DE102013220665A1

DE102013220665A1 - Bestimmung eines Werts eines Aufnahmeparameters mittels einer anatomischen Landmarke

Info

Publication number: DE102013220665A1
Application number: DE201310220665
Authority: DE
Inventors: Thomas Flohr; Michael Scheuering; Bernhard Schmidt; Martin Sedlmair; Grzegorz Soza
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-16
Also published as: CN104545969A; CN104545969B; US20150104092A1; US9811902B2; KR20150043203A; KR101651959B1

Abstract

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch ein bildgebendes System zur Bestimmung eines Aufnahmeparameters. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Wertes wenigstens eines Aufnahmeparameters für eine Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege gelagerten Patienten nutzt das kontaktloses Abtasten wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten mittels wenigstens eines elektromagnetischen Sensors, um die dreidimensionalen Kontur der abgetasteten Oberfläche ohne zusätzliche Strahlenbelastung zu berechnen. Die Erfinder haben erkannt, dass wenigstens eine anatomische Landmarke des Patienten anhand der dreidimensionalen Kontur identifiziert und die Position der anatomischen Landmarke in dem Koordinatensystem der Patientenliege bestimmt werden kann. Der Wert des Aufnahmeparameters lässt sich anhand der Position der anatomischen Landmarke bestimmen. Eine solche Bestimmung des Wertes des Aufnahmeparameters erfolgt schnell und technisch einfach, da das kontaktlose Abtasten von Oberflächen schnell und auf technisch einfache Art und Weise bewerkstelligt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch ein bildgebendes System zur Bestimmung eines Wertes eines Aufnahmeparameters.
Die Computertomographie (CT) ist ein bildgebendes Verfahren, welches vor allem zur medizinischen Diagnostik eingesetzt wird. Bei der CT rotieren eine Röntgenquelle sowie ein mit der Röntgenquelle zusammen wirkender Röntgendetektor um einen auf einer Patientenliege gelagerten Patienten. An verschiedenen Winkelpositionen von Röntgenquelle und Röntgendetektor werden Aufnahmen gemacht, wobei der Patient entlang der auch als Systemachse bezeichneten Rotationsachse verfahren werden kann. Bei den einzelnen Aufnahmen handelt es sich jeweils um eine Projektion eines aufzunehmenden Bereiches des Patienten; daher wird die Winkelposition von Röntgenquelle und Röntgendetektor auch als Projektionswinkel bezeichnet. Am Ende der Aufnahmeserie, welche auch als "Scan" bezeichnet wird, werden die Projektionen so verarbeitet, dass ein räumlich dreidimensionales (3D), tomographisches Röntgenbild entsteht. Daher wird das Durchführen einer Aufnahmeserie im Folgenden auch als tomographische Aufnahme bezeichnet. Die Aufnahme eines Röntgenbildes umfasst aber auch die Aufnahme einer einzelnen Projektion oder mehrerer Projektionen, welche jeweils unter dem gleichen Projektionswinkel aufgenommen werden. Insbesondere kann mit einem Röntgenbild im Folgenden auch ein Übersichtsbild in Form eines sogenannten Topogramms gemeint sein.
Die Qualität des Röntgenbildes wird durch die Wahl der Werte der für Aufnahme des Röntgenbildes maßgeblichen Aufnahmeparameter beeinflusst. Ein Scanprotokoll umfasst Werte für Aufnahmeparameter, welche den genauen Ablauf der tomographischen Aufnahme eines Röntgenbildes festlegen. Weiterhin kann ein Scanprotokoll Werte für Aufnahmeparameter umfassen, welche die anschließende Rekonstruktion eines Röntgenbildes beeinflussen. Bei den Aufnahmeparametern kann es sich beispielsweise um die zu applizierende Dosis oder Intensitätswerte der Röntgenstrahlung handeln. Solche Intensitätswerte können insbesondere abhängig vom Projektionswinkel moduliert werden. Weiterhin können die Aufnahmeparameter Einstellungen für Filter oder von Blenden sowie die Anfangs- und Endposition der Patientenliege umfassen. Die Wahl geeigneter Aufnahmeparameter ist im medizinischen Umfeld nicht nur für die Qualität des resultierenden Röntgenbildes wichtig, sondern auch, um eine unnötige Strahlenbelastung für den Patienten zu vermeiden. Solche Aufnahmeparameter werden oft durch Wahl eines vordefinierten Scanprotokolls bestimmt oder sie werden basierend auf der Analyse eines Topogramms erstellt. Allerdings stellt die Aufnahme eines Topogramms eine Strahlenbelastung für den Patienten dar; weiterhin lässt sich mit einem Topogramm nur in geringem Maße Information über die Oberflächenkontur des Patienten gewinnen.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Wert eines Aufnahmeparameters für die Aufnahme eines Röntgenbildes mit möglichst geringer Strahlenbelastung für den Patienten sowie schnell und auf technisch einfache Art und Weise zu bestimmen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein bildgebendes System nach Anspruch 13.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte System als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf ein System gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Wertes wenigstens eines Aufnahmeparameters für eine Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege gelagerten Patienten nutzt das kontaktloses Abtasten wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten mittels wenigstens eines elektromagnetischen Sensors, um die dreidimensionalen Kontur der abgetasteten Oberfläche ohne zusätzliche Strahlenbelastung zu berechnen. Die Erfinder haben erkannt, dass wenigstens eine anatomische Landmarke des Patienten anhand der dreidimensionalen Kontur identifiziert und die Position der anatomischen Landmarke in dem Koordinatensystem der Patientenliege bestimmt werden kann. Der Wert des Aufnahmeparameters lässt sich anhand der Position der anatomischen Landmarke bestimmen. Eine solche Bestimmung des Wertes des Aufnahmeparameters erfolgt schnell und technisch einfach, da das kontaktlose Abtasten von Oberflächen schnell und auf technisch einfache Art und Weise bewerkstelligt werden kann. Dies gilt insbesondere, falls der wenigstens eine elektromagnetische Sensor in Form einer Stereokamera oder eines Triangulationssystems oder eines Laufzeitmesssystems ausgebildet ist, oder wobei der elektromagnetische Sensor mittels strukturierter Beleuchtung zum Abtasten einer Oberfläche ausgebildet ist. Weiterhin weißt das erfindungsgemäße Verfahren eine große Flexibilität auf, da sich verschiedene Aufnahmeparameter anhand der Position der anatomischen Landmarke bestimmen lassen.
Bei der Landmarke kann es sich insbesondere um eine Körperregion des Patienten handeln, also beispielsweise um den Kopf, die Augen, den Thorax, die Brust, die Beine oder ein einzelnen Kniegelenk. Die Bestimmung der Position der Landmarke umfasst in wenigstens einer Ausgestaltung der Erfindung auch die Bestimmung der relativen Position mehrerer identifizierter Landmarken zueinander. Weiterhin kann anhand bereits identifizierter Landmarken, deren Position bestimmt ist, auf die Identität und Position weiterer Landmarken geschlossen werden. Beispielsweise kann anhand der Bestimmung der Position und Orientierung des Thorax auf die Position des Herzens oder eines Lungenflügels geschlossen werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Berechnen eines Patientenmodells anhand der dreidimensionalen Kontur zur bildlichen Darstellung des Patienten. Ein solches Patientenmodell lässt sich leicht modifizieren, beispielsweise kann die entsprechende bildliche Darstellung aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen, so dass ein Benutzer eines erfindungsgemäßen bildgebenden Systems oder eine behandelnde Person die Informationen der dreidimensionalen Kontur bei der Planung der Aufnahme oder einer weiteren Behandlung berücksichtigen kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Hervorheben der identifizierten Landmarke in einer bildlichen Darstellung des Patienten. Dadurch wird dem Benutzer eines erfindungsgemäßen bildgebenden Systems oder einer behandelnden Person auf besonders intuitive Art und Weise die Zusatzinformation über die Identität und Position der Landmarke zur Verfügung gestellt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche mit einer Schaltfläche, wobei die Schaltfläche die identifizierte Landmarke repräsentiert, wobei die Schaltfläche dazu ausgelegt ist durch Benutzerinteraktion das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters auszulösen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Schaltfläche dazu ausgelegt durch Benutzerinteraktion die Aufnahme des Röntgenbildes auszulösen. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders intuitiv und schnell durchgeführt bzw. die Röntgenaufnahme besonders intuitiv und schnell gestartet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters die automatische Auswahl eines abrufbar gespeicherten Wertes eines Aufnahmeparameters anhand der Identität und/oder der Position der anatomischen Landmarke. Ein solches Bestimmen durch automatische Auswahl erlaubt es insbesondere durch Klassifizieren mehrere Aufnahmeparameter gleichzeitig und damit ganze Scanprotokolle auszuwählen.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst der Aufnahmeparameter die applizierte Dosis für die Aufnahme des Röntgenbildes. Die applizierte Dosis lässt sich bestimmen, da mit der dreidimensionalen Kontur der abgetasteten Oberfläche auch die Stärke der Röntgenabsorption durch den Patienten entlang der verschiedenen Bestrahlungsrichtungen berechnet werden kann. Insbesondere kann die applizierte Dosis abhängig von dem Projektionswinkel bestimmt werden, wobei eine solche winkelabhängige Anpassung der applizierten Dosis auch als Dosismodulation bekannt ist. Vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Dosismodulation ist bei der vorliegenden Erfindung, dass sich die Kontur des Patienten besonders genau bestimmen lässt, so dass besonders viele Informationen zur Berechnung der Dosis vorliegen. Weiterhin lässt sich eine Dosismodulation durch die Modulation der emittierten Intensität der Röntgenstrahlung realisieren. Die Intensitätswerte werden beispielsweise durch die Ansteuerung der Röntgenquelle realisiert, also beispielsweise durch die Ansteuerung des Stroms oder der Spannung einer Röntgenröhre.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst der Aufnahmeparameter das Volumen eines Kontrastmittels für eine kontrastmittelgestützte Aufnahme des Röntgenbildes. Denn das zu verabreichende Volumen eines Kontrastmittels hängt auch von dem Körpergewicht des Patienten ab. Anhand der dreidimensionalen Kontur des Patienten lässt sich direkt auf das Körpergewicht des Patienten schließen.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst der Aufnahmeparameter die Position der Patientenliege für die Aufnahme des Röntgenbildes. Soll ein bestimmter Bereich des Patienten aufgenommen werden, so kann die Position des Bereiches anhand der Landmarken bestimmt werden, insbesondere im Koordinatensystem der Patientenliege bzw. eines zur Aufnahme des Röntgenbildes bestimmten Röntgengerätes. Die Bestimmung der Position der Patientenliege, insbesondere der Startposition und der Endposition, erfolgt erfindungsgemäß besonders präzise. Weiterhin ist diese Bestimmung der Position der Patientenliege besonders flexibel, da der Patient bei einer Bewegung einfach und ohne Strahlenbelastung erneut abgetastet und die Position der Patientenliege erneut bestimmt werden kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst der Aufnahmeparameter die Orientierung des Patienten. Die Orientierung umfasst insbesondere die relative Orientierung von Kopf und Füßen gegenüber dem Fahrweg der Patientenliege. Die Orientierung umfasst aber auch die die Lage des Patienten, also beispielsweise Rückenlage, Seitenlage rechts, Seitenlage links, Bauchlage etc. Das schnelle und einfache Bestimmen der Orientierung bzw. Lage des Patienten erlaubt es weitere Aufnahmeparameter wie beispielsweise die zu applizierende Dosis besonders schnell und einfach zu bestimmen. Weiterhin dient das Bestimmen der Orientierung bzw. Lage als Kontrolle, ob sich der Patient in der gewünschten Orientierung bzw. Lage des befindet.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung handelt es sich bei der Aufnahme um eine tomographische Aufnahme mittels eines CT-Gerätes, wobei das CT-Gerät eine um eine Systemachse rotierbare Röntgenquelle umfasst, wobei in der bestimmten Position der Patientenliege die Systemachse einen aufzunehmenden Bereich des Patienten zentral durchdringt. Dadurch wird die Homogenität der Qualität des Röntgenbildes erhöht und weiterhin die Strahlenbelastung für den Patienten bei gleichbleibender Qualität des Röntgenbildes gering gehalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei der Aufnahme um eine tomographische Aufnahme mittels eines CT-Gerätes, wobei das CT-Gerät eine kippbare Gantry mit einer um eine Systemachse rotierbaren Röntgenquelle aufweist, wobei es sich bei der anatomischen Landmarke um einen besonders strahlensensitiven Körperbereich des Patienten handelt, wobei der Aufnahmeparameter den Neigungswinkel der Gantry umfasst, wobei der Neigungswinkel derart bestimmt wird, dass der strahlungssensitive Körperbereich nicht oder nur in geringem Maße im Strahlengang der Röntgenquelle liegt. Dadurch wird die Strahlenbelastung für den besonders strahlungssensitiven Körperbereich des Patienten erniedrigt.
Weiterhin kann die Erfindung in Form eines bildgebenden Systems realisiert sein. Dabei umfasst das bildgebende System ein Röntgengerät, insbesondere ein CT-Gerät mit einer kippbaren Gantry, zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege gelagerten Patienten, sowie umfassend wenigstens einen elektromagnetischen Sensor, sowie umfassend einen Computer mit einer Recheneinheit, wobei die Recheneinheit dazu ausgelegt ist mittels eines auf einem Datenträger oder auf dem Speicher des Computers gespeicherten Computerprogramms das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Bei dem wenigstens einen elektromagnetischen Sensor kann es sich beispielsweise um eine Stereokamera oder ein Triangulationssystem oder ein Laufzeitmesssystem handeln, oder der elektromagnetische Sensor kann mittels strukturierter Beleuchtung zum Abtasten einer Oberfläche ausgebildet sein. Der wenigstens eine elektromagnetische Sensor kann insbesondere als Bestandteil des CT-Geräts ausgebildet sein oder ohne feste Verbindung mit dem CT-Gerät positioniert sein. Vorteilhafter Weise ist der wenigstens eine elektromagnetische Sensor so positioniert, dass die durch das kontaktlose Abtasten gewonnenen Tiefeninformationen möglichst homogen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 ein beispielhaftes erfindungsgemäßes bildgebendes System,
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine beispielhafte graphische Benutzeroberfläche mit einer bildhaften Darstellung eines Patienten,
4 ein beispielhaftes erfindungsgemäßes bildgebendes System mit einer kippbaren Gantry.
1 zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes bildgebendes System, umfassend ein CT-Gerät. Bei der tomographischen Aufnahme eines Röntgenbildes liegt der Patient 5 auf einer Patientenliege 6, die so mit einem Liegensockel 16 verbunden ist, dass er die Patientenliege 6 mit dem Patienten 5 trägt. Die Patientenliege 6 bewegt den Patienten 5 während einer tomographischen Aufnahme im Spiralmodus entlang einer Systemachse 17 durch die Öffnung 18 der Gantry 19 des CT-Geräts 7. Während dieser Bewegung wird eine Vielzahl von Projektionsaufnahmen eines Körperteils des Patienten 5 erstellt. Bei der tomographischen Aufnahme eines Röntgenbildes bewegen sich der Röntgendetektor 9 sowie die Röntgenquelle 8, welche mit dem Röntgendetektor 9 zusammenwirkt, um die Systemachse 17. Röntgenquelle 8 und Röntgendetektor 9 sind so in einer Gantry 19 angeordnet, dass sie sich gegenüber liegen und die Röntgenstrahlen 20 der Röntgenquelle 8 für den Röntgendetektor 9 detektierbar sind. Bei dem hier gezeigten Röntgendetektor 9 eines CT-Geräts 7 handelt es sich um einen Detektor mit mehreren Zeilen und Spalten.
Weiterhin kann die Gantry 19 um eine Achse, insbesondere um eine Achse senkrecht zur Systemachse 17, kippbar ausgebildet sein. In der hier gezeigten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gantry 19 um die durch die Systemachse 17 verlaufende Kippachse 14 kippbar, wobei die Kippachse 14 parallel zur Erdoberfläche und senkrecht zur Systemachse 17 orientiert ist. Unter einer kippbaren Gantry 19 ist eine Gantry 19 zu verstehen, bei der wenigstens der rotierbare Teil der Gantry 19, welcher auch die Röntgenquelle 8 und den Röntgendetektor 9 aufweist, kippbar ausgebildet ist. Der rotierbare Teil der Gantry 19 wird auch als „Drum“ bezeichnet. Weiterhin kann das CT-Gerät einen Rahmen 24 aufweisen, in welchem wenigstens ein Teil der Gantry 19 kippbar gelagert ist.
Ein Röntgendetektor 9 ist üblicher Weise als Szintillatorzähler ausgebildet, bei dem die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Szintillators in niederenergetische Photonen im optischen Spektrum konvertiert und anschließend mittels einer Photodiode detektiert werden. Alternativ kann der Röntgendetektor 9 als direkt konvertierender Detektor ausgebildet sein, der die hochenergetischen Röntgenphotonen mittels eines Halbleitermaterials direkt durch interne Photoanregung unter Ausnutzung des photovoltaischen Prinzips in einen elektrischen Signalstrom umwandelt. Bei der Röntgenquelle 8 handelt es sich üblicher Weise um eine Röntgenröhre; es können grundsätzlich aber auch anderweitige Röntgenquelle 8, welche für die tomographische Bildgebung geeignet ist, zum Einsatz kommen.
In einer weiteren Ausführungsform verfügt das CT-Gerät 7 über jeweils zwei miteinander zusammenwirkende Paare von Röntgenquelle 8 und Röntgendetektor 9, so dass das CT-Gerät 7 besonders geeignet ist für Mehrfachenergie-Aufnahmen. In einer alternativen, hier nicht gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Röntgengerät um ein C-Bogen-Röntgengerät. Bei einem C-Bogen-Röntgengerät können insbesondere eine andersartige Röntgenquelle 8 und ein andersartiger Röntgendetektor 9 zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein Flachdetektor als Röntgendetektor 9 verwendet werden. Die Röntgenstrahlung bei einem Computertomographen 7 oder einem C-Bogen-Röntgengerät weist in der Regel eine Fächer-, Pyramiden oder Kegelform auf. Die Formung der Röntgenstrahlung erfolgt typischerweise mittels eines Blendensystems.
Zusätzlich verfügt das hier dargestellte Ausführungsform des CT-Geräts 7 auch über einen Kontrastmittelinjektor 11 zur Injektion von Kontrastmittel in den Blutkreislauf des Patienten 5. Dadurch kann das Röntgenbild mittels eines Kontrastmittels derart aufgenommen werden, dass z.B. die Gefäße des Patienten 5, insbesondere die Herzkammern des schlagenden Herzens mit einem erhöhten Kontrast dargestellt werden können. Unter Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel verstanden, welche die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Körpers bei bildgebenden Verfahren verbessern. Im Rahmen der hier vorliegenden Anmeldung sind unter Kontrastmitteln sowohl konventionelle Kontrastmittel wie beispielsweise Jod als auch Tracer wie beispielsweise ¹⁸F, ¹¹C oder ¹³N zu verstehen.
Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße bildgebende System über wenigstens einen elektromagnetischen Sensors 31, welcher zum kontaktlosen Abtasten wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten 5 ausgelegt ist. Ein elektromagnetischer Sensor 31 ist zur Detektion elektromagnetischer Strahlung ausgelegt, insbesondere zur Detektion elektromagnetischer Strahlung in einem im Vergleich zu Röntgenstrahlung niederfrequenten Spektralbereich, beispielsweise im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. So kann es sich bei dem elektromagnetischen Sensor 31 um eine oder mehrere Fotokamera(s) oder Videokamera(s) handeln. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem elektromagnetischen Sensor 31 um eine auf der Gantry befestigten 3D-Kamera, welche beispielsweise als Stereokamera oder als Laufzeitmesssystem (im Englischen als „time-of-flight camera“ bekannt) ausgebildet ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der elektromagnetische Sensor 31 mittels strukturierter Beleuchtung zum Abtasten einer Oberfläche ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung weist das bildgebende System zusätzlich eine Beleuchtungseinheit zur Erzeugung einer strukturierten Beleuchtung wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten 5 auf. Weiterhin sind in diesem Fall der elektromagnetische Sensor 31 und die Beleuchtungseinheit so positioniert und in ihren Emissions- bzw. Detektionseigenschaften ausgebildet, dass der elektromagnetische Sensor 31 zur Detektion der von der Oberfläche des Patienten 5 reflektierten Strahlung ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der elektromagnetische Sensor 31 fest in die Gantry 19 des CT-Geräts 7 integriert. In einer alternativen Ausführungsform ist der elektromagnetische Sensor 31 derart in den rotierbaren Teil der Gantry 19 integriert, dass der elektromagnetische Sensor 31 mit der Röntgenquelle 8 bzw. mit dem Röntgendetektor 9 während der Aufnahme rotiert. Dadurch kann die Oberfläche des Patienten 5 besonders einfach und schnell aus verschiedenen Perspektiven abgetastet werden. Durch die zusätzliche Oberflächeninformationen kann die dreidimensionale Kontur der abgetasteten Oberfläche besonders präzise berechnet werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auch besonders einfach, schnell und präzise ausgeführt werden kann.
Der elektromagnetische Sensor 31 kann weiterhin anderweitig in dem Raum positioniert werden, in dem sich das CT-Gerät 7 befindet, beispielsweise kann er an der Decke befestigt oder an ihr aufgehängt oder auf einer Positionierungsvorrichtung wie einem Dreibein aufgestellt werden. Beispielsweise kann der elektromagnetische Sensor 31 zentral über dem Patienten 5 bzw. zentral über der Patientenliege 6 positioniert sein. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn der elektromagnetische Sensor 31 so positioniert wird, dass die Qualität der Tiefeninformationen über die abgetastete Oberfläche des Patienten 5 und damit auch die Qualität der dreidimensionalen Kontur möglichst homogen ist. Das Rauschen bzw. der Fehler von durch Abtastung ermittelten Tiefeninformation oder anschließend berechneten Konturinformationen sollte in möglichst geringem Maße von der Tiefen- bzw. Konturinformation selbst oder der Position des abgetasteten Bereichs abhängen.
Um den passenden Wert des Aufnahmeparameters für einen Patienten 5 zu bestimmen, umfasst das erfindungsgemäße bildgebende System in der hier gezeigten Ausführungsform einen ersten Computer 15, auf dem eine Vielzahl von Werten verschiedener Aufnahmeparametern abrufbar gespeichert ist, oder die der Computer 15 über ein Netzwerk aufrufen kann. Erfindungsgemäß ist der Computer 15 ausgelegt zum Aufrufen wenigstens eines Wertes eines Aufnahmeparameters in seinen internen Speicher. Weiterhin ist der Computer 15 mit einer Recheneinheit 22 ausgestattet, wobei der Computer 15 dazu ausgelegt ist, ein Computerprogramm in seinen internen Speicher zu laden. Das Computerprogramm umfasst von dem Computer 15 lesbare Befehle und ist selbst Teil eines Computerprogrammproduktes. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Medium 21 gespeichert sein. Die von dem Computer 15 lesbaren Befehle des Computerprogramms sind dazu ausgelegt, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn die Befehle auf dem Computer 15 ausgeführt werden.
Bei dem computerlesbaren Medium 21 kann es sich beispielsweise auch um eine DVD, einen USB-Stick, eine Festplatte oder eine Diskette handeln. Der Computer 15 ist mit einer Ausgabeeinheit 13, beispielsweise zur graphischen Ausgabe tomographischer Bilder, verbunden. Bei der Ausgabeeinheit 13 handelt es sich beispielsweise um einen (oder mehrere) LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm(e). Weiterhin ist der Computer 15 mit einer Eingabeeinheit 4 verbunden. Die Eingabeeinheit 4 dient beispielsweise dazu einen bestimmten Wert eines Aufnahmeparameters durch eine Benutzerinteraktion zu bestätigen und damit die Aufnahme des Röntgenbildes zu starten. Bei der Eingabeeinheit 4 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten Touchscreen oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe.
Die Recheneinheit 22 kann sowohl in Form von Hard- als auch von Software ausgebildet sein. Eine Schnittstelle ermöglicht es der Recheneinheit mit 22 dem CT-Gerät 7 zu kommunizieren. Die Recheneinheit 22 bzw. der Computer 15 verfügt in der hier gezeigten Ausführungsform über weitere Schnittstellen, um mit der Eingabeeinheit 4 oder einer Ausgabeeinheit 13 kommunizieren zu können. Bei der Schnittstelle handelt es sich um allgemein bekannte Hard- oder Software-Schnittstellen, z.B. um die Hardware-Schnittstellen PCI-Bus, USB oder Firewire.
2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Wertes wenigstens eines Aufnahmeparameters für eine Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege 6 gelagerten Patienten 5 nutzt im Schritt S1 das kontaktloses Abtasten wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten 5 mittels wenigstens eines elektromagnetischen Sensors 31, um im Schritt S2 die dreidimensionalen Kontur der abgetasteten Oberfläche ohne zusätzliche Strahlenbelastung zu berechnen. Im Schritt S3 wird wenigstens eine anatomische Landmarke des Patienten 5 anhand der dreidimensionalen Kontur identifiziert. Gängige Methoden zum Identifizieren einer Landmarke sind beispielsweise sogenannte „Support-Vector-Machines“ oder sogenannte „Pointcloud“-Techniken. Im Schritt S4 wird die Position der anatomischen Landmarke in dem Koordinatensystem der Patientenliege 6 bestimmt. Der Wert des Aufnahmeparameters lässt sich im Schritt S5 anhand der Position der anatomischen Landmarke bestimmen.
Die Position der anatomischen Landmarke in dem Koordinatensystem der Patientenliege 6 lässt sich einfach bestimmen, wenn eine Korrelation zwischen dem Koordinatensystem der von dem elektromagnetischen Sensors 31 durch Abtasten aufgenommenen Daten und dem Koordinatensystem der Patientenliege 6 bzw. dem CT-Gerät 7 bekannt ist. Eine solche Korrelation lässt sich durch eine Kalibrierung ermitteln, welche dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgeht.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst mit dem Schritt S6 die Berechnung eines Patientenmodells anhand der dreidimensionalen Kontur zur bildlichen Darstellung des Patienten. In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Schritt S7 das Hervorheben der identifizierten Landmarke in einer bildlichen Darstellung des Patienten 5. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Schritt S8 das Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche 23 mit einer Schaltfläche, wobei die Schaltfläche die identifizierte Landmarke repräsentiert, wobei die Schaltfläche dazu ausgelegt ist durch Benutzerinteraktion das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters auszulösen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltfläche im Schritt S9 dazu ausgelegt durch Benutzerinteraktion die Aufnahme des Röntgenbildes auszulösen. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders intuitiv und schnell durchgeführt bzw. die Röntgenaufnahme besonders intuitiv und schnell gestartet werden.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei einer Bewegung oder Umlagerung des Patienten 5 die entsprechenden Werte für Aufnahmeparameter einfach und schnell neu berechnet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Vorbereitung der Aufnahme eines Topogramms dienen, um den Scanbereich entlang der Systemachse 17 für ein Topogramm festzulegen. Die ist aber auch dazu geeignet die Aufnahme eines Topogramms zur Planung der Aufnahme eines diagnostischen Röntgenbildes zu ersetzen.
Folgende Variante der Erfindung kann bei der an das erfindungsgemäße Verfahren anschließenden Aufnahme eines tomographischen Röntgenbildes mittels eines CT-Geräts 7 Anwendung finden. Dabei werden die Kontur des Patienten 5 und die Informationen über die anatomische Landmarke bzw. über das Patientenmodell dazu verwendet, um einen Wert für einen Rekonstruktionsparameter zur Rekonstruktion des Röntgenbildes aus den einzeln aufgenommenen Projektionen zu bestimmen. Bei dem Rekonstruktionsparameter kann es sich beispielsweise um Informationen über die Oberfläche des Patienten 5 handeln, welcher die Bestimmung der Oberfläche des Patienten 5 in dem zu rekonstruierenden Bild vereinfacht. Weiterhin kann das Rekonstruktionszentrum abhängig von der Position des Patienten 5 bzw. einer Landmarke bestimmt werden. Liegt ein Teil des Bereiches des Patienten 5, welcher eigentlich aufgenommen werden soll, außerhalb des Abtastbereiches des CT-Geräts 7, so dass zu diesem Bereich nur ein unvollständiger Datensatz vorliegt, kann unter Berücksichtigung der Informationen über die Oberfläche des Patienten 5 eine Rekonstruktion im erweiterten Messfeld durchgeführt werden.
Ein einer weiteren Variante der Erfindung werden die Informationen über die Oberfläche des Patienten 5 sowie über die Landmarken verwendet, um die den Wert für einen Verarbeitungsparameter zur nachgeschalteten Bildverarbeitung zu verbessern. Beispielsweise wird das ermittelte Patientenmodell, verwendet, die räumliche Lage von Organen wie der Lunge oder dem Herzen an einen Algorithmus, beispielsweise einen Segmentierungsalgorithmus, zu übergeben. Derzeit müssen Bildverarbeitungsalgorithmen oft ohne Anfangsinformationen starten, wodurch insbesondere Probleme entstehen, wenn Informationen fehlen und unvollständig sind. Durch das Bereitstellen von zusätzlichen Informationen bzw. Anfangsinformationen, welche nicht aus den Röntgenprojektionen gewonnen werden können, bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil einer zuverlässigeren und schnelleren Bildrekonstruktion bzw. Bildverarbeitung.
In weiteren Ausführungsformen können einzelne oder sogar alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch ausgeführt werden. „Automatisch“ bedeutet im Kontext der vorliegenden Anmeldung, dass der jeweilige Schritt mittels eines Computers 15 selbstständig abläuft, und für den jeweiligen Schritt im Wesentlichen keine Interaktion des Benutzers mit dem Computer 15 notwendig ist. In anderen Worten wird die Rechentätigkeit, die sich hinter den erfindungswesentlichen Schritten verbirgt, durch den Computer 15 bzw. durch die Recheneinheit 22 ausgeführt. Der Benutzer muss höchstens die in den einzelnen erfindungsgemäßen Schritten berechneten Ergebnisse bestätigen oder Zwischenschritte ausführen. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung mit „vollautomatisch“ durchgeführten Schritten ist zur Durchführung dieser erfindungswesentlichen Schritte gar keine Interaktion des Benutzers mit dem Computer 15 notwendig. Unabhängig davon, ob die einzelnen Schritte „automatisch“ oder „vollautomatisch“ ausgeführt werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren Bestandteil eines Arbeitsablaufes sein, der zusätzlich eine Interaktion von einem Benutzer erfordert. Die Interaktion mit dem Benutzer kann darin bestehen, dass dieser eine Klasse von Scanprotokollen und/oder eine klinische Fragestellung manuell auswählt, beispielsweise aus einem mittels des Computers 15 präsentierten Menus.
3 zeigt eine beispielhafte graphische Benutzeroberfläche mit einer bildhaften Darstellung eines Patienten. Die bildhafte Darstellung des Patienten 5 kann in einer ersten Variante auf einem Patientenmodell beruhen, welches anhand der dreidimensionalen Kontur berechnet wurde. Bei der bildhaften Darstellung des Patienten 5 kann es sich in einer zweiten Variante auch um die direkte Wiedergabe eines mit einer Kamera aufgenommenen Bildes des Patienten 5 handeln. Das Darstellen bzw. Hervorheben der identifizierten Landmarke bei der zweiten Variante kann sowohl durch ein Kennzeichnen bzw. Hervorheben eines Bereiches in dem wiedergegebenen Bild des Patienten 5 handeln. Das wiedergegebene Bild des Patienten 5 kann aber auch mit einer virtuellen Darstellung der Landmarke überlagert werden, was insbesondere von Vorteil ist, wenn es sich bei der Landmarke um einen im Körper des Patienten 5 liegenden Bereich handelt, beispielsweise um ein inneres Organ.
Die graphische Benutzeroberfläche 23 kann mittels eines Computers 15 auf einer Ausgabeeinheit 13 ausgegeben werden. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Erfindung zum Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche 23 mit Schaltflächen 1, 2, 7 und 10 ausgelegt, wobei eine Schaltfläche jeweils eine identifizierte Landmarke repräsentiert. In dem hier gezeigten Beispiel wurden vier verschiedene Landmarken identifiziert, nämlich Kopf, Augen, Thorax und das Herz.
Wird eine Schaltfläche durch Benutzerinteraktion aktiviert, dann wird der Schritt S5, also das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters, ausgelöst. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltfläche dazu ausgelegt, durch Benutzerinteraktion die Aufnahme des Röntgenbildes auszulösen. Eine solche Benutzerinteraktion kann beispielsweise durch Auswählen mit einem graphischen Zeiger oder an einem sogenannten „Touch-Screen“ erfolgen.
In verschiedenen Varianten der Erfindung können die in der graphischen Benutzeroberfläche 23 dargestellten Landmarken auf verschiedene Art und Weise hervorgehoben werden. Beispielsweise können die Landmarken einen bestimmten Farbwert oder einen bestimmten Helligkeitswert annehmen. Weiterhin können sich die entsprechenden Merkmale zum Hervorheben wie Farbe und Helligkeit nach einer Benutzerinteraktion auch ändern. Weiterhin kann ein bestimmtes Merkmal zum Hervorheben auch bestimmte Informationen über die jeweilige Landmarke angeben. Beispielsweise kann ein Arm, welcher außerhalb des Abtastbereichs des CT-Geräts 7 positioniert ist, mit einem Warnmerkmal hervorgehoben werden. Ein solches Warnmerkmal kann beispielsweise durch Hervorheben der jeweiligen Landmarke in roter Farbe oder durch eine blinkende Darstellung der Landmarke erfolgen. Weiterhin kann sich nach dem Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters auch das Merkmal zum Hervorheben ändern. Liegt der bestimmte Wert des Aufnahmeparameters beispielsweise über bzw. unter einem gewissen Grenzwert, kann die betreffende Landmarke mit einem Warnmerkmal hervorgehoben werden. Weiterhin kann das Hervorheben auch das Markieren der Landmarke umfassen, beispielsweise durch ein graphisches Symbol, welches neben der Landmarke angezeigt oder mit der Landmarke überlagert wird.
4 ein beispielhaftes erfindungsgemäßes bildgebendes System mit einer kippbaren Gantry. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Aufnahme um eine tomographische Aufnahme mittels eines CT-Gerätes 7, wobei das CT-Gerät 7 eine kippbare Gantry 19 mit einer um eine Systemachse rotierbaren Röntgenquelle aufweist, wobei es sich bei der anatomischen Landmarke um einen besonders strahlungssensitiven Körperbereich des Patienten 5 handelt. Ein solcher besonders strahlungssensitiver Körperbereich können beispielsweise Gonaden oder die Augen 12 sein. In einem solchen Fall umfasst der Aufnahmeparameter den Neigungswinkel der Gantry 19, wobei der Neigungswinkel derart bestimmt wird, dass der strahlungssensitive Körperbereich nicht oder nur in geringem Maße im Strahlengang der Röntgenquelle 8 liegt. Dadurch wird die Strahlenbelastung für die besonders strahlungssensitiven Körperbereiche des Patienten 5 erniedrigt.
In dem hier gezeigten Beispiel wird im Schritt S2 als Landmarke „Kopf“ identifiziert. Dann handelt es sich bei dem Aufnahmeparameter um den Winkel, um den der kippbare Teil 25 der Gantry 19 um eine Kippachse 14 für die folgende Aufnahme gekippt werden soll. Dabei ist der kippbare Teil der Gantry in einem Rahmen 24 gelagert. Im Schritt S5 wird dann der Wert des entsprechenden Winkels bestimmt, so dass die von der Röntgenquelle 8 emittierten Röntgenstrahlen 20 nicht oder nur unwesentlich die Augen 12 des Patienten 5 durchdringen. Weiterhin wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Wert für die Position der Patientenliege 6 als weiterer Aufnahmeparameter bestimmt, wobei die Patientenliege 6 von einem als Fuß ausgebildeten Liegensockel 16 getragen wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Warnung ausgegeben, wenn der bestimmte Wert für den Aufnahmeparameter einen Grenzwert überschreitet bzw. unterschreitet. Ein solcher Grenzwert kann durch einen Benutzer vorgebbar sein, er kann aber auch bereits in dem internen Speicher des Computers 15 abrufbar gespeichert sein, wobei ein erfindungsgemäßes Computerprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens den bestimmten Wert mit dem abrufbar gespeicherten Wert vergleicht. Weiterhin kann bei überschreiten bzw. unterschreiten des Grenzwertes eine Warnung ausgegeben werden, wobei die Warnung akustisch, optisch oder anderweitig ausgegeben werden kann. Beispielsweise kann der erfindungsgemäß bestimmte Wert für den Winkel des kippbaren Teils 25 der Gantry 19 größer sein als der maximale Wert des Winkels, um den sich der kippbaren Teil der Gantry 19 kippen lässt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren die Position der Landmarke, also beispielsweise des Kopfes oder der Augen 12 analysieren und eine Neupositionierung des Patienten 5 bzw. der identifizierten Landmarke vorschlagen. Beispielsweise kann eine Ausgabe mit dem Vorschlag „Kopf weiter nach links drehen“ oder „Kopf weiter zur Brust senken“ ausgegeben werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Wertes wenigstens eines Aufnahmeparameters für eine Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege (6) gelagerten Patienten (5), umfassend – S1: kontaktloses Abtasten wenigstens eines Teils der Oberfläche des Patienten (5) mittels wenigstens eines elektromagnetischen Sensors (31), – S2: Berechnen der dreidimensionalen Kontur der abgetasteten Oberfläche, – S3: Identifizieren wenigstens einer anatomische Landmarke des Patienten (5) anhand der dreidimensionalen Kontur, – S4: Bestimmen der Position der anatomischen Landmarke in dem Koordinatensystem der Patientenliege (6), sowie – S5: Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters anhand der Position der anatomischen Landmarke.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend – S6: Berechnen eines Patientenmodells anhand der dreidimensionalen Kontur zur bildlichen Darstellung des Patienten (5).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend – S7: Hervorheben der identifizierten Landmarke in einer bildlichen Darstellung des Patienten (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend – S8: Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche (23) mit einer Schaltfläche (1, 2, 7, 10), wobei die Schaltfläche (1, 2, 7, 10) die identifizierte Landmarke repräsentiert, wobei die Schaltfläche (1, 2, 7, 10) dazu ausgelegt ist durch Benutzerinteraktion das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters auszulösen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend – S9: Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche (23) mit einer Schaltfläche (1, 2, 7, 10), wobei die Schaltfläche (1, 2, 7, 10) die identifizierte Landmarke repräsentiert, wobei die Schaltfläche (1, 2, 7, 10) dazu ausgelegt ist durch Benutzerinteraktion die Aufnahme des Röntgenbildes auszulösen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bestimmen des Wertes des Aufnahmeparameters die automatische Auswahl eines abrufbar gespeicherten Wertes eines Aufnahmeparameters anhand der Identität und/oder der Position der anatomischen Landmarke umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Aufnahmeparameter die zu applizierende Dosis für die Aufnahme des Röntgenbildes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Aufnahmeparameter das Volumen eines Kontrastmittels für eine kontrastmittelgestützte Aufnahme des Röntgenbildes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Aufnahmeparameter die Position der Patientenliege (6) für die Aufnahme des Röntgenbildes umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Aufnahmeparameter die Orientierung des Patienten (5) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Aufnahme um eine tomographische Aufnahme mittels eines CT-Gerätes handelt, wobei das CT-Gerät eine um eine Systemachse (17) rotierbare Röntgenquelle (8) umfasst, wobei in der bestimmten Position der Patientenliege (6) die Systemachse (17) einen aufzunehmenden Bereich des Patienten (5) zentral durchdringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei es sich bei der Aufnahme um eine tomographische Aufnahme mittels eines CT-Gerätes handelt, wobei das CT-Gerät eine kippbare Gantry (19) mit einer um eine Systemachse (17) rotierbaren Röntgenquelle (8) aufweist, wobei es sich bei der anatomischen Landmarke um einen besonders strahlensensitiven Körperbereich des Patienten (5) handelt, wobei der Aufnahmeparameter den Neigungswinkel der Gantry (19) umfasst, wobei der Neigungswinkel derart bestimmt wird, dass der strahlungssensitive Körperbereich nicht oder nur in geringem Maße im Strahlengang der Röntgenquelle (8) liegt.
Bildgebendes System, umfassend ein Röntgengerät zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines auf einer Patientenliege (6) gelagerten Patienten (5), sowie umfassend wenigstens einen elektromagnetischen Sensor (31), sowie umfassend einen Computer (15) mit einer Recheneinheit (22), wobei die Recheneinheit (22) dazu ausgelegt ist mittels eines auf einem Datenträger (21) oder auf dem Speicher des Computers (15) gespeicherten Computerprogramms ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Bildgebendes System, umfassend ein CT-Gerät zur tomographischen Aufnahme eines Röntgenbildes, wobei das CT-Gerät eine kippbare Gantry (19) mit einer um eine Systemachse (17) rotierbaren Röntgenquelle (8) aufweist, wobei das bildgebende System wenigstens einen elektromagnetischen Sensor (31) sowie einen Computer (15) mit einer Recheneinheit (22) umfasst, wobei die Recheneinheit (22) dazu ausgelegt ist mittels eines auf einem Datenträger (21) oder auf dem Speicher des Computers (15) gespeicherten Computerprogramms ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12 durchzuführen.
Bildgebendes System nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der wenigstens eine elektromagnetische Sensor (31) in Form einer Stereokamera oder eines Triangulationssystems oder eines Laufzeitmesssystems ausgebildet ist, oder wobei der elektromagnetische Sensor (31) mittels strukturierte Beleuchtung zum Abtasten einer Oberfläche ausgebildet ist.