DE102006044783A1

DE102006044783A1 - Verfahren zur Aufnahme von Bildern eines bestimmbaren Bereichs eines Untersuchungsobjekts mittels einer Computertomographieeinrichtung

Info

Publication number: DE102006044783A1
Application number: DE102006044783A
Authority: DE
Inventors: Willi Prof. Dr. Kalender
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03
Also published as: US20080075225A1; US7500783B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Bildern eines bestimmbaren Bereichs eines Untersuchungsobjekts (14) mittels einer Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Computertomographie-Aufnahmen (1), umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung (2), umfassend wenigstens eine Strahlungsquelle (3) und wenigstens einen Strahlungsdetektor (4) zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern, anhand derer ein ausgebbares Bild erstellt wird, umfassend folgende Schritte: - Aufnahme von Bildern des gesamten Untersuchungsbereichs durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung (2) um ein erstes Isozentrum (I1) mit einem ersten Messfeld, einer ersten Auflösung und einer ersten Dosis, und Erzeugung eines Übersichtsbildes (13) des Untersuchungsobjekts (14), - Bestimmung des Bereichs (15) im Untersuchungsobjekt (14) anhand des Übersichtsbildes (13) und der Lage eines zweiten Isozentrums (I2) in Abhängigkeit von der Lage und/oder Geometrie des Bereichs (15) und - automatische Positionierung der Bildaufnahmeeinrichtung (2) bezüglich des zweiten Isozentrums und Aufnahme von Bildern des Bereichs (15) durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung (2) um das zweite Isozentrum (I2) mit einem in Abhängigkeit der Geometrie des Bereichs (15) automatisch bestimmten verkleinerten zweiten Messfeld, einer höheren zweiten Auflösung und einer zweiten Dosis, und Erzeugung und Ausgabe eines den Bereich (15) hochaufgelöst darstellenden Bereichsbilds (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Bildern eines bestimmbaren Bereichs eines Untersuchungsobjekts mittels einer Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Computertomographie-Aufnahmen, einer Computertomographieeinrichtung, umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung umfassend wenigstens eine Strahlungsquelle und wenigstens einen Strahlungsdetektor zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern, anhand derer ein ausgebbares Bild erstellt wird.
Mit einer Computertomographieeinrichtung ist es bekanntlich möglich, infolge der Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung eine Vielzahl einzelner Bilder des Untersuchungsobjekts aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen. Diese einzelnen Bilder werden sodann mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung derart verarbeitet, dass ein ausgebbares Rekonstruktionsbild, üblicherweise ein 3D-Rekonstruktionsbild, erzeugt und dargestellt werden kann. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Computertomographie-Aufnahmen, kurz „Computertomographieeinrichtung", sowohl herkömmliche Computertomographen verstanden, die eine feststehende Gantry mit rotierender Bildaufnahmeeinrichtung – sei es in Form einer rotierenden Strahler-Detektor-Einheit oder sei es in Form lediglich eines rotierenden Strahlers mit feststehendem Detektorring – aufweisen, wie auch Röntgeneinrichtungen, z. B. mit einem C-Bogen, an dem die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor angeordnet sind, und die um das Untersuchungsobjekt rotieren können. Computertomographieeinrichtungen der einen wie auch der anderen Art sind in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise hinlänglich bekannt.
Zur Erstellung eines Computertomographiebildes wird zunächst eine erste Aufnahme oder ein erster Scan mit niedrigerer Strahlungsdosis sowie geringer Detektorauflösung, was z. B. im Rahmen der Bildverarbeitung durch Pixelbinning erreicht werden kann, durchgeführt, um ein Übersichtsbild zu erhalten, das eine erste allgemeine Übersicht oder Erstdiagnose ermöglicht. Innerhalb dieses Übersichtsbildes kann sich nun der Anwender orientieren und einen bestimmten Bereich auswählen, der einer näheren Betrachtung bedarf, wozu eine zweite Aufnahme oder ein zweiter Scan durchgeführt wird. Dieser bestimmte Bereich liegt nun in der Regel außerhalb der Bildmitte und damit außerhalb des Isozentrums, um das die Bildaufnahmeeinrichtung der Computertomographieeinrichtung rotiert. Wird nun die zweite Aufnahme oder der zweite Scan durchgeführt, so erfolgt dies mit einer deutlich höheren Dosis sowie einer höheren Auflösung seitens des Detektors, um das Bild möglichst aussagekräftig aufzunehmen bzw. auch feine Strukturen hinreichend deutlich und mit hinreichendem Kontrast darstellen zu können. Zwar besteht die Möglichkeit, das Messfeld ausgehend von der maximalen Größe im Rahmen der ersten Aufnahme etwas zu verkleinern. Nachdem jedoch die Bildaufnahmeeinrichtung auch bei der zweiten Aufnahme wiederum um das gleiche Isozentrum rotiert, sind hinsichtlich der Messfeldverkleinerung Grenzen gesetzt, da sichergestellt sein muss, dass das Messfeld in jedem Fall aus jeder Aufnahmerichtung den interessierenden Bereich erfasst. Infolgedessen ist die Strahlungsbelastung des Untersuchungsobjekts in Bereichen, die außerhalb des bestimmten, eigentlich interessierenden Bereichs liegen, infolge des zwangsläufig relativ großen Messfelds während dieses zweiten Scan beachtlich hoch. Auch die aufgenommene Bilddatenmenge pro Einzelbild ist infolge des großen Messfelds beachtlich groß.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Möglichkeit zur hochaufgelösten Aufnahme eines bestimmten Bereichs, der an einer beliebigen Position im Untersuchungsobjekt liegt, mit geringer Dosisbelastung des Patienten eröffnet.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen:

– Aufnahme von Bildern des gesamten Untersuchungsbereichs durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung um ein erstes Isozentrum mit einem ersten Messfeld, einer ersten Auflösung und einer ersten Dosis, und Erzeugung eines Übersichtsbildes des Untersuchungsobjekts,
– Bestimmung des Bereichs im Untersuchungsobjekt anhand des Übersichtsbildes und der Lage eines zweiten Isozentrums in Abhängigkeit von der Lage und/oder Geometrie des Bereichs und
– automatische Positionierung der Bildaufnahmeeinrichtung bezüglich des zweiten Isozentrums und Aufnahme von Bildern des Bereichs durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung um das zweite Isozentrum mit einem in Abhängigkeit der Geometrie des Bereichs automatisch bestimmten verkleinerten zweiten Messfeld, einer höheren zweiten Auflösung und einer zweiten Dosis, und Erzeugung und Ausgabe eines den Bereich hochaufgelöst darstellenden Bereichsbilds.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird wie bisher üblich zunächst ein Übersichtsbild aufgenommen. Hierbei wird ein Scan mit maximalem Messfeld, der üblichen, im Rahmen eines Übersichtsbildes gewählten niedrigen Auflösung sowie einer niedrigen Strahlungsdosis durchgeführt. Innerhalb dieses Übersichtsbildes wird sodann der bestimmte Bereich, der hochaufgelöst aufzunehmen ist, definiert. Beispielsweise handelt es sich hierbei um ein Organ oder einen Knochen, beispielsweise einen Wirbelkörper, oder ein Implantat, etc. Die Bestimmung dieses Bereichs kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, einerseits manuell durch den Anwender durch entsprechendes Setzen einer den Bereich definierenden oder auswählenden Markierung an einem das Übersichtsbild ausgebenden Monitor, wobei die Markierung rechnerisch erfasst und in Abhängigkeit der Markierungspositionen die Bereichsgrenzen definiert werden, andererseits automatisch durch eine automatische Bildanalyse nach Vorgabe des zu ermittelnden Bereichs, der zuvor in seiner Art oder seiner Geometrie definiert wird. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Ist der Bereich per se und in seiner Lage im Übersichtsbild und damit auch im Koordinatensystem der Computertomographieeinrichtung bestimmt, so wird ein zweites Isozentrum bestimmt, das in Abhängigkeit der Lage und/oder Geometrie des zuvor bestimmten Bereiches, gleichwie dieser definiert wurde, ermittelt wird. Dieses zweite Isozentrum liegt innerhalb des bestimmten Bereiches, so dass dieser quasi im Rahmen einer nachfolgend durchzuführenden Aufnahme selbst im Isozentrum liegt, mithin also ideal bezüglich der Bildaufnahmeeinrichtung positioniert ist, die um ihn als Mittelpunkt dreht.
Sodann wird nach Ermittlung des zweiten Isozentrums die Bildaufnahmeeinrichtung bezüglich des zweiten Isozentrums automatisch repositioniert; sie wird also so positioniert, dass sie im Rahmen einer nachfolgenden Aufnahme um genau dieses Isozentrum dreht. Die Erfindung macht sich hier den Umstand zunutze, dass mittlerweile Computertomographieeinrichtungen bekannt sind, die grundsätzlich eine relative Bewegbarkeit der Bildaufnahmeeinrichtung zum Untersuchungsobjekt, das auf einer Patientenliege positionsfest liegt, ermöglichen. Eine solche Computertomographieeinrichtung in Form einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung mit rotierendem C-Bogen ist beispielsweise aus DE 199 58 864 A1 bekannt. Der C-Bogen ist an einem Trägergestell nach Art eines Roboterarms angeordnet, an welchem Trägergestell er um eine Horizontalachse drehbar angeordnet ist. Dieses Trägergestell ermöglicht grundsätzlich eine Positionsvariation des C-Bogens und damit der Bildaufnahmeeinrichtung am C-Bogen relativ zur Patientenliege. Diese Relativbewegbarkeit nutzt nun das erfindungsgemäße Verfahren, in dem die Bildaufnahmeeinrichtung nunmehr exakt so positioniert wird, dass die Drehachse der Bildaufnahmeeinrichtung, mithin also die horizontale Drehachse des C-Bogens, genau im zweiten Isozentrum, das durch den bestimmten Bereich führt, liegt.
Sodann wird im nächsten Schritt die zweite Aufnahme bzw. der zweite Scan durchgeführt, wobei nun die Bildaufnahmeeinrichtung um das zweite Isozentrum rotiert. Anders als bei der ersten Aufnahme bzw. dem ersten Scan wurde jedoch das zweite Messfeld der Lage/Geometrie des Bereichs, der nunmehr im Isozentrum liegt, angepasst, mithin also deutlich gegenüber dem ersten Messfeld verkleinert. Dies ist möglich, da nunmehr der interessierende Bereich im Isozentrum liegt, mithin also auf dem Zentralstrahl der Strahlungsquelle. Das zweite Messfeld kann nun extrem verkleinert werden, seine Größe ist letztlich primär nur noch von der dreidimensionalen Geometrie des Bereichs bzw. dessen Größe abhängig. Ein relativ kleiner Bereich, beispielsweise ein Wirbel, kann folglich mit einem äußerst kleinen Messfeld aufgenommen werden, das so groß gewählt wird, dass es den Wirbel in jeder Aufnahmeposition gerade noch vollständig erfasst.
Neben dem deutlich verkleinerten Messfeld wird auch die Detektorauflösung verändert. Es wird nunmehr mit einer hohen Detektorauflösung aufgenommen bzw. das nachfolgende Bild erstellt. Die Bildaufnahme wird des Weiteren mit einer zweiten Dosis vorgenommen, die entweder der ersten Dosis entsprechen kann, also relativ niedrig sein kann, wobei die Höhe der Dosis gegebenenfalls in Abhängigkeit des aufzunehmenden Bereichs bzw. Objekts gewählt werden kann. Denkbar ist aber natürlich auch die Bildaufnahme mit einer gegenüber der ersten Dosis stark erhöhten, gegebenenfalls höchstmöglichen zweiten Dosis, wenn dies für die hochauflösende Bildaufnahme bzw. in Abhängigkeit des aufzunehmenden Bereichs/Objekts erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt auf sehr einfache Weise die Aufnahmen eines interessierenden Bereichs, also eines bestimmten dreidimensionalen „volumes of interest" zu, verbunden mit einer deutlich geringeren Strahlungsbelastung des Patienten infolge der erfindungsgemäßen Repositionierung der Bildaufnahmeeinrichtung bezüglich eines zweiten Isozentrums sowie der erfindungsgemäßen Anpassung des Messfelds. Wird mit der gleichen Strahlungsdosis aufgenommen, wie im Rahmen der ersten Aufnahme mit großem Messfeld, so ergibt sich zwangsläufig eine geringere Strahlungsbelastung, da die außerhalb des im Isozentrum befindlichen interessierenden Bereichs liegenden Objektbereiche nur noch in geringem Umfang einer Direktstrahlung ausgesetzt sind, anders als bei großem, maximalem Messfeld. Wird mit einer hohen oder höchstmöglichen Dosis im Rahmen der zweiten Aufnahme gearbeitet, so ist ebenfalls aus diesem Grund die Strahlungsbelastung deutlich geringer, verglichen mit einer Hochdosis-Bildaufnahme mit dem deutlich größeren Messfeld gemäß dem Stand der Technik mit nur einem einzigen Isozentrum.
Wie beschrieben wird die Größe des zweiten Messfelds bevorzugt automatisch bestimmt, sobald der interessierende Bereich in seiner Lage im Übersichtsbild und damit seine Koordinaten, sowie in seiner dreidimensionalen Form bestimmt wurde. Die Steuerungseinrichtung ist in der Lage, unmittelbar die Lage des neuen Isozentrums zu ermitteln sowie in Abhängigkeit der definierten Bereichsgrenzen die Größe des zweiten Messfelds zu bestimmen. Sodann erfolgt die entsprechende Kollimierung der Strahlungsquelle, das heißt, die Blenden der Strahlungsquelle werden entsprechend eingestellt, damit der emittierte Strahlungsfächer dem vorbestimmten Messfeld entspricht.
Die Bestimmung des Bereichs kann nach einer ersten Erfindungsalternative benutzerseitig innerhalb des an einem Monitor ausgegebenen Übersichtsbildes mittels eines rechnergesteuerten Markierungsmittels erfolgen, wobei anhand der Markierungsdaten die automatische Bestimmung des zweiten Isozentrums und des zweiten Messfelds erfolgt. Der Anwender zeichnet beispielsweise eine Markierungslinie oder dergleichen über den Bildschirmcursor im Übersichtsbild ein, um auf diese Weise den Bereich, beispielsweise ein Organ oder einen Knochen etc., zu definieren. Die Linie bestimmt die Bereichsgrenzen, in Abhängigkeit welcher das zweite Isozentrum und das zweite Messfeld ermittelt werden. Die einzelnen Bildpositionen sind mit dem Koordinatensystem der Computertomogra phieeinrichtung korreliert, so dass eine eindeutige Beziehung zwischen der Markierung und damit den Informationen zum Bereich und dem Koordinatensystem gegeben ist, so dass eine positionsgenaue Bestimmung des zweiten Isozentrums und des Messfelds möglich ist.
Eine alternative Auswahlmöglichkeit sieht dagegen vor, benutzerseitig über ein Eingabemittel die Art und/oder Geometrie des zu bestimmenden Bereichs auszuwählen oder anzugeben, wonach rechnergestützt eine automatische Bestimmung des Bereichs innerhalb des Übersichtsbildes anhand der Informationen über die Art und/oder Geometrie sowie die Ermittlung des zweiten Isozentrums und des zweiten Messfelds anhand des Bestimmungsergebnisses erfolgt. Dem Benutzer werden beispielsweise am Monitor verschiedene Piktogramme oder ähnliche Auswahlelemente (Icons) angezeigt, die beispielsweise unterschiedliche Organe oder unterschiedliche Knochenstrukturen oder Implantate etc. definieren. Soll beispielsweise ein Wirbel als Bereich ausgewählt werden, kann der Benutzer auf ein entsprechendes, einen Wirbel zeigendes Icon klicken, wonach ein automatischer Analysealgorithmus nach einer entsprechenden Struktur im Übersichtsbild sucht. Denkbar hier ist beispielsweise ein Kantendetektionsalgorithmus, der entsprechende Kontrastkanten im Übersichtsbild ermitteln kann. Sobald die entsprechende Struktur im Übersichtsbild ermittelt wurde, werden seitens der Steuerungseinrichtung die Lage des neuen Isozentrums, die entsprechenden neuen Positionsdaten für die Bildaufnahmeeinrichtung, um diese danach automatisch in die entsprechende Position verfahren zu können, sowie das zweite Messfeld, um die Kollimierung durch Variation der Blendenstellung entsprechend vorzunehmen, ermittelt.
Das Übersichtsbild sowie das Bereichsbild können gemeinsam ausgegeben werden, so dass dem Anwender einerseits das den gesamten Untersuchungsbereich in einer hinreichenden, eine allgemeine Übersicht ermöglichenden Darstellung angezeigt wird, wie er auch Informationen in hoch- oder höchstaufgelöster Form über den interessierenden Bereich aus dem zweiten Bild erhalten kann. Informationen zu dem Bereich außerhalb des interessierenden Bereichs, die im Bereichsbild aufgrund des sehr kleinen Messfelds nicht derart aufgelöst dargestellt sind wie im Übersichtsbild, können ohne weiteres aus dem Übersichtsbild entnommen werden.
In Weiterbildung der Erfindung können Bildbereiche im Bereichsbild, die Bereiche des Untersuchungsobjekts außerhalb des bestimmten Bereichs zeigen, durch aus dem Übersichtsbild segmentierte Bildbereiche ersetzt werden. Das heißt, beide Bilder, also das Übersichtsbild und das Bereichsbild, können gegebenenfalls in gewisser Weise fusioniert werden, indem im Bereichsbild diejenigen aufgrund des sehr kleinen Messfelds nicht hinreichend aufgelöst oder kontrastreich gezeigten Bildbereiche durch entsprechende Bildbereiche, die aus dem Übersichtsbild segmentiert sind und die demgegenüber in der Bildqualität verbessert sind, ersetzt werden. Es ergibt sich also quasi ein Kombinationsbild mit bestmöglichem Informationsgehalt.
Weiterhin können die Bildqualität betreffenden Bildinformationen des Übersichtsbildes aus Bildbereichen außerhalb des bestimmten Bereichs im Rahmen der Erzeugung des Bereichsbilds berücksichtigt werden. Sind beispielsweise aus dem Übersichtsbild bestimmte Artefakte bekannt, die gegebenenfalls auch im Bereichsbild störend sind, so ist es denkbar, durch eine entsprechende Bildnachverarbeitung diese Artefakte im Bereichsbild zu korrigieren, vorzugsweise solche, die die Darstellung des interessierenden Bereichs beeinflussen.
Um eine möglichst einfache Variierbarkeit der Auflösung am Strahlungsdetektor vornehmen zu können, kann ein Strahlungsdetektor mit im Bereich der Detektormitte höherer Pixelzahl als in daran anschließenden Bereichen verwendet werden. Der mittlere Bereich liegt auf dem Zentralstrahl der Strahlungsquelle. Es ergibt sich also quasi eine „Röntgenlupe", nachdem in diesem Bereich das Übersichts- oder Bereichsbild höher aufgelöst werden kann.
Im Falle großer interessierender Bereiche und auch bei Abtastbahnen unter 360° kann eine artefaktfreie Rekonstruktion ermöglicht werden, wenn das erste Messfeld mit der ersten Auflösung aus jeweils mindestens zwei einzelnen Messfeldern zu einem erweiterten zweidimensionalen Messfeld gemäß der älteren Patentanmeldung 10 2006 041 033.5 zusammensetzt wird, wobei die jeweils mindestens zwei einzelnen Messfelder bei konstanter Relativposition zwischen dem Fokus der Strahlungsquelle und dem interessierenden Bereich aufgenommen werden.
Eine erhöhte Beweglichkeit ist gegeben, wenn die wenigstens eine Strahlungsquelle und/oder der wenigstens eine Strahlungsdetektor zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern an einem Tragarm nach Art eines Roboterarms gemäß der EP 0 220 501 B1 angebracht sind.
Alternativ dazu können erfindungsgemäß die wenigstens eine Strahlungsquelle und der wenigstens eine Strahlungsdetektor zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern an einem von einem Tragarm nach Art eines Roboterarms gehaltenen C-Bogen gemäß der DE 199 58 864 A1 angebracht sein.
Insgesamt lässt das erfindungsgemäße Verfahren die schnelle Aufnahme eines niedrig aufgelösten, bei einer niedrigen Dosis mit großem Messfeld aufgenommenen Übersichtsbildes wie auch nachfolgend die höchstaufgelöste Aufnahme eines beliebig kleinen interessierenden Bereichs mit minimalem Messfeld und beliebig hoher, auch höchster Dosis ohne Umlagerung des Patienten infolge der Bewegbarkeit der Bildaufnahmeeinrichtung zur Ermöglichung der Rotation um ein zweites Isozentrum zu. Hierdurch können beliebige Strukturen im Übersichtsbild in sehr schneller Weise höchstaufgelöst dargestellt werden, beispielsweise Organe oder Knochenstrukturen, aber auch Implantate wie beispielsweise ein gesetzter Stent oder dergleichen. Die Strahlungsbelastung des Patienten ist jedoch minimal.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Computertomographieeinrichtung, geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Prinzipdarstellung eines Übersichtsbildes, das nach einer ersten Aufnahme erhalten wurde, und die die Auswahl eines bestimmten, hochaufgelöst aufzunehmenden Bereichs beschreibt, und
3 ein Bereichsbild mit dem im Übersichtsbild gemäß 2 ausgewählten Bereich im Isozentrum.
1 zeigt eine Computertomographieeinrichtung 1, umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung 2, umfassend eine Strahlungsquelle 3 sowie einen Strahlungsdetektor 4, beispielsweise in Form eines Festkörperdetektors. Strahlungsquelle 3 und Strahlungsdetektor 4 sind an einem C-Bogen 5 angeordnet, der wiederum an einer roboterarmartigen Tragarmkonstruktion 6 angeordnet ist, die im gezeigten Beispiel aus vier Armen 7a, 7b, 7c und 7d besteht, die aneinander über entsprechende Gelenke angelenkt sind. Der Arm 7a ist an einer deckenseitigen Halterung 8 angeordnet, an der er um eine erste Drehachse, dargestellt durch den Pfeil A, drehbar angeordnet ist. Der C-Bogen ist am Tragarm 7d um eine Horizontalachse B drehbar angeordnet, um Computertomographie-Bilder durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung 2 aufnehmen zu können, wie er auch um eine Vertikalachse, wie durch den Pfeil C dargestellt ist, gegebenenfalls verkippt werden kann. Die Tragarmkonstruktion 6 lässt, siehe den Doppelpfeil D, eine vertikale Bewegung des C-Bogens 5 und damit der Bildaufnahmeeinrichtung 2 zu, so dass diese also relativ zu einem auf einer Patientenliege 9 befindlichen Patienten vertikal verstellt werden kann. Verbunden mit der Beweglichkeit des C-Bogens 5 um die Drehachsen A und C kann auch ein Seitenversatz realisiert werden, so dass also grundsätzlich eine freie Bewegbarkeit in jeder der drei Raumrichtungen gegeben ist. Dies ermöglicht es, das Isozentrum, um das der Drehbogen um die Drehachse B während der Computertomographie-Bildaufnahme rotiert, zu verstellen. Im gezeigten Beispiel ist exemplarisch ein erstes Isozentrum I₁ dargestellt, um das der C-Bogen 5 und damit die Bildaufnahmeeinrichtung 2 bei der gezeigten ersten Stellung dreht. Würde der C-Bogen 5 über das Tragarmgestell 6 beispielsweise vertikal nach unten bewegt, so würde er um das zweite Isozentrum I₂ drehen. Die Relativposition zu dem in seiner Position unverändert auf der Patientenliege 9 befindlichen Patienten wäre also geändert.
Gezeigt ist ferner der von der Strahlungsquelle 3 emittierte Strahlungsfächer 10, der das auf der Patientenliege 9 befindliche Objekt während des rotierenden Scans durchdringt und vom Strahlungsdetektor 4 aufgenommen wird. Wie in 1 exemplarisch dargestellt ist, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den Strahlungsfächer in seinem Winkel zu variieren, ausgehend von einem maximalen Fächerwinkel φ₁ kann der Fächerwinkel ohne weiteres verkleinert werden, wie durch den zweiten Strahlungsfächerwinkel φ₂ dargestellt ist. Über diesen Fächer- oder Öffnungswinkel wird die Größe des Messfelds definiert, also des Feldes bzw. Bereichs des Untersuchungsobjekts, der während der rotierenden Bildaufnahme immer bei jeder Bildaufnahme durchstrahlt wird.
Vorgesehen ist ferner eine Steuerungseinrichtung 11, die den gesamten Bewegungs- und Bildaufnahmebetrieb der Computertomographieeinrichtung 1 steuert. Sie steuert also sowohl die Bewegung des Tragarmgestells 6 als auch die C-Bogen-Rotation als auch den Betrieb der Bildaufnahmeeinrichtung 2. Sie liest ferner die detektorseitig erzeugten Bildsignale aus und verarbeitet diese zu ausgebbaren Computertomographiebildern, seien diese zweidimensional oder dreidimensional, und gibt diese an einem zugeordneten Monitor 12 aus.
Wie beschrieben, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zunächst ein erstes Übersichtsbild aufgenommen, das exemplarisch in 2 dargestellt ist. Das Übersichtsbild 13 zeigt hier eine zweidimensionale Darstellung des Untersuchungsobjekts 14. Es wurde durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung 2 um das erste Isozentrum I₁ aufgenommen; dieses ist im Übersichtsbild 13 dargestellt und liegt in der Bildmitte. Das Übersichtsbild 13 wurde mit großem, üblicherweise maximalem Messfeld, also maximalem Fächerwinkel φ₁, aufgenommen. Die Detektorauflösung ist gering, da es lediglich darum geht, eine erste allgemeine Übersicht über das Untersuchungsobjekt 14 zu erhalten. Die verwendete Strahlungsdosis ist ebenfalls sehr gering, um die Gesamtbelastung des Patienten gering zu halten.
Im Übersichtsbild 13 bzw. im darin gezeigten Untersuchungsobjekt 14 wird nun in einem nächsten Schritt ein interessierender Bereich 15 bestimmt. Im gezeigten Beispiel ist hier ein Wirbel 16 gezeigt, der, weil gegebenenfalls geschädigt, in einer zweiten, höchstaufgelösten Darstellung möglichst detailliert und kontrastreich und damit diagnostisch sehr gut auswertbar aufgenommen bzw. dargestellt werden soll. Zur Auswahl sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar, die als Alternativen in 2 dargestellt sind. Zum einen besteht die Möglichkeit, den Bereich 15 über ein Markierungsmittel 17, hier in Form einer gestrichelt gezeigten Linie um den Wirbel 16, zu definieren. Diese Linie kann der Anwender beispielsweise als geometrisches Objekt über eine entsprechende Softwareanwendungsmöglichkeit über den Bildschirmcursor einzeichnen. Über diese Linie wird die Bereichsgrenze definiert. Im gezeigten Beispiel ist das Markierungsmittel 17, also die Linie eine Ellipse mit einer Breite b und einer Höhe h. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Linie als Kreislinie zu zeichnen mit einem gleich bleibenden Durchmesser. In jedem Fall dient dieses Markierungsmittel 17 dazu, die Lage und Größe bzw. Geometrie des ausgewählten Bereichs 15 zu definieren, in Abhängigkeit welcher Parameter anschlie ßend die Bestimmung eines zweiten Isozentrums I₂ sowie die Größe des neu einzustellenden Fächerwinkels φ₂ erfolgt.
Als Alternative zum manuellen Einzeichnen des Markierungsmittels 17 sind in 2 verschiedene Icons 18, 19, 20 gezeigt. Das Icon 18 soll beispielsweise ein Herz symbolisieren, das Icon 19 eine Leber und das Icon 20 den Wirbel 16. Der Anwender kann im gezeigten Beispiel nun über den Cursor das Icon 20 auswählen. Über einen entsprechenden Analysealgorithmus analysiert nun die Steuerungseinrichtung 11 das Übersichtsbild 13, um eine entsprechende, über das Icon 20 softwaretechnisch hinterlegte bzw. definierte Struktur, also den Wirbel 16, zu ermitteln. Dies geschieht beispielsweise über einen Kantendetektionsalgorithmus oder dergleichen. In diesem Fall wird also der interessierende Bereich 15 in seiner exakten Geometrie bestimmt. Gleichwohl dienen auch hier die Lage dieses Bereichs sowie seine Geometrie dazu, das zweite Isozentrum I₂ sowie den zweiten Fächerwinkel φ₂ für eine nachfolgende Bildaufnahme zu bestimmen.
Vorgesehen ist ferner ein weiteres Icon 21, das mit „z" gekennzeichnet ist. Dieses Icon z dient dazu, die Tiefe des interessierenden Bereichs 15 in z-Richtung zu definieren. Das heißt, über die zweidimensionale Geometrie, wie im hier zweidimensional gezeigten Übersichtsbild 13 gezeigt, sowie die Angabe in z-Richtung wird das „volume of interest" bestimmt, das über den Strahlungsfächer abgetastet werden soll. Diese Bestimmung der Ausdehnung des „volume of interest" in z-Richtung ist unabhängig von der Art der Ermittlung des interessierenden Bereichs, sei es manuell oder automatisch, erforderlich.
Wurde nun der interessierende Bereich 15 bestimmt, so werden seitens der Steuerungseinrichtung 11 die Lage des neuen, zweiten Isozentrums I₂ sowie der Fächerwinkel φ₂ bestimmt. Im gezeigten Beispiel gehen in die Isozentrums- und Fächerwinkelbestimmung die geometrischen Informationen über den Bereich 15, hier beispielsweise die Breite b und die Höhe h, ein. Der Fächerwinkel φ₂ muss so groß sein, dass er den Bereich aus jeder Aufnahmerichtung vollständig erfasst; mithin muss also mindestens die Breite b erfasst werden. Die Lage des Isozentrums I₂ wird anhand der Bereichsgeometrie ermittelt. Wird beispielsweise das Markierungsmittel 17 eingezeichnet, so wird hier der Mittelpunkt des Ellipsoids bestimmt; dieser liegt bei b/2 und h/2.
Anhand dieser Ergebnisse zum zweiten Isozentrum I₂ sowie zum zweiten Fächerwinkel φ₂ ermittelt nun die Steuerungseinrichtung 11 zum einen die Steuerparameter für die Bewegung des Tragarmgelenks 6 sowie des C-Bogens 5, um den C-Bogen 5 und damit die Bildaufnahmeeinrichtung 2 so zu positionieren, dass sie exakt um das neu ermittelte zweite Isozentrum I₂ rotiert, dass dieses also in der Bildmitte liegt. Weiterhin ermittelt die Steuerungseinrichtung 11 die neue Kollimierung der Strahlungsquelle 3, um das Messfeld so einzustellen, dass nur noch der interessierende Bereich aus jeder Einstrahlrichtung abgetastet wird, dass also der Fächerwinkel φ₂ in Verbindung mit der Längeninformation in z-Richtung eingestellt wird. Dies geschieht durch entsprechende automatische Verstellung der Blenden der Strahlungsquelle 3.
Sodann wird im nächsten Schritt die Bildaufnahmeeinrichtung 3 durch entsprechende Ansteuerung der Stellmotoren, über die das Tragarmgestell 6 sowie der C-Bogen 5 bewegt werden können, positioniert, so dass sie um das zweite Isozentrum I₂ drehen kann, wie auch die Blendenverstellung zur Einnahme der den Fächerwinkel φ₂ definierenden Position erfolgt.
Im nächsten Schritt erfolgt eine zweite Bildaufnahme. Das hieraus resultierende Bereichsbild 22 ist in 3 gezeigt. Ersichtlich befindet sich nunmehr der ausgewählte Bereich 15 in der Bildmitte, dargestellt durch das zweite Isozentrum I₂. Gezeigt ist ferner der zweite Fächerwinkel φ₂, der aus einer bestimmten Einstrahlrichtung gezeigt ist. Das Untersuchungsobjekt 14 selbst liegt asymmetrisch zur Bildmitte, nachdem das Isozentrum 2 in die Bildmitte, wo zuvor das Isozentrum 1 lag, verschoben wurde, wie durch den in 2 gezeigten gestrichelten Pfeil E dargestellt ist.
Das Bereichsbild 22 wurde mit hoher oder höchster Detektorauflösung aufgenommen, das Messfeld, definiert über den Fächerwinkel φ₂, ist gegenüber dem maximalen Messfeld, definiert über den Fächerwinkel φ₁, wesentlich verkleinert und optimal auf die Ist-Größe des interessierenden Bereichs abgestimmt. Die Dosis kann die gleiche sein wie zur Übersichtsbildaufnahme, kann aber auch erhöht bzw. maximal sein, je nachdem, was aus aufnahmetechnischen oder diagnostischen Gründen gefordert wird.
Sowohl das Übersichtsbild 13 als auch das Bereichsbild 22 – von dem natürlich mehrere aufeinander folgender Aufnahmen oder Scans aufgenommen werden können – können gemeinsam am Monitor 12 ausgegeben werden, so dass der Anwender beide Bildinformationen gleichzeitig betrachten kann. Im Übersichtsbild 13 sind die Informationen zum außerhalb des interessierenden Bereichs 15 liegenden Objektbereich 23 gegebenenfalls deutlicher und besser erkennbar als im Übersichtsbild 22, nachdem dort mit einem extrem kleinen Fächerwinkel und damit Messfeld aufgenommen wurde, mithin also die Objektbereiche, die den Bereich 23 bilden, nicht derart oft unmittelbar bestrahlt wurden, wie bei der Übersichtsbildaufnahme mit großem Fächerwinkel. Denkbar ist es nun, den Bildbereich, der den Bereich 23 im Übersichtsbild zeigt, aus diesem zu segmentieren und anstelle des ursprünglichen Bereichs 23 im Bereichsbild 22 einzublenden. Am Monitor 12 würde dann also ein Kombinationsbild ausgegeben werden, bei dem der Bereich 23 aus dem Übersichtsbild stammt, der extrem hochaufgelöste und mit kleinstem Fokus und höchster Dosis bei extrem kleinem Messfeld aufgenommene Bereich 15 stammt ursprünglich aus dem Bereichsbild 22.
Wie beschrieben, erfolgt die rechnerische Ermittlung bzw. Erzeugung des Übersichtsbildes 13 sowie des Bereichsbilds 22 über die Steuerungseinrichtung 11. Diese kann nun entspre chend der Informationen über Bildstörungen wie Artefakte oder dergleichen, die im Übersichtsbild 13 gegeben sind, bei der Erzeugung des Bereichsbilds 22 berücksichtigen, und dieses beispielsweise im Rahmen der Bildaufbereitung oder Bildnachverarbeitung bezüglich dieser Artefakte oder sonstiger Bildinhomogenitäten korrigieren, so dass ein möglichst artefaktfreies Bereichsbild 22 ausgegeben werden kann. Nachdem es im Bereichsbild 22 insbesondere auf den interessierenden Bereich 15, der höchstaufgelöst aufgenommen und dargestellt wird, ankommt, sind primär solche Artefakte zu berücksichtigen, die diesen Bereich stören.
Zur Ermöglichung einer Auflösungsvariation ist es denkbar, als Strahlungsdetektor 4 einen solchen zu verwenden, der im Bereich der Detektormitte eine höhere Pixelzahl pro Quadratzentimeter aufweist, als in daran anschließenden Bereichen. Der mittige Detektorbereich liegt immer im Zentralstrahl der Strahlungsquelle 3, mithin also immer im Strahlungsfächer, gleich welchen Öffnungswinkel dieser hat. Nachdem der interessierende Bereich 15 erfindungsgemäß im Rahmen der zweiten Aufnahme im zweiten Isozentrum I₂ liegt, wird folglich dieser Bereich 15 im mittigen Detektorbereich mit der hohen Pixelzahl pro Quadratzentimeter abgebildet, kann also sehr hochaufgelöst dargestellt werden, ohne dass die Auflösungsvariation beispielsweise durch rechnerisches Pixelbinning erfolgt.

Claims

Verfahren zur Aufnahme von Bildern eines bestimmbaren Bereichs eines Untersuchungsobjekts (14) mittels einer Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Computertomographie-Aufnahmen (1) umfassend eine Bildaufnahmeeinrichtung (2) umfassend wenigstens eine Strahlungsquelle (3) und wenigstens einen Strahlungsdetektor (4) zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern, anhand derer ein ausgebbares Bild erstellt wird, umfassend folgende Schritte: – Aufnahme von Bildern des gesamten Untersuchungsbereichs durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung (2) um ein erstes Isozentrum (I₁) mit einem ersten Messfeld, einer ersten Auflösung und einer ersten Dosis, und Erzeugung eines Übersichtsbildes (13) des Untersuchungsobjekts (14), – Bestimmung des Bereichs (15) im Untersuchungsobjekt (14) anhand des Übersichtsbildes (13) und der Lage eines zweiten Isozentrums (I₂) in Abhängigkeit von der Lage und/oder Geometrie des Bereichs (15) und – automatische Positionierung der Bildaufnahmeeinrichtung (2) bezüglich des zweiten Isozentrums und Aufnahme von Bildern des Bereichs (15) durch Rotation der Bildaufnahmeeinrichtung (2) um das zweite Isozentrum (I₂) mit einem in Abhängigkeit der Geometrie des Bereichs (15) automatisch bestimmten verkleinerten zweiten Messfeld, einer höheren zweiten Auflösung und einer zweiten Dosis, und Erzeugung und Ausgabe eines den Bereich (15) hochaufgelöst darstellenden Bereichsbilds (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dosis höher als die erste Dosis ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Bereichs (15) benutzerseitig innerhalb des an einem Monitor (12) ausgegebenen Übersichtsbildes (13) mittels eines rechnergesteuerten Markierungsmittels (17) erfolgt und anhand der Markierungsdaten die automatische Bestimmung des zweiten Isozentrums (I₂) und des zweiten Messfelds erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benutzerseitig über ein Eingabemittel die Art und/oder Geometrie des zu bestimmenden Bereichs (15) ausgewählt oder angegeben wird, wonach rechnergestützt eine automatische Bestimmung des Bereichs (15) innerhalb des Übersichtsbildes (13) anhand der Informationen über die Art und/oder Geometrie und die Ermittlung des zweiten Isozentrums (I₂) und des zweiten Messfelds anhand des Bestimmungsergebnisses erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersichtsbild (13) und das Bereichsbild (22) gemeinsam ausgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bildbereiche im Bereichsbild (22), die Bereiche des Untersuchungsobjekts (14) außerhalb des bestimmten Bereichs (15) zeigen, durch aus dem Übersichtsbild (13) segmentierte Bildbereiche ersetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildqualität betreffende Bildinformationen des Übersichtsbildes (13) aus Bildbereichen außerhalb des bestimmten Bereichs (15) im Rahmen der Erzeugung des Bereichsbilds (22) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsdetektor (4) mit im Bereich der Detektormitte höherer Pixelzahl als in daran anschließenden Bereichen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messfeld mit der ersten Auflösung aus jeweils mindestens zwei einzelnen Messfeldern zu einem erweiterten zweidimensionalen Messfeld zusammensetzt wird, wobei die jeweils mindestens zwei einzelnen Messfelder bei konstanter Relativposition zwischen dem Fokus der Strahlungsquelle (3) und dem interessierenden Bereich (15) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsquelle (3) und/oder der wenigstens eine Strahlungsdetektor (4) zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern an einem Tragarm (6) nach Art eines Roboterarms angebracht sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahlungsquelle (3) und der wenigstens eine Strahlungsdetektor (4) zur rotierenden Aufnahme von einzelnen Bildern an einem von einem Tragarm (6) nach Art eines Roboterarms gehaltenen C-Bogen (5) angebracht sind.