DE102011006991B4

DE102011006991B4 - Röntgenverfahren und Röntgenvorrichtung zum Zusammenfügen von Röntgenaufnahmen und Ermitteln dreidimensionaler Volumendaten

Info

Publication number: DE102011006991B4
Application number: DE102011006991.7A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann; Anna Jerebko
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: US8693622B2; US20120257714A1; DE102011006991A1

Abstract

Verfahren zum Erstellen einer dreidimensionalen Bildinformation einer Körperpartie (16), die größer als das Gesichtsfeld eines Röntgensystems (1) ist, aufweisend die folgenden Schritte: – Anordnen einer Röntgenquelle (4) und eines Röntgendetektors (6) des Röntgensystems (1) an einer ersten Position so, dass die Röntgenquelle (4) und der Röntgendetektor (6) eine erste Projektionsaufnahme zumindest eines ersten Teilbereichs der Körperpartie (16) aufnehmen können; – Aufnehmen der ersten Projektionsaufnahme; – Anordnen der Röntgenquelle (4) und des Röntgendetektors (6) an zumindest einer zweiten Position so, dass die Röntgenquelle (2) und der Röntgendetektor (6) eine zweite Projektionsaufnahme zumindest eines zweiten Teilbereichs der Körperpartie (16) aufnehmen können, wobei der zweite Teilbereich den ersten Teilbereich teilweise überlappt; und – Rekonstruieren eines dreidimensionalen Volumens der Körperpartie (16) aus einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen; – dadurch gekennzeichnet, dass – das Anordnen der Röntgenquelle (4) und des Röntgendetektors (6) durch eine translatorische Bewegung erfolgt, so dass sich die Mehrzahl von Positionen auf einer Geraden befindet.

Description

Bei einer Diagnose oder Operation ist seitens der Chirurgen erwünscht, Bildinformation über das Innere eines Operationsbereichs zu erhalten. Hierzu werden beispielsweise Röntgensysteme mit einem so genannten C-Bogen verwendet. Zum Ermitteln von Information über das Innere des Operationsbereiches wird der C-Bogen in unterschiedliche Stellungen geschwenkt und nach dem Schwenken wird durch Röntgen eine Projektionsaufnahme in dieser Stellung erstellt. Die dabei gewonnenen Bilddaten stellen die Schwächung eines Röntgenstrahls beim Durchlaufen des Gewebes bei der jeweiligen Projektion dar. Mittels Bildgebungsverfahren können Schnittbilder rekonstruiert werden, die dem Operateur dreidimensionale Bildinformationen über einzelne Schichten des Inneren des Patienten oder des Operationsbereiches liefern.
Bei einem typischen Röntgensystem mit einem C-Bogen ist am oberen Ende des C-Bogens eine Röntgenstrahlungsquelle angeordnet und am unteren Ende des C-Bogens ein Röntgenstrahlungsdetektor angeordnet. Vorzugsweise ist der C-Bogen isozentrisch aufgebaut und wird isozentrisch geschwenkt. Der C-Bogen ist ein Halbkreis, wobei die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgenstrahlungsdetektor an entgegengesetzten Enden des Halbkreises angeordnet sind. Die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgenstrahlungsdetektor werden so angeordnet, dass der Zentralstrahl des Strahlenkegels der Röntgenstrahlungsquelle stets durch das Rotationszentrum der Drehachse des C-Bogens verläuft. Der C-Bogen kann um etwa 190° geschwenkt werden.
Röntgensysteme mit einem C-Bogen, die dreidimensionale Rekonstruktionen, die Tomosynthese und die phantombasierte Kalibrierung eines Röntgensystems mit einem C-Bogen sind in Imaging Systems for Medical Diagnostics, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, ISBN: 3-89578-226-2 beschrieben.
Im Stand der Technik zeigt die EP 2 315 178 A1 ein Bildrekonstruktionsverfahren für dreidimensionale Bilder, bei dem die Röntgenquelle rotatorisch um das Objekt bewegt wird.
Weiterhin zeigt die WO 2009/153789 A1 ein Verfahren zum Erzeugen eines Panoramabildes in einem Interessensbereich (region of interest), der größer ist als das Gesichtsfeld der Bildgebungsvorrichtung, auf Basis einer komplexen koordinierten Bewegung zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor.
Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten im medizinischen Bereich zeigen weiterhin die Schriften DE 10 2006 036 327 A1 , DE 10 2007 026 115 A1 und die WO 2007/058918 A2 .
Leider weisen Röntgensysteme mit einem C-Bogen ein eingeschränktes Gesichtsfeld auf, so dass es nicht möglich ist, größeren Körperpartien, beispielsweise den Femur, mit einer einzigen Aufnahme zu röntgen.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein bildgebendes Verfahren sowie eine bildgebendes System zu schaffen, die in der Lage sind, eine Körperpartie zu röntgen, die größer als ein Gesichtsfeld eines Röntgensystems ist. Dabei soll die Strahlenbelastung für die Patienten durch eine Verringerung der Anzahl der auszuführenden Bildaufnahmen gesenkt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Röntgensystem mit einem C-Bogen nach Anspruch 13 sowie durch ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gelöst.
Das Verfahren zum Erstellen einer Röntgenaufnahme einer Körperpartie, die größer als das Gesichtsfeld einer Röntgeneinrichtung ist, weist den Schritt des Anordnens einer Röntgenquelle und eines Röntgendetektors an einer ersten Position auf, so dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor eine erste Projektionsaufnahme zumindest eines ersten Teilbereichs einer Körperpartie aufnehmen können. Anschließend wird die erste Projektionsaufnahme aufgenommen. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor werden an zumindest einer zweiten Position so angeordnet, dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor eine zweite Projektionsaufnahme zumindest eines zweiten Teilbereichs der Körperpartie aufnehmen können, wobei der zweite Teilbereich den ersten Teilbereich teilweise überlappt. Das dreidimensionale Volumen der Körperpartie wird aus einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen rekonstruiert. Das Anordnen der Röntgenquelle und des Röntgendetektors erfolgt durch eine translatorische Bewegung. Zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Volumens wird ein Parallaxeneffekt der Röntgenquelle verwendet wird.
Es werden Bilddaten für das dreidimensionale Volumen rekonstruiert. Dabei können algebraische oder iterative Rekonstruktionsalgorithmen verwendet werden. Die erste und zweite Projektionsaufnahme können zu einem Projektionsbild zusammengefügt werden.
Es kann eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen von teilweise überlappenden Teilbereichen der Körperpartie an einer Mehrzahl von Positionen auf einer Linie aufgenommen werden und die Mehrzahl von Projektionsaufnahmen kann zu einem Projektionsbild zusammengefügt werden. Die Linie befindet sich auf einer planaren Ebene. Die Mehrzahl von Positionen befindet sich auf einer Geraden, z. B. auf einer Geraden, die parallel zur Mittellängsachse des Patienten oder parallel zu einer Längsachse eines langen Knochens (z. B. entlang des Femurs) verläuft. Damit unterscheidet sich die Bildakquisition maßgeblich von der üblichen Bilderfassung mit einer klassischen 3D-C-Bogenbildgebung, bei der die Projektionsbilder – im Unterschied zur vorliegenden Erfindung – mittels Rotation um den Patientenkörper gewonnen bzw. akquiriert werden.
Der Schritt des Anordnens der Röntgenquelle an den Positionen kann das translatorische Bewegen eines C-Bogens und der daran befestigten Röntgenquelle und des daran befestigten Röntgendetektors umfassen. Zusätzlich können der C-Bogen und die daran befestigte Röntgenquelle und der daran befestigte Röntgendetektor bewegt werden.
Zwei benachbarte Projektionsaufnahmen überlappen sich vorzugsweise um zumindest etwa 80%, höchst vorzugsweise um zumindest etwa 90%, höchst bevorzugt um zumindest etwa 95%. Von jeder Position der Körperpartie werden somit zumindest etwa 5 Projektionsaufnahmen, bevorzugt zumindest etwa 10 Projektionsaufnahmen, mehr bevorzugt zumindest etwa 20 Projektionsaufnahmen erzeugt. Vorzugsweise werden 9 bis 20 Projektionen pro zu rekonstruierendem Voxel aufgenommen. Jedes zu rekonstruierende Voxel wird mit einem Projektionswinkelbereich von weniger als 180° aufgenommen. Die Projektionsgeometrie eines jeden Projektionsbildes ist bekannt, so dass die Projektionsaufnahmen zuverlässig zusammengefügt werden können. Die Projektionen haben ein gleitendes Gesichtsfeld mit einer Überlappung von vorzugsweise zumindest etwa 90% zwischen benachbarten Projektionen. Es können ca. 100 Bilder pro 1 m aufgenommen werden. Die Projektionen sind folglich in der Hauptachse der langen Körperpartie, beispielsweise des Femur, abgeschnitten. Jede Projektion zeigt lediglich einen Teil des Femurs in dessen Längsrichtung.
Die Mehrzahl von Positionen, an denen je eine Projektionsaufnahme erzeugt wird, befindet sich ungefähr auf einer Geraden. Beispielsweise kann ein C-Bogen-Röntgensystem linear verschoben werden. Die von der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor während des Aufnehmens der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen verwendete Bahn ist im Wesentlichen eben und glatt. Die algebraischen oder iterativen Rekonstruktionsalgorithmen können angepasst werden, damit die ebene Quellbahn (Trajektorie) der Röntgenquelle und des Röntgendetektors beim Erzeugen der Projektionsaufnahme berücksichtigt wird. Hierzu eignet sich ein Tomosyntheserekonstruktionsalgorithmus, beispielsweise eine gefilterte Rückprojektion nach Feldkamp. Vorzugsweise werden als Röntgendetektor sogenannte Flat-Panel-Detektoren verwendet, die großflächige Detektoren sind, die für die Projektionsradiologie entwickelt wurden. Die Röntgenquelle kann einen kegelförmigen Strahl abgeben, der im englischen Sprachgebrauch als „cone-beam” bezeichnet wird. Eine derartige Kombination wird auch als „Flat-Panel-Cone-Beam-Gerät” bezeichnet. Es können auch Bildverstärker-basierte C-Bögen eingesetzt werden. Die damit erzeugten Projektionsaufnahmen können mit dem zuvor erwähnten Feldkamp-Algorithmus weiterverarbeitet werden, so dass eine Tomosyntheserekonstruktion des Volumens erfolgt, das mit der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor erfasst wurde.
Der Rekonstruktionsalgorithmus rekonstruiert ein dreidimensionales Volumen, das die Körperpartie darstellt, aus einer begrenzten Anzahl von Projektionen, die mit einem entlang einer ebenen Bahn bewegten Röntgenquelle und Röntgendetektor aufgenommen wurden. Der Rekonstruktionsalgorithmus sollte in der Lage sein, Artefakte außerhalb der Ebene zu minimieren, die durch einen unvollständigen Winkelbereich erzeugt wurden. Ferner muss der Algorithmus berücksichtigen, dass die Projektionen abgeschnitten sind und die Auflösung in Z-Richtung (Tiefenrichtung) über das zu rekonstruierende Volumen gröber als die Auflösung in der X-Richtung oder Y-Richtung ist. Insbesondere muss die Auflösung in Z-Richtung und die rekonstruierte Scheibendicke bei besonders relevanten Teilbereichen der Körperpartie so hoch sein, dass eine Berechnung eines Projektionsbildes aus einer beliebigen anderen Richtung möglich wird. Bei der Untersuchung eines Femurs muss die Bildauflösung des Femurkopfes so gut sein, dass eine Berechnung des Anteversionswinkels ermöglicht wird.
Projektionsdaten einer Volumeneinheit der Körperpartie können aus zumindest zwei unterschiedlichen Winkeln mittels Röntgenstrahlung von der entlang einer Geraden bewegten Röntgenquelle zu dem entlang einer Geraden bewegten Röntgendetektor erfasst werden. Die Volumeneinheit kann auf Grundlage der Projektionsaufnahmen der Volumeneinheit, die mit Röntgenstrahlung aus zumindest zwei unterschiedlichen Winkeln erzeugt werden, rekonstruiert werden.
Somit ist es möglich, ein dreidimensionales Volumen zu rekonstruieren, obwohl die Röntgenquelle und der Röntgendetektor sowie der C-Bogen lediglich entlang einer Geraden, und nicht bogenförmig, verschoben werden. Es ist auch möglich, dass der C-Bogen mit der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor translatorich bewegt wird.
Erfindungsgemäß wird aus der gemessenen 2D-Information eine 3D-Information rekonstruiert. Dabei steht die gewonnene 3D-Information für alle medizinisch und operativ relevanten Angaben zur Verfügung, so dass z. B. die Beinlänge, die Beinrotation, die Beinachse (z. B. Varus/Valgus Stellung) mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, um beispielsweise das operative Ergebnis einer Operation am Bein durch Bezugnahme auf die Maße des jeweils anderen, gesunden Beins zu verbessern.
Die Emissionsfläche der Röntgenquelle kann kleiner als die Detektionsfläche des Röntgendetektors sein. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor werden so gegenüber der Volumeneinheit der Körperpartie entlang einer Geraden sukzessive angeordnet, dass die Volumeneinheit aus unterschiedlichen Winkeln mit der von der Röntgenquelle abgegebenen Röntgenstrahlung bestrahlt wird. Da die Röntgenquelle Röntgenstrahlung in einem kegelförmigen Bereich abgibt, hängt der Winkel, unter dem die Röntgenstrahlung auf die Volumeneinheit auftrifft, vom Abstand der Volumeneinheit von der Röntgenquelle und vom Mittelpunktstrahl der Röntgenquelle ab. Dieser Effekt wird auch als Parallaxeneffekt bezeichnet. Die Erfinder haben erkannt, dass der so genannte Parallaxeneffekt dazu verwendet werden kann, um eine Volumeneinheit aus unterschiedlichen Winkeln zu bestrahlen und dadurch dreidimensionale Bildinformation einer Mehrzahl von Volumeneinheiten in einer Körperpartie rekonstruieren zu können.
Aus dem rekonstruierten Volumen können die Länge der Körperpartie, die Länge eines Knochens, die Rotation eines Knochens, die Rotation einer Körperpartie, die Rotation von Elementen des Knochens zueinander, die Rotation von Elementen der Körperpartie zueinander, die Achsstellungen der Knochen bzw. von Teilen der Körperpartie und/oder weitere geometrische Relationen der Körperpartie oder Teilen davon zueinander bestimmt werden. Die Bestimmung von dreidimensionaler Information der Körperpartie und davon abgeleiteter Information kann intraoperativ erfolgen, beispielsweise bei einem Eingriff nach einem Knochenbruch.
Die Z-Information kann pro Bildpunkt auf Grundlage einer Mehrzahl von Röntgenstrahlen durch den Parallaxeneffekt bzw. Parallaxenfehler bestimmt werden.
Das Verfahren kann aus dem Volumen ein berechnetes Projektionsbild erzeugen, das eine andere Orientierung als die aufgenommenen Projektionsaufnahmen aufweist. Hierdurch wird ermöglicht, die Körperpartie dreidimensional zu untersuchen, obwohl lediglich Projektionsaufnahmen entlang einer Gerade aufgenommen wurden. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, den Anteversionswinkel des Femurkopfes und die Beinlänge zu bestimmen.
Es wird vorgeschlagen, statistische Modelle der Gelenke (beispielsweise des Hüftgelenkes, des Kniegelenkes, des Fußes etc.), zu verwenden, um die Genauigkeit der Volumendaten zu erhöhen. Dazu werden die statistischen Modelle an die rekonstruierten Daten angepasst.
Die eingangs erwähnte Körperpartie kann ein Knochen, insbesondere der Femur sein. Der Anteversionswinkel kann aus den Volumendaten und/oder zumindest einem berechneten Projektionsbild bestimmt werden.
Die Erfindung offenbart auch eine bildgebende Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen der zuvor erwähnten Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung offenbart auch ein C-Bogen-Röntgensystem mit der bildgebenden Vorrichtung.
Die Erfindung offenbart ferner ein Computerprogramm, das in einen Speicher eines Computers geladen werden kann oder in ihm geladen ist und Mittel umfasst, die zur Ausführung zumindest eines der vorangegangenen Schritte des Verfahrens eingerichtet sind.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnungen besprochen. In diesen zeigen:
1 ein exemplarisches C-Bogen-Röntgensystem;
2 eine schematische Darstellung für das Erzeugen der Projektionsaufnahmen; und
3 einen Femurkopf und den Anteversionswinkel.
1 zeigt ein Röntgensystem 1 mit einem C-Bogen 2. Der C-Bogen ist beispielsweise ein isozentrischer C-Bogen, der halbkreisförmig ausgebildet ist. Am oberen Ende des C-Bogens ist eine Röntgenquelle 4 und am unteren Ende des C-Bogens ist ein Röntgendetektor 6 angeordnet. Der C-Bogen 2 ist auf einem Wagen 8 mittels einer Halterung 10 schwenkbar angeordnet. Der Wagen ist durch Räder verschiebbar und folglich kann der C-Bogen zum gewünschten Einsatzort geschoben werden oder am Einsatzort verschoben werden. Auf einem Operationstisch 12 aus einem röntgentransparenten Material, beispielsweise Carbon, befindet sich ein Patient 14 mit dem zu untersuchenden Gewebe.
2 zeigt schematisch einen zu untersuchenden Femur 16 mit einem Femurkopf 18, der auf dem Patiententisch 12 liegt. In 2 wird der Femur lediglich schematisch dargestellt, es versteht sich, dass weiteres Gewebe des Patienten um den Femur angeordnet ist. Ferner sind auf dem Patiententisch 12 Markierungselemente 24 mit Kugeln angeordnet, die dazu dienen, die überlappenden Bilder zu einem Bild zu verarbeiten und die Positionsrelationen und Winkelrelationen zwischen den einzelnen Bildern exakt zu bestimmen. Die Röntgenquelle 2 gibt einen kegelförmigen Strahl ab (cone-beam). Der Röntgendetektor 6 ist plattenförmig ausgebildet (flat panel). Das in 2 gezeigte Röntgensystem ist somit ein so genanntes Flat-Panel-Cone-Beam-Röntgensystem. Das Röntgensystem wird entlang der Achse X bewegt, so dass mit der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 6 sukzessive mehrere überlappende Projektionsaufnahmen des Femur 16 sowie der Mehrzahl von Markierungselementen 24 aufgenommen werden. Hierzu werden die Röntgenquelle und der Röntgendetektor verschoben, was beispielsweise so durchgeführt wird, dass der Wagen 8 (siehe 1) des C-Bogens 2 entlang einer Geraden verschoben wird. Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 6 werden so verschoben, dass zwischen 5 und 20 Projektionsaufnahmen für jedes Voxel erzeugt werden.
Bevorzugt werden zwischen etwa 9 und etwa 20 Projektionsaufnahmen pro Voxel erzeugt.
Eine bildgebende Vorrichtung 26 (siehe 1) erzeugt aus der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen eine zusammengefügte Projektionsaufnahme. Hierbei können charakteristische Merkmale oder Projektionsgeometrien in jedem einzelnen Projektionsbild extrahiert werden, um die zusammengesetzte Projektionsaufnahme des Femur 16 zu erzeugen. Ferner kann die bildgebende Vorrichtung 26 die Abbildungen der Markierungselemente 24 als Referenzgeometrien verwenden, um die zusammengesetzte Projektionsaufnahme des Femurs 16 zu erzeugen. Aus dieser zusammengesetzten Projektionsaufnahme des Femur 16 kann die Knochenachse (Varus-Stellung oder Valgus-Stellung) bestimmt werden. In einigen Fallen kann auch die Knochenlänge aus der zusammengesetzten Projektionsaufnahme des Femurs berechnet werden. Es ist jedoch nicht möglich, den Anteversionswinkel zu bestimmen, da hierzu eine Ansicht von oben auf den Oberschenkelkopf erforderlich ist, wie in 3 gezeigt ist.
Für den femuralen Anteversionswinkel werden mehrere Definitionen verwendet. Bei einer Definition wird zuerst die so genannte Retrocondylar-Linie bestimmt. Die Retrocondylar-Linie ist die Tangente zu beiden Condylen am Oberschenkelkopf. Diese Linie wird üblicherweise durch die horizontale Ebene auf einer osteometischen Tafel dargestellt. Eine weitere relevante Linie ist die Linie durch den Mittelpunkt des Femurkopfes und durch den Mittelpunkt des Femurhalses. Als Mittelpunkt des Femurkopfes wird der Mittelpunkt der maximalen anteroposterioren Dicke des Kopfes des Femurs festgelegt. Als Mittelpunkt des Femurhalses wird der Mittelpunkt der anteposterioren Dicke an der Basis des Femurkopfes bestimmt. Die Linie durch den Mittelpunkt des Femurkopfes und durch den Mittelpunkt des Femurhalses verläuft durch den zuvor bestimmten Mittelpunkt des Femurkopfes und den Mittelpunkt des Femurhalses. Eine dritte relevante Linie ist die Linie vom vorderen Femurkopf zum Trochanter (Rollhügel). Diese Linie liegt in der Ebene, die durch die vordersten Punkte des Kopfes und des großen Trochanters verläuft.
Gemäß einer ersten Definition ist der Anteversionswinkel als der Winkel zwischen der Linie durch den Mittelpunkt des Femurkopfes und durch den Mittelpunkt des Femurhalses zur Retrocondylar-Linie definiert. Gemäß einer zweiten Definition ist der Anteversionswinkel als der Winkel zwischen der Linie vom vorderen Femurkopf zum Trochanter zu der Retrocondylar-Linie definiert.
Der Anteversionswinkel kann auch allgemeiner definiert werden. Beispielsweise kann der Anteversionswinkel durch eine Torsion innerhalb der Femurdiaphyse entstehen. Er kann auch als der Winkel definiert werden, um der der Schenkelhals nach ventral von der Frontalebene abweicht. Der Anteversionswinkel beträgt bei einem Neugeborenen etwa 30° bis 35° und bei einem Erwachsenen etwa 10° bis 15° (siehe Biomechanik der menschlichen Gelenke, Paul Klein und Peter Sommerfeld, Elsevier, ISBN: 3-437-55203-1).
3 zeigt eine Projektionsaufnahme, die den Femur 18 aus Sicht eines Patienten von oben darstellt. Am Femur 18 befinden sich die Condylen 22. Die Linie 32 stellt die Retrocondylar-Linie dar. Die Linie 34 stellt die Linie durch den Mittelpunkt des Femurkopfes 36 und durch den Mittelpunkt des Femurhalses 38 dar. Der Anteversionswinkel ist bei dem in 3 gezeigten Fall der Winkel zwischen der Linie 34 durch den Mittelpunkt des Femurkopfes 36 und durch den Mittelpunkt des Femurhalses 38 zur Retrocondylar-Linie 32. Wie zuvor erwähnt wurde, sind auch andere Definitionen für den Anteversionswinkel möglich.
Der Anteversionswinkel kann somit bestimmt werden, ohne dass der Patient der Strahlenbelastung eines dreidimensionalen CT ausgesetzt ist.
Anstelle des Anteversionswinkels können beliebige anatomisch relevante Abstände und Winkel gemessen werden. Es können beliebige Winkel zwischen Knochen aus den dreidimensionalen Volumen berechnet werden, die für eine Operation relevant sind. Darüber hinaus können das Volumen einer gesunden Körperpartie und das Volumen einer traumatisierten Körperpartie, beispielsweise nach einem Knochenbruch, bestimmt werden. Innerhalb dieser separaten dreidimensionalen Volumina können geometrische Beziehungen, beispielsweise Entfernungen und Winkel, zwischen Teilen der Körperpartie ermittelt werden. Somit kann die traumatisierte Körperpartie mit der gesunden Körperpartie verglichen werden, wodurch die Operation besser vorbereitet werden kann und ein besseres Operationsergebnis durch gezielte Eingriffe erzielt wird. Es kann auch die Lage von Schrauben und Implantaten gegenüber der Körperpartie bestimmt werden.
Die bildgebende Vorrichtung berechnet aus der Mehrzahl von nebeneinanderliegenden und sich großteils überlappenden Projektionsaufnahmen das rekonstruierte Volumen des Femurs 16 mittels der zuvor erwähnten Algorithmen. Aus diesem Volumen können Projektionsbilder berechnet werden, die den Femur aus einer anderen Orientierung zeigen. Ferner kann der Femur dreidimensional untersucht werden. Zudem ist es möglich, zusätzliche Schichtbilder des Knochens zu berechnen und zu visualisieren, um beispielsweise Brüche zu analysieren sowie die Positionen von Implantaten und Schrauben zu untersuchen, um die Versorgung des Knochens zu beurteilen. Der Patient wird einer Strahlenbelastung ausgesetzt, die der üblichen zweidimensionalen Bildgebung entspricht. Trotzdem ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung 26 möglich, ein dreidimensionales Volumen zu rekonstruieren.
Es wird nochmals auf 1 Bezug genommen. Die bildgebende Vorrichtung 26 erhält vom C-Bogen-Röntgensystem 1 die Projektionsaufnahmen in Form von Bilddaten. Die bildgebende Vorrichtung 26 fügt die einzelnen Projektionsbilder zu einer Gesamtaufnahme zusammen. Ferner rekonstruiert die bildgebende Vorrichtung 26 das dreidimensionale Volumen.
Ein Bediener kann mittels einer Eingabeeinrichtung 28 Ausschnitte aus dem zusammengesetzten Bild, beliebige Schnittbilder und/oder beliebige Projektionsaufnahmen auf der Anzeigeeinrichtung 30 visualisieren. Der Nutzer kann auch die zusammengesetzte Projektionsaufnahme der gesamten Körperpartie auf der Anzeigeeinrichtung 30 visualisieren.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Einsatzmöglichkeiten bestehender Röntgensysteme erweitert werden, ohne dass wesentliche Änderungen an den bestehenden Röntgensystemen erforderlich sind. Ferner bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass mittels einer zweidimensionalen Bildgebung durch Röntgen ein Volumen rekonstruiert werden kann, ohne dass der Patient der Strahlenbelastung eines zusätzlichen Röntgens mittels eines CT ausgesetzt ist. Ferner offenbart die Erfindung ein einfaches Verfahren zum Bestimmen des Anteversionswinkels. Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung ein genaueres Operationsergebnis, da beispielsweise Brüche besser analysiert werden können und der Anteversionswinkel bestimmt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße bildgebende Vorrichtung können intra-operativ eingesetzt werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte – dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

2: C-Bogen
4: Röntgenstrahlquelle
6: Röntgenstrahldetektor
8: Wagen
10: Halterung
12: Operationstisch
14: Patient
16: Femur
18: Femurkopf
22: Condylen
24: Markierungselemente
26: bildgebende Vorrichtung
28: Eingabeeinrichtung
30: Anzeigeeinrichtung
32: Retrocondylar-Linie
34: Linie durch den Mittelpunkt des Femurkopfes und durch den Mittelpunkt des Femurhalses
36: Mittelpunkt des Femurkopfes
38: Mittelpunkt des Femurhalses

Claims

Verfahren zum Erstellen einer dreidimensionalen Bildinformation einer Körperpartie (16), die größer als das Gesichtsfeld eines Röntgensystems (1) ist, aufweisend die folgenden Schritte: – Anordnen einer Röntgenquelle (4) und eines Röntgendetektors (6) des Röntgensystems (1) an einer ersten Position so, dass die Röntgenquelle (4) und der Röntgendetektor (6) eine erste Projektionsaufnahme zumindest eines ersten Teilbereichs der Körperpartie (16) aufnehmen können; – Aufnehmen der ersten Projektionsaufnahme; – Anordnen der Röntgenquelle (4) und des Röntgendetektors (6) an zumindest einer zweiten Position so, dass die Röntgenquelle (2) und der Röntgendetektor (6) eine zweite Projektionsaufnahme zumindest eines zweiten Teilbereichs der Körperpartie (16) aufnehmen können, wobei der zweite Teilbereich den ersten Teilbereich teilweise überlappt; und – Rekonstruieren eines dreidimensionalen Volumens der Körperpartie (16) aus einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen; – dadurch gekennzeichnet, dass – das Anordnen der Röntgenquelle (4) und des Röntgendetektors (6) durch eine translatorische Bewegung erfolgt, so dass sich die Mehrzahl von Positionen auf einer Geraden befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: – Zusammenfügen der ersten und zweiten Projektionsaufnahme zu einem Projektionsbild.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Erzeugen einer Mehrzahl von Projektionsaufnahmen von überlappenden Teilbereichen der Körperpartie (16) an einer Mehrzahl von Positionen entlang einer Linie; und – Zusammenfügen der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen zu einem Projektionsbild.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anordnens der Röntgenquelle (4) an den Positionen das translatorische Bewegen eines C-Bogens (2) und der daran befestigten Röntgenquelle (4) und des daran befestigten Röntgendetektors (6) umfasst, insbesondere das Bewegen des C-Bogens (2) entlang einer Knochenachse.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Berechnen von Projektionsgeometrien für jede einzelne Projektionsaufnahme.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Erfassen von Projektionsdaten einer Volumeneinheit der Körperpartie (16) mittels Röntgenstrahlung aus zumindest zwei unterschiedlichen Winkeln; und – Rekonstruieren der Volumeneinheit auf Grundlage der Projektionsaufnahmen der Volumeneinheit.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsfläche der Röntgenquelle (4) kleiner als die Detektionsfläche des Röntgendetektors (6) ist, ferner aufweisend den folgenden Schritt: – Anordnen der Röntgenquelle (4) und des Röntgendetektors (6) so gegenüber der Volumeneinheit der Körperpartie (16) an einer Mehrzahl von Positionen entlang einer Linie, dass die Volumeneinheit an unterschiedlichen Positionen aus unterschiedlichen Winkeln mit von der Röntgenquelle (4) abgegebener Röntgenstrahlung bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem rekonstruierten dreidimensionalen Volumen ein berechnetes Projektionsbild erzeugt wird, das eine andere Orientierung als die aufgenommenen Projektionsaufnahmen aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte: – Bestimmen der Länge der Körperpartie (16) aus dem rekonstruierten dreidimensionalen Volumen der Körperpartie (16), – Bestimmen einer Knochenlänge aus dem dreidimensionalen Volumen der Körperpartie (16), – Bestimmen einer Rotation von Elementen der Körperpartie (16) zueinander aus dem rekonstruierten dreidimensionalen Volumen, – Bestimmen einer Rotation von Elementen eines Knochens zueinander aus dem rekonstruierten dreidimensionalen Volumen, – Bestimmen von Achsstellungen von Elementen der Körperpartie (16) zueinander aus dem rekonstruierten dreidimensionalen Volumen, und/oder – Bestimmen der Achsstellungen von Elementen eines Knochens zueinander aus dem rekonstruierten Volumen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: – Verwenden eines statistischen Modells zum Erhöhen der Genauigkeit des rekonstruierten dreidimensionalen Volumens.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Köperpartie (16) ein Knochen, insbesondere der Femur (16), ist.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Bestimmen des Anteversionswinkels aus dem rekonstruierten Volumen und/oder zumindest einem berechneten Projektionsbild.
Röntgensystem (1) mit einem C-Bogen (2) in einer bildgebenden Vorrichtung (26), wobei das Röntgensystem (1) dazu ausgebildet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche auszuführen.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines programmierbaren Computers geladen oder gespeichert ist, umfassend Mittel, mit denen ein Computer das Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche ausführen kann.