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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren. Überdies betrifft die Erfindung eine Objekt-Positionierungseinrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung eine bildgebende medizinische Einrichtung.
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Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts und darüber hinaus auch für weitere Anwendungen genutzt werden können.
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Häufig basieren die bildgebenden Verfahren auf der Erfassung von Röntgenstrahlung, wobei sogenannte Projektionsmessdaten erzeugt werden. Beispielsweise können Projektionsmessdaten mit Hilfe eines Computertomographie-Systems (CT-Systems) akquiriert werden. Bei CT-Systemen läuft gewöhnlich eine an einer Gantry angeordnete Kombination aus Röntgenquelle und gegenüberliegend angeordnetem Röntgendetektor um einen Messraum um, in dem sich das Untersuchungsobjekt (das im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Patient bezeichnet wird) befindet. Das Drehzentrum (auch „Isozentrum“ genannt) fällt dabei mit einer sogenannten Systemachse z zusammen. Bei einem oder mehreren Umläufen wird der Patient mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle durchstrahlt, wobei mit Hilfe des gegenüberliegenden Röntgendetektors Projektionsmessdaten bzw. Röntgenprojektionsdaten erfasst werden.
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Die bei der CT-Bildgebung verwendeten Röntgendetektoren weisen gewöhnlich eine Mehrzahl von Detektionseinheiten auf, die meist in Form eines regelmäßigen Pixelarrays angeordnet sind. Die Detektionseinheiten erzeugen jeweils für auf die Detektionseinheiten auftreffende Röntgenstrahlung ein Detektionssignal, welches zu bestimmten Zeitpunkten hinsichtlich Intensität und spektraler Verteilung der Röntgenstrahlung analysiert wird, um Rückschlüsse auf das Untersuchungsobjekt zu erhalten und Projektionsmessdaten zu erzeugen.
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Andere Bildgebungstechniken beruhen zum Beispiel auf der Magnetresonanztomographie. Bei der Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen wird der zu untersuchende Körper einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 Tesla, 3 Tesla, oder bei neueren Hochmagnetfeldanlagen sogar von 7 Tesla, ausgesetzt. Es wird dann mit einer geeigneten Antenneneinrichtung ein hochfrequentes Anregungssignal ausgesendet, welches dazu führt, dass die Kernspins bestimmter durch dieses Hochfrequenzfeld in dem gegebenen Magnetfeld resonant angeregter Atome um einen bestimmten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Das bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlte Hochfrequenzsignal, das sog. Magnetresonanzsignal, wird dann mit geeigneten Antenneneinrichtungen, welche auch identisch mit der Sendeantenneneinrichtung sein können, aufgefangen. Die so akquirierten Rohdaten werden schließlich genutzt, um die gewünschten Bilddaten zu rekonstruieren. Zur Ortskodierung werden dem Grundmagnetfeld während des Sendens und des Auslesens bzw. Empfangens der Hochfrequenzsignale jeweils definierte Magnetfeldgradienten überlagert.
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Für verschiedene bildgebende Untersuchungen ist ein Patient unterschiedlich zu lagern. Zum Beispiel sollen bei der CT-Bildgebung zur Reduktion einer Strahlendosis die Arme des Patienten über dem Kopf gelagert werden, wenn der Abdomen oder der Thorax gescannt werden. Anderseits ist es sinnvoll, die Arme zu den Füßen hin zu lagern, wenn der Kopf eines Patienten bildlich aufgenommen werden soll. Sollen die Extremitäten eines Patienten bildlich dargestellt werden, so gelten wieder andere Vorschriften für die Lagerung des Körpers des Patienten. Es ist also wichtig zu wissen, welche Relativposition einzelne Körperteile des Patienten für eine medizinische Bildgebung einnehmen sollen. Die Vorschriften können in verschiedenen Krankenhäusern variieren, insbesondere aber von der Konstitution des betreffenden Patienten abhängen, wenn dieser zum Beispiel nicht mobil genug ist, um eine ideale Körperposition einzunehmen oder sich unkooperativ zeigt und fixiert werden muss. Infolgedessen ergibt sich eine große Anzahl an Möglichkeiten, wie ein Patient zu positionieren ist, so dass für das medizinische Personal ein allgemeines Positionierungsproblem gegeben ist.
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Bei der Positionierung von Patienten für die medizinische Bildgebung ist unter anderem auch wichtig, dass die Symmetrieachsen des Körpers relativ zu einer bildgebenden Einrichtung korrekt ausgerichtet sind. In der Regel versucht man, die Symmetrieachsen des Körpers auch als Symmetrieachsen in den medizinischen Bildaufnahmen zu erhalten, so dass diese auf den Bildern wiedergefunden werden können und zur Erkennung von die Symmetrie brechenden Pathologien verwendet werden können, ohne die Bilder aufwändig nachzuverarbeiten, d.h. die Symmetrieachsen durch eine dreidimensionale Reformatierung wieder herzustellen. Es besteht also ein Problem der Symmetriewahrung bei der Positionierung des Patienten für eine medizinische Bildaufnahme.
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Beispielsweise wird bei einer CT-Bildaufnahme eines Schädels die Ebene zwischen der linken und der rechten Schädelhälfte sinnvollerweise senkrecht zur CT-Schichtebene angeordnet, wobei optimaler Weise die Nase exakt nach oben bzw. senkrecht zur Liegefläche des Patienten zeigt. Bei einer solchen Positionierung findet man in jeder axialen Schicht der CT-Bildaufnahme auf der linken und rechten Bildhälfte jeweils eine Hirnhälfte wieder, insofern keine dies verändernde Pathologie vorliegt. Auch bei der Bildgebung von anderen Körperregionen erleichtert eine symmetrische Positionierung des Patienten auf dem Patiententisch die nachfolgende Befundung, wie zum Beispiel eine Untersuchung der Wirbelsäule oder des Bewegungsapparates.
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Während herkömmlich andere Schritte im Verlauf einer CT-Untersuchung sehr gut durch Scan-Protokoll- oder Rekonstruktions-Einstellungen festgelegt sind, ist die Positionierung bisher mehr oder weniger dem Geschick des medizinischen Personals überlassen. Somit ergeben sich mehr oder weniger starke benutzerabhängige Abweichungen bei der Positionierung, die nur durch gutes Training bzw. lange Erfahrung der Benutzer reduziert werden können.
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Um eine korrekte Positionierung vorzunehmen, muss das Bedienpersonal bisher wissen, wie der Patient zu lagern ist. Zur symmetriewahrenden Positionierung kann ein Benutzer ein CT-Laservisier in oder vor einer Scanebene nutzen. Allerdings muss der Benutzer auch bei der Anwendung dieses Hilfsmittels über die korrekte Positionierung des Patienten Bescheid wissen. In vielen weniger entwickelten Regionen der Welt sind zwar mittlerweile medizinische bildgebende Einrichtungen, wie zum Beispiel CT-Systeme, vorhanden, allerdings fehlt es aufgrund mangelnder Organisation und fehlender kognitiver Voraussetzungen oft an der notwendigen Ausbildung des Bedienpersonals, was zu einer Verschlechterung der Qualität bei der Untersuchung von Patienten führen kann.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorbereitung eines Bildgebungsverfahrens anzugeben, welches eine von dem Geschick der Benutzer weitgehend unabhängige Durchführung der Bildgebung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Objekt-Positionierungseinrichtung gemäß Patentanspruch 12 sowie eine bildgebende medizinische Einrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren wird eine Außenbildaufnahme von äußerlich sichtbaren Merkmalen des Untersuchungsobjekts mit Hilfe einer Außenbildaufnahmeeinheit durchgeführt. Die Außenbildaufnahme dient also der Vorbereitung der eigentlichen Bildaufnahme des Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines Patienten. Während die eigentliche bildgebende Einrichtung das Innere des Untersuchungsobjekts erfassen soll, beschränkt sich die Außenbildaufnahme auf die Bildaufnahme der äußerlich sichtbaren Merkmale bzw. der Oberfläche und der Konturen des Untersuchungsobjekts. Im einfachsten Fall kann es sich bei der Außenbildaufnahme um ein zweidimensionales Bild, im Folgenden als 2D-Bild bezeichnet, handeln, welches monochrom oder auch in Farbe dargestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf ein medizinisches Bildgebungsverfahren angewendet.
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Weiterhin wird eine Position und/oder Orientierung zumindest eines den bildlich erfassten Merkmalen zugeordneten Teils des Untersuchungsobjekts auf Basis der Außenbildaufnahme ermittelt. Bildlich erfasste Merkmale sollen in diesem Zusammenhang insbesondere Merkmale sein, welche die Position, die Abmessungen und die Orientierung sowie die Grenzen bzw. Grenzflächen des mindestens einen Teils in der bildgebenden Einrichtung näher kennzeichnen. Weiterhin soll als Position auch eine Relativposition einzelner Teile des Untersuchungsobjekts verstanden werden. Unter einem Teil des Untersuchungsobjekts soll in diesem Zusammenhang ein Teilabschnitt oder eine Teileinheit des Untersuchungsobjekts verstanden werden. Als zumindest ein Teil sollen in diesem Zusammenhang auch eine Gesamtheit von mehreren Teilen des Untersuchungsobjekts oder auch das gesamte Untersuchungsobjekt verstanden werden. Als Position und/oder Orientierung des zumindest einen Teils soll insbesondere die Position und/oder Orientierung dieses Teils auf einer Auflage verstanden werden, auf der das Untersuchungsobjekt aufliegt, während eine Bildgebung erfolgt. Für den Fall einer medizinischen Bildgebung kann es sich bei der Auflage zum Beispiel um eine Patientenliege handeln.
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In einem weiteren Schritt erfolgt eine Prüfung, ob die ermittelte Position und/oder Orientierung des zumindest einen Teils des Untersuchungsobjekts mit einer vorab bestimmten Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung übereinstimmt.
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Die vorab bestimmte Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung des betreffenden Teils kann zum Beispiel vorab unter Gesichtspunkten einer minimalen Dosisbelastung oder einer Symmetrie der nachfolgenden Bildaufnahme durch die bildgebende Einrichtung festgelegt sein. Die Positionierung und Ausrichtung der Referenz-Position und/oder die Referenz-Orientierung sind üblicherweise in einem allgemeinen Regulatorium bzw. einem allgemeinen Protokoll standardisiert vorgegeben. Beispielsweise kann eine solche Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung relativ zu einer ausgezeichneten Position und Richtung festgelegt sein. Bei einem CT-Gerät kann diese ausgezeichnete Position zum Beispiel eine „Zwölf-Uhr“-Position einer Scaneinheit in einer Gantry des CT-Geräts sein. Die ausgezeichnete Richtung kann zum Beispiel die z-Achse des CT-Systems sein.
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Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass die ermittelte Position und/oder Orientierung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts mit der vorab bestimmten Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung nicht übereinstimmt, erfolgt eine Korrektur der Position und/oder Orientierung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts.
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Auf diese Weise kann eine gewünschte optimale Position und/oder Orientierung von Teilen des Untersuchungsobjekts oder gar des gesamten Untersuchungsobjekts erreicht werden. Dies geschieht vorteilhaft, ohne das vorab eine Röntgenaufnahme erfolgen muss, so dass die Dosisbelastung auch bereits bezüglich der für die Positionskorrektur notwendigen Außenbildaufnahme minimiert ist. Durch den Vergleich der erfassten Position und/oder Ausrichtung des zumindest einen Teils mit eine Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung werden Fehler bei der Positionierung des Untersuchungsobjekts bzw. von Teilen davon reduziert bzw. korrigiert, was zu einer erhöhten Effizienz der nachfolgenden Bildaufnahme durch die bildgebende Einrichtung führt und damit wiederum die Effizienz einer folgenden Analyse bzw. Befundung verbessert.
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Gleichzeitig wird der Trainingsaufwand für das Bedienpersonal der bildgebenden Einrichtung reduziert, da diese sich auf das Vergleichsergebnis bei dem Prüfschritt verlassen kann bzw. bei einem ausdrücklich bevorzugten vollautomatischen Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Erfahrung oder Kenntnisse für eine korrekte Positionierung des Untersuchungsobjekts, beispielsweise ein Patient, benötigt. Überdies erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Reproduzierbarkeit und Standardisierung der Bildergebnisse der Bildgebung innerhalb einer Institution oder auch bei dem Austausch von Bilddaten zwischen verschiedenen Institutionen, da die Positionierung und Ausrichtung nicht nach individuellen Präferenzen des Bedienpersonals sondern standardisiert festgelegt ist.
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Die erfindungsgemäße Objekt-Positionierungseinrichtung weist eine Außenbildaufnahmeeinheit zum Durchführen einer Außenbildaufnahme von äußerlich sichtbaren Merkmalen eines Untersuchungsobjekts auf. Teil der erfindungsgemäßen Objekt-Positionierungseinrichtung ist zudem eine Positions-Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Position und/oder Orientierung zumindest eines den bildlich erfassten Merkmalen zugeordneten Teils des Untersuchungsobjekts auf Basis der Außenbildaufnahme. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Objekt-Positionierungseinrichtung eine Prüfeinheit zum Prüfen, ob die ermittelte Position und/oder Orientierung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts mit einer vorab ermittelten und festgelegten Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung übereinstimmt. Überdies weist die erfindungsgemäße Objekt-Positionierungseinrichtung eine Positionskorrektureinheit auf. Die Positionskorrektureinheit dient zum Korrigieren der Position und/oder Orientierung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts für den Fall, dass die ermittelte Position und/oder Orientierung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts mit der vorab bestimmten Referenz-Position und/oder Referenz-Orientierung nicht übereinstimmt.
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Die erfindungsgemäße bildgebende medizinische Einrichtung, vorzugsweise ein Computertomographiesystem, weist eine Scaneinheit zum Erfassen eines zu untersuchenden Bereichs eines Untersuchungsobjekts auf. Sie weist zudem eine Steuereinheit zum Ansteuern der Scaneinheit auf. Weiterhin weist die erfindungsgemäße bildgebende medizinische Einrichtung eine erfindungsgemäße Objekt-Positionierungseinrichtung auf.
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Die Implementierung der Erfindung in ein CT-System hat die Vorteile, dass die Scan-Dauer eines CT-Systems relativ kurz ist. Sie beträgt nur wenige Sekunden im Vergleich zur Aufnahme mit MRT-Systemen, welche mehrere Minuten benötigen kann. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Untersuchung von Notfallpatienten, bei denen jede Zeitverzögerung lebensbedrohlich sein kann. Zudem sind CT-Systeme weiter verbreitet und kostengünstiger als MRT-Systeme. Da CT-Systeme mit Röntgenstrahlung arbeiten, ist es bei Anwendung dieser Bildgebungstechnik besonders wichtig, die Dosisbelastung des Patienten zu minimieren. Hierfür leistet die erfindungsgemäße Objekt-Positionierungseinrichtung zum einen den Beitrag, dass bei der vorab durchgeführten Durchführung der Außenbildaufnahme keine Emission von Röntgenstrahlung notwendig ist und zum anderen die Positionierung hinsichtlich einer Dosisbelastung optimiert sein kann, ohne dass das Bedienpersonal des CT-Systems hierfür eine besondere Ausbildung benötigt.
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MR-Systeme dagegen haben den Vorteil, dass eine Untersuchung mit ihnen keine Röntgenstrahlenbelastung mit sich bringt und der Weichteilkontrast einer Bildaufnahme mit einem MR-System im Vergleich zu einem CT-System verbessert ist. Bei der Bildgebung mit MR-Systemen kann durch eine symmetrische Bildgebung die Qualität der Bildaufnahme erhöht werden, da in diesem Fall symmetrisch angeordnete Körperteile auch relativ zur Spulengeometrie der Sende-Empfangsspulen bzw. der Gradientenspulen symmetrisch angeordnet sein können. Zudem kann auch bei der MR-Bildgebung die HF-Belastung des Patienten minimiert werden, wobei sogenannte SAR-Werte reduziert werden.
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Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Objekt-Positionierungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Positions-Ermittlungseinheit, die Prüfeinheit und die Positionskorrektureinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen von bildgebenden Einrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines bildgebenden Systems, vorzugsweise eines Computertomographiesystems, ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
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Zum Transport zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren umfasst die vorab bestimmte Referenz-Position und/oder Orientierung eine vorbestimmte Ausrichtung des mindestens einen Teils des Untersuchungsobjekts bezüglich einer Symmetrieachse des zumindest einen Teils. D.h., die Symmetrieachse des mindestens einen Teils wird entsprechend einer Symmetrieachse der Bildgebung ausgerichtet, so dass die Symmetrieachse des mindestens einen Teils in der nachfolgenden Bildaufnahme der bildgebenden Einrichtung zum Beispiel mittig angeordnet ist. Dafür wird die Symmetrieachse des mindestens einen Teils entsprechend einer durch die Geometrie der Anordnung der bildgebenden Einrichtung, insbesondere der Scaneinheit der bildgebenden Einrichtung, bedingten Position und Orientierung des Bildaufnahmebereichs, angeordnet. Dies wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass die Ausrichtung des Untersuchungsobjekts, beispielsweise ein Patient, in der bildgebenden Einrichtung derart vorgenommen bzw. geändert wird, dass die Lage und Ausrichtung des Untersuchungsobjekts bzw. mindestens des mindestens einen Teils dieser Referenz-Position und/oder Orientierung entspricht. Die vorab stimmte Referenz-Position kann auch eine vorab bestimmte Relativposition einzelner Teile des Untersuchungsobjekts zueinander umfassen. Beispielsweise ist es insbesondere bei der Abbildung eines Patienten häufig wichtig, dass einzeln Körperteile derart zueinander positioniert sind, dass nur die abzubildenden Körperbereiche mit Röntgenstrahlung beaufschlagt werden, um die Dosisbelastung des Patienten zu reduzieren. In diesem Fall wird man nicht abzubildende Körperteile derart anordnen, dass sie nicht im Bildbereich liegen.
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Zum Erzeugen der Außenbildaufnahme hat die verwendete Außenbildaufnahmeeinheit vorzugsweise Sensoren zum bildlichen Aufnehmen einer 3D-Oberfläche und/oder zum Erzeugen einer 2D-Bildaufnahme. Eine Aufnahme einer 3D-Oberfläche des Untersuchungsobjekts erlaubt eine genauere Ermittlung der Orientierung des Untersuchungsobjekts, so dass eine Korrektur der Orientierung des Untersuchungsobjekts im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens präzisiert werden kann. Die Sensoren können zum Beispiel optische Sensoren umfassen. Vorteilhaft werden bei der Wahl von optischen Sensoren für die Außenbildaufnahme keine das Untersuchungsobjekt belastenden hochenergetischen Strahlen bzw. Wellen benötigt, so dass eine Dosisbelastung des Untersuchungsobjekts reduziert ist.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren umfasst das Untersuchungsobjekt einen Patienten und der zumindest eine Teil des Untersuchungsobjekts umfasst mindestens ein Körperteil des Patienten. Insbesondere bei einer medizinischen Bildgebung eines Patienten ist es besonders wichtig, dass der Patient bzw. einzelne Körperteile des Patienten korrekt positioniert sind. Zum einen kann dadurch bei der Anwendung von Röntgenstrahlung eine Dosisbelastung des Patienten auf ein Minimum beschränkt werden oder bei der Emission von Hochfrequenz-Magnetfeldern die SAR-Werte reduziert werden, zum anderen ist es sinnvoll, Symmetrieachsen des menschlichen Körpers auch in der Bilddarstellung derart anzuordnen, dass die Abbildung entsprechend der Körpersymmetrie des Patienten symmetrisch ausfällt. Abweichungen von der genannten Symmetrie können dann zum Beispiel als Pathologie interpretiert werden bzw. zumindest als Auffälligkeiten näher untersucht werden.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren werden bei dem Ermittlungsschritt aus der Außenbildaufnahme anatomische Landmarken extrahiert und anhand der anatomischen Landmarken ein virtuelles 3D-Körpermodell erstellt, aus dem die Position und/oder Orientierung des mindestens einen Körperteils ermittelt wird.
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Diese Landmarken des Untersuchungsobjekts können zum Beispiel anhand der Außenbildaufnahme automatisiert ermittelt werden und die Position und/oder Orientierung des mindestens einen Körperteils des Patienten und/oder die Relativposition einzelner Körperteile des Patienten können auf Basis von mindestens einem Abstand zwischen den Landmarken ermittelt werden. Als Landmarken sind einzelne Körpermerkmale des Patienten zu verstehen, die in einer Bilddarstellung leicht zu identifizieren bzw. zu lokalisieren sind, wie zum Beispiel die Augen, die Nase oder die Knie oder die Füße. Die Landmarken können zum Beispiel Positionen von bestimmten Teilbereichen des Patienten markieren und somit zusätzliche Details bei der Ermittlung von relevanten Abmessungen liefern, die dann wiederum eine exaktere Bestimmung der Positionen und Abmessungen der Körperteile des Patienten erlauben. Konkret können als Landmarken zum Beispiel die Füße oder der Kopf eines Patienten automatisiert in der Bildaufnahme identifiziert werden. Die Strecke zwischen den Landmarken liefert dann die Längsausdehnung des Patienten. Aus diesen Daten können dann wiederum Positionen und/oder Orientierungen von zusätzlichen Körperteilen, wie zum Beispiel des Bauchs oder der Brust oder der Beine, ermittelt bzw. abgeschätzt werden.
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Zum automatisierten Auffinden der Landmarken können Heuristiken verwendet werden, welche mindestens eine der folgenden Methoden umfassen:
- – das Auffinden von Landmarken mit Hilfe von Kantendetektoren,
- – eine Schwellwertfilterung,
- – ein maschinelles Lernverfahren.
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Mit Hilfe der genannten Methoden können automatisiert geeignete Merkmale zum Auffinden der Landmarken gefunden werden. Bei dem Einsatz von Kantendetektoren werden in dem aufgenommenen Bild Texturunterschiede, insbesondere Kontrastunterschiede ermittelt, welche auf ein Vorhandensein von Grenzlinien zwischen verschiedenen Objekten oder Strukturen hinweisen, die bei der Segmentierung einer Bildaufnahme genutzt werden können.
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Auch Schwellwertfilter werden zur Segmentierung von Bildern eingesetzt. Die Zugehörigkeit eines Pixels zu einem Segment wird dabei durch Vergleichen eines Grauwerts oder eines anderen Merkmals mit einem Schwellenwert ermittelt. Schwellenwertverfahren lassen sich aufgrund ihrer Einfachheit schnell implementieren und Segmentierungsergebnisse können mit geringem Aufwand berechnet werden.
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Bei dem Einsatz eines maschinellen Lernverfahrens werden automatisiert geeignete Merkmale zum Auffinden der Landmarken anhand von annotierten Trainingsbildern ermittelt.
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Die genannten Methoden dienen der Mustererkennung anhand der mit Hilfe der Außenbildaufnahme erfassten Außenbilddaten. Landmarken weisen typischerweise charakteristische Strukturen auf, die mit Hilfe der aufgeführten Methoden identifiziert werden können.
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In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren wird bei dem Prüfschritt ermittelt, ob das mindestens eine Körperteil anders anzuordnen ist oder ob eine Relativposition einzelner Körperteile des Patienten zueinander zu ändern ist. Dieser Prüfschritt kann zum Beispiel durch einen Vergleich der ermittelten Position des Körperteils des Patienten mit einer Referenzposition erfolgen. Wird bei dem Vergleich eine Abweichung ermittelt, welche über einen vorab bestimmten Schwellwert hinausgeht, so wird vorzugsweise automatisiert eine Korrektur bzw. eine Verschiebung des Körperteils oder des gesamten Patienten ermittelt, mit der die ermittelte Abweichung korrigiert werden kann. Zusätzlich wird vorzugsweise auch ermittelt, ob eine oder mehrere Symmetrieachsen des mindestens einen Körperteils des Patienten korrekt zu der für die Bildgebung verwendeten medizinischen bildgebenden Einrichtung ausgerichtet sind. Bei dieser Prüfung erfolgt zunächst ein Vergleich der ermittelten Orientierung des Körperteils des Patienten mit einer Referenzposition, welche eine Symmetrie der Abbildung des betreffenden Körperteils bezüglich einer oder mehrerer Symmetrieachsen der medizinischen bildgebenden Einrichtung erlaubt. Wird bei dem Vergleich eine Abweichung ermittelt, welche über einen vorab bestimmten Schwellwert hinausgeht, so wird vorzugsweise automatisiert eine Korrektur bzw. eine Drehung und/oder Verschiebung des Körperteils oder des gesamten Patienten ermittelt, mit der die ermittelte Abweichung korrigiert werden kann.
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Auf diese Weise wird eine optimale bzw. auch standardisierte Positionierung und Ausrichtung des Patienten erreicht, ohne dass das Bedienpersonal entsprechende Kenntnisse benötigt.
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In einer effektiven Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren wird die Positionierung und/oder Ausrichtung des Patienten während der Positionierung des mindestens einen Körperteils in Echtzeit angezeigt. Weiterhin wird die Referenz-Position und/oder Referenz-Ausrichtung des Körperteils simultan angezeigt, so dass anhand der beiden bildlichen Darstellungen erkennbar ist, ob eine Änderung der Position und/oder Ausrichtung des mindestens einen Körperteils und/oder eine Änderung einer Relativposition einzelner Körperteile des Patienten erforderlich ist. Auf diese Weise kann das Bedienpersonal anhand der dargestellten Abweichung von einer Sollposition bzw. Sollausrichtung erkennen, wie es die Lage und Ausrichtung des Patienten bzw. einzelner Körperteile des Patienten ändern muss, um eine gewünschte Standardpositionierung zu erreichen. Die Echtzeitanzeige erlaubt es dem Bedienpersonal, diese als eine Art Navigationshilfe zu nutzen und die korrekte Positionierung des Patienten ohne nachträgliche aufwändige Korrekturen schnell zu finden. Die Anzeige der Position und Ausrichtung des Patienten erfolgt vorzugsweise so, dass der Benutzer diese Anzeige von einer Patientenliege aus, welche in der betreffenden medizinischen bildgebenden Einrichtung angeordnet ist, sehen kann, so dass der Benutzer die ihm angezeigten Informationen direkt umsetzen kann, beispielsweise, indem er den Patienten bzw. einzelne Körperteile des Patienten umbettet, ohne sich von der Patientenliege entfernen zu müssen. Auf diese Weise wird der Arbeitsablauf zur Positionierung des Patienten beschleunigt und der Bedienkomfort verbessert.
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Für den Fall einer notwendigen Änderung der Position und/oder Ausrichtung des mindestens einen Körperteils und/oder der Relativposition von einzelnen Körperteilen werden dann bevorzugt Korrekturvorschläge angezeigt. Anhand der Korrekturvorschläge kann ein Bediener den Patienten entsprechend umbetten, so dass dessen Position der vorab festgelegten Referenzposition bzw. Referenzorientierung entspricht. Vorteilhaft muss bei dieser Variante der Bediener die korrekte Position des Patienten nicht kennen oder in die konkret existierende Geometrie der medizinischen bildgebenden Einrichtung übersetzen, sondern er kann sich auf die ihm angezeigten Vorschläge verlassen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren erfolgt die Außenbildaufnahme und/oder der Schritt zur Ermittlung der Position und/ oder Orientierung des mindestens einen Teils und/oder der Prüfschritt und/oder der Korrekturschritt teilautomatisiert oder vollautomatisiert. Auf diese Weise wird das Bedienpersonal mehr oder weniger von Korrekturschritten bzw. Korrekturmaßnahmen entlastet und es kann auch unerfahrenes Bedienpersonal eingesetzt werden, da die Positionierung eines Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines Patienten, bzw. die Korrektur von dessen Position weitgehend automatisiert und damit unabhängig von den Fachkenntnissen und der Erfahrung des Bedienpersonals erfolgt. Sind zum Beispiel ethische Bedenken gegenüber einer vollautomatischen Patientenanordnung gegeben, so können auch alle Schritte bis auf den Korrekturschritt automatisiert sein und es kann in diesem Fall die Positionskorrektur des Patienten von Hand vorgenommen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Außenbildaufnahmeeinheit mindestens eine der folgenden Einrichtungen verwendet werden:
- – eine Kamera,
- – eine Tiefenkamera,
- – ein berührungsloser elektromagnetischer Sensor,
- – eine Ultraschallentfernungsmesseinheit,
- – eine Radarsensoreinrichtung,
- – eine Tiefenkamera und zusätzlich eine 2D-Kamera.
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Die meisten der genannten Vorrichtungen haben den Vorteil, dass ihr Betrieb nicht mit einer zusätzlichen Belastung des Patienten verbunden ist.
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Als Kamera kann zum Beispiel eine Digitalkamera verwendet werden, mit der ein zweidimensionales Bild aufgenommen wird, in dem bestimmte anatomische Merkmale, die bereits erwähnten Landmarken, identifiziert werden. Die Kamera kann zum Beispiel auch Teil eines Smartphones oder eines Tablet-Computers sein.
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Bei einer Aufnahme mit Hilfe einer Tiefenkamera wird eine Kamera verwendet, die ein dreidimensionales Bild, im Folgenden auch 3D-Bild genannt, liefert. Eine Tiefenkamera erzeugt ein Bild, in dem jeder Bildpunkt den Abstand des nächstgelegenen Objekts zur Kamera angibt. Diese Information erlaubt es, das Tiefenbild in eine Punktwolke in Weltkoordinaten zu überführen. In diesem 3D-Bild können ähnlich wie im 2D-Bild Landmarken bestimmt und Abstände ermittelt werden.
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In einer besonders praktikablen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur korrekten Positionierung und/oder Ausrichtung des mindestens einen Körperteils des Patienten und oder zur korrekten relativen Positionierung einzelner Körperteile des Patienten ein oder mehrere aufblasbare Patientenlagerungskissen mit mehreren Luftkammern dem Patienten untergelegt und bei dem Korrekturschritt wird in Abhängigkeit von einer zu korrigierenden Position und/oder Ausrichtung des mindestens einen Körperteils vorzugsweise automatisiert ermittelt, welche Kissen und welche Luftkammern mit welcher definierten Luftmenge aufgeblasen werden müssen, um eine korrekte Positionierung und/oder Ausrichtung des Patienten bzw. eine korrekte Relativposition einzelner Körperteile des Patienten zu erreichen. Vorteilhaft können solche Kissen unter verschiedene Körperteile eines Patienten gelegt werden. Durch ein selektives, vorzugsweise automatisiertes Aufblasen einzelner Kammern, welches auf Basis der erfindungsgemäß ermittelten Positionskorrektur erfolgt, kann das jeweilige Patientenlagerungskissen dazu verwendet werden, das betreffende Körperteil an die korrekte Position zu bringen bzw. korrekt auszurichten, ohne dass das Bedienpersonal selbst Hand anlegen muss. Auf diese Weise wird der Korrekturschritt automatisiert und unabhängig von der Qualifikation des Bedienpersonals gemacht, so dass eine Einhaltung fester Standards bei der Positionierung eines Patienten gewährleistet ist.
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In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Konturen des Untersuchungsobjekts auf Basis der Außenbildaufnahme ermittelt und werden anhand der ermittelten Konturen die Abmessungen des Untersuchungsobjekts ermittelt. Anhand der Konturen und Abmessungen des Untersuchungsobjekts können zum Beispiel Informationen bezüglich der Lage und Orientierung einzelner Teile des Untersuchungsobjekts genauer ermittelt werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn bei der Ermittlung der Position und/oder Orientierung von Teilen des Untersuchungsobjekts der Abstand der Bildaufnahmeeinheit zu dem Untersuchungsobjekt berücksichtigt wird. D.h., der Abbildungsmaßstab der Außenbildaufnahme wird unter der Kenntnis des Abstands des Untersuchungsobjekts von der Außenbildaufnahmeeinheit ermittelt. Weitere zu berücksichtigende Parameter können zum Beispiel die Brennweite des Objektivs der Außenbildaufnahmeeinheit sein. Aus den genannten Parametern sowie der auf der Außenbildaufnahme ermittelten Position und/oder Orientierung kann dann auf die tatsächliche Position und/oder Orientierung des Untersuchungsobjekts bzw. von Teilen des Untersuchungsobjekts geschlossen werden. Befindet sich die Außenbildaufnahmeeinheit an einer anderen Position als die Scaneinheit der bildgebenden Einrichtung, so muss die Außenbildaufnahme erst in die Perspektive und Position der Scaneinheit übersetzt werden. In diesem Fall ist eine Abstandsbestimmung bzw. Bestimmung der wahren Position der jeweiligen Teile des Untersuchungsobjekts nützlich.
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In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit Hilfe der Außenbildaufnahmeeinheit Außenbildaufnahmen aus verschiedenen Richtungen von dem Untersuchungsobjekt aufgenommen. Die verschiedenen Richtungen können zum Beispiel eine Frontalansicht und eine Profilansicht umfassen. Anhand der Außenbildaufnahmen aus mehreren Richtungen kann dann eine exakte Position und Orientierung Untersuchungsobjekts oder einzelner Teile des Untersuchungsobjekts im Raum rekonstruiert werden.
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Zur Ermittlung eines 3D-Profils des Untersuchungsobjekts anhand einer einzelnen Außenbildaufnahme können Verfahren wie zum Beispiel das „Shape from Shading“ eingesetzt werden. Dabei werden anhand der Beleuchtungsverhältnisse Rückschlüsse auf die Ausdehnung eines Untersuchungsobjekts auch in Richtung der optischen Achse der Außenbildaufnahmeeinheit anhand einer einzigen Außenbildaufnahme gezogen. Im Rahmen dieses Verfahrens erfolgt eine Rekonstruktion einer dreidimensionalen Oberfläche anhand des Schattenwurfs in einer Außenbildaufnahme.
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Übliche Verfahren, welche bei der Aufnahme eines 3D-Bildes eingesetzt werden, sind das Structured Light Verfahren oder das Time of Flight Verfahren. Bei dem Structured Light Verfahren werden Linienmuster auf dem aufzunehmenden Objekt erzeugt. Diese Linien kreuzen sich zum Beispiel auf dem Objekt. In Folge der dreidimensionalen Ausdehnung des Objekts werden die sich kreuzenden Linien verzerrt, woraus ein dreidimensionales Bild des Objekts abgeleitet werden kann. Bei dem Time of Flight Verfahren wird eine Laufzeitmessung von Lichtstrahlen vorgenommen, die in Richtung eines aufzunehmenden Objekts emittiert werden. Anhand eines ermittelten Phasenunterschieds von emittierten und empfangenen Lichtwellen kann auf die vorhandenen Abstände zwischen dem für die Messung verwendeten Detektionssystem und dem abzubildenden Gegenstand geschlossen werden.
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Auch die genannten berührungslosen elektromagnetischen Sensoren, Ultraschallentfernungsmesser oder Radarsensoreinrichtungen können dazu genutzt werden, um eine 3D-Bilddarstellung vom Patienten zu erhalten.
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Eine Tiefenkamera kann zusätzlich noch eine weitere 2D-Kamera umfassen. Wenn beide Kameras zueinander kalibriert sind, kann die Ermittlung von Landmarken oder Konturen simultan das 2D-Bild und das 3D-Bild berücksichtigen, was die Genauigkeit der Ermittlung von Abmessungen und Positionen verbessert, da 2D-Kameras meistens eine höhere Auflösung erreichen als 3D-Kameras.
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In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur besonders präzisen Ermittlung der Positionierung und/oder Orientierung des zumindest einen Teils des Untersuchungsobjekts ein virtuelles Modell des Untersuchungsobjekts verwendet, welches an die Daten der Außenbildaufnahme angepasst wird. Für den Fall, dass es sich bei dem Untersuchungsobjekt um einen Menschen handelt, wird ein solches virtuelles Modell gemeinhin als Avatar bezeichnet.
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Als Avatar kann man sich eine Art virtuelle Gliederpuppe vorstellen, welche sich entsprechend der Pose des Patienten in die aufgenommenen Außenbilddaten, insbesondere 3D-Bilddaten einfügt. Ein Avatar kann ein statistisches Formmodell umfassen, das realistische Proportionen für die einzelnen Gliedmaßen und deren Abhängigkeiten aus einer Datenbank von Aufnahmen natürlicher Personen enthält. Passt man einen solchen Avatar in die aufgenommenen Außenbilddaten ein, so können Ungenauigkeiten bei den Außenbildaufnahmen, z.B. verursacht durch Rauschen oder Überbelichtung, kompensiert werden. Ein Avatar liefert zusätzlich Informationen über die Ausdehnung, Position und Orientierung einzelner Körperbereiche eines Patienten. Durch seinen strukturierten, hierachischen Aufbau erlaubt der Avatar, die Position, die Relativposition und die Orientierung einzelner Körperregionen und Gliedmaßen leichter und genauer zu ermitteln.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das virtuelle Modell auf Basis einer Datenbank ermittelte personalisierte Informationen bezüglich des Patienten umfasst, welche die Wahl der Position und/oder Orientierung des Patienten bei einer medizinischen Bildgebung beeinflussen. Dazu werden in einer umfangreichen Datenbank relevante medizinische Informationen wie Bilddaten, Krankheitsverläufe usw. abgelegt. Für einen zu untersuchenden Patienten wird anschließend in der Datenbank die am ähnlichsten erscheinende Person im Sinne eines ähnlichen Körperaufbaus ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann für den Abgleich mit der Datenbank auch ein maschinelles Lernverfahren, ein sogenanntes Deep Learning Verfahren oder ein Reinforcement Learning Verfahren eingesetzt werden. Dabei kann zum Beispiel einerseits eine Körperform des Patienten berücksichtigt werden, welche aus den aufgenommenen Außenbilddaten abgeleitet wird, und andererseits eine Körperform genutzt werden, welche aus den in der Datenbank gespeicherten medizinischen Bilddaten abgeleitet wird. Zusätzlich kann zum Beispiel auch ein Krankheitsbild des Patienten berücksichtigt werden und beispielsweise ein Patient mit ähnlicher Körperform und vergleichbarem Krankheitsbild in der Datenbank herausgesucht werden. Nachdem ein oder mehrere ähnliche Patienten in der Datenbank aufgefunden wurden, werden deren relevante Parameter, beispielsweise die Abmessungen, die Position und die Form einzelner Körperbereiche oder Körperteile auf den personalisierten Avatar übertragen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein medizinisches Bildgebungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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2 ein Blockdiagramm, welches eine Objekt-Positionierungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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3 ein Computertomographiesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Flussdiagramm 100 gezeigt, mit dem ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Positionieren eines Patienten für ein CT-Bildgebungsverfahren veranschaulicht wird. Der beschriebene Verfahrensablauf erfolgt vor einer medizinischen Bildgebung, damit der Patient in einer optimalen Position für die CT-Bildaufnahme angeordnet ist.
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Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel soll ein Patient für eine anschließende Aufnahme des Kopfes positioniert werden. Hierfür sollen die Arme des Patienten neben dem Körper positioniert werden, damit sie bei der CT-Bildaufnahme nicht unnötig mit Röntgenstrahlen beaufschlagt werden. Weiterhin soll der Kopfbereich des Patienten von oben betrachtet achsensymmetrisch zur z-Achse des CT-Systems angeordnet sein, damit die Symmetrieachse des Kopfes mit der Mittelachse der CT-Bildaufnahme zusammenfällt.
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Bei dem Schritt 1.I erfolgt zunächst eine Außenbildaufnahme BA von dem Patienten mit Hilfe einer Kamera. Die Kamera ist derart relativ zu dem Patienten angeordnet, dass mit Hilfe der Kamera zu positionierende Körperteile des Patienten, in diesem Fall der Kopf und die Arme, auf der erfassten Außenbildaufnahme BA aufgezeichnet werden können. Bei dem Schritt 1.II werden auf Basis der Außenbildaufnahme BA eine Position PS und eine Ausrichtung AR einzelner Körperteile, in diesem Fall der Arme und des Kopfes des Patienten, ermittelt. Beispielsweise hat der Patient zunächst seine Arme noch hinter dem Kopf verschränkt angeordnet, was auf der Außenbildaufnahme BA aufgezeichnet wurde und bei dem Schritt 1.II automatisiert ermittelt wird. Hierzu wird ein 3D-Modell eines Patienten zu Hilfe genommen, welches auf die Außenbildaufnahme BA registriert wird. Anhand der Position der Arme des 3D-Modells wird ermittelt, dass die Arme des Patienten hinter dem Kopf verschränkt liegen.
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Bei dem Schritt 1.III wird durch einen Vergleich des 3D-Modells des Patienten mit einer Referenzposition und Referenz-Ausrichtung geprüft, ob die ermittelte Position PS und Ausrichtung AR des Patienten mit der Referenzposition und Referenz-Ausrichtung hinreichend übereinstimmt. Falls das der Fall ist, was in 1 mit „j“ gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 1.IV übergegangen, bei dem dem Bedienpersonal angezeigt wird, dass die Position PS und die Ausrichtung AR des Patienten korrekt sind. Falls die Position PS oder die Ausrichtung AR des Patienten nicht mit der Referenzposition bzw. der Referenz-Ausrichtung übereinstimmen, was in 1 mit „n“ gekennzeichnet ist, so wird zu dem Schritt 1.V übergegangen, bei dem eine Ermittlung von Korrekturparametern eines Korrekturvorgangs erfolgt, durch welchen der Patient in die Referenzposition bzw. Referenz-Ausrichtung gebracht werden soll.
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Beispielsweise werden eine Translationsrichtung, eine Translationsstrecke und ein Drehwinkel ermittelt, um die die Position des Patienten bzw. seiner Arme oder seines Kopfes geändert werden soll, so dass die Referenzposition bzw. Referenz-Ausrichtung erreicht wird.
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Schließlich werden bei einem Schritt 1.VI die Position und die Orientierung des Kopfes sowie der Arme des Patienten O entsprechend den bei dem Schritt 1.V ermittelten Korrekturparametern geändert, so dass die gewünschte Position und Ausrichtung sowohl des Kopfes als auch der Arme des Patienten erreicht werden.
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In 2 wird eine Objekt-Positionierungseinrichtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Objekt-Positionierungseinrichtung 40 kann zum Beispiel Teil einer Steuereinrichtung 20 einer CT-Bildgebungseinrichtung 1 (siehe 3) sein. Die Objekt-Positionierungseinrichtung 40 umfasst eine Objekt-Positionierungs-Steuerungseinheit 41 und zusätzlich auch eine Kamera K, mit der eine Außenbildaufnahme BA von einem Patienten vorgenommen werden kann, von dem nachfolgend eine CT-Bildaufnahme erstellt werden soll. Die von der Kamera K aufgenommene Außenbildaufnahme BA wird an die Objekt-Positionierungs-Steuerungseinheit 41 übermittelt. Die Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 umfasst eine Eingangsschnittstelle 42, mit der Daten der Außenbildaufnahme BA empfangen werden. Anschließend werden die Außenbildaufnahmedaten BA intern an eine Positions-Ermittlungseinheit 43 gesandt. Die Positions-Ermittlungseinheit 43 ermittelt auf Basis der Außenbildaufnahmedaten BA eine Position PS und eine Ausrichtung AR von Körperteilen des Patienten, deren Position und Ausrichtung bei einer späteren CT-Bildaufnahme einer vorbestimmten Referenzposition bzw. Referenzausrichtung entsprechen sollen.
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Die Positionsdaten PS und Ausrichtungsdaten AR werden nachfolgend an eine Prüfeinheit 44 übermittelt. Die Prüfeinheit 44 prüft, ob die ermittelte Position PS und Orientierung AR mit einer Referenzposition und einer Referenzorientierung übereinstimmt. Falls die Prüfeinheit 44 ermittelt, dass die Position des Patienten sowie dessen Ausrichtung bereits hinreichend den Sollwerten entspricht, wird eine Meldung OK über eine Ausgangsschnittstelle 47 ausgegeben, dass die Position und Ausrichtung des Patienten in Ordnung ist. Diese Meldung wird zum Beispiel auf dem Bildschirm einer Steuereinrichtung 20 (siehe 3) der CT-Bildgebungseinrichtung 1 angezeigt. Falls noch Korrekturbedarf besteht, werden Informationen bezüglich einer Abweichung A-PS, A-AR der Position und der Ausrichtung des Patienten von Sollwerten an eine Positionskorrektureinheit 45 übermittelt. Die Positionskorrektureinheit 45 erzeugt auf der Basis der von der Prüfeinheit 44 ermittelten Abweichungen A-PS, A-AR der Position und Ausrichtung des Patienten Steuerbefehle SB, welche über die Ausgangsschnittstelle 47 an eine Aktoreinheit, beispielsweise ein aufblasbares Kissen KS unter dem Patienten (siehe 3), übermittelt werden, um die Position und die Ausrichtung des Patienten entsprechend zu korrigieren.
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In 3 ist ein Computertomographiesystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, welches auch eine der in 2 gezeigten Einheit 41 entsprechende Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst. Das CT-System 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einer üblichen Scaneinheit 10, in welcher an einer Gantry 11 eine Projektionsdatenakquisitionseinheit 5 mit einem Detektor 16 und einer dem Detektor 16 gegenüberliegenden Röntgenquelle 15 um einen Messraum 12 umläuft. Vor der Scaneinheit 10 befindet sich eine Patientenlagerungseinrichtung 3 bzw. ein Patiententisch 3, dessen oberer Teil 2 mit einem darauf befindlichen Patienten O zur Scaneinheit 10 verschoben werden kann, um den Patienten O durch den Messraum 12 hindurch relativ zum Detektorsystem 16 zu bewegen. Angesteuert werden die Scaneinheit 10 und der Patiententisch 3 durch eine Steuereinrichtung 20, von der aus über eine übliche Steuerschnittstelle 24 Akquisitionssteuersignale AS kommen, um das gesamte System gemäß vorgegebener Messprotokolle anzusteuern.
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Im Fall einer Spiralakquisition ergibt sich durch eine Bewegung des Patienten O entlang der z-Richtung, welche der Systemachse z längs durch den Messraum 12 entspricht, und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquelle 15 für die Röntgenquelle 15 relativ zum Patienten O während der Messung eine Helixbahn. Parallel läuft dabei immer gegenüber der Röntgenquelle 15 der Detektor 16 mit, um Projektionsmessdaten PMD zu erfassen, die dann zur Rekonstruktion von Volumen- und/oder Schicht-Bilddaten genutzt werden. Ebenso kann auch ein sequentielles Messverfahren durchgeführt werden, bei dem eine feste Position in z-Richtung angefahren wird und dann während eines Umlaufs, eines Teilumlaufs oder mehrerer Umläufe an der betreffenden z-Position die erforderlichen Projektionsmessdaten PMD erfasst werden, um ein Schnittbild an dieser z-Position zu rekonstruieren oder um aus den Projektionsdaten mehrerer z-Positionen Bilddaten BD zu rekonstruieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch an anderen CT-Systemen, z. B. mit mehreren Röntgenquellen und/oder Detektoren und/oder mit einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor, einsetzbar.
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Die vom Detektor 16 im Rahmen einer Bildgebung akquirierten Projektionsmessdaten PMD (im Folgenden auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle 23 an die Steuereinrichtung 20 übergeben. Diese Rohdaten PMD werden dann, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorverarbeitung (z. B. Filterung und/oder Strahlaufhärtungskorrektur), in einer Bildrekonstruktionseinheit 25 weiterverarbeitet, die in diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 20 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert ist. Diese Bildrekonstruktionseinheit 25 rekonstruiert auf Basis der Rohdaten PMD Bilddaten BD mit Hilfe eines Rekonstruktionsverfahrens. Als Rekonstruktionsverfahren kann zum Beispiel ein auf der gefilterten Rückprojektion basierendes Rekonstruktionsverfahren verwendet werden.
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Die erfassten Bilddaten BD werden in einem Speicher 22 der Steuereinrichtung 20 hinterlegt und/oder in üblicher Weise auf dem Bildschirm der Steuereinrichtung 20 ausgegeben. Sie können auch über eine in 3 nicht dargestellte Schnittstelle in ein an das Computertomographiesystem 1 angeschlossenes Netz, beispielsweise ein radiologisches Informationssystem (RIS), eingespeist und in einem dort zugänglichen Massenspeicher hinterlegt oder auf dort angeschlossenen Druckern oder Filming-Stationen als Bilder ausgegeben werden. Die Daten können so in beliebiger Weise weiterverarbeitet und dann gespeichert oder ausgegeben werden.
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Zusätzlich ist in 3 auch eine Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 gezeigt, welche von einer Kamera K Außenbilddaten BA von dem Patienten O empfängt. Auf Basis der Außenbilddaten BA erzeugt die Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41, wie im Zusammenhang mit 1 und 2 beschrieben, Steuerbefehle SB, mit denen ein aufblasbares Kisen KS, in diesem Fall unter dem Kopf KP des Patienten O, angesteuert wird. Die Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 ist in 3 als Teil der Steuereinrichtung 20 veranschaulicht. Die von der Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 verwendeten Sollwerte, wie zum Beispiel die Referenzposition und die Ausrichtung einzelner Körperteile eines Patienten, können zum Beispiel in der Speichereinrichtung 22 gespeichert sein und von der Objekt-Positionierungs-Ermittlungseinheit 41 für eine Ermittlung einer Positionskorrektur bzw. dieser entsprechender Steuerbefehle SB aus dem Speicher 22 abgerufen werden.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorbeschriebenen Verfahren zum Positionieren eines Untersuchungsobjekts für ein Bildgebungsverfahren und der beschriebenen Objekt-Positionierungseinrichtung 40 sowie dem beschriebenen Computertomographiesystem 1 lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Beispielsweise kann als bildgebendes System auch ein Magnetresonanztomographiesystem, ein PET-CT-System, ein SPECT-CT-System oder ein 2D-Röntgenbildaufnahmesystem verwendet werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.