z.B. des Gehäuses der Röntgenquelle an deren Austrittsöffnung kann die Röntgenmaske dort leicht mechanisch exakt, verriegelbar, in genau reproduzierbar Lage usw. platziert werden. Durch die Strukturierung der Röntgenmaske ist die Referenzstruktur einfach auf dieser anbringbar, kann z.B. dort aufgeklebt oder aufgesteckt werden.

Die Referenzstruktur kann auf der Röntgenmaske durch lokal unterschiedliche Plattendicken der Röntgenmaske gebildet werden. Entsprechende Röntgenmasken sind besonders einfach herstellbar. Anders als beim Aufkleben oder ähnlichem kann die Referenzstruktur an der Röntgenmaske nicht verloren gehen, die Röntgenmaske zusammen mit der Referenzstruktur bildet dann ein einheitliches Bauteil.

Die Referenzstruktur kann unter Einhaltung der oben erwähnten Bedingungen weitestgehend beliebig gestaltet werden, so z.B. auch als vier unsymmetrisch angebrachte röntgenologisch erkennbare Punkte als Muster auf der eben genannten Röntgenmaske.

Als Referenzstruktur kann aber auch ein unsymmetrisches Kreuz mit unterschiedlich breiten Schenkeln benutzt werden. Wie bereits erwähnt, ist das Abbild einer Kreuzstruktur in einem Röntgenbild besonders leicht durch Fouriertransformation des Röntgenbildes und Suche im Fourierraum auffindbar.

Die durch die Referenzstruktur bewirkte Röntgenstrahlschwächung im Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor kann ermittelt werden, ein erstes Röntgenbild eines Objektes zusammen mit der Referenzstruktur aufgenommen werden, und aus dem ersten Röntgenbild unter Berücksichtung der Röntgenstrahlschwächung ein einem Röntgenbild ohne Referenzstruktur im Strahlengang entsprechendes künstliches zweites Röntgenbild ermittelt werden.

Bei dieser Verfahrensvariante wird mit anderen Worten die Abbildung der Referenzstruktur im Röntgenbild nach dessen Aufnahme wieder eliminiert. Die durch den Einfluss der Referenzstruktur verursachte Veränderung der Abbildung des Objekts im Röntgenbild ist bekannt, da dies vorab ermittelt wurde. Als Ergebnis entsteht so ein zweites künstliches Röntgenbild, das einem Röntgenbild entspricht, welches ohne Referenzstruktur im Strahlengang vom Objekt aufgenommen worden wäre. Dennoch erlaubt das tatsächlich aufgenommene Röntgenbild die Lagebestimmung von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor gleichzeitig mit der Aufnahme des Objekts.

Als Röntgenquelle kann eine mobile Röntgenquelle und als Röntgenbilddetektor ein mobiler Röntgenbilddetektor verwendet werden. Gerade für die eingangs genannten tragbaren batteriebetriebenen Röntgensystemkomponenten, z.B. in Verbindung mit einem Laptop ist das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil. So findet nämlich bei jeder Röntgenaufnahme, die mit der Referenzstruktur aufgenommen wird, eine relative Lageermittlung der einzelnen Komponenten zueinander ohne aufwendige, teure, voluminöse usw. Hilfsmittel statt. Sämtliche Ermittlungen bzw. Berechnungen können z.B. in Form eines im Laptop ablaufenden Computerprogramms automatisch durchgeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann deshalb auch eine Serie von Röntgenbildern eines Objektes in verschiedenen, durch verschiedene Relativpositionen von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor zueinander verursachten Blickrichtungen aufgenommen werden, die Relativpositionen von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor zueinander ermittelt werden, und aus der Serie von Röntgenbildern mit Hilfe der ermittelten Relativpositionen ein 3D-Rekonstruktionsvolumen des Objektes ermittelt werden.

Somit ist also auch mit einem echt mobilen batteriebetriebenen Röntgensystem, wie oben beschrieben, die Erstellung von 3D-Bilddaten ohne aufwendige zusätzliche Hilfsmittel möglich. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass die verschiedenen Blickrichtungen, unter welchen das Objekt in den verschiedenen Röntgenaufnahmen abgebildet ist, ermittelbar sind, da diese notwendig zur 3D-Rekonstruktion sind. Da erfindungsgemäß die Blickrichtungen eindeutig den verschiedenen Relativpositionen von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor zuordenbar sind, kann jedoch aus der relativen Lageermittlung von Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor die Blickrichtung jedes einzelnen Röntgenbildes ermittelt werden. Mit anderen Worten ist also Voraussetzung für die 3D-Rekonstruktionsmöglichkeit, dass aus den Relativpositionen, welche aus den Röntgenbildern ermittelt werden, die unterschiedlichen Blickrichtungen bzw. geometrischen Verhältnisse der Aufnahme bezüglich de Objektes ermittelbar sind, welche für die 3D-Rekonstruktion notwendig sind.

Dies ist besonders dann gegeben, wenn der Röntgenbilddetektor in einer festen Relativposition zu dem zwischen ihm und der Röntgenquelle platzierten Objekt fixierbar ist und die Röntgenquelle zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern in einem vorgegebenen Azimut- und Elevationswinkelbereich zur Senkrechten des Röntgenbilddetektors verschwenkt wird. Jede relative Lageänderung von Röntgenquelle zum Röntgenbilddetektor bedingt hiermit zwangsweise eine Lageänderung zwischen Röntgenquelle Röntgenbilddetektor und hiermit eine Änderung der Blickrichtung von der Röntgenquelle zum Objekt, welche sich wiederum im Röntgenbild niederschlägt. Die oben genannte Eindeutigkeit ist somit gegeben. In der Praxis lässt sich dies einfach z.B. dadurch bewerkstelligen, dass ein Patient als abzubildendes Objekt auf einem am Boden liegendem Röntgenbilddetektor ruht. Patient und Röntgenbilddetektor sind somit relativ zueinander bzw. am Erdboden fixiert. Die Röntgenquelle kann dann über dem Patienten und dem Röntgenbilddetektor entsprechend relativ zu diesen beiden verschwenkt werden, wobei die Änderung der Relativposition zum Röntgenbilddetektor direkt mit der Änderung der Blickrichtung im Röntgenbild zusammenhängt.

Die Röntgenquelle und/oder der Röntgenbilddetektor können händisch und/oder freihändig bewegt werden. Vor allem für den oben genannten Feldeinsatz eines entsprechenden Röntgensystems bietet sich die händische bzw. manuelle Verschwenkung z.B. der Röntgenquelle bei ruhendem Detektor an. Um gegenüber der völlig freihändigen Verschwenkung zumindest angenähert reproduzierbare händische Verschwenkbewegungen der Röntgenquelle zu gewährleisten, kann z.B. ein einfaches und leichtes Stativ oder ähnliches verwendet werden. Dieses schränkt weder Gewicht, noch Mobilität, Umfang, Volumen o.ä. eines entsprechenden vollständig mobilen Röntgensystems im Gegensatz zu den oben genannten Navigationssystemen nicht ein.

Hinsichtlich des Röntgensystems wird die Aufgabe gelöst durch ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle und einem Röntgenbilddetektor, und mit einer in den Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Röntgenbilddetektor in bekannter relativer Lage zur Röntgenquelle einbringbaren Referenzstruktur, und mit einer Auswerteeinheit, zur Ermittlung der Lage des Abbildes der Referenzstruktur in einem vom Röntgenbilddetektor aufgenommenen Röntgenbild, und zur Ermittlung der relativen Lage der Referenzstruktur zum Röntgenbilddetektor hieraus, und zur Ermittlung der relativen Lage der Röntgenquelle zum Bilddetektor hieraus und aus der bekannten räumlichen Lage der Referenzstruktur zur Röntgenquelle.

Durch die Auswerteeinheit ist ein entsprechendes Röntgensystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ertüchtigt. Eine derartige Auswerteeinheit kann z.B. auch, wie oben erwähnt, ein in einem angeschlossenen Laptop ablaufendes Computerprogramm sein.

Die Vorteile des Röntgensystems sowie dessen erfindungsgemäße Weiterbildungen wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert bzw. sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigt, in einer schematischen Prinzipskizze:

1 ein mobiles Röntgensystem zur Erzeugung von 3D-Bilddaten eines Patienten.

1 zeigt eine Situation während des Feldeinsatzes einer mobilen, batteriebetriebenen Röntgenanlage 2 an einem zu durchleuchtenden Patienten 4. Der dargestellte Patient 4 ist erkrankt und nicht transportfähig, also immobil. Der Patient 4 befindet sich auf freiem Feld und muss dort untersucht bzw. geröntgt werden. Das Röntgensystem 2 ist deshalb komplett batteriebetrieben und umfasst eine batteriebetriebene Röntgenquelle 6, einen batteriebetriebenen Flachdetektor 8 und ein batteriebetriebenes Laptop 10.

Mit dem Röntgensystem 2 sollen 3D-Bilddaten der Niere 12 des Patienten 4 erzeugt werden. Aus diesem Grund wird zwischen den am Erdboden 14 liegenden Patienten 4 und den Erdboden 14 der Flachdetektor 8 gelegt bzw. eingeschoben. Der Flachdetektor 8 wird außerdem über eine Datenleitung 16 mit dem Laptop 10 verbunden.

Die Röntgenquelle 6 besitzt an ihrer Stirnseite 18 eine Austrittsöffnung 20, durch die in Richtung des Pfeils 22, d.h. in Richtung des Zentralstrahls 24 des Röntgensystems 2, nicht dargestellte Röntgenstrahlung zum Flachdetektor 8 hin ausgestrahlt wird.

Vermittels einer Halterung 26 ist an der Röntgenquelle 6 fest und in bekanntem Abstand bzw. bekannter geometrischer Lage zu dieser eine Röntgenmaske 28 angebracht. Auf der Röntgenmaske 28 wiederum ist, bewerkstelligt durch Variationen von deren Schichtdicke, eine Referenzstruktur 30 in Form eines unregelmäßigen, unsymmetrischen Kreuzes angebracht.

Ein nicht dargestellter Arzt hält nun händisch die Röntgenquelle 6 in der in 1 dargestellten Position, wobei er per Augenmaß entlang des Zentralstrahls 24 auf den Flachdetektor 8 bzw. dessen Zentrum zielt. So bildet er die Niere 12 des Patienten 4 röntgenologisch auf dem Flachdetektor 8 ab. Dabei nutzt er grob die von ihm vermutete Position der Niere 12 im Patienten 4 aus. Befindet der Arzt, dass er die gewünschte Region des Patienten 4 anvisiert hat, löst er an einem nicht dargestellten Auslöseknopf an der Röntgenquelle 6einen Röntgenschuss aus, d.h. eine bestimmte Dosis an Röntgenstrahlung wird entlang des Zentralstrahles 24 zum Flachdetektor 8 hin ausgesandt.

Das so im Flachdetektor 8 entstehende Röntgenbild 32 ist in 1 symbolisch auf dem Flachdetektor 8 abgebildet. Hierbei enthält das Röntgenbild 32 das Abbild 34 der Niere 12 und das Abbild 36 der Referenzstruktur 30.

Über die Datenleitung 16 wird das Röntgenbild 32 zum Laptop 10 übertragen und dort ausgewertet. Die Auswertung geschieht nun folgendermaßen:

Am Flachdetektor 8 ist ein gedachtes Koordinatensystem 38 derart befestigt, dass dessen x-y-Ebene die Abbildungsebene des Röntgenbildes 32 aufspannt und dessen z-Richtung in Normalenrichtung des Flachdetektors 8, in 1 weg vorm Erdboden 14, zeigt. Durch die Auswertung der Koordinaten des Abbildes 36 in der x-y-Ebene des Koordinatensystems 38 werden die sechs Freiheitsgrade der Koordinaten der Referenzstruktur 30 selbst im Koordinatensystem 38 bestimmt, also deren drei x-y-z-Koordinaten und die drei Rotationswinkel um die entsprechenden Achsen. Diese Relativposition ist durch den Doppelpfeil 40 in 1 symbolisch dargestellt.

Weiterhin ist, wie oben erwähnt, die relative Lage der Referenzstruktur 30 zur Röntgenquelle 6 bekannt, in 1 angedeutet durch den Doppelpfeil 42. Da, wie erwähnt und in 1 durch den Doppelpfeil 44 dargestellt, außerdem die Lage des Abbildes 36 im am Flachbilddetektor 8 befestigten Koordinatensystem 38 und somit relativ zum Flachbilddetektor 8 selbst bekannt ist, wird im Laptop 10 aus diesen drei Relativpositionen die Relativposition von Röntgenquelle 6 und Flachdetektor 8, angedeutet durch den Pfeil 46, ermittelt.

Da in einem, nicht dargestellten, vorherigen Kalibrierschritt eine Leeraufnahme der Referenzstruktur 30, wie in 1 dargestellt, jedoch ohne Patient 4, durchgeführt wurde, ist bekannt, wie die Referenzstruktur 30 die Röntgenstrahlung zwischen der Röntgenquelle 6 und dem Flachbilddetektor 8 abschwächt. Diese Information wurde als Abschwächungsfaktor im Kalibrierschritt im Laptop 10 hinterlegt. Sie wird nun dazu verwendet, das Röntgenbild 32 mit dem inversen gespeicherten Abschwächungsfaktor zu multiplizieren, so dass das Abbild 36 der Referenzstruktur 30 aus dem Röntgenbild 30 verschwindet und somit ein weiteres künstliches Röntgenbild 48 erzeugt wird, welches lediglich noch das Abbild 34 der Niere 12 zeigt. Dieses Röntgenbild 48 wird auf dem Bildschirm 50 des Laptops 10 dargestellt. Es entspricht einem gedachten, ohne Referenzstruktur 30 aufgenommenen Röntgenbild des Patienten 4.

Der Arzt verschwenkt nun händisch die Röntgenquelle 6 in Richtung der Pfeile 52 und 54, d.h. in einem bestimmten Azimut- und Elevationswinkelbereich bezüglich der Mittelsenkrechten 56 des Flachdetektors 8, wobei er stets bemüht ist, mit dem Zentralstrahl 24 das Zentrum des Flachdetektors 8 anzupeilen. Die Winkelbereiche, z.B. jeweils +/–60°, durchschwenkt er nach Augenmaß bzw. Gefühl oder Erfahrung.

Durch wiederholte Auslösung eines Röntgenschusses und der Vorgänge, wie oben beschreiben, entsteht so eine Vielzahl bzw. Serie 58 von Röntgenbildern entsprechend dem Röntgenbild 32, welche stets über die Datenleitung 16 zum Laptop 10 übertragen und dort gespeichert werden. Aus der Serie 58 von Röntgenbildern wird im Laptop 10 ein 3D-Rekonstruktionsvolumen 60 des Patienten 4 bzw. dessen Niere 12 berechnet, da jeweils die Relativpositionen, angedeutet durch den Pfeil 46 zwischen Röntgenquelle und Flachdetektor 8 für die Aufnahme jedes der Röntgenbilder der Serie 58 gemäß oben beschriebenem Vorgehen ermittelt wurden.

Da gemäß obigem Vorgehen aus der Serie 58 von Röntgenbildern jeweils die Abbilder 36 der Referenzstruktur 30 entfernt wurden, führen diese auch nicht zu Artefakten im 3D-Rekonstruktionsvolumen 60.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage (46) einer Röntgenquelle (6) zu einem Röntgenbilddetektor (8), bei dem:

– in den Strahlengang (24) zwischen Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) eine Referenzstruktur (30) in bekannter relativer Lage (42) zur Röntgenquelle (6) eingebracht wird,

– der Röntgenbilddetektor (8) ein Röntgenbild (32) mit dem Abbild (36) der Referenzstruktur (30) aufnimmt,

– die Lage (44) des Abbildes (36) der Referenzstruktur (30) im Röntgenbild (32) ermittelt wird,

– hieraus die relative Lage (40) der Referenzstruktur (30) zum Röntgenbilddetektor (8) ermittelt wird,

– hieraus und aus der relativen Lage (42) der Referenzstruktur (30) zur Röntgenquelle (6) die relative Lage (46) der Röntgenquelle (6) zum Röntgenbilddetektor (8) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Referenzstruktur (30) als strukturierte Röntgenmaske (28) vor der Austrittsöffnung (20) der Röntgenquelle (6) angebracht wird. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Referenzstruktur (30) auf der Röntgenmaske (28) durch lokal unterschiedliche Plattendicken der Röntgenmaske (28) gebildet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Referenzstruktur (30) ein unsymmetrisches Kreuz mit unterschiedlich breiten Schenkeln benutzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem:

– die durch die Referenzstruktur (30) bewirkte Röntgenstrahlschwächung im Strahlengang (24) zwischen Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) ermittelt wird,

– ein erstes Röntgenbild (32) eines Objekts (12) zusammen mit der Referenzstruktur (30) aufgenommen wird,

– aus dem ersten Röntgenbild (32) unter Berücksichtigung der Röntgenstrahlschwächung ein einem Röntgenbild ohne Referenzstruktur (30) im Strahlengang (24) entsprechendes künstliches zweites Röntgenbild (48) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Röntgenquelle (6) eine mobile Röntgenquelle und als Röntgenbilddetektor (8) ein mobiler Röntgenbilddetektor verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem:

– eine Serie (58) von Röntgenbildern (32,48) eines Objekts (14) in verschiedenen, durch verschiedenen Relativpositionen (46) von Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) zueinander verursachten Blickrichtungen aufgenommen wird,

– die Relativpositionen (46) von Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) zueinander ermittelt werden,

– aus der Serie (58) von Röntgenbildern (32,48) mit Hilfe der ermittelten Relativpositionen (46) ein 3D-Rekonstruktionsvolumen (60) des Objekts (14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Röntgenbilddetektor (8) in einer Relativposition (46) zu dem zwischen ihm und der Röntgenquelle (6) platzierten Objekt (14) fixierbar ist und die Röntgenquelle (6) zur Aufnahme der Serie (58) von Röntgenbildern(32, 48) in einem vorgegebenen Azimut- und Elevationswinkelbereich zur Senkrechten (56) des Röntgenbilddetektors (8) verschwenkt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Röntgenquelle (6) und/oder der Röntgenbilddetektor (8) händisch und/oder freihändig bewegt werden. Röntgensystem mit einer Röntgenquelle (6) und einem Röntgenbilddetektor (8), und mit einer in den Strahlengang (24) zwischen Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) in bekannter relativer Lage (42) zur Röntgenquelle (6) einbringbaren Referenzstruktur (30), und mit einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung der Lage (44) des Abbilds (36) der Referenzstruktur (30) in einem vom Röntgenbilddetektor (8) aufgenommen Röntgenbild (32), und zur Ermittlung der relativen Lage (40) der Referenzstruktur (30) zum Röntgenbilddetektor (8) hieraus, und zur Ermittlung der relative Lage (46) der Röntgenquelle (6) zum Röntgenbilddetektor (8) hieraus und aus der bekannten räumlichen Lage (42) der Referenzstruktur (30) zur Röntgenquelle (6). Röntgensystem (2) nach Anspruch 10, bei der die Referenzstruktur (30) auf einer strukturierten Röntgenmaske (28) an der Austrittsöffnung (18) der Röntgenquelle (6) angebracht ist. Röntgensystem (2) nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Referenzstruktur (30) durch lokal unterschiedliche Plattendicken der Röntgenmaske (28) gebildet ist. Röntgensystem (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Referenzstruktur (30) ein unsymmetrisches Kreuz mit unterschiedlich breiten Schenkeln ist. Röntgensystem (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, mit einer Referenzstruktur (30), deren Röntgenstrahlschwächung bekannt ist, und mit einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung eines künstlichen, einem Röntgenbild ohne Referenzstruktur (30) im Strahlengang (24) entsprechenden zweiten Röntgenbildes (48) mit Hilfe der Röntgenstrahlschwächung aus einem ersten vom Röntgenbilddetektor (8) aufgenommenen Röntgenbild (32). Röntgensystem (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der die Röntgenquelle (6) und der Röntgenbilddetektor (8) mobil sind. Röntgensystem (2) nach Anspruch 15, bei der Röntgenquelle (6) und Röntgenbilddetektor (8) zur Aufnahme einer Serie (58) von Röntgenbildern (32, 48) eines Objekts (14) in verschiedenen Blickrichtungen in verschiedene Relativpositionen (46) bringbar sind, und mit einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung eines 3D-Rekonstruktionsvolumens (60) des Objekts (14) aus der Serie (58) von Röntgenbildern (32, 48). Röntgensystem (2) nach Anspruch 16, bei der der Röntgenbilddetektor (8) in einer fixen Relativposition zum Objekt (14) fixierbar ist und die Röntgenquelle (6) in einem vorgegebenen Azimut- und Elevationswinkelbereich zur Senkrechten (56) des Röntgenbilddetektors (8) verschwenkbar ist. Röntgensystem (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Röntgenquelle (6) und/oder der Röntgenbilddetektor (8) händisch und/oder freihändig bewegbar sind.






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