Siemens Siremobil Iso-C 3D

2.1.4.1 Spezifikationen und Eigenschaften

Das Siemens Siremobil Iso-C^3D (Abbildung 11) ist eine mobile C-Bogen-Röntgen-Bildverstärkeranlange, die mit den Betriebsfunktionen kontinuierliche und gepulste Durchleuchtung und digitaler Radiografie zur Erstellung digitaler Einzelaufnahmen ausgestattet ist. Außerdem können digitale Angiografien und Subtraktionsangiografien durchgeführt werden.

Das Gerät hat, im Vergleich zu vielen anderen Bildwandlern, die Möglichkeit, isozentische Orbitalbewegungen von 190° durchzuführen (Abbildung 12 und 13 links). Der Detektor ist hierbei symmetrisch zur Strahlenquelle auf einem halbkreisförmigen Metallarm montiert.

Das isozentrische Design stellt sicher, dass sich der Zentralstrahl bei sämtlichen Projektionswinkeln im Drehzentrum des C-Bogens befindet. Diese Isozentrität ist neben anderen Details wie zum Beispiel sehr präziser Bestimmung der Aufnahmegeometrie von jeder einzelnen Projektionsaufnahme, genauer Berücksichtigung und Korrektur der vom Bildverstärker erzeugten Bildstörungen

Abbildung 11

Siemens Siremobil Iso-C^3D . Links die

C-Bogen-Bildverstärkeranlage, rechts die Workstation.

Abbildung 12

Isozentrische 190° Orbitalbewegung des Iso-C-Bogens im Operationssaal

und Anpassung der Rekonstruktionsalgorithmen bezüglich irregulärer Abtastbedingungen auch eine technische Grundlage für die intraoperative 3D-Bildgebung mit einem 3D-Bildwandler [38].

Rotiert man den C-Bogen, so ist beim Ico-C^3Dein Isozentrum definiert, um das sich mit gleichem Abstand Strahlenquelle und Detektor drehen. Wenn man zum Beispiel ein Objekt im lateralen Strahlengang zuvor zentriert hat und den Bogen dann in den ap-Strahlengang dreht, so ist das Objekt aufgrund des isozentrischen Designs weiterhin automatisch zentriert.

Bei der gleichen Aktion an einem konventionellen Bildwandler ohne isozentrisches Design muss beim Ändern der Projektionswinkel sowohl vertikal als auch horizontal nachkorrigiert werden, um das abzubildende Areal im Zentrum des Strahlenganges einzustellen [38]. Wenn man ein Objekt im lateralen Strahlengang zentriert hat und in den ap-Strahlengang wechselt, so muss das C-Arm-Systems deckenwärts gefahren werden. Weiterhin muss der Bogen horizontal aus dem Operationsgebiet herausbewegt werden. (Abbildung 13 rechts).

Isozentrischer Bildwandler klassisches BV-Design

Abbildung 13

Die schwarzen Pfeile zeigen den maximal möglichen Bewegungsumfang der Bildwandler, die roten Punkte markieren das Zentrum des Zentralstrahls (schwarze Verbindungslinie zwischen Detektor und Strahlenquelle).

Links erfolgt die Darstellung der isozentrischen Rotation des Siemens Iso-C^3D. Während der Drehung des C-Bogens befindet sich das Zentrum der zu untersuchenden Region bei jedem Winkelabstand im Zentrum des Strahlenganges.

Rechts eine Abbildung der Bewegungsmöglichkeiten eines konventionellen Bildwandlers ohne isozentrisches Design. Bei der Rotationsbewegung müssen zusätzlich vertikale und horizontale Nachjustierungen ausgeführt werden, um eine neue Zentrierung des Objektes zu gewährleisten.

Wenn ein Objekt im lateralen Strahlengang zentriert wurde und dann im ap-Strahlengang neu

eingestellt werden soll, muss eine Hebung des C-Arm-Systems erfolgen, außerdem muss der C-Bogen einige Zentimeter in horizontaler Richtung aus dem Operationsbereich herausgefahren werden.

Dann kommt es zu einer Überdeckung der rot markierten Punkte und das Zentrum des Zentrahlstrahls befindet sich an der gleichen Stelle.

Weitere technische Details:

Angulation: ± 190°

Horizontalhub: 20 cm Eintauchtiefe: 73 cm Schwenkbereich ± 10 cm

Vertikaler Hub: 40 cm, motorisch.

Im 2D-Modus kann das Gerät als normaler Bildwandler eingesetzt werden. Als Grundlage dient ein 17 cm-Bildverstärker mit einer Generatorleistung von 100 kV und 2,3 kW. Die Bildauflösung hat eine Matrix von 512 mal 512 Punkten. Unter Wahrung der Sterilität kann es somit intraoperativ im sowohl 2D-Modus als auch im 3D-Modus in Analogie zu den etablierten C-Bögen eingesetzt werden.

Außerdem ist das Iso-C^3D mit einem integrierten Elektromotor für Orbitalbewegungen und einer Workstation mit der 3D-Bildberechnungssoftware SYNGO von Siemens bestückt, die ebenfalls in normalen CT-Systemen eingesetzt wird.

Der Elektromotor und die automatisierte Steuerung ermöglichen dem Gerät, einen automatischen Scan eines im Isozentrum positionierten Objektes von verschiedenen Winkeln um bis zu 190° auszuführen. Es entsteht ein 3D-Volumensatz. Dabei werden beim 190°-Scan im langsamen Scanmodus in 120 Sekunden im konstanten Winkelabstand 100 Projektionsaufnahmen angefertigt, die durch simultane Berechnungen des 3D-Bildrechners wenige Sekunden nach Bildakquisition zur Verfügung stehen. In diesem automatischen Modus entfallen bei einem langsamen Scan mit einer Durchlaufzeit von 120 Sekunden auf die direkte Strahlungszeit 40 Sekunden, bei einem schnellen Scan, bei dem 50 Projektionsaufnahmen mit einer Scandauer von 60 Sekunden erfasst werden, entstehen 20 Sekunden Strahlungszeit [38]. Die vom Hersteller voreingestellten Standardprotokolle für Scans kleine Gelenke werden mit den Einstellungen von 59 kV/ 1,9 mA durchgeführt, für große Gelenke ist eine Einstellung mit 62 kV und 3,4 mA vorgesehen.

Mit dem Siemens Iso-C^3D ist es dann möglich, neben zweidimensionalen Röntgenbildern auch Schnittbilder wie zwei- und dreidimensionalen Rekonstruktionen zu erstellen.

Der 3D-Volumensatz besitzt einer Kubuslänge von etwa 119 mm, aus welchem Hochkontrastbilder als MP-Rekonstruktion in allen 3 Raumebenen errechnet und visualisiert werden. Die erstellten multiplanaren Rekonstruktionen besitzen eine annähernd isotrope Auflösung von 256 mal 256 Pixeln. Dieses erlaubt eine überlagerungsfreie Darstellung des Frakturverlaufes [73].

Dies resultiert in einer Voxelgrösse von 0,46 mm³ und entspricht einer maximalen Grenzauflösung von circa 9 Linienpaaren pro Zentimeter in jeder Ebene, während ein einfacher Spiral-CT in der z-Ebene nur 5 bis 6 Linienpaare darstellen kann [105, 106]. Moderne Computertomografen mit Multi-Slice-CT-Technik erreichen jedoch auch in der z-Ebene die gleich hohe Auflösung wie in der xy-Ebene [106].

Somit liegt diese Auflösung des Iso-C-Bildwandlers auch über der in den Leitlinien der Bundesärztekammer von 1992 für CT-Untersuchungen [14] im Hochkontrast geforderten Auflösung kleiner Bilddetails von weniger als 0.8 mm, was circa 6 Linienpaare pro Zentimeter entspricht [14, 105].

Die isozentrischen Projektionsaufnahmen werden über spezielle Rechenalgorithmen, den so genannten cone-beam-Algorithmen [38], die auf dem Feldkamp-Algorithmus [28, 38] basieren, in der Workstation in 3D-Bilder umgerechnet; die vorliegenden Rekonstruktionen erscheinen dann wie virtuelle Schnittbilder. Die Abbildungen sind Hochkontrastdarstellungen, sodass besonders starke Dichteunterschiede gut zur Darstellung kommen, wie zum Beispiel die Grenze zwischen Knochen und Weichteilen.

Während bei der CT zunächst axiale Aufnahmen gefertigt werden und sekundär über 2D- oder 3D-Rekonstruktionsverfahren koronare oder sagittale Projektionen entstehen, werden beim vom Iso-C^3D erstellten Datensatz schon primär Bilder in allen 3 Raumrichtungen angezeigt.

Der linke Bildschirm visualisiert während des Scans die jeweils 100 simultan aufgenommenen Projektionsaufnahmen, wobei jeweils die zuletzt gefertigte Aufnahme abgebildet wird. Nach einem Scan werden nach einer kurzen Rechenzeit auf dem rechten Bildschirm dreidimensionale multiplanare

Rekonstruktionen in 4 Quadranten dargestellt (Abbildung 14), während auf dem linken Bildschirm die Strahlenexposition abgelesen werden kann.

In diesen 3D-Rekonstruktionen kann sich der Untersucher nun in allen Raumrichtungen mit der Computermaus im sogenannten Cine-Modus durch die erstellten Datensätze bewegen. Die Schichtdicke sowie die Abstände zwischen den errechneten Schichten sind variabel. Zur qualitativen Auswertung der Bilddaten stehen zudem von der CT bekannte Tools wie zum Beispiel Distanzmessung und Winkelmessung zur Verfügung. Neben den dreidimensionalen Bildern steht dem Chirurgen auch die Möglichkeit zur Verfügung, die zweidimensionalen sequenziellen Röntgenprojektionen als Filmsequenz zu betrachten.

Die Software basiert auf der von Siemens entwickelten SYNGO-Software, die es auch ermöglicht, Bilder anderer bildgebenden Verfahren im DICOM-Format darzustellen und zu bearbeiten. So können zum Beispiel präoperativ erstellte CT-Bilder auf dem Bildschirm visualisiert werden und zur intraoperativen Planung beitragen.

Die Daten, die während eines kompletten Durchlaufs erhoben werden, werden automatisch im DICOM-Format mit voller Kompatibilität zur Version 3.0 abgespeichert und stehen anderen Anwendungen wie zum Beispiel Bildbearbeitungsprogrammen oder mittels Netzwerkschnittstelle Navigationssystemen und krankenhausinternen Sicherungseinheiten zur Verfügung. Außerdem ist es möglich, die Bilder mit dem Drucker zu dokumentieren oder mittels integrierten CD-Brenners anschließend in elektronischer Form auf CD zu archivieren.

Abbildung 14

Foto der Workstation nach einem 3D-Scan Links eine Projektionsaufnahme, rechts die 3D-Rekonstruktion