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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Röntgeneinrichtung während der Aufnahme einer Abfolge von zweidimensionalen Bildern zur Nachverfolgung eines im Rahmen eines minimalinvasiven Eingriffs genutzten medizinischen Instruments sowie eine zugehörige Röntgeneinrichtung.
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Minimalinvasive medizinische Eingriffe mit medizinischen Instrumenten, beispielsweise Kathetern, Führungsdrähten oder anderen Einrichtungen, werden häufig unter fluoroskopischer Überwachung, also Röntgenüberwachung, durchgeführt. Das medizinische Instrument wird dabei beispielsweise durch Hohlorgane unter fluoroskopischer Überwachung an einen Zielort geführt, wobei häufig ein angiographischer Aufnahmeparametersatz für die Röntgeneinrichtung verwendet wird. Die medizinischen Einrichtungen werden mit fortschreitender Technik immer kleiner und spezialisierter, wobei als Beispiel transseptale Nadeln und Katheter genannt seien, und sind dementsprechend schwierig in den im Rahmen der Fluoroskopie aufgenommenen zweidimensionalen Bildern zu erkennen. Dies gilt insbesondere in Fällen ungünstiger Winkelstellungen oder großer Patienten bei niedriger Röntgendosis.
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Daher wird im Rahmen der Fluoroskopie versucht, eine möglichst konstante Bildqualität zu erreichen. Bei der gepulsten Fluoroskopie werden beispielsweise 3 bis 60 Bilder (frames) pro Sekunde durch diskrete Röntgenpulse aufgenommen. Bei Angiographiesystemen ist dabei häufig eine automatische Dosisregelung vorhanden. Die automatische Dosisregelung versucht, das Detektoreingangssignal bzw. die Röntgendosis am Detektor (also die Bildhelligkeit) in einem bestimmten Messbereich am Detektor konstant zu halten. Ändern sich beispielsweise die Stellung eines C-Arms, die Patientenposition und sonstige Aufnahmeparameter (Zoom, Betriebsmodus, ...) nicht, werden die Röntgenpulse üblicherweise identisch sein, also ungefähr dieselbe Zahl und Energieverteilung von Photonen aufweisen, und somit eine gleichförmige Röntgendosis erzeugen.
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Bezüglich der Bewegungsartefakte wurde vorgeschlagen, die einzelnen Fluoroskopiebilder getriggert aufzunehmen, so genanntes „Gating” (biologisch moduliertes Puls-Timing). Ein solches „Gating” kann entweder auf dem Herzzyklus oder dem Atemzyklus eines Patienten basieren und reguliert die Zeitgabe der Fluoroskopie. Das Ziel des Gatings ist die Synchronisierung der Bildaufnahme, um vergleichbare Bilder und Bildsequenzen trotz der Bewegungszyklen des Herzens und/oder der Atmung zu erhalten.
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Ein Nachteil der heutigen automatischen Dosisregelungssysteme ist, dass eine konstante Bildhelligkeit nicht unbedingt einer besseren Bildqualität entspricht. Auch das Gating garantiert keine optimale Bildqualität, trägt jedoch dazu bei, Bewegungsartefakte zu vermeiden.
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Um die Sichtbarkeit des medizinischen Instruments in den aufgenommenen zweidimensionalen Bildern zu verbessern oder gar eine Lokalisierung des Instruments in den zweidimensionalen Bildern zu ermöglichen, sind Echtzeitalgorithmen bekannt, die der besseren Sichtbarkeit der Einrichtung in dem Bilde dienen. Dabei sind im Wesentlichen zwei grundlegende Varianten bekannt, die auch kombiniert werden können. Zum einen kann eine globale Bearbeitung eines zweidimensionalen Bildes der Abfolge vorgenommen werden, die beispielsweise den Kontrast des medizinischen Instruments erhöht, ohne es dabei konkret lokalisieren zu müssen, da die Lokalisierung dann vereinfacht durch einen Benutzer nach Darstellung des Bildes an einem Monitor erfolgen kann. Genauso gut ist es jedoch denkbar, dass – beispielsweise über geeignete Segmentierungsalgorithmen – das Instrument im Bild schon lokalisiert wird und dann, beispielsweise durch ein Label, deutlich gekennzeichnet wird. Werden solche Algorithmen verwendet, so ist je nach Bildqualität und Situation eine unterschiedliche Zuverlässigkeit des Algorithmus gegeben. Insbesondere können die Bedürfnisse des Algorithmus nicht an die Röntgeneinrichtung weitergegeben werden.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 032 370 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Position und Orientierung einer unter Verwendung eines mittels einer Navigationseinrichtung erzeugten Navigationsmagnetfeldes durch ein Untersuchungsobjekt geführten Endoskopiekapsel, wobei unter Verwendung einer Röntgeneinrichtung Strahlungsbilder, in denen die Endoskopiekapsel gezeigt ist, aufgenommen werden, wobei anhand der positions- und orientierungsabhängigen Abbildung der Endoskopiekapsel in den Strahlungsbildern die Position und Orientierung der Endoskopiekapsel bestimmt wird.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 044 338 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisation eines in ein Untersuchungsobjekt mindestens teilweise eingeführten, medizinischen Instruments, wobei das medizinische Instrument erfassende Bilder des Untersuchungsobjekts aufgenommen werden. Indem ein Bild unter ersten Aufnahmebedingungen und ein im wesentliches gleiches Bild unter zweiten Aufnahmebedingungen aufgenommen wird, und indem das medizinische Instrument aus einer Subtraktion von Bilddatensätzen erster und zweiter Aufnahmebedingungen lokalisiert wird, kann ein Verfahren bereitgestellt werden, das möglichst wenig Interaktion durch einen Benutzer erfordert.
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Die Offenlegungsschrift
WO 2007/002926 A2 offenbart ein Verfahren zum Tracking von Gewebe durch Ultraschall ohne die Verwendung von Markern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren zur Steuerung der Bildaufnahme bei einem minimalinvasiven Eingriff anzugeben, welches eine verbesserte Auffindbarkeit des medizinischen Instruments in den aufgenommenen zweidimensionalen Bildern erlaubt.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren gemäß den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es wird demnach vorgeschlagen, die zuletzt aufgenommenen Bilder – insbesondere die zwei zuletzt aufgenommenen Bilder – dahingehend zu vergleichen, inwieweit sich die Lokalisierung des Instruments vereinfacht, erschwert oder einfach nur verändert hat. Diese aktuelle zeitliche Entwicklung wird durch einen Vergleichswert wiedergegeben, der mithin aussagt, inwieweit die Lokalisierung des Instruments verbesserbar oder verschlechterbar ist. Es dient mithin zur Regelung wenigstens eines Aufnahmeparameters für die Aufnahme wenigstens des folgenden Bildes, insbesondere auch mehrerer folgender Bilder, bis der Aufnahmeparameter – beispielsweise aufgrund des Vergleichswerts – wieder einer Anpassung bedarf. Auf diese Weise wird also beobachtet, wie die Qualität der Lokalisierung des Instruments sich entwickelt und darauf basierend eine Regelung vorgenommen, sodass letztlich immer eine bestimmte Qualität der Bilder im Hinblick auf deren Aufgabe, nämlich die Lokalisierung des medizinischen Instruments, gegeben ist. So wird die Bildqualität vorteilhafterweise der eigentlichen Aufgabenstellung angepasst und im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments, gegebenenfalls im Rahmen weiterer Randbedingungen, möglichst optimal gewählt.
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Als Aufnahmeparameter können dabei die Röntgendosis an einem Detektor und/oder die Spannung an einer Strahlungsquelle und/oder die Bildfrequenz am Detektor und/oder der Zoom und/oder ein Filter und/oder ein Kollimator und/oder eine Ortsabhängigkeit der Röntgenstrahlung und/oder die Energie des Röntgenpulses angepasst werden. Selbstverständlich ist auch eine Anpassung weiterer, hier nicht näher genannter Parameter, möglich. Während nur die Anpassung eines einzigen Aufnahmeparameters, beispielsweise der Röntgendosis, aufgrund des Vergleichswerts bereits zu merkbaren Ergebnissen und zu einer Verbesserung der Auffindbarkeit des medizinischen Instruments führen kann, sind auch weitaus komplexere Verfahren zur Optimierung der Aufnahmeparameter denkbar. Wird beispielsweise ein das Instrument in einem Bild hervorhebender und/oder lokalisierender Algorithmus verwendet, so hängt dieser sehr stark von der Bildqualität ab. Die Bildqualität selber hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Einer der hauptsächlichen Faktoren, der die Qualität eines Bilds bestimmt, ist die bereits genannte Röntgendosis, also die Zahl der Photonen, die zur Aufnahme des Bildes verwendet werden. Eine höhere Dosis wird üblicherweise eine bessere Bildqualität zur Folge haben, da das Rauschniveau relativ zum Nutzsignal sinkt, folglich ein höheres SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) erzielt wird. Ein anderer, die Bildqualität beeinflussender Faktor ist die Spannung an einer Strahlungsquelle. Diese bestimmt den Bildkontrast. Hin zu niedrigeren Spannungen steigt der Kontrast an, aber dieser Vorteil hat ein Absinken der Röntgendosis am Detektor zur Folge, sofern die Patienteneingangsdosis nicht erhöht wird. Ein weiterer Faktor, der die Bildqualität bestimmt, ist die Filterung des Bildes. Damit werden sowohl Software-Filter als auch mechanische Filter, die vor der Strahlungsquelle eingesetzt werden, angesprochen. Beispielsweise können Filter vor der Strahlungsquelle eingesetzt werden, um die Zahl der Niedrigenergiequanten zu reduzieren, die niemals den Detektor erreichen werden, da sie den Körper eines Patienten nicht durchqueren. Ersichtlich hängen alle diese Faktoren und Aufnahmeparameter miteinander zusammen. Zusätzlich muss grundsätzlich beachtet werden, dass der Patient keiner zu hohen Dosis ausgesetzt wird, was eine weitere wichtige Randbedingung darstellt. So wird es aus Strahlenschutzgründen häufig nicht sinnvoll sein, eine perfekte Bildqualität zu erreichen. Ersichtlich wird, dass im allgemeinen Fall ein mehrdimensionales Optimierungsproblem zur Anpassung der Aufnahmeparameter gelöst werden muss, wofür geeignete Algorithmen bekannt sind. Letztlich muss ein geeigneter Kompromiss zwischen der Bildqualität und der Strahlungsbelastung gefunden werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch Randbedingungen im erfindungsgemäßen Verfahren Berücksichtigung finden können, beispielsweise Minimal- und Maximalwerte für die Aufnahmeparameter oder abgeleitete Größen. Auch andere Werte, von denen die Anpassung der Aufnahmeparameter abhängen soll, können zusätzlich Berücksichtigung finden.
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Wie bereits erwähnt, ist es häufig üblich und daher auch im erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einen das Instrument in einem Bild hervorhebenden und/oder lokalisierenden Algorithmus zu verwenden. Derartige Algorithmen sind allgemein bekannt und wurden eingangs geschildert. Sie sind ein Weg, automatische Maßnahmen vorzusehen, um einem Benutzer das Auffinden des Instruments in den ihm dargestellten Bildern zu erleichtern.
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Wird ein solcher Algorithmus verwendet, so kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Vergleichswerts ein Zuverlässigkeitsmaß des das Instrument in einem Bild hervorhebenden und/oder lokalisierenden Algorithmus verwendet wird. Ein solches Zuverlässigkeitsmaß kann beispielsweise ein Wahrscheinlichkeitswert, also ein Wert von 0 bis 1, sein, der die Sicherheit angibt, mit der das medizinische Instrument an einer bestimmten Stelle in dem entsprechenden Bild aufgefunden und/oder identifiziert wurde. Ein Wert nahe Null würde dann einen wahrscheinlichen Fehlschlag des Algorithmus bedeuten, ein Wert nahe 1 eine hohe Erfolgssicherheit angeben. Die Bestimmung solcher Zuverlässigkeitsmaße ist allgemein bekannt, beispielsweise kann als globales Maß das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) berücksichtigt werden, es kann der Kontrast an Kanten über Gradienten berechnet werden und dergleichen. Verschiedene Möglichkeiten sind hier denkbar, um ein Zuverlässigkeitsmaß zu erhalten. Ein solches Zuverlässigkeitsmaß ist zur Ermittlung des Vergleichswertes besonders gut geeignet, da, wird das Zuverlässigkeitsmaß in aufeinander folgenden Bildern verglichen, genau gesagt werden kann, ob sich die Treffsicherheit des Algorithmus eher erhöht oder eher erniedrigt. Einer so angegebenen Verschlechterung der Lokalisierung kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Bildqualität entgegengewirkt werden.
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Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Vergleichswert durch Subtraktion der Zuverlässigkeitsmaße zweiter aufeinander folgender Bilder und/oder durch Vergleich von gleitenden Mittelwerten des Zuverlässigkeitsmaßes ermittelt wird. Es entsteht in beiden Fällen eine Differenz, wobei es im einen Fall ausreichend ist, die beiden zuletzt aufgenommenen Bilder zu betrachten, sodass nach der Aufnahme jedes Bildes eine Anpassung der Aufnahmeparameter erfolgen kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Anpassung der Aufnahmeparameter erst nach längeren Intervallen basierend auf gleitenden Mittelwerten vorzunehmen.
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In konkreter Ausgestaltung, falls, wie eben beschrieben, eine solche Differenz von Zuverlässigkeitsmaßen bzw. deren Mittelwerten verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass bei Überschreitung eines Mindestwerts für das Zuverlässigkeitsmaß im letzten aufgenommenen Bild oder des gleitenden Mittelwerts des Zuverlässigkeitsmaßes bezüglich des letzten aufgenommenen Bildes,
- – wenn die Differenz zwischen den Zuverlässigkeitsmaßen oder den Mittelwerten einen Schwellwert überschreitet, falls das Zuverlässigkeitsmaß oder der Mittelwert steigt, die Dosis am Detektor proportional zur Differenz erniedrigt wird, und falls das Zuverlässigkeitsmaß oder der Mittelwert fällt, die Dosis am Detektor proportional zur Differenz erhöht wird,
- – wenn die Differenz den Schwellwert unterschreitet, die Dosis am Detektor um einen vorbestimmten kleinen Wert erniedrigt wird.
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Die hier dargestellten Regeln zur Anpassung der Aufnahmeparameter sind recht einfach, ermöglichen dennoch eine Verbesserung der Lokalisierung des Instruments, solange man sich bereits in einem geeigneten Bereich der Bildqualität befindet, also eine gewisse Höhe des Zuverlässigkeitsmaßes gegeben ist. Sinkt das Zuverlässigkeitsmaß, so wird die Röntgendosis innerhalb vorgegebener Grenzen proportional erhöht, also auch die Bildqualität verbessert, sodass das Zuverlässigkeitsmaß wieder steigen sollte. Steigt das Zuverlässigkeitsmaß stärker an, kann die Röntgendosis zum Patientenschutz proportional erniedrigt werden. Wenn das Zuverlässigkeitsmaß ungefähr gleich bleibt, also nur kleinen Schwankungen unterworfen ist, sich aber trotzdem noch oberhalb des Mindestwerts bewegt, kann die Dosis um einen kleinen, vorbestimmten konstanten Wert erniedrigt werden. So wird die Strahlenbelastung bei Aufrechterhaltung des Mindestwerts für das Zuverlässigkeitsmaß optimiert. Es sei darauf hingewiesen, dass, um den Mindestwert für das Zuverlässigkeitsmaß zu erreichen, eine manuelle Abstimmung erfolgen kann. Genauso gut kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass bis zum Erreichen des Mindestwertes grundsätzlich eine Verbesserung der Bildqualität von Bild zu Bild vorgesehen wird, im vorliegenden Beispiel also entsprechend eine Erhöhung der Röntgendosis am Detektor.
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Wie bereits erwähnt, sind eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, zu einem Algorithmus ein geeignetes Zuverlässigkeitsmaß zu ermitteln. Daher kann vorgesehen sein, dass für jedes Bild mehrere Zuverlässigkeitsmaße nach verschiedenen Algorithmen ermittelt werden, wobei das zur Bildung des Vergleichswerts verwendete Zuverlässigkeitsmaß durch ein Bewertungsschema und/oder ein Wichtungsschema ermittelt wird. Auf diese Weise wird eine robustere Anpassung der Aufnahmeparameter ermöglicht.
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Wird ein solches Zuverlässigkeitsmaß ohnehin für jedes Bild ermittelt, können auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gewählt werden. So kann vorgesehen sein, dass für eine Auswertung der Bilder die Bilder und/oder daraus ermittelte Daten entsprechend dem Zuverlässigkeitsmaß des Bildes gewichtet werden. Bilder, in denen das Instrument ohnehin nur schwer aufzufinden ist, die also ein niedriges Zuverlässigkeitsmaß aufweisen, können somit beispielsweise weniger Rechenzeit erhalten oder ihre Daten können weniger Eingang in eine Auswertung finden.
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Mit besonderem Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, dass eine Wichtung des aufzunehmenden Bildes anhand wenigstens eines insbesondere angepassten Aufnahmeparameters in Bezug auf den das Instrument in einem Bild hervorhebenden und/oder lokalisierenden Algorithmus vorgenommen wird. Im oben genannten Beispiel der Röntgendosis als Aufnahmeparameter erhält also der Algorithmus mit dem neu aufgenommenen Bild auch den Aufnahmeparameter, hier die Röntgendosis, also eine Aussage über die Qualität und insbesondere das Signal-Rausch-Verhältnis. So ist es möglich, dass der Algorithmus eine größere Anzahl von Berechnungsressourcen für Bilder aufwendet, die mehr Informationsinhalt und weniger Rauschen umfassen.
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Es sind auch Röntgeneinrichtungen bekannt, bei denen auch eine örtliche Veränderung der Dosis, also eine Ortsabhängigkeit der Röntgenstrahlung, eingestellt werden kann. Dazu kann beispielsweise ein geeigneter Satz von Kollimatoren oder Filtern vorgesehen sein, beispielsweise strahlungsundurchlässige oder semitransparente Kollimatoren, es ist jedoch auch möglich, speziell geformte oder gesteuerte Strahlungsquellen zu verwenden. Aus dem Zuverlässigkeitsmaß oder auch auf sonstigem Wege, beispielsweise bei einer Ermittlung einer Position des Instruments, insbesondere einer vermuteten Position des Instruments im nächsten aufzunehmenden Bild, kann demnach auch ermittelt werden, in welchen Bereichen der Algorithmus mehr Informationen benötigt. Dann kann vorgesehen sein, dass die Dosis am Detektor räumlich variiert wird, indem in Bereichen, in denen der Algorithmus mehr Informationen benötigt, die Dosis erhöht wird und in Bereichen, in denen der Algorithmus weniger Information benötigt, die Dosis erniedrigt wird. So kann die Strahlungsbelastung des Patienten weiter optimiert werden, während weiterhin dem Algorithmus hinreichende Informationen zur Verfügung stehen, sodass dennoch ein hohes Zuverlässigkeitsmaß erreicht wird.
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Neben dem Zuverlässigkeitsmaß kann allgemein, wie auch bezüglich der ortsabhängigen Dosisanpassung schon beschrieben, vorgesehen sein, dass als Vergleichswert ein die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei Bildern wiedergebender Wert verwendet wird. Dabei wird also beobachtet, welchen Bewegungsweg das medizinische Instrument nimmt, sodass beispielsweise gefolgert werden kann, welche Position es in einem darauf folgenden Bild einnehmen könnte. Entsprechend können dann die Aufnahmeparameter angepasst werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer ortsabhängig möglichen Bestrahlung ein Fenster hoher Qualität ständig mit dem Instrument mitbewegt wird, um so den Algorithmus an den Positionen, an denen Information benötigt wird, eine besonders hohe Bildqualität bieten zu können, während in anderen Bereichen die Dosis erniedrigt werden kann, beispielsweise durch semitransparente Keilfilter oder dergleichen. Aufgrund des die Bewegung des Instruments wiedergebenden Werts kann also die Dosis am Detektor räumlich variiert werden. Neben der Verwendung von im Bild durch einen Algorithmus bestimmten Positionen des Instruments zur Ermittlung des die Bewegung des Instruments wiedergebenden Werts können dafür auch Subtraktionsbilder verwendet werden. Da sich die Anatomie während der Navigation des Instruments üblicherweise nicht verändert, sind die hauptsächlichen Unterschiede durch die Bewegung des Instruments in den Bildern gegeben, sodass hier Schlussfolgerungen über dessen Bewegungsweg angestellt werden können.
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Wie bereits erwähnt, muss eine Anpassung der Aufnahmeparameter nicht nach der Aufnahme jedes neuen Bildes in Betracht gezogen werden, sondern es kann auch vorgesehen sein, dass eine Anpassung der Aufnahmeparameter jeweils nach einer bestimmten Anzahl aufgenommener Bilder erfolgt. Dann ist es, wie bereits erwähnt, nützlich, wenn beispielsweise Mittelwerte über die bislang aufgenommenen Bilder betrachtet werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Röntgeneinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine solche Röntgeneinrichtung umfasst beispielsweise eine Steuereinrichtung, die zur Ermittlung wenigstens eines Vergleichswerts ausgebildet ist, und dann abhängig von dem Vergleichswert die verschiedenen Komponenten der Röntgeneinrichtung mit angepassten Aufnahmeparametern ansteuern kann. Mit einer solchen Röntgeneinrichtung ist es besonders vorteilhaft möglich, ein medizinisches Instrument bei einem minimalinvasiven Eingriff nachzuverfolgen. Alle Ausführungen bezüglich des Verfahrens lassen sich sinngemäß auf die erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung übertragen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 Einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung.
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1 zeigt den Ablaufplan eines Verfahrens zur Steuerung einer Röntgeneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird genutzt, wenn während eines minimalinvasiven Eingriffs an einem Patienten ein medizinisches Instrument auf seinem Weg im Körper des Patienten nachverfolgt werden soll. Die Nachverfolgung erfolgt fluoroskopisch, das bedeutet, es wird eine Abfolge von zweidimensionalen Bildern mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen, beispielsweise mit einer Rate von 3 bis 60 Bildern pro Sekunde.
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In 1 wird davon ausgegangen, dass bereits eine gewisse Mindestqualität der Bilder, die eine akzeptable (und einen Kompromiss mit der Strahlenbelastung des Patienten bildende) Lokalisierung des medizinischen Instruments erlaubt. Die zweidimensionalen Bilder werden dafür, insbesondere wie gleich näher erläutert, nachbearbeitet und an einem Monitor dargestellt, sodass ein Benutzer durch Betrachten der Bilder die Position des Instruments möglichst gut erkennen kann.
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Verwendet wird im Rahmen des in 1 dargestellten Verfahrens dabei ein das Instrument in einem Bild hervorhebender und/oder lokalisierender Algorithmus. Dieser sorgt dafür, dass man auf der letztendlichen Darstellung des zweidimensionalen Bilds, beispielsweise durch Veränderung der Bilddaten, das Instrument besser erkennen kann, und/oder findet das Instrument gar in dem Bild auf und hebt es gezielt hervor, beispielsweise durch ein entsprechendes Label. Der Algorithmus wird auf jedes der aufgenommenen Bilder angewandt, bevor dieses dargestellt wird. Von diesem Algorithmus können weitere Informationen abgefragt werden, insbesondere ein Zuverlässigkeitsmaß, das auf einer Skala von 0 bis 1 angibt, wie gut der Algorithmus gearbeitet hat, insbesondere, wie zuverlässig eine Lokalisierung des Instruments aufgrund des Algorithmus möglich ist. Dabei können auch mehrere Zuverlässigkeitsmaße auf verschiedenem Wege ermittelt werden, und dann ein Bewertungsschema und/oder ein Wichtungsschema eingesetzt werden, um ein vom erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendendes Zuverlässigkeitsmaß zu erhalten.
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Ein Schritt 1 in 1 markiert die Aufnahme eines neuen zweidimensionalen Bildes. Daraufhin wird in einem Schritt 2 ein Vergleichswert ermittelt, mithilfe dessen die zwei zuletzt aufgenommenen Bilder im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments beurteilt werden können. Im vorliegenden Beispiel wird die Differenz der Zuverlässigkeitsmaße des Algorithmus bestimmt.
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An dieser Stelle seien zwei Anmerkungen gemacht. Zum einen können selbstverständlich auch mehrere Vergleichswerte ermittelt werden, beispielsweise kann zusätzlich ein die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei Bildern wiedergegebener Wert verwendet werden, wozu beispielsweise Subtraktionsbilder und/oder im Bild durch den oder einen weiteren Algorithmus bestimmte Position des Instruments verwendet werden können. Ein solcher die Bewegung des Instruments zwischen wenigstens zwei Bildern wiedergebender Wert kann beispielsweise dann genutzt werden, wenn im im Folgenden noch näher zu diskutierenden Schritt 3 die Dosis am Detektor der Röntgeneinrichtung räumlich variiert werden soll. So kann erreicht werden, dass im Bereich des Instruments eine hohe Bildqualität vorliegt, also dort, wo der Algorithmus Daten benötigt, diese in hoher Qualität zur Verfügung stehen, während in anderen Gebieten, beispielsweise durch Keilfilter, die Strahlenbelastung und Bildqualität niedriger sein kann.
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Als zweite Anmerkung sei darauf hingewiesen, dass nicht unbedingt nach jedem Bild ein solcher Vergleichswert ermittelt werden muss. Dies kann auch in Intervallen geschehen, beispielsweise können dann gleitende Mittelwerte des Zuverlässigkeitsmaßes betrachtet und verglichen werden.
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In einem Schritt 3 wird dann der Vergleichswert ausgewertet, um wenigstens einen Aufnahmeparameter für die Aufnahme wenigstens des folgenden Bildes bei Bedarf anzupassen. Dabei können beliebig komplexe Regeln aufgestellt werden, mit denen als Aufnahmeparameter beispielsweise die Röntgendosis an dem Detektor und/oder die Spannung an einer Strahlungsquelle der Röntgeneinrichtung und/oder die Bildfrequenz am Detektor und/oder der Zoom und/oder ein Filter und/oder ein Kollimator und/oder eine Ortsabhängigkeit der Röntgenstrahlung und/oder die Energie des Röntgenpulses angepasst werden können. Hierfür sei im Folgenden ein einfaches Beispiel dargestellt, bei dem aufgrund der Differenz des Zuverlässigkeitsmaßes die Röntgendosis am Detektor geregelt wird.
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Zunächst wird überprüft, ob das Zuverlässigkeitsmaß im letzten aufgenommenen Bild den Mindestwert, wie er oben diskutiert wurde, auch tatsächlich überschreitet. Ist dies der Fall, so werden einige Regeln betrachtet.
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Wenn die Differenz zwischen den Zuverlässigkeitsmaßen oder den Mittelwerten einen Schwellwert überschreitet, also besonders groß ist, erfolgt eine proportionale Anpassung der Röntgendosis am Detektor. Steigt das Zuverlässigkeitsmaß, so wird die Dosis am Detektor proportional zur Differenz erniedrigt, da erkannt wurde, dass mit einer niedrigeren Dosis trotzdem noch eine hinreichende Qualität erreicht werden kann. Sinkt das Zuverlässigkeitsmaß jedoch, so wird die Röntgendosis am Detektor proportional zur Differenz erhöht, da erkannt wurde, dass eine Senkung der Bildqualität im Hinblick auf die Lokalisierung des Instruments kompensiert werden muss.
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Ist die Differenz jedoch kleiner als der Schwellwert, so ist vorgesehen, dass die Dosis am Detektor um einen vorbestimmten kleinen Wert erniedrigt wird. So wird versucht, die Strahlendosis so niedrig wie möglich bei aufrechterhaltenem Mindestwert zu halten.
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Sollte der Zuverlässigkeitswert den Mindestwert tatsächlich unterschreiten, so kann in jedem Fall eine Erhöhung der Dosis am Detektor vorgesehen sein.
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Wie bereits erwähnt, sind im Schritt 3 auch komplexere Anpassungsschemata, die auch auf mehreren Vergleichswerten basieren können, möglich.
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Sind die Aufnahmeparameter erst angepasst, so wird mit diesen Aufnahmeparametern, wie durch den Pfeil 4 angedeutet, das nächste Bild unter deren Berücksichtigung erneut in Schritt 1 aufgenommen. Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren letztlich also um ein Regelungsverfahren, welches exakt auf die Bedürfnisse bei der Nachverfolgung eines medizinischen Instruments abgestimmt ist.
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Es sei noch angemerkt, dass auch durch das Zuverlässigkeitsmaß und/oder weitere von dem Algorithmus abfragbare Daten ermittelt werden kann, in welchen Bereichen der Algorithmus zur Steigerung des Zuverlässigkeitsmaßes genauere Daten erfordert und als Aufnahmeparameter dann entsprechend die Röntgendosis am Detektor räumlich derart angepasst werden kann, dass in den für den Algorithmus besonders relevanten Bereichen die Dosis und somit die Bildqualität hoch ist, in für den Algorithmus eher irrelevanten Bereichen die Dosis aber abgesenkt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zudem vorgesehen, dass die angepassten Aufnahmeparameter mit an den Algorithmus übergeben werden, sodass dieser die einzelnen aufgenommenen Bilder bezüglich der Zuteilung von Rechenressourcen bei der Anwendung des Algorithmus darauf wichten kann. Das bedeutet, dass beispielsweise die Dosis als Aufnahmeparameter an den Algorithmus weitergegeben wird. Weist ein Bild eine niedrige Röntgendosis am Detektor auf, so ist die Bildqualität auch niedriger zu bewerten, sodass weniger Rechenressourcen auf dieses Bild verwendet werden können. Im umgekehrten Fall können bei einer besonders hohen Röntgendosis am Detektor, also bei besser zur Auswertung geeigneten Daten, mehr Ressourcen auf die Auswertung dieses Bilds verwendet werden.
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Sollen die aufgenommenen Bilder später noch weiter ausgewertet werden, beispielsweise auch nach dem minimalinvasiven Eingriff, kann vorgesehen sein, die Bilder bei der Auswertung anhand des ohnehin ermittelten Zuverlässigkeitsmaßes zu wichten und somit Bilder, bei denen eine schlechtere Qualität und somit weniger Zuverlässigkeit bei der Auffindung des medizinischen Instruments bekannt ist, weniger stark zu berücksichtigen oder gar auszusortieren.
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2 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 5. Sie umfasst einen um eine Patientenliege 6 drehbaren C-Arm 7 mit einer Strahlungsquelle 8, die einem Detektor 9 gegenüberliegt. Gesteuert wird die Röntgeneinrichtung 5 durch eine Steuereinrichtung 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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In der Steuereinrichtung 10 werden zunächst auch die aufgenommenen zweidimensionalen Bilder zur Nachverfolgung des medizinischen Instruments bearbeitet, insbesondere durch Anwendung des oben bereits genannten Algorithmus, um dann auf einer Darstellungseinrichtung 11 angezeigt werden zu können. Zugleich ermittelt die Steuereinrichtung 10 jedoch auch den Vergleichswert und nimmt die entsprechende Anpassung der Aufnahmeparameter vor, wie dies oben bereits beschrieben wurde. So kann eine sehr gute, gleich bleibende Bildqualität bezüglich der Nachverfolgung eines medizinischen Instruments erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schritt
- 2
- Schritt
- 3
- Schritt
- 4
- Pfeil
- 5
- Röntgeneinrichtung
- 6
- Patientenliege
- 7
- C-Arm
- 8
- Strahlungsquelle
- 9
- Detektor
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Darstellungseinrichtung