DE102004022803B4

DE102004022803B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE102004022803B4
Application number: DE200410022803
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dehler
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2004-05-08
Filing date: 2004-05-08
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2024-05-09
Also published as: DE102004022803A1

Abstract

Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenquelle und einem verstellbaren bildgebenden Röntgenstrahlenempfänger, Positionsmeßeinrichtungen an allen Verstellachsen, einem Bildverarbeitungsrechner und einem Röntgenzeiger mit röntgenpositiven Strukturen (31, 31') bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
• (1) Auslösen einer Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes (19) zusammen mit einem Röntgenzeiger (30), wobei die Spitze (36) des Röntgenzeigers (30) mit dem "Point of interest" (POI) (18) zusammenfällt und daß die Zeigerachse (38) des Röntgenzeigers (30) der gewünschten Richtung des neuen Zentralstrahles (102) entspricht.
• (2) Auswertung des Röntgenbildes in einem Bildverarbeitungsrechner, wobei aus der Darstellung des Röntgenzeigers (30) im Röntgenbild und aus der bekannten Form und Größe der röntgenpositiven Strukturen (31, 31') die Lage des neuen Zentralstrahls (102) und des neuen Fokuspunktes (92) bezüglich eines mit der Röntgenstrahlenquelle (9) verbundenen Koordinatensystems errechnet werden.
• (3) Berechnung der Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und Ausgabe an einen Steuerrechner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der deutschen Patentschrift DE 282233 A ist ein Verfahren zur Darstellung und Dokumentation von Aufnahmegeometrien für Röntgenuntersuchungen bekannt, bei dem von dem die Röntgenaufnahmen veranlassenden Arzt die Richtung des Zentralstrahls mit Hilfe von Fähnchen an einer Puppe markiert werden. Die mit den Fähnchen versehene Puppe dient dem Einrichter der Röntgendiagnostikeinrichtung als Vorlage für die Einstellung der Aufnahmegeometrie.
Aus der PCT-Anmeldung WO 01/50959 A1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem motorisch verstellbaren C-Bogen bekannt, bei dem die Bedienperson der Röntgendiagnostikeinrichtung die Bewegung des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks steuert. Bei einem Einsatz in der Chirurgie muß sich der Joystick im sterilen Bereich befinden. Die Navigation des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks setzt seitens der Bedienperson ein Vorstellungsvermögen von der Kinematik des C-Bogens voraus. Die Verstellung des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks erlaubt es beispielsweise, daß der Operateur selbst die Bedienung des C-Bogens vornimmt. Dieser kann den C-Bogen nur dann verantwortungsvoll führen, wenn er ein Vorstellungsvermögen von der Kinematik des C-Bogens besitzt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Verstellung des Zentralstrahls um etwa 90 Grad gegenüber der aktuellen Stellung erreicht werden soll.
Aus dem Dokument DE 69231553 T2 ist eine drahtlose Fernbedienung für eine Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt.
Das Dokument DE 69503814 T2 betrifft einen Markierungsstift für einen Chirurgen, wobei an dem Markierungsstift videoerkennbare Marken aufgebracht sind, die eine Ortung des Markierungsstiftes mit Hilfe eines Videosystems ermöglichen.
In einer Operationssituation mit einer chirurgischen Röntgendiagnostikeinrichtung ist es für den Patienten, den Operateur und den Kostenträger vorteilhaft, wenn eine vom Operateur gewünschte Aufnahmegeometrie schnell und zuverlässig eingestellt wird, ohne daß der Operateur seine Arbeitsposition verändern muß. Dabei soll die Strahlenbelastung für Arzt und Patient nicht unnötig erhöht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung und eine Vorrichtung für das Verfahren zu schaffen, bei der ein von einem Operateur ohne Veränderung seiner Arbeitsposition Kund getaner Wunsch nach einer bestimmten Aufnahmegeometrie, nachfolgend "Bedienerwunsch" genannt, von der Röntgendiagnostikeinrichtung erkannt wird und die Röntgendiagnostikeinrichtung die Umsetzung des Bedienerwunsches automatisch vornimmt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß von einem, von einem Operateur – nachfolgend auch als "Bediener" bezeichnet – im Operationsfeld auf den Punkt des Interesses (Point of interest, "POI") ausgerichteten röntgenpositiven Zeiger – nachfolgend als "Röntgenzeiger" bezeichnet –, dessen Richtung die gewünschte Richtung des Zentralstrahls der Röntgendiagnostikeinrichtung festlegt, eine Röntgenaufnahme mittels einer Röntgendiagnostikeinrichtung aufgenommen wird und mittels eines geeigneten Bildbearbeitungsprogrammes die Lage des POI und die Richtung des Zentralstrahls im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenenpfängers bestimmt werden. Der Steuerrechner der Röntgendiagnostikeinrichtung errechnet für jede Verstellachse des C-Bogens den Verstellweg beziehungsweise den Verstellwinkel und führt diese Verstellung auf einen bestimmten Steuerbefehl hin selbsttätig aus. Die nächste Röntgenaufnahme, bei der sich der Röntgenzeiger nicht mehr im Operationsfeld befindet, wird mit der vom Operateur gewünschten Aufnahmegeometrie aufgenommen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abbildungen näher erläutert.
In 1 ist eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem mehrfach verstellbaren C-Bogen dargestellt. Auf einem Gerätewagen 1, der mittels Rollen 14, 15 auf dem Fußboden verfahrbar ist, ist eine mehrfach verstellbare Halterung 5 angeordnet, die einen vorzugsweise kreisbogenförmigen C-Bogen 6 trägt, wobei dieser längs seines Umfanges an der Halterung 5 beweglich gelagert ist. Der C-Bogen 6 weist an seinen Enden einen Röntgenstrahlenempfänger 7 und diesem gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 8 auf. Durch den Fokuspunkt 9 und den Mittelpunkt 12 des Strahleneintrittsfensters 11 des Röntgenstrahlenempfängers 7 ist die Richtung des Zentralstrahls 10 festgelegt.
Zur eindeutigen Beschreibung der Aufnahmegeometrie im Punkt des Interesses (POI) 18 muß zusätzlich zu der Richtung des Zentralstrahls 10 der Abstand des POI 18 vom Fokuspunkt 9 bekannt sein. In 1 ist im Bereich des Untersuchungsobjektes 19 und des Strahlenkegels 101 ein Röntgenzeiger 30 schematisch dargestellt. Der Wagen 1 trägt eine Säule 2, die mittels eines Pendellagers 21 mit einer Horizontalführung 3 verbunden ist. Die Horizontalführung 3 ist mittels der Säule 2 höhenverstellbar und um die Pendelachse 20 drehbar gelagert. Die Horizontalführung 3 trägt an der dem C-Bogen 6 zugewandten Seite ein Kipplager 4, in dem die Halterung 5 um die Kippachse 40 drehbar gelagert ist. Die Pendelachse 20 ist vorzugsweise vertikal und die Kippachse 40 vorzugsweise horizontal im Raum angeordnet. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es erforderlich, daß alle Verstellmöglichkeiten der Röntgendiagnostikeinrichtung in den Verstellachsen durch geeignete Sensoren, wie Drehgeber oder Wegmeßsensoren erfaßt werden. Die Erfassung der Verstellung erfolgt in der Regel relativ zu einem Bezugspunkt oder einer Bezugsrichtung. Die Bezugspunkte und Bezugsrichtungen können gerätefest oder ortsfest bezüglich eines mit dem Fußboden 16 verbundenen Koordinatensystems sein. Die Bewegung des Gerätewagens 1 auf dem Fußboden 16 kann mittels geeigneter Sensoren an den Rädern oder aber durch auf dem Fußboden abrollende Rollkugeln 22, 23 erfolgen, wobei Rollweg und Rollrichtung der Rollkugeln durch geeignete Sensoren erfaßt werden. Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die Verstellachsen nur mit Meßwertaufnehmern für die Verstellwege ausgerüstet sind oder ob die Verstellachsen auch motorisch gesteuert werden. Entscheidend für die Erfindung ist, daß bezüglich einer Referenzlage des Fokuspunktes 9 und einer Referenzrichtung des Zentralstrahls 10 ein gewünschter neuer Fokuspunkt 92 und ein gewünschter neuer Zentralstrahl 102 durch gezielte Verstellung der Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung reproduzierbar angefahren werden kann. Dabei ist es unerheblich, ob die Verstellung automatisch und motorisch erfolgt oder ob einer Bedienperson Vorgaben über manuell vorzunehmende Verstellvorgänge gemacht werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine in 1 dargestellte mobile Röntgendiagnostikeinrichtung beschränkt; bei der Röntgendiagnostikeinrichtung kann es sich auch um eine stationäre Anlage mit einem Deckenstativ oder einem Standfuß handeln.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Röntgenzeiger 30 schematisch in einem Schnitt durch die Achse des Richtungsanzeigers 34 und in 3 als Schnitt in der ebene AA' aus 2 dargestellt. Der Röntgenzeiger 30 enthält definierte röntgenpositive Strukturen 31, 31', die in der Röntgendiagnostikeinrichtung erkannt und vermessen werden. Im Beispiel der 2 und 3 besteht die röntgenpositive Struktur 31 aus einem dünnen Stab und die Struktur 31' aus einem dünnen Ring, beide aus röntgenstrahlenabsorbierenden Material. Als Materialien kommen beispielsweise Blei- oder Edelstahldrähte zur Anwendung. Die röntgenpositive Struktur 31, 31' ist vorzugsweise mit einer Hülle 32 ummantelt, an der ferner ein Handgriff 33 und ein Richtungsanzeiger 34 angeordnet sind. Da der Röntgenzeiger 30 im sterilen Operationsbereich eingesetzt wird, ist vorgesehen, den Röntgenzeiger sterilisierbar auszuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die röntgenpositiven Strukturen mit einem sterilisierbaren Kunststoff umgeben. Aus dem gleichen Kunststoff sind der Handgriff 33 und der Richtungsanzeiger 34 angeformt. Die Herstellung der Hülle 32 mit dem Handgriff 33 und dem Richtungsanzeiger 34 kann beispielsweise durch Gießen oder Umspritzen der röntgenpositiven Struktur 31, 31' erfolgen.
Der Röntgenzeiger in 2 ist auf den Punkt des Interesses (POI) 18 innerhalb des Untersuchungsobjektes 19 ausgerichtet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Ende 35 der röntgenpositiven Struktur 31 einen Abstand "a" vom POI aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung umfaßt folgende Verfahrensschritte:

1. Auslösen einer Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes 19 zusammen mit einem Röntgenzeiger 30, wobei die Spitze 36 des Röntgenzeigers 30 mit dem "Point of interest" (POI) 18 zusammenfällt und daß die Zeigerachse 38 des Röntgenzeigers 30 der gewünschten Richtung des neuen Zentralstrahles 102 entspricht
2. Auswertung des Röntgenbildes in einem Bildverarbeitungsrechner, wobei aus der Darstellung des Röntgenzeigers 30 im Röntgenbild und aus der bekannten Form und Größe der röntgenpositiven Strukturen 31, 31' die Lage des neuen Zentralstrahls 102 und des neuen Fokuspunktes 92 bezüglich beispielsweise eines mit der Röntgenstrahlenquelle 9 verbundenen Koordinatensystems errechnet werden.
3. Berechnung der Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und Ausgabe auf einem Display für eine Bedienperson oder Umsetzung der Übergabe der berechneten Verstellwege an eine Achsensteuerung, die die physische Verstellung der Achsen vornimmt.

Die nächste Röntgenaufnahme nach Abschluß von Verfahrensschritt 3 weist eine Aufnahmegeometrie auf, die als Fokuspunkt den neuen Fokuspunkt 92 und als Zentralstrahl den neuen Zentralstrahl 102 enthält. Würde beispielsweise der Röntgenzeiger 30 aus 2 bei Verfahrensschritt 1 positioniert sein und auch nach Verfahrensschritt 3 unverändert positioniert sein, so würde der Röntgenzeiger auf der Röntgenaufnahme nach Abschluß von Verfahrensschritt 3 in der in 3 dargestellten Weise auf dem Röntgenbild dargestellt werden.
Die Auslösung von Röntgenaufnahmen oder der Start der Röntgenbildauswertung oder der C-Bogenverstellung kann durch geeignete Eingabemittel durch den Operateur selbst erfolgen oder wahlweise durch eine weitere Bedienperson erfolgen.
Es ist vorgesehen, im Handgriff 33 des Röntgenzeigers 30 eine Funkeinrichtung unterzubringen, die mit der Steuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung zusammenwirkt und die Auslösung von verschiedenen Verfahrensschritten erlaubt.
Verzeichnis der Abbildungen:
1: Röntgendiagnostikeinrichtung
2: schematische Darstellung eines Röntgenzeigers
3: Schnitt AA' des Röntgenzeigers aus 2

1: Gerätewagen
2: Säule
3: Horizontalführung
4: Kipplager
5: Halterung
6: C-Bogen
7: Röntgenstrahlenempfänger
8: Röntgenstrahlenquelle
9: Fokuspunkt
10: Zentralstrahl
11: Strahleneintrittsfenster
12: Mittelpunkt
14: Rolle
15: Rolle
16: Fußboden
18: Punkt des Interesses, Point of Interest (POI)
19: Untersuchungsobjekt
20: Pendelachse
21: Pendellager
22: Rollkugel
23: Rollkugel
30: Röntgenzeiger
31, 31': röntgenpositive Struktur
32: Hülle
33: Handgriff
34: Richtungsanzeiger
35: Ende der Struktur 31
36: Spitze des Röntgenzeigers
38: Zeigerachse
40: Kippachse
92: neuer Fokuspunkt
101: Strahlenkegel
102: neuer Zentralstrahl

Claims

Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenquelle und einem verstellbaren bildgebenden Röntgenstrahlenempfänger, Positionsmeßeinrichtungen an allen Verstellachsen, einem Bildverarbeitungsrechner und einem Röntgenzeiger mit röntgenpositiven Strukturen (31, 31') bestehend aus folgenden Verfahrensschritten: • (1) Auslösen einer Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes (19) zusammen mit einem Röntgenzeiger (30), wobei die Spitze (36) des Röntgenzeigers (30) mit dem "Point of interest" (POI) (18) zusammenfällt und daß die Zeigerachse (38) des Röntgenzeigers (30) der gewünschten Richtung des neuen Zentralstrahles (102) entspricht. • (2) Auswertung des Röntgenbildes in einem Bildverarbeitungsrechner, wobei aus der Darstellung des Röntgenzeigers (30) im Röntgenbild und aus der bekannten Form und Größe der röntgenpositiven Strukturen (31, 31') die Lage des neuen Zentralstrahls (102) und des neuen Fokuspunktes (92) bezüglich eines mit der Röntgenstrahlenquelle (9) verbundenen Koordinatensystems errechnet werden. • (3) Berechnung der Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und Ausgabe an einen Steuerrechner.
Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner die berechneten Verstellwege an eine Achsensteuerung weiterleitet, die vor der nächsten Röntgenaufnahme die physische Verstellung der Achsen in die gewünschten Positionen vornimmt.
Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die errechneten Positionen der zu verstellenden Achsen vom Steuerrechner auf ein Display ausgegeben werden und die Verstellung der Verstellachsen nach diesen Vorgaben durch eine Bedienperson erfolgt.
Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenzeiger (30) einen Handgriff (33) und röntgenpositive Strukturen (31, 31') mit einer Zeigerachse (38) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenzeiger (30) eine röntgentransparente Hülle (32) aus einem sterilisierbaren Material aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenpositiven Strukturen aus Edelstahldraht bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der röntgenpositiven Strukturen (31, 31') eine Schwermetall-Legierung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Inneren des Röntgenzeigers (30) liegende röntgenpositive Struktur (31) ein Ende (35) aufweist, das in Richtung der Zeigerachse von der Hülle in einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenpositiven Strukturen (31, 31') nicht spiegelinvariant sind.