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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenaufnahme
eines sich in einer Längsrichtung
erstreckenden Aufnahmeobjekts, welches eine in einer Haupt-Projektionsrichtung
quer zur Längsrichtung
zumindest abschnittsweise gekrümmte
Geometrie aufweist, bei dem zunächst
durch Positionierung einer Röntgenquelle
und eines Röntgendetektors
an verschiedenen Positionen entlang der Längsrichtung des Aufnahmeobjekts
Teilaufnahmen von einzelnen Abschnitten des Aufnahmeobjekts erzeugt
werden und dann die Teilaufnahmen der Abschnitte zu einer Gesamt-Röntgenaufnahme
des Aufnahmeobjekts zusammengesetzt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
eine Röntgenanlage zur
Erzeugung einer Röntgenaufnahme
eines solchen Aufnahmeobjekts mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor,
welche jeweils zumindest entlang der Längsrichtung des Aufnahmeobjekts
bewegbar sind, mit einer Steuereinrichtung, um die Röntgenquelle
und den Röntgendetektor
zur Erzeugung von Teilaufnahmen von einzelnen Abschnitten des Aufnahmeobjekts
korreliert entlang der Längsrichtung
zu verfahren, und mit einer Bildkombinationseinrichtung, um aus
den Teilaufnahmen der Abschnitte eine Gesamt-Röntgenaufnahme des Aufnahmeobjekts
zu bilden und/oder mit Mitteln, um die Teilaufnahmen für eine spätere Kombination
zu kennzeichnen.
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Seit
Jahren verändern
digitale Röntgendetektoren
die klassische Radiographie. Zu den verschiedensten neueren Technologien,
die schon länger
im Einsatz sind oder kurz vor der Marktreife stehen, zählen Bildverstärker-Kamerasysteme,
basierend auf Fernseh- oder CCD-Kameras, Speicherfoliensysteme mit
integrierter oder externer Ausleseeinheit, Systeme mit optischer
Ankopplung der Konverterfolie an CCDs oder CMOS-Chips, selenbasierte Detektoren mit
elektrostatischer Auslesung sowie Festkörperdetektoren mit aktiven
Auslesematrizen. Allen diesen Technologien ist gemeinsam, dass die Röntgenin formation
letztendlich sowohl im Ort in Form einer zweidimensionalen Pixelstruktur
als auch in der Signalhöhe
in Form von Grauwerten mit gegebener Bit-Tiefe digital vorliegt.
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Solche
digitalen Röntgensysteme
erlauben eine Reihe von neuen Applikationen, wie z. B. die Darstellung
von Organen, die sehr viel größer sind als
die Größe der Detektorfläche des
verwendeten Detektors. Bei der klassischen Radiographie werden solche
Aufnahmen mit Hilfe von übergroßen Röntgenfilmen
bei einem großen
Abstand des Aufnahmeobjekts vom Röntgenstrahler gemacht. Mit
digitalen Detektorsystemen ist es dagegen möglich, in der eingangs beschriebenen
Weise eine Aufnahmeserie mit einzelnen Teilaufnahmen des Untersuchungsobjekts aufzunehmen
und anschließend
die einzelnen Bilder mit einem Bildfusionsverfahren zusammenzusetzen, so
dass sich eine große
Gesamtaufnahme ergibt. Mit einem solchen digitalen Verfahren wird
einerseits eine größere Flexibilität und andererseits
eine bessere Bildqualität
als bei der klassischen Methode erreicht.
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Zur
Erstellung der Aufnahmeserie werden die Röntgenquelle (im Folgenden auch
Röntgenstrahler
genannt) und dazu passend der Röntgendetektor
geradlinig entlang der Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts verschoben und dabei an bestimmten Positionen
Teilaufnahmen gefertigt. In der Regel wird dabei dafür gesorgt,
dass sich die einzelnen Aufnahmen benachbarter Teilabschnitte jeweils
endseitig etwas überlappen.
Dies erleichtert die genaue Positionierung der einzelnen Teilaufnahmen
zueinander für die
Kombination der einzelnen Teilaufnahmen zur gewünschten Gesamt-Röntgenaufnahme
des Untersuchungsobjekts. Beispiele solcher Untersuchungen, bei
denen größere, in
der Regel sich in eine Längsrichtung
erstreckende Aufnahmeobjekte durch mehrere Teilaufnahmen erfasst
werden und daraus eine Gesamtaufnahme gebildet wird, sind z. B.
Ganzkörperaufnahmen
oder Aufnahmen von Armen, Beinen, Gefäßen oder der Wirbelsäule eines
Patienten. Wichtig bei derartigen Röntgenaufnahmen ist immer, dass
das aufgenommene Objekt in seinen einzelnen Strukturen möglichst
detailliert richtig abgebildet wird. Dies ist insbesondere bei komplizierteren
Skelettstrukturen wie der Wirbelsäule ein Problem. So sind beispielsweise
bei einer Wirbelsäule
neben der Form insbesondere die Struktur am Rande der Wirbelkörper und
der Zwischenraum zwischen den einzelnen Wirbelkörpern, d. h. die Darstellung
der Bandscheiben, von erheblicher Bedeutung. Durch die bekannte
Art der Erstellung der einzelnen Teilaufnahmen mittels einer gradlinig
bewegten Röntgenquelle und
eines parallel verfahrenen Röntgendetektors entstehen
ungünstigerweise
gerade in den Randbereichen und den Zwischenräumen der Wirbelkörper durch Überlappung
einzelner Wirbelkörper
und durch Parallaxeneffekte Schattenbildungen. Dies kann dazu führen, dass
Defekte nicht eindeutig einem bestimmten Wirbelkörper zuzuordnen sind. Eine
genaue Zuordnung der Defekte zu bestimmten Wirbelkörpern ist
jedoch für
eine Therapie unabdingbar. Das heißt, die mit Hilfe des bekannten
digitalen Aufnahmeverfahrens erzeugte Gesamt-Röntgenaufnahme einer Wirbelsäule weist
in der Regel die gleiche Schattenbildung der einzelnen Wirbelkörper an
den Randbereichen auf wie dies auch bei den klassischen Aufnahmeverfahren
der Fall ist, bei denen die gesamte Wirbelsäule auf einem übergroßen Röntgenfilm
aufgezeichnet wird. Eine ähnliche
Problematik stellt sich auch bei Aufnahmen von anderen, größeren Skelettstrukturen,
insbesondere in den Gelenkbereichen dar.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgenaufnahmeverfahren und
eine Röntgenanlage
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass damit
auch bei einer Aufnahme eines Objekts mit einer komplexeren Geometrie,
insbesondere bei einer Aufnahme einer Wirbelsäule, eine bessere qualitative
Darstellung erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Röntgenaufnahmeverfahren
gemäß Patentanspruch
1 und durch eine Röntgenanlage
gemäß Patentanspruch
13 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Röntgenquelle und der Röntgendetektor
zur Erzeugung von Teilaufnahmen entlang eines im Wesentlichen an
die Geometrie des Aufnahmeobjekts angepassten – d. h. der Geometrie des Aufnahmeobjekts
im Wesentlichen folgenden – Kurvenverlaufs
jeweils passend bezüglich
ihrer Strahlungs- bzw. Aufnahmerichtung zueinander und zum aufzunehmenden
Abschnitt des Aufnahmeobjekts positioniert und ausgerichtet. Hierzu
weist die erfindungsgemäße Röntgenanlage
eine entsprechende Steuereinrichtung auf mit Mitteln, um die Röntgenquelle
und den Röntgendetektor
zur Erzeugung solcher Teilaufnahmen entlang des gewünschten
Kurvenverlaufs passend zu positionieren und auszurichten.
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Die
Röntgenquelle
und der Röntgendetektor werden
also zur Erzeugung der Teilaufnahmen nicht nur einfach zueinander
parallel, linear entlang der Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts verschoben und es werden folglich nicht nur
einfache Teil-Projektionen
der einzelnen Abschnitte in der senkrecht zur Längsrichtung des Aufnahmeobjekts
stehenden Haupt-Projektionsrichtung gefertigt. Statt dessen werden
an den Kurvenverlauf angepasste einzelne Teilaufnahmen erzeugt.
Dadurch können
die insbesondere durch die gekrümmte
Geometrie begründeten Überlappungen
und Parallaxeneffekte und die damit einhergehenden Schattenbildungen
vermindert oder sogar vollständig
vermieden werden. Die Qualität
der Gesamtaufnahme lässt
sich so auf einfache Weise erheblich verbessern. Bei Verwendung
eines solchen Verfahrens zur Aufnahme einer Wirbelsäule werden
auch die Strukturen an den Wirbelenden und zwischen den einzelnen
Wirbelkörpern
im Detail gut dargestellt.
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Zur
Anpassung an die Krümmung
des Aufnahmeobjekts werden die Röntgenquelle
und der Röntgendetektor
vorzugsweise jeweils so zueinander und zum aufzunehmenden Abschnitt
des Aufnahmeobjekts positioniert und ausgerichtet, dass die aktuelle
Projektionsrichtung bei der betreffenden Teilaufnahme (im Folgenden
auch „Teilaufnahme-Projektionsrichtung" genannt) im Wesentlichen
rechtwinklig zum aufzunehmenden Abschnitt des Aufnahmeobjekts liegt,
d.h. dass die Teilaufnahme-Projektionsrichtung rechtwinklig zur
lokalen Erstreckungsrichtung des betreffenden Abschnitts bzw. bei stark
gekrümmten
Abschnitten z. B. rechtwinklig zu einer mittleren Tangente oder
dergleichen ist. Hierdurch wird weitgehend vollständig vermieden,
dass bei der jeweiligen Teilaufnahme durch eine Schräglage des
Aufnahmeobjekt-Abschnitts zur Projektionsrichtung die unerwünschten Überlagerungs-
und Parallaxeneffekte auftreten. Bei der Aufnahme einer Wirbelsäule wird
somit sichergestellt, dass auch in den gekrümmten Bereichen der Wirbelsäule benachbarte
Wirbelenden sich nicht in der aktuellen Teilaufnahme-Projektion überdecken
und somit die Details der Wirbelkörperenden und der dazwischen
liegenden Bandscheibenstruktur nur unzureichend erfasst werden.
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Die
aktuelle Teilaufnahme-Projektionsrichtung wird durch die Positionen
von Röntgenquelle und
Röntgendetektor
und deren Ausrichtung zum Objekt bestimmt. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor
der Röntgenanlage
sollten dementsprechend vorzugsweise um eine senkrecht zur Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts und senkrecht zur Haupt-Projektionsrichtung
liegende Achse schwenkbar sein.
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Außerdem werden
besonders bevorzugt die Röntgenquelle
und/oder der Röntgendetektor
selbst jeweils auf – bezogen
auf eine Röntgenstrahlrichtung – vor bzw.
hinter dem Aufnahmeobjekt liegenden Kurven positioniert, die im
Wesentlichen der Geometrie des Aufnahmeobjekts folgen. Das heißt, die
Röntgenquelle
und/oder der Röntgendetektor
werden beispielsweise nicht wie bisher entlang einer Geraden parallel
zur Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts verfahren, sondern entlang einer Kurvenform,
die an die Geometrie des Aufnahmeobjekts angepasst ist. Bei der
Aufnahme einer Wirbelsäule
erfolgt die Positionierung der Röntgenquelle
und/oder des Röntgendetektor
beispielsweise entlang einer typischen Doppel-S-Kurve. Dadurch lässt sich
erreichen, dass die Röntgenquelle
und der Röntgendetektor
bei jeder Teilaufnahme, unabhängig
von der aktuellen Teilaufnahme-Projektionsrichtung, ungefähr den gleichen Abstand
zueinander und zum aktuell aufgenommenen Abschnitt des Aufnahmeobjekts
haben.
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Hierzu
müssen
die Röntgenquelle
und/oder der Röntgendetektor
zusätzlich
zumindest in der Haupt-Projektionsrichtung bewegbar sein. Besonders
bevorzugt sind die Röntgenquelle
und/oder der Röntgendetektor
mit entsprechenden Freiheitsgraden so gelagert, dass sie jeweils
auf einer beliebigen, nahezu frei wählbaren Kurve positionierbar
sind. D. h. es sind beispielsweise sowohl die Röntgenquelle als auch der Röntgendetektor
in allen drei Raumrichtungen frei verfahrbar und verschwenkbar und
können
somit über
entsprechende Stellglieder von einer Steuereinrichtung automatisch
entlang beliebiger Kurven im Raum verfahren und dabei in beliebige Richtungen
geschwenkt werden. In diesem Fall muss lediglich die Steuereinrichtung
entsprechend programmiert sein, damit die Röntgenquelle und der Röntgendetektor
bei der Erzeugung der Teilaufnahmen der einzelnen Abschnitte des
Untersuchungsobjekts entlang den gewünschten Kurven verfahren werden
und durch Verschwenken eine Ausrichtung der beiden Komponenten so
erfolgt, dass die aktuelle Teilaufnahme-Projektionsrichtung möglichst
senkrecht zum aufzunehmenden Abschnitt des Aufnahmeobjekts liegt.
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Die
weiteren abhängigen
Ansprüche
enthalten jeweils ebenfalls besonders vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung.
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So
wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
zur Erzeugung der Aufnahmeserie ein Röntgendetektor verwendet, welcher
eine in Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts relativ schmale Detektorfläche aufweist. Zwar muss mit
einer solchen schmalen Detektorfläche eine höhere Anzahl von Teilaufnahmen
angefertigt werden, um eine Gesamtröntgenaufnahme zu erzeugen.
Der Vorteil einer höheren Anzahl
von Teilaufnahmen besteht jedoch darin, dass eine erhebliche bessere
Anpassung der Projekti onsgeometrie der Aufnahmeserie an die Geometrie des
Aufnahmeobjekts möglich
ist und Verzerrungsartefakte minimiert werden können. Durch die Verwendung
eines in Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts schmalen Detektors ist dabei gewährleistet,
dass bei der erhöhten
Anzahl von Teilaufnahmen der Überlapp
zwischen den einzelnen benachbarten Teilaufnahmen nur so groß ist, wie
er für
eine spätere
Zusammenfügung
der einzelnen Teilaufnahmen notwendig ist und nicht unnötigerweise
Bereiche doppelt aufgenommen werden, was bei einer Verwendung von
digitalen Detektoren mit erheblichen Zeitverlusten für das Auslesen
der an sich nicht benötigten
Detektorbereiche einhergehen würde.
Der verkürzte Ausleseprozess
ermöglicht
hierbei eine schnellere Bildfolge und sorgt daher für eine Verringerung
der Bewegungsartefakte und Verzeichnungsartefakte.
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Bei
einem alternativen, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei der
Erzeugung der Aufnahmeserie jeweils nur ein in Längsrichtung des Aufnahmeobjekts
schmaler Bereich einer Detektorfläche eines Röntgendetektors als aktive Fläche genutzt.
Dies hat den Vorteil, dass ein „normaler" digitaler Röntgendetektor mit den üblichen
Abmessungen verwendet werden kann. Somit kann die erfindungsgemäße Röntgenanlage
auch ohne Umbauten für andere
Anwendungen genutzt werden. Bei einer Verwendung der Anlage für das erfindungsgemäße Verfahren
wird dann durch eine geeignete Detektoransteuerung dafür gesorgt,
dass nur eine kleinere Detektorfläche angesteuert bzw. ausgelesen
wird, wodurch die gleiche Zeitersparnis pro Aufnahme erzielt wird
wie bei der Verwendung eines schmaleren Detektors. Vorzugsweise
wird hierbei der mittlere Bereich der Detektorfläche als aktive Fläche genutzt.
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Um
die Kurven, entlang deren die Röntgenquelle
und der Röntgendetektor
verfahren werden müssen,
sowie die einzelnen Positionen festzulegen, an denen auf den Kurven
die beiden Komponenten jeweils passend positioniert und ausgerichtet
werden müssen,
um die einzelnen Teilaufnahmen zu erzeugen, gibt es verschiedene
Möglichkeiten:
So
kann beispielsweise für
jedes mögliche
Aufnahmeobjekt ein Kurvensatz vorgegeben und beispielsweise in einem
geeigneten Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Ein solcher
Kurvensatz sollte alle Daten über
die Position und Ausrichtung der Röntgenquelle und des Röntgendetektors
für die einzelnen
Teilaufnahmen enthalten. Das heißt, ein Kurvensatz enthält beispielsweise
einen Kurvenverlauf für
die Röntgenquelle
und einen Kurvenverlauf für
den Röntgendetektor
und zusätzlich
die Aufnahmepositionen auf der jeweiligen Kurve und die Ausrichtung
an den einzelnen Positionen. Alternativ ist es auch möglich, dass
eine entsprechende Formel hinterlegt ist, mit welcher der Kurvensatz
analytisch berechnet wird.
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In
der Regel ist nicht davon auszugehen, dass verschiedene gleichartige
Aufnahmeobjekte die gleiche Größe aufweisen.
So hängt
beispielsweise die Länge
einer Wirbelsäule
mit der Gesamtkörpergröße des Probanden
zusammen.
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Um
für jede
einzelne Untersuchung den richtigen Kurvensatz auszuwählen, ist
es möglich,
dass für
einen Aufnahmeobjekttyp, beispielsweise eine normal geformte Wirbelsäule, ein
Standard-Kurvensatz vorgegeben ist und dieser entsprechend einer Abmessung
des jeweils aktuell aufzunehmenden Aufnahmeobjekts passend skaliert
wird. Alternativ können
auch für
einen Aufnahmeobjekttyp verschiedene Kurvensätze für Aufnahmeobjekte mit unterschiedlichen
Abmessungen vorgegeben werden. Die einzelnen Aufnahmeobjekttypen
können
in diesem konkreten Beispiel verschiedene Typen von Wirbelsäulen sein,
die unterschiedlich geformt sind, beispielsweise eine normal geformte
Wirbelsäule
sowie Wirbelsäulen
mit typischen, häufiger
vorkommenden Defekten wie Rundrücken
etc.
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Die
voraussichtliche Länge
einer Wirbelsäule
eines Probanden kann beispielsweise auf Basis der äußeren körperlichen
Abmessungen des Probanden ermittelt werden. Dies kann auch automa tisch geschehen,
indem beispielsweise der Röntgenstrahler
zunächst
auf genau definierte Punkte auf unterschiedlichen Höhen des
Probanden gefahren wird und diese Höhen dann manuell oder automatisch vom
System abgespeichert werden. Mit Hilfe eines solchen Datensatzes
kann die Steuereinrichtung selber einen vorgegebenen Standard-Kurvensatz
passend skalieren oder aus einer Menge von vorgegebenen Kurvensätzen den
besten Kurvensatz auswählen.
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Bei
einer anderen bevorzugten Variante wird zur genaueren Ermittlung
der Geometrie und/oder der Abmessung des Untersuchungsobjekts und
somit zur Ermittlung eines passenden Kurvensatzes vorab eine Referenz-Röntgenaufnahme
(auch Localizer oder Topograph genannt) in einer im Wesentlichen
parallel zur Längsrichtung
des Aufnahmeobjekts und im Wesentlichen parallel zur Haupt-Projektionsrichtung
liegenden Ebene gemacht. Bei der Untersuchung einer Wirbelsäule könnte hierzu
zunächst eine
laterale Ganzkörperaufnahme
des Probanden mit einer vorzugsweise nur geringen Röntgendosis erzeugt
werden. Alternativ können
auch bereits an anderen Einrichtungen, beispielsweise anderen Röntgeneinrichtungen,
Computertomographen oder Kernspintomographen erzeugte Referenzaufnahmen genutzt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich, wie bereits dargelegt, ganz besonders für Wirbelsäulenaufnahmen
bei Menschen oder Tieren. Darüber
hinaus eignet es sich aber auch zur Aufnahme von anderen Aufnahmeobjekten,
welche sich zumindest in einer Längsrichtung über eine
weitere Strecke hinweg, d.h. über
die Abmessungen eines üblichen
digitalen Röntgendetektors
hinaus erstrecken und eine gekrümmte
Geometrie aufweisen.
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Eine
Erweiterung auf Aufnahmeobjekte, welche sich in zwei Richtungen
erstrecken, ist möglich, indem
gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren zunächst
in eine erste Längsrichtung
Teilaufnahmen gefertigt werden, welche eine „Aufnahmezeile" bilden und dann
mit einem bestimmten Versatz in einer senkrecht zu dieser ersten
Längsrichtung
verlaufenden Richtung eine zweite Aufnahmeserie mit Teilaufnahmen
in einer benachbarten zweiten „Aufnahmezeile" erstellt werden
usw. Auf diese Weise werden so matrixartig einzelne Ausschnitte
des sich zweidimensional erstreckenden Aufnahmeobjekts aufgenommen,
die dann zu einer Gesamtaufnahme zusammengesetzt werden. Hierbei
ist in jeder der beiden Haupt-Längsrichtungen
eine erfindungsgemäße Anpassung
an die Geometrie des Untersuchungsobjekts möglich.
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Ein
erfindungsgemäßes Röntgenaufnahmeverfahren
bzw. eine erfindungsgemäße Röntgenanlage
ist im Übrigen
nicht nur im medizinischen Bereich, sondern z. B. auch im wissenschaftlichen, technischen
Bereich anwendbar.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Prinzip-Darstellung
eines Verfahrens zur Aufnahme einer Wirbelsäule gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Prinzip-Darstellung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Aufnahme der Wirbelsäule,
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3 einen perspektivischen
Teilschnitt durch einen digitalen Röntgendetektor mit einer aktiven
Matrix und vergrößerter Darstellung
eines Fotodioden-Matrixelements
mit zugehörigem
Schaltelement,
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4 eine schematische Darstellung
des Verfahrensablaufs bei der Erstellung einer Gesamt-Röntgenaufnahme
aus den einzelnen Teilaufnahmen,
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5 eine schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Röntgenanlage.
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In
den Figuren und den weiteren Erläuterungen
wird davon ausgegangen, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine möglichst
schattenfreie Darstellung der Wirbelsäule eines Menschen erzeugt
wird. Wie zuvor erläutert,
ist die Erfindung aber nicht auf solche Anwendungsfälle beschränkt.
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1 zeigt als Aufnahmeobjekt
O schematisch die in einer üblichen „Doppel-S-Form" aufgereihten einzelnen
Wirbelkörper 2 einer
Wirbelsäule O.
Diese Wirbelsäule
O erstreckt sich im Wesentlichen in einer Längsrichtung L.
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Üblicherweise
wird eine Komplettaufnahme einer solchen Wirbelsäule O dadurch erstellt, dass eine
Röntgenquelle 3 und
ein Röntgendetektor 4 auf parallel
zur Längsrichtung
L verlaufenden Geraden vor und hinter der Wirbelsäule O jeweils
gleichmäßig verfahren
werden und an bestimmten Positionen – hier an drei Positionen – Teilaufnahmen
von benachbarten Abschnitten der Wirbelsäule O erstellt werden. Diese
Teilaufnahmen werden dann zu einer Gesamt-Röntgenaufnahme BG zusammengesetzt.
Ein Problem bei diesem Aufnahmeverfahren besteht darin, dass die
Wirbelsäule
O durch die typische Doppel-S-Form
eine Geometrie aufweist, welche in der Projektionsrichtung P, die
hier rechtwinklig zur Längsrichtung
L verläuft,
gekrümmt
ist. Dadurch entstehen Parallaxeneffekte und Überlagerung einzelner Wirbelkörper, so
dass in der Gesamt-Röntgenaufnahme BG Schattenbildungen auftreten. Diese Schatten
verhindern, dass insbesondere die in den meisten Fällen klinisch
sehr wichtigen Endbereiche der Wirbelkörper 2 und Zwischenräume zwischen
den Wirbelkörpern 2,
die Bandscheiben, nicht richtig auf der Aufnahme zu erkennen sind.
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Um
dies zu vermeiden, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 2 sowohl der Röntgenstrahler 3 als
auch der Röntgendetektor 4 entlang
von Kurven KQ, KD verfahren, die
an die Geometrie der Wirbelsäule
O angepasst sind, d. h. die im Wesentlichen dem Kurvenverlauf K
der Wirbelsäule
O folgen. Hierbei werden an jeder Aufnahme-Position S1,
S2 bis SN der Röntgenstrahler 3 und der
Röntgendetektor 4 so
passend zueinander ausgerichtet, dass die aktuelle Teilaufnahme-Projektionsrichtung
PT für
die jeweilige Teilaufnahme möglichst
senkrecht zum aufgenommenen Abschnitt der Wirbelsäule steht,
wie dies in 2 unten
dargestellt ist. Dadurch werden bereits in den Teilaufnahmen die Parallaxeneffekte
und Überlagerungen
der einzelnen Wirbelkörper
in den Endbereichen vermieden, so dass folglich auch in der zusammengesetzten
Aufnahme BG diese Effekte nicht mehr auftreten
können.
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Um
eine möglichst
gute Anpassung der einzelnen Teilaufnahmen an den Kurvenverlauf
der Wirbelsäule
O zu erreichen, werden erheblich mehr Teilaufnahmen an unterschiedlichen
Positionen gefertigt als dies nach dem Stand der Technik der Fall
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wurden lediglich drei
Teilaufnahmen und bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 2 insgesamt sieben einzelne
Teilaufnahmen gefertigt. Die Anzahl der Teilaufnahmen kann aber
im Prinzip beliebig gewählt
werden.
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Um
eine solche Vielzahl von Teilaufnahmen aus unterschiedlichen Positionen
in angemessener Zeit zu ermöglichen,
wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nur der mittlere Teilbereich des Detektors 4 als aktive
Fläche
FA genutzt. Das heißt, es wird beispielsweise
bei einem üblichen
quadratischen Detektor von 40 × 40
cm2 nur der zentrale Bereich von 40 × 20 cm2 genutzt, wobei die 20 cm Ausdehnung in
Längsrichtung
L der Wirbelsäule
O verläuft.
Die Erhöhung
der Anzahl der Teilaufnahmen bei gleichzeitiger Verringerung der
Detektorfläche
sorgt dafür,
dass die Verzerrungsartefakte minimiert werden und die Projektionsgeometrie
optimiert wird.
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Zur
weiteren Erläuterung
wird auf 3 verwiesen,
die den Aufbau eines typischen Festkörper-Röntgendetektors 4 zeigt.
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Ein
solcher Röntgendetektor 4 weist
zunächst
in Röntgenstrahlrichtung
R in vorderster Position eine bildwirksame Röntgenkonversionsschicht 5, beispielsweise
aus Cäsiumjodid
oder einem ähnlichen
Stoff auf. In dieser Röntgenkonversionsschicht 5 wird
die ankommende Röntgenstrahlung
in Licht umgewandelt. Dieses Licht wird dann von einer sich unmittelbar
hinter dem Röntgenkonverter 5 befindenden,
auf Basis von amorphem Silizium oder Ähnlichem aufgebauten, aktiven
Auslesematrix 6 – dem eigentlichen
Bildaufnehmer 6 – detektiert
und in elektrische Ladung umgewandelt. Hierzu weist die Matrix 6 mehrere
Fotodioden-Elemente 8 auf, die jeweils über ein aktives Schaltelement 7,
beispielsweise einen integrierten Transistor oder eine Diode, ausgelesen
werden können.
Die Ansteuerung erfolgt z. B. über
einen Zeilentreiber 9, welcher hier durch den Pfeil dargestellt
wird. Das Auslesen erfolgt spaltenweise in Pfeilrichtung 10,
wobei die ausgehenden Signale geeigneten Verstärkern, Multiplexern und ADCs
zugeführt
werden. Es handelt sich hierbei um einen üblichen Festkörper-Detektoraufbau, so
dass die Einzelheiten bezüglich
des Aufbaus sowie der Ansteuerung und des Auslesemechanismus dem Fachmann
bekannt sind und nicht weiter erläutert werden müssen.
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Durch
entsprechende Ansteuerung des Zeilentreibers ist ohne weiteres möglich, nur
die mittleren Spalten des Detektors 4 auszulesen, d. h.
tatsächlich
nur den mittleren Bereich des Detektors 4 zu nutzen. Dadurch
wird der Ausleseprozess entsprechend verkürzt, so dass im Verhältnis zu
dem in 1 gezeigten Verfahren,
bei welchem die gesamte Fläche
des Detektors 4 ausgenutzt wird, eine erheblich schnellere
Bildfolge möglich
ist. Somit wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Bewegungsartefakten
oder Überzeichnungsartefakten
verringert. Die schnellere Bildfolge kompensiert im Übrigen,
dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
höhere
Anzahl von Teilaufnahmen gefertigt wird, so dass insgesamt die Aufnahme
nach dem neuen Verfahren allenfalls unwesentlich länger dauert
als eine Wirbelsäulen-Aufnahme
nach dem bekannten Verfahren.
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4 zeigt noch einmal schematisch
das Verfahren zum Zusammensetzen der Gesamt-Röntgenaufnahme BG aus
den einzelnen Teilaufnahmen B1, B2 bis BN.
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Es
werden zunächst
einzelne Aufnahmen an verschiedenen Positionen S1,
S2 bis SN entlang
der Längsrichtung
L der Wirbelsäule
O gefertigt, wie dies im Verfahrensabschnitt (a) dargestellt ist.
Hierbei wird jedoch immer nur ein mittlerer Streifen der Gesamtdetektorfläche F des
Röntgendetektors 4 als
aktive Fläche
FA genutzt.
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Im
nächsten
Verfahrensschritt (b) werden die einzelnen Bildinhalte, welche von
der aktiven Fläche FA an den einzelnen Positionen S1,
S2 bis SN erfasst wurden,
d. h. die Teilaufnahmen B1, B2 bis
BN ausgelesen. Diese werden dann im Verfahrensschritt
(c) mit Hilfe eines üblichen,
dem Fachmann bekannten Bildfusionsverfahrens zusammengesetzt. Mit
Hilfe des Überlappungsbereichs
zwischen den einzelnen Aufnahmen B1, B2 bis BN werden diese
entzerrt und Grauwerte angepasst, so dass insgesamt im letzten Verfahrensschritt
(d) die gewünschte
Gesamtröntgenaufnahme
BG entsteht.
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Ein
mögliches
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Röntgenanlage 1 ist
in 5 dargestellt.
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Die
Röntgenanlage 1 weist
hier einen Röntgenstrahler 3 auf,
der so aufgehängt
ist, dass er in allen drei Raumkoordination x, y, z beliebig verfahren werden
kann. Hierzu ist der Röntgenstrahler 3 an
einem Teleskopstativ 11 an einer Deckenschiene 12 aufgehängt. Durch
Ausziehen des Teleskopstativs 11 lässt sich die Höhe des Röntgenstrahlers 3 in
z-Richtung bestimmen, durch Verschiebung des Teleskopstativs 11 an
der Aufhängeschiene 12 bzw.
durch Verschieben der Aufhängeschiene 12 im
Raum lässt sich
der Röntgenstrahler 3 in
x- und y-Rich tung positionieren. Außerdem ist eine axiale Drehung
des Teleskopstativs 11 und damit des Röntgenstrahlers 3 um
die Längsachse
D2 des Teleskopstativs 11 möglich. Des
Weiteren kann der Röntgenstrahler 3 auch um
eine senkrecht zum Teleskopstativ 11 verlaufende Achse
D1 beliebig geschwenkt werden.
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In
gleicher Weise ist ein Röntgendetektor 4 – im vorliegenden
Fall ein Festkörperdetektor 4 gemäß 3 – an einem Teleskopstativ 13 und
einer Deckenschiene 14 aufgehängt, so dass er sich ebenso in
der Höhe
(z-Richtung) und in der x-/y-Richtung frei im Raum bewegen lässt. Auch
dieser Röntgendetektor 4 ist
um eine in Längsrichtung
des Teleskopstativs 13 verlaufende Achse D4 nach
rechts und links sowie um eine senkrecht zu dieser ersten Achse
D4 verlaufende zweite Achse D3 nach
oben und unten verschwenkbar.
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Die
Röntgenanlage 1 weist
entsprechende Antriebsaggregate bzw. Stellglieder (nicht dargestellt)
auf, damit die Positionierung des Röntgenstrahlers 3 und
des Röntgendetektors 4 vollautomatisch
erfolgen kann. Hierzu werden die Stellglieder von einer Steuereinrichtung 15 über Steuerleitungen 16, 17 angesteuert.
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Die
Röntgenanlage
weist außerdem
einen üblichen
Röntgengenerator 18 auf,
welcher die Röntgenquelle 3 über eine
Zuleitung 19 mit der nötigen Hochspannung
versorgt. Üblicherweise
erfolgt diese Zuleitung über
die Deckenschiene 12 und durch das Teleskopstativ 11.
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Die
gesamte Anlage 1 wird zentral von einer Bedieneinheit 20 angesteuert,
welche auch gleichzeitig die Bildstation mit einem geeigneten Monitor bildet. Über Steuerleitungen 23, 21 wird
von dieser Bedieneinrichtung 20 der Röntgengenerator 18 und die
Steuereinrichtung 15 zur Positionierung des Röntgenstrahlers 3 und
des Detektors 4 gesteuert. Außerdem wird von der Bedieneinrichtung 20 der
Detektor 4 mit Hilfe einer ent sprechenden Detektoransteuereinheit 25 über eine
Steuerleitung 22 angesteuert bzw. auch ausgelesen.
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Sämtliche
Steuer- und Versorgungsleitungen 16, 17, 19, 21, 22, 23 sind
in 5 nur schematisch in
Form von gestrichelten Pfeilen dargestellt.
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Die
ausgelesenen Bilder können
dann in einer üblichen
Bildauswertungseinrichtung (nicht dargestellt) ausgewertet und auf
dem Monitor dargestellt werden bzw. zunächst, sofern es sich – wie im
vorliegenden Fall – um
Teilaufnahmen von bestimmten Abschnitten eines UntersuchungsobjektsO
handelt, in einer Bildkombinationseinrichtung 24, welche
auch Teil der Bildauswerteeinrichtung sein kann, zu einer Gesamtaufnahme
zusammengesetzt werden. Sowohl die Teilaufnahmen als auch die Gesamtaufnahme
können
in einem Speicher 28 zwischengespeichert oder endgültig archiviert
werden. Die Bildkombinationseinrichtung – ggf. auch als Untermodul
der Bildauswerteeinrichtung – und
die Detektoransteuereinrichtung 25 können in Form von Softwaremodulen auf
einer zentralen Rechnereinheit 26 der Bedieneinheit 20 installiert
sein.
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Es
ist klar, dass die Röntgenanlage 1 auch alle
weiteren, üblicherweise
in Röntgenanlagen
vorhandenen Komponenten aufweisen kann. So kann beispielsweise die
Bedieneinheit 20 entsprechende Schnittstellen zum Anschluss
an Bildinformationssysteme bzw. Management-Informationssysteme in einer
Klinik bzw. Arztpraxis oder dergleichen aufweisen. All diese Komponenten
sind aber der besseren Übersicht
wegen hier nicht explizit dargestellt.
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Die
in 5 dargestellte Anlage 1 hat
den Vorteil, dass die Röntgenquelle 3 und
der Röntgendetektor 4 durch
die unabhängige
Aufhängung
an den verfahrbaren und drehbaren Deckenstativen 11, 13 fast
beliebige Kurven im Raum durchfahren können. Daher kann mittels der
Steuereinrichtung 15 bei der Aufnahmeserie der Wirbelsäule O sowohl
dem Röntgenstrahler 3 als
auch dem Röntgendetektor 4 jeweils
eine Kurve KQ, KD (siehe 2) vorgegeben werden, die
möglichst
gut an die Anatomie der Wirbelsäule
O angepasst ist. Durch entsprechende Verschwenkungen um die Aufhängeachsen
D1, D3 können der
Röntgenstrahler 3 und
der Röntgendetektor 4 dabei
an jeder Position automatisch so ausgerichtet werden, dass die aktuelle
Teilaufnahme-Projektionsrichtung PT möglichst
senkrecht auf dem aufzunehmenden Abschnitt der Wirbelsäule O steht.
Dadurch werden Schattenbildungen und Überlagerungen der Wirbelsäule weitgehend
minimiert, wie dies in 2 dargestellt
ist.
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Um
für den
jeweiligen Einsatz die richtigen Kurven bzw. Bildpositionen und
Ausrichtungen für
die Röntgenquelle 3 und
den Röntgendetektor 4 zu
finden, gibt es verschiedene Möglichkeiten.
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Zum
einen können
systemseitig in einem Speicher 27 der Steuereinrichtung 15 verschiedene Kurvensätze hinterlegt
sein, welche verschiedene Körpergrößen und
somit verschiedene Längen
der Wirbelsäule
O berücksichtigen.
Hierbei besteht ein Kurvensatz aus einer Kurve KQ für den Röntgenstrahler 3 und
einer dazu passenden Kurve KD für den Röntgendetektor 4 sowie
den Positionen, an denen die einzelnen Teilaufnahmen entstehen,
und den Ausrichtungen des Röntgenstrahlers 3 und
des Röntgendetektors 4 an
der jeweiligen Position. Der am besten geeignete Kurvensatz wird
dann durch Vergleich der tatsächlichen
Körpergröße des Patienten und
der hinterlegten Kurvenschar des Systems ermittelt.
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Bei
einer Alternative ist im System lediglich ein Standardkurvensatz
vorgegeben, der einer Normgröße der Wirbelsäule entspricht.
Zur Anpassung dieses Normkurvensatzes wird beim stehenden Patienten
zunächst
der Strahler auf einen wohldefinierten Punkt auf Höhe des Kopfes,
z. B. auf Augenhöhe,
gefahren. Die Höhe
wird dann manuell oder automatisch vom System abgespeichert. Anschließend wird
der Strahler auf einen weiteren wohldefinierten Punkt auf Höhe des Beckens,
z. B.
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auf
Höhe des
Beckenknochens, verfahren. Auch diese Höhe wird gespeichert. Aus der
Differenz der Höhen
ergibt sich dann ein Faktor, mit dem der im System gespeicherte
Kurvensatz skaliert wird. Hierzu kann ein Fitverfahren genutzt werden.
Es ist aber auch eine einfache Multiplikation mit einem Faktor F möglich, welcher
der gemessenen Höhe
geteilt durch eine Normhöhe
entspricht.
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Passende
Positionen des Röntgenstrahlers 3 und
des Röntgendetektors 4 ermittelt
das Steuerungssystem dann automatisch, indem die Aufnahmeprozedur
beispielsweise rechnerisch simuliert wird. Dies stellt sicher, dass
die in den verschiedenen Positionen erzeugten Teilaufnahmen einen
für die Bildfusion
wünschenswerten Überlapp
haben.
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Sofern
die einzelnen Teilaufnahmen nicht unmittelbar bereits in der Bildauswerteeinheit
der Bedieneinheit 20 zusammengesetzt werden, ist es möglich, die
einzelnen Teilaufnahmen entsprechend mit geeigneten Kennzeichnungen
abzuspeichern, so dass sie ohne weiteres zu einem späteren Zeitpunkt beliebig
auf einem anderen Rechner zusammengesetzt werden können.
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Es
wird zum Abschluss noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich
bei den in den Figuren dargestellten konkreten Verfahrensabläufen bzw.
der dargestellten Röntgenanlage 1 lediglich
um Ausführungsbeispiele
handelt. So sind in weiterem Umfang beliebige Variationen dieses
Ausführungsbeispiels möglich, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist es möglich, dass
die Steuereinrichtung 15 und/oder der Speicher 27,
in welchem die Kurvensätze
hinterlegt sind, integrativer Bestandteil der Bedieneinrichtung 20 sind.
Ebenso können
auch Funktionen der Bedieneinrichtung 20 ausgelagert sein
bzw. auf einem Netz von verschiedenen Servern verteilt sein, welche
entsprechend funktionell zusammenwirken.
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Es
bietet sich im Übrigen
an, bestehende Röntgenanlagen,
welche bereits eine motorisch in beliebige Positionen verfahrba re
Röntgenquelle 3 und
einen entsprechenden Röntgendetektor 4 aufweisen,
mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 15 und
einer geeigneten Detektoransteuereinrichtung nachzurüsten, um
auch diese Anlagen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu nutzen. Sofern diese Anlagen bereits Steuereinrichtungen mit
geeigneten Prozessoren aufweisen, reicht ggf. auch ein Update der
Steuerungssoftware mit geeigneten Steuerungs-Softwaremodulen aus.