DE19853965A1 - Bone contour and bone structure determination - Google Patents

Bone contour and bone structure determination

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Abstract

The method involves using an X-ray system with an X-ray image recording system for the detection of digital X-ray images, and a computer arrangement for determining relevant bone contours and bone structures, especially the passage from cortical to spongy bone contour. At least one first and one second digital X-ray image are recorded by using X-ray radiation of different energy spectra, and a subtraction image is derived through digital subtraction of both images. A contour image is produced through mathematical processing of the subtraction image, to determine the bone contours under application of a computer-based contour recognition method. The contour image is used for the planning and/or selection of the artificial limb implant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von für die Planung und/oder Auswahl von Prothesenimplantaten rele­ vanter Knochenkonturen und Knochenstrukturen, insbesondere des Übergangs von kortikaler zu spongiöser Knochenstruktur, unter Verwendung einer Röntgenanlage mit einem Röntgenbild­ aufnahmesystem zur Erfassung digitaler Röntgenbilder und ei­ ner Rechnereinrichtung.The invention relates to a method for determining the planning and / or selection of prosthetic implants rele vanter bone contours and structures, in particular the transition from cortical to cancellous bone structure, using an x-ray machine with an x-ray image acquisition system for the acquisition of digital X-ray images and egg ner computing device.

Die Auswahl von Prothesenimplantaten basiert heute größten teils auf visuellem und mechanischem Vermessen von Röntgen­ filmen. Eine besondere Sorgfalt und Erfahrung muß zum Erken­ nen des kortikalen-spongiösen Übergangs im Knochenschaft, beispielsweise einem Oberschenkelhalsknochen, zugrunde gelegt werden. Die möglichst exakte Kenntnis der Größenverhältnisse des Knochens, an dem das Implantat angebracht werden soll, ist für die Planung bzw. Auswahl des Implantats von besonde­ rer Bedeutung, damit weder während des Einsetzens des Implan­ tats noch danach Schwierigkeiten auftreten. Ist beispiels­ weise im Falle eines Oberschenkelhalsimplantates der Keil des Implantats, der in die Oberschenkelknochenröhre eingesteckt wird, zu dick, kann dies ggf. bereits während des Einsetzens dazu führen, daß der Knochen platzt. Ein zu dünner oder zu kurzer Keil kann sich auch nach erfolgtem Einsetzen vom Kno­ chen lösen, was eine erneute Operation und beachtliche Probleme für den Patienten mit sich bringt. Die bisher be­ kannte Vermessung gewöhnlicher Röntgenaufnahmen läßt jedoch eine hinreichend genau Bestimmung der Größenverhältnisse und insbesondere das Erkennen des kortikalen-spongiösen Übergangs nur ungenau zu. The selection of prosthetic implants is based on the largest today partly on visual and mechanical measurement of x-rays film. A special care and experience must be recognized the cortical-cancellous transition in the bone shaft, for example, a femur neck become. The most exact knowledge of the proportions the bone to which the implant is to be attached, is for the planning or selection of the implant from besonde of importance, so neither during the insertion of the Implan difficulties still occur afterwards. For example in the case of a femoral neck implant, the wedge of the Implant that is inserted into the femur tube If it becomes too thick, this may already be the case during insertion cause the bone to burst. Too thin or too A short wedge can also come off the knot after it has been inserted Chen solve what a re-operation and remarkable Brings problems for the patient. The so far be Known measurement of ordinary x-rays, however a sufficiently precise determination of the proportions and especially the recognition of the cortical-cancellous transition only imprecise too.  

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem die relevanten Knochenkonturen hinreichend genau ermittelt werden können, so daß das einzu­ setzende Prothesenimplantat exakt geplant bzw. ein genau pas­ sendes ausgewählt werden kann.The invention is therefore based on the problem of a method indicate by means of which the relevant bone contours can be determined with sufficient accuracy so that the einu setting prosthesis implant exactly planned or a precisely fitting can be selected.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art durch folgende Schritte gekennzeichnet:
To solve this problem, a method of the type mentioned is characterized by the following steps:

  • - Aufnahme wenigstens eines ersten und wenigstens eines zwei­ ten digitalen Röntgenbildes, wobei zur Aufnahme des ersten und des zweiten Bildes Röntgenstrahlung unterschiedlicher Energiespektren verwendet wird,- Inclusion of at least a first and at least one two th digital X-ray image, whereby to record the first and the second image different x-rays Energy spectra is used
  • - Erzeugung eines Subtraktionsbildes durch digitale Subtrak­ tion der beiden Bilder,- Generation of a subtraction image by digital subtract tion of the two pictures,
  • - Erzeugung eines Konturbildes durch rechnerische Bearbeitung des Subtraktionsbildes zur Bestimmung der Knochenkonturen un­ ter Verwendung eines rechnergestützten Konturerkennungsver­ fahrens, wobei das Konturbild für die Planung und/oder Aus­ wahl des Prothesenimplantats verwendet wird.- Creation of a contour image by arithmetic processing the subtraction image to determine the bone contours un ter use of a computer-aided contour recognition ver driving, the contour image for planning and / or off choice of prosthetic implant is used.

Gemäß der Erfindung wird die Kontur des untersuchten Knochens und damit auch die relevanten Bereiche desselben durch eine spezielle Aufnahmetechnik und Bildnachverarbeitung optimiert und visualisiert. Die beiden aufgenommenen Röntgenbilder, die erfindungsgemäß in kurzer Abfolge hintereinander aufgenommen werden, um Bewegungsartefakte zu vermeiden, werden mit Rönt­ genstrahlung mit jeweils unterschiedlichem Energiespektrum aufgenommen. Hierdurch werden weichere bzw. härtere Objekt­ strukturen im einen Bild stärker, im anderen schwächer betont dargestellt. Anschließend werden diese beiden digitalen Rönt­ genbilder mittels einer entsprechenden Bildverarbeitungsein­ richtung digital subtrahiert, um ein Subtraktionsbild zu er­ halten. In diesem ist eine deutlichere Differenzierung der relevanten Strukturen, also beispielsweise im Bereich des kortikalen-spongiösen Übergangs, erkennbar, d. h., die rele­ vanten Konturen treten deutlich hervor. Anschließend wird das Subtraktionsbild unter Verwendung eines rechnergestützten Konturerkennungsverfahren, also unter Anwendung eines geeig­ neten Konturerkennungsalgorithmus nachverarbeitet, um rechne­ risch die genaue Knochenkontur zu bestimmen und in Form eines Konturbilds darzustellen. Dieses Konturbild, das nun aufgrund des die Konturen bereits recht deutlich und exakt darstellen­ den Subtraktionsbilds erstellt wurde, und das infolgedessen sehr genau diese Konturen wiedergibt, wird anschließend für die Planung bzw. Auswahl des Prothesenimplantats verwendet. Das basierend auf dem Konturbild ausgewählte und anschließend implantierte Prothesenimplantat ist den Gegebenheiten des Knochens äußerst exakt angepaßt, so daß die eingangs genann­ ten Probleme nicht auftreten werden.According to the invention, the contour of the examined bone and thus the relevant areas of the same through a special recording technology and image processing optimized and visualized. The two X-rays taken, the according to the invention recorded in quick succession to avoid motion artifacts, use X-ray gene radiation with different energy spectrum added. This makes the object softer or harder structures more pronounced in one picture, weaker in the other shown. Then these two digital X-rays gene images by means of an appropriate image processing direction digitally subtracted to create a subtraction image hold. In this is a clearer differentiation of the relevant structures, e.g. in the area of cortical-cancellous transition, recognizable, d. that is, the rele vant contours stand out clearly. Then that will  Subtraction image using a computerized Contour recognition process, i.e. using a suitable neten contour detection algorithm postprocessed to calculate to determine the exact bone contour and in the form of a To represent contour image. This contour image that is now due the contours are already quite clear and precise the subtraction image was created as a result reproduces these contours very precisely, is then for planning or selection of the prosthetic implant used. The one selected based on the contour image and then implanted prosthesis implant is the circumstances of the Bones adjusted extremely precisely, so that the aforementioned problems will not arise.

Erfindungsgemäß können im Rahmen der Planung und/oder Auswahl des Prothesenimplantats in einer oder der Rechnereinrichtung abgelegte, mit den Konturbild zur Übereinstimmungsermittlung vergleichbare schablonenartige Implantatbilder verwendet wer­ den. Anhand dieser Implantatbilder, die die Umrisse bzw. For­ men vorhandener Implantate wiedergeben, kann eine form- und/oder größenmäßige Übereinstimmung der abgebildeten Kno­ chenkontur und der vorhandenen Implantatform gesucht werden, so daß auf einfache Weise die Auswahl bzw. Planung vorgenom­ men werden kann. Dabei können das Konturbild und ein Implan­ tatbild erfindungsgemäß am einem Monitor angezeigt werden, wobei das Implantatbild über das Konturbild gelegt wird oder beide Bilder nebeneinander dargestellt werden. Insbesondere die Überlagerung der beiden Bilder läßt ein einfaches Ver­ gleichen zu. Die Auswahl und/oder die Überlagerung des Im­ plantbilds und/oder die nebeneinander gesetzte Darstellung kann automatisch mittels der Rechnereinrichtung erfolgen. In diesem Fall wählt die Rechnereinrichtung, die hierzu bei­ spielsweise relevante Parameter der im Konturbild dargestell­ ten Kontur vorab bestimmt, aus der Vielzahl der hinterlegten schablonenartigen Implantatbilder ein oder mehrere Implantat­ bilder aus, welches oder welche anschließend in überlagerter oder nebeneinander gesetzter Darstellung gemeinsam mit dem Konturbild wiedergegeben werden. D.h., der Rechner trifft hier bereits eine Vorauswahl hinsichtlich der relevanten Im­ plantatschablonen. Alternativ dazu kann natürlich der Benut­ zer das jeweilige Implantatbild auch selber auswählen und beispielsweise unter Verwendung einer Bedienmaus, eines Joy- Sticks od. dgl. die Implantatschablone dem Konturbild durch Verschieben überlagern. Alternativ hierzu ist es desweiteren möglich, daß die Rechnereinrichtung die Auswahl vornimmt, die Überlagerung jedoch vom Bediener selbst vorzunehmen ist.According to the invention, as part of the planning and / or selection of the prosthetic implant in one or the computer device filed with the contour image for determining the match comparable template-like implant images are used the. On the basis of these implant images, which outline or For reproducing existing implants, a formal and / or the size of the kno shown contour and the existing implant shape are sought, so that the selection or planning is carried out in a simple manner men can be. You can use the contour image and an implan tatbild according to the invention are displayed on a monitor, wherein the implant image is placed over the contour image or both images are displayed side by side. In particular the overlay of the two images allows a simple ver match too. The selection and / or overlay of the Im plantbilds and / or the display side by side can be done automatically by means of the computer device. In In this case, the computer device chooses to do this for example, relevant parameters shown in the contour image ten contour determined in advance, from the large number of deposited template-like implant images one or more implant pictures from which or which subsequently in superimposed or display side by side together with the  Contour image can be reproduced. That is, the computer hits here is a pre-selection regarding the relevant Im plant templates. Alternatively, the user can of course select the respective implant image yourself and for example using an operating mouse, a joy Sticks or the like. The implant template through the contour image Move overlay. Alternatively, it is further possible that the computing device makes the selection that However, overlay must be carried out by the operator himself.

Zur Erzeugung der in ihrem Energiespektrum verschiedenen Röntgenstrahlungen zur Aufnahme des ersten und des zweiten Röntgenbildes können erfindungsgemäß an einem zum Betrieb ei­ ner Röntgenstrahlenquelle dienenden, die Betriebsspannung liefernden Generator verschiedene Betriebsspannungen einge­ stellt werden, d. h., die Röntgenstrahlenquelle wird jeweils mit unterschiedlicher Hochspannung betrieben, der erzeugte Röntgenimpuls hat also jeweils einen unterschiedlichen Ener­ giegehalt. Alternativ hierzu ist es auch möglich zur Erzeu­ gung der im Energiespektrum verschiedenen Röntgenstrahlungen Filtermittel in den Strahlengang zu bringen, beispielsweise in Form eine Kupferfilters, der bestimmte Strahlungsanteile aus der von der Röntgenstrahlenquelle gelieferten Strahlung heraus filtert. In diesem Fall wird beispielsweise das erste Bild ohne Filter, das zweite mit Filter aufgenommen.To generate the various in their energy spectrum X-rays to record the first and second According to the invention, the x-ray image can be operated on an egg X-ray source serving the operating voltage supplying generator switched on different operating voltages are provided, d. that is, the x-ray source is each operated with different high voltage, the generated The x-ray pulse therefore has a different ener content. Alternatively, it is also possible to generate the different X-rays in the energy spectrum Bring filter media into the beam path, for example in the form of a copper filter that contains certain radiation components from the radiation supplied by the X-ray source filters out. In this case, for example, the first Image without a filter, the second with a filter.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Rönt­ genanlage, umfassend ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenstrahlenquelle und ei­ nem Röntgenstrahlungsempfänger zur Erfassung digitaler Rönt­ genbilder, sowie einer Bildverarbeitungseinrichtung, wobei die Röntgenanlage zur Durchführung des vorbeschriebenen Ver­ fahrens geeignet ist. Bei dieser erfindungsgemäßen Röntgenan­ lage ist
In addition to the method, the invention further relates to an x-ray system comprising an x-ray image recording system with an x-ray emitting x-ray source and an x-ray receiver for recording digital x-ray images, and an image processing device, the x-ray system being suitable for carrying out the method described above. In this X-ray system according to the invention is

  • - das Röntgenbildaufnahmesystem zur Aufnahme wenigstens eines ersten und wenigstens eines zweiten Röntgenbildes eines mit einem Prothesenimplantat zu versehenden Objekts unter Verwen­ dung von in ihrem Energiespektrum unterschiedlicher Röntgen­ strahlung ausgebildet,- The X-ray image recording system for recording at least one first and at least one second x-ray image with one a prosthetic implant object to be used  of X-rays differing in their energy spectrum radiation trained,
  • - die Bildverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Sub­ traktionsbildes durch Subtraktion der beiden Bilder ausgebil­ det, und- The image processing device for generating a sub traction image by subtracting the two images det, and
  • - eine Rechnereinrichtung vorgesehen, mittels welcher durch rechnerische Bearbeitung des Subtraktionsbildes zur Bestim­ mung der für die Planung und/oder Auswahl des geeigneten Pro­ thesenimplantats relevanten Objektkonturen unter Verwendung eines rechnergestützten Konturerkennungsverfahrens ein an ei­ ner Anzeigeeinrichtung ausgebbares, die relevanten Objektkon­ turen wiedergebendes Konturbild erzeugbar ist.- A computer device is provided, by means of which arithmetical processing of the subtraction picture for determination of the suitable pro for planning and / or selection object contours relevant to the thesis implant a computer-aided contour recognition process to an ei ner display device, the relevant object account tures reproducing contour image can be generated.

In der Rechnereinrichtung können erfindungsgemäß mehrere zur Planung und/oder Auswahl des Prothesenimplantats mit dem Kon­ turbild zur Übereinstimmungsermittlung vergleichbare schablo­ nenartige Implantatbilder abgelegt sein, die - automatisch mittels der Rechnereinrichtung oder manuell - auswählbar oder unter gemeinsamer Anzeige an einem Monitor überlagerbar und/oder nebeneinander darstellbar sind. Dabei kann die Rech­ nereinrichtung zur Bestimmung relevanter Größenangaben des Objekts anhand des Konturbilds ausgebildet sein, wie bei­ spielsweise der Breite des inneren Knochenhohlraums, des Win­ kels, mit welchem sich der Hohlraum verjüngt, des Gelenkkopf­ durchmessers im Falle eines Oberschenkelhalsknochens etc.According to the invention, several for Planning and / or selection of the prosthetic implant with the con similar template for determining the match be stored like implant images, which - automatically by means of the computer device or manually - selectable or can be superimposed on a monitor while displaying them together and / or can be displayed side by side. The Rech nereinrichtung for determining relevant size information of the Object based on the contour image, as in for example the width of the internal bone cavity, the win with which the cavity tapers, the condyle diameter in the case of a femur neck etc.

Neben einem Generator, dessen an die Röntgenstrahlenquelle anlegbare Betriebsspannung zur Beeinflussung des Energiespek­ trums der erzeugbaren Röntgenstrahlung variierbar ist, können erfindungsgemäß ferner Filtermittel vorgesehen sein, die zur Beeinflussung der von der Röntgenstrahlenquelle erzeugten Röntgenstrahlung in den Strahlengang bringbar sind.In addition to a generator, which is connected to the X-ray source Applicable operating voltage to influence the energy spec of the X-ray radiation that can be generated can be varied According to the invention, filter means can also be provided for Influencing those generated by the X-ray source X-rays can be brought into the beam path.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: Further advantages, features and details of the invention he give themselves from the execution described below game and based on the drawings. Show:  

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Rönt­ genanlage,Genanlage Fig. 1 is a schematic diagram of a Rönt according to the invention,

Fig. 2 eine Prinzipskizze eines Oberschenkelhalsknochens im Schnitt, und Fig. 2 is a schematic diagram of a femur neck in section, and

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Konturbildes und eines mit diesem vergleichbaren, schablonenartigen Implantatbilds. Fig. 3 is a schematic diagram of a contour image and a template-like implant image comparable to this.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgenanlage 1, bestehend aus einem Röntgenbildaufnahmesystem 2 umfassend eine Röntgen­ strahlenquelle 3, die über einen Generator 4 mit Betriebs­ spannung versorgt wird, sowie eine Röntgenstrahlenempfangs­ einrichtung 5 in Form eines digitale Ausgangssignale liefern­ den Bilddetektors. Ferner ist eine Bildverarbeitungseinrich­ tung 6 zur Verarbeitung der von der Röntgenstrahlenempfangs­ einrichtung 5 gelieferten digitalen Röntgenbilder sowie eine Rechnereinrichtung 7 zur weiteren Verarbeitung der von der Bildverarbeitungseinrichtung gelieferten Bilder vorgesehen. Die von der Bildverarbeitungseinrichtung 6 bzw. der Rech­ nereinrichtung 7 ermittelten Bilder können an einem Monitor 8 ausgegeben. Fig. 1 shows an X-ray system 1 according to the invention, consisting of an X-ray image recording system 2 comprising an X-ray source 3 , which is supplied with operating voltage via a generator 4 , and an X-ray receiving device 5 in the form of a digital output signals provide the image detector. Furthermore, an image processing device 6 for processing the digital X-ray images supplied by the X-ray receiving device 5 and a computer device 7 for further processing of the images supplied by the image processing device are provided. The images determined by the image processing device 6 or the computing device 7 can be output on a monitor 8 .

Im Rahmen des Betriebs der Röntgenanlage 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Röntgenbilder des Objekts O, beispielsweise des Bereichs des Oberschenkel­ halses aufgenommen. Das erste Röntgenbild wird mit einer von der Röntgenstrahlenquelle 3 emittierten Röntgenstrahlung mit einem ersten Energiespektrum, beispielsweise einem ersten Energiegehalt aufgenommen und in der Bildverarbeitungsein­ richtung 6 abgelegt. Anschließend wird, zur Vermeidung von etwaigen Bewegungsartefakten in sehr kurzer Abfolge, ein zweites Röntgenbild mit einer im Vergleich zur ersten verwen­ deten Röntgenstrahlung im Energiegehalt bzw. im Energiespek­ trum unterschiedlichen Röntgenstrahlung aufgenommen, wobei die digitalen Bildsignale dieses Röntgenbild ebenfalls in der Bildverarbeitung 6 abgelegt werden. Zur Erzeugung bzw. Beein­ flussung der Röntgenstrahlung kann entweder der Generator 4 hinsichtlich der an die Röntgenstrahlenquelle 3 gelieferten Betriebsspannung variiert werden, zusätzlich oder alternativ können auch Filtermittel 9 während einer Bildaufnahme in den Strahlengang gebracht werden, welche Strahlungsanteile einer bestimmten Wellenlänge heraus filtern und so das Energiespek­ trum beeinflussen.As part of the operation of the x-ray system 1 for performing the method according to the invention, two x-ray images of the object O, for example the region of the thigh neck, are taken. The first x-ray image is recorded with an x-ray radiation emitted by the x-ray source 3 having a first energy spectrum, for example a first energy content, and is stored in the image processing device 6 . Subsequently, in order to avoid any movement artifacts in a very short succession, a second x-ray image with an x-ray radiation different in energy content or in the energy spectrum compared to the first x-ray radiation used is recorded, the digital image signals of this x-ray image also being stored in the image processing unit 6 . To generate or influence the x-ray radiation, either the generator 4 can be varied with regard to the operating voltage supplied to the x-ray source 3 , additionally or alternatively, filter means 9 can also be brought into the beam path during image recording, which filter out radiation components of a certain wavelength and so on Influence energy spectrum.

In der Bildverarbeitungseinrichtung 6 wird nun durch digitale Subtraktion der beiden erhaltenen Röntgenbilder ein Subtrak­ tionsbild erstellt. Aufgrund der unterschiedlichen Energiege­ halte der verwendeten Röntgenstrahlung sind härtere und wei­ chere Strukturen des aufgenommenen Objekts O in den beiden Röntgenbildern unterschiedlich stark hervorgehoben und be­ tont. Aufgrund der digitalen Subtraktionsbearbeitung sind die Kontur- oder Strukturgrenzen im Bereich des Übergangs von hartem zu weichem Knochenmaterial oder aber beispielsweise vom Knochen zum Gelenkknorpel wesentlich deutlicher erkennbar als auf dem einen oder dem anderen Röntgenbild selbst. Rele­ vante Strukturen wie beispielsweise der Bereich des kortika­ len-spongiösen Übergangs im Bereich des Knochenhohlraums kön­ nen so deutlich differenziert werden.A subtraction image is now created in the image processing device 6 by digital subtraction of the two x-ray images obtained. Due to the different energy content of the X-rays used, harder and softer structures of the recorded object O are differently emphasized and emphasized in the two X-ray images. Due to the digital subtraction processing, the contour or structural boundaries in the area of the transition from hard to soft bone material or, for example, from the bone to the articular cartilage can be seen much more clearly than on one or the other x-ray image itself. Relevant structures such as the area of the cortical bone Cancellous transition in the area of the bone cavity can be clearly differentiated.

Das erhaltene Subtraktionsbild wird anschließend in der Rech­ nereinrichtung 7 zur Erzeugung eines Konturbild rechnerisch bearbeitet. Hierzu wird ein rechnergestütztes Konturerken­ nungsverfahren unter Verwendung von Konturerkennungsalgorith­ men angewandt und die exakte Knochenkontur bestimmt, d. h., anhand des bereits sehr exakten Subtraktionsbildes wird rech­ nerisch die Kontur bzw. der genaue Knochenverlauf bestimmt, so daß ein nach genaueres Konturbild erhalten wird. Dieses Konturbild ist anschließend Grundlage für die Planung und/oder Auswahl des zu verwendenden Prothesenimplantats. Hierzu sind in der Rechnereinrichtung 7 mehrere schablonen­ artige Implantatbilder abgelegt, die dann, wenn das entspre­ chende Implantat bestimmt werden soll, gemeinsam mit dem Kon­ turbild am Monitor 8 ausgegeben werden können, so daß das Im­ plantatbild ermittelt werden kann, das am besten zu der be­ stimmten Knochenkontur paßt.The subtraction image obtained is then computationally processed in the computing device 7 to generate a contour image. For this purpose, a computer-aided contour detection method using contour detection algorithms is used and the exact bone contour is determined, ie, the contour or the exact bone profile is calculated using the already very exact subtraction image, so that a more accurate contour image is obtained. This contour image is then the basis for the planning and / or selection of the prosthesis implant to be used. For this purpose, several template-like implant images are stored in the computer device 7 , which can then, if the corresponding implant is to be determined, be output together with the contour image on the monitor 8 , so that the implant image can be determined which best suits the certain bone contour fits.

Dabei kann die Auswahl eines oder mehrerer ggf. passender Im­ plantatbilder mittels der Rechnereinrichtung 7 selbst erfol­ gen, wozu diese beispielsweise anhand des Knochenkonturbild relevante Parameter, wie beispielsweise den Durchmesser des Knochenhohlraums, den Radius des Gelenkkopfes etc. bestimmt und anhand dieser Parameter das oder die ggf. relevanten Im­ plantatbilder auswählt und diese automatisch an dem Monitor 8 anzeigt, wobei diese Bilder einander überlagert oder aber nebeneinander dargestellt werden können. Daneben ist natür­ lich auch eine manuelle Auswahl möglich.In this case, the selection of one or more suitable implant images can be carried out by means of the computer device 7 itself, for which purpose the parameters, such as the diameter of the bone cavity, the radius of the joint head, etc., are determined based on the bone contour image, and these parameters are used to determine the or the if necessary, selects relevant implant images and automatically displays them on the monitor 8 , wherein these images can be superimposed or displayed side by side. Manual selection is of course also possible.

Fig. 2 zeigt in Form einer Schnittansicht den oberen Bereich eines Oberschenkelknochens 10. Am Gelenkkopf 11 findet sich der Gelenkknorpel 12, der mit dem Gelenkkopf 11 zusammen in der nicht gezeigten Gelenkpfanne am Beckenknochen aufgenommen ist. Am Gelenkkopf 11 schließt sich der Knochenhals 13 an, der im Inneren einen Hohlraum 14 aufweist. Im exemplarisch lediglich gestrichelten Bereich 15 geht die feste, sogenannte kortikale Knochensubstanz des Knochenhalses 13 in eine spon­ giöse Form über, die schwammig oder schwammartig beschaffen ist, mithin also weich ist. Der genaue Übergang, wo also noch festes kortikales Knochenmaterial vorliegt, muß möglichst ge­ nau bestimmt werden, da dies für den sicheren Halt des Im­ plantats relevant ist. Mittels des eingangs genannten Verfah­ rens ist eine solche exakte Bestimmung anhand des Konturbil­ des möglich. Fig. 2 shows a sectional view in the form of the upper region of a femur 10th At the joint head 11 there is the articular cartilage 12 , which is received together with the joint head 11 in the joint socket (not shown) on the pelvic bone. The bone neck 13 adjoins the joint head 11 and has a cavity 14 in the interior. In the region 15 , which is merely dashed by way of example, the solid, so-called cortical bone substance of the bone neck 13 merges into a spon giös form, which is spongy or spongy, so is therefore soft. The exact transition, where there is still solid cortical bone material, must be determined as precisely as possible, since this is relevant for the secure hold of the implant. By means of the method mentioned at the beginning, such an exact determination based on the contour of the is possible.

Ein solches Konturbild K ist exemplarisch in Fig. 3 darge­ stellt. Dieses mittels der Rechnereinrichtung 7 ermittelte Konturbild zeigt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Konturen des festen Knochenmaterials des in Fig. 2 gezeigten Oberschenkelhalses 10, d. h., Weichteile wie beispielsweise der Knorpel 12 oder aber die Bereich, in denen spongiöses Knochenmaterial vorliegt, sind hier nicht mehr gezeigt. An­ hand dieses Konturbildes kann nun das entsprechende Implantat eines Implantatbildes I, was in Fig. 3 ebenfalls gezeigt ist, ausgewählt werden. Dieses Implantatbild I zeigt eine Ansicht eines Prothesenimplantats 16, das ebenfalls einen Gelenkkopf 17 sowie einen Keilschaft 18 aufweist, welcher in den Hohl­ raum 14 des zur Implantation abgesägten Knochenschaftes 13 (der Gelenkkopf 13 wird bekanntermaßen entfernt) eingesteckt wird. Anhand des Konturbildes kann so die exakte Form des Im­ plantats, insbesondere des Keilschaftes 18 bestimmt, und da­ mit dessen Anpassung an die Größenverhältnisse des Inneren des Knochenschaftes 13 ermöglicht werden, so daß eine sichere Fixierung möglich ist.Such a contour image K is exemplified in Fig. 3 Darge. In the exemplary embodiment shown, this contour image determined by means of the computer device 7 shows the contours of the solid bone material of the femoral neck 10 shown in FIG. 2, ie soft parts such as cartilage 12 or the area in which cancellous bone material is present are no longer shown here. The corresponding implant of an implant image I, which is also shown in FIG. 3, can now be selected on the basis of this contour image. This implant image I shows a view of a prosthetic implant 16 , which also has a joint head 17 and a wedge shaft 18 , which is inserted into the cavity 14 of the bone shaft 13 sawn off for implantation (the joint head 13 is known to be removed). Based on the contour image, the exact shape of the implant, in particular the wedge shaft 18, can be determined, and since its adaptation to the proportions of the interior of the bone shaft 13 makes it possible, so that a secure fixation is possible.

Claims (14)

1. Verfahren zum Ermitteln von für die Planung und/oder Auswahl von Prothesenimplantaten relevanter Knochenkonturen und Knochenstrukturen, insbesondere des Übergangs von korti­ kaler zu spongiöser Knochenkontur, unter Verwendung einer Röntgenanlage mit einem Röntgenbildaufnahmesystem zur Erfas­ sung digitaler Röntgenbilder und einer Rechnereinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Aufnahme wenigstens eines ersten und wenigstens eines zwei­ ten digitalen Röntgenbildes, wobei zur Aufnahme des ersten und des zweiten Bildes Röntgenstrahlung unterschiedlicher Energiespektren verwendet wird,
  • - Erzeugung eines Subtraktionsbildes durch digitale Subtrak­ tion der beiden Bilder,
  • - Erzeugung eines Konturbildes durch rechnerische Bearbeitung des Subtraktionsbildes zur Bestimmung der Knochenkonturen un­ ter Verwendung eines rechnergestützten Konturerkennungsver­ fahrens, wobei das Konturbild für die Planung und/oder Aus­ wahl des Prothesenimplantats verwendet wird.
1. A method for determining bone contours and bone structures relevant to the planning and / or selection of prosthetic implants, in particular the transition from cortical to cancellous bone contour, using an X-ray system with an X-ray image recording system for recording digital X-ray images and a computer device, characterized by the following steps :
  • Recording at least one first and at least one second th digital X-ray image, wherein X-radiation of different energy spectra is used to record the first and the second image,
  • Generation of a subtraction image by digital subtraction of the two images,
  • - Generation of a contour image by arithmetic processing of the subtraction image to determine the bone contours using a computer-aided contour recognition method, the contour image being used for the planning and / or selection of the prosthetic implant.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das ersten und das zweite Röntgenbild kurz hintereinander aufgenommen werden.2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that the first and the second X-ray image can be taken in quick succession. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Planung und/oder Auswahl des Prothesenimplantats in einer oder der Rechnereinrichtung abgelegte, mit dem Konturbild zur Überein­ stimmungsermittlung vergleichbare schablonenartige Implantat­ bilder verwendet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized that as part of planning and / or selection of the prosthetic implant in one or the Computer device stored, to match the contour image mood determination comparable template-like implant images are used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Rahmen der Planung und/oder Auswahl das Konturbild und ein Implantatbild an ei­ nem Monitor angezeigt werden, wobei das Implantatbild über das Konturbild gelegt wird oder beide Bilder nebeneinander dargestellt werden.4. The method according to claim 3, characterized ge indicates that as part of planning and / or selection of the contour image and an implant image on an egg displayed on the monitor, with the implant image above  the contour image is placed or both images side by side being represented. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswahl und/oder die Überlagerung des Implantanbilds und/oder die nebeneinanderge­ setzte Darstellung automatisch mittel der Rechnereinrichtung oder manuell erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized ge indicates that the selection and / or the Overlaying the implant image and / or the side by side set representation automatically by means of the computer device or done manually. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ zeugung der in ihrem Energiespektrum verschiedenen Röntgen­ strahlungen an einem zum Betrieb einer Röntgenstrahlenquelle dienenden, die Betriebsspannung liefernden Generator ver­ schiedenen Betriebsspannungen eingestellt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for Er Generation of the X-ray different in their energy spectrum Radiations on one to operate an X-ray source serving generator supplying the operating voltage different operating voltages can be set. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der in ihrem Energiespektrum verschiedenen Röntgenstrahlungen Filtermittel in den Strahlengang gebracht werden.7. The method according to any one of claims 1 to 5, there characterized by that for generation the different X-rays in their energy spectrum Filter media are brought into the beam path. 8. Röntgenanlage, umfassend ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenstrahlen­ quelle und einem Röntgenstrahlenempfänger zur Erfassung digi­ taler Röntgenbilder, sowie eine Bildverarbeitungseinrichtung, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei welcher
  • - das Röntgenbildaufnahmesystem (2) zur Aufnahme wenigstens eines ersten und wenigstens eines zweiten Röntgenbildes eines mit einem Prothesenimplantat zu versehenden Objekts (O) unter Verwendung von in ihrem Energiespektrum unterschiedlicher Röntgenstrahlung ausgebildet ist,
  • - die Bildverarbeitungseinrichtung (6) zur Erzeugung eines Subtraktionsbildes durch Subtraktion der beiden Bilder ausge­ bildet ist, und
  • - eine Rechnereinrichtung (7) vorgesehen ist, mittels welcher durch rechnerische Bearbeitung des Subtraktionsbildes zur Be­ stimmung der für die Planung und/oder Auswahl des geeigneten Prothesenimplantats relevanten Objektkonturen unter Verwen­ dung eines rechnergestützten Konturerkennungsverfahrens ein an einer Anzeigeeinrichtung (8) ausgebbares, die relevanten Objektkonturen wiedergebendes Konturbild (K) erzeugbar ist.
8. X-ray system, comprising an X-ray image recording system with an X-ray emitting X-ray source and an X-ray receiver for recording digital X-ray images, and an image processing device suitable for carrying out the method according to Claims 1 to 7, in which
  • the x-ray image recording system ( 2 ) is designed to record at least a first and at least a second x-ray image of an object (O) to be provided with a prosthetic implant using x-ray radiation which is different in its energy spectrum,
  • - The image processing device ( 6 ) for generating a subtraction image by subtracting the two images is formed, and
  • - A computer device ( 7 ) is provided, by means of which, by processing the subtraction image to determine the object contours relevant to the planning and / or selection of the suitable prosthesis implant using a computer-aided contour detection method, a relevant object contours that can be output on a display device ( 8 ) reproducing contour image (K) can be generated.
9. Röntgenanlage nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Rechnereinrichtung (7) mehrere zur Planung und/oder Auswahl des Prothesenimplantats mit dem Konturbild (K) zur Übereinstimmungsermittlung ver­ gleichbare schablonenartige Implantatbilder (I) abgelegt sind.9. X-ray system according to claim 8, characterized in that in the computer device ( 7 ) several for the planning and / or selection of the prosthesis implant with the contour image (K) for matching determination ver comparable template-like implant images (I) are stored. 10. Röntgenanlage nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Konturbild (K) und ein Implantatbild (I) an der als Monitor (8) ausgebildeten Anzei­ geeinrichtung gemeinsam nebeneinander oder überlagert wieder­ gebbar sind.10. X-ray system according to claim 9, characterized in that the contour image (K) and an implant image (I) on the display device designed as a monitor ( 8 ) display device together next to one another or superimposed can be given again. 11. Röntgenanlage nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Implantantbild (I) auto­ matisch mittels der Rechnereinrichtung (7) oder manuell aus­ wählbar und/oder überlagerbar und/oder nebeneinander dar­ stellbar ist.11. X-ray system according to claim 10, characterized in that the implant image (I) auto matically by means of the computer device ( 7 ) or manually from selectable and / or superimposed and / or next to each other is adjustable. 12. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rechen­ einrichtung (7) zum Bestimmen relevanter Größenangaben des Objekts (O) anhand des Konturbilds (K) ausgebildet ist.12. X-ray system according to one of claims 8 to 11, characterized in that the computing device ( 7 ) for determining relevant size information of the object (O) is designed on the basis of the contour image (K). 13. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Generator (4) vorgesehen ist, dessen an die Röntgenstrahlenquelle (3) anlegbare Betriebsspannung zur Beeinflussung des Energiespek­ trums der mittels der Röntgenstrahlenquelle (3) erzeugbaren Röntgenstrahlung variierbar ist. 13. X-ray system according to one of claims 8 to 12, characterized in that a generator ( 4 ) is provided, the operating voltage which can be applied to the x-ray source ( 3 ) for influencing the energy spectrum of the x-ray source ( 3 ) which can be generated by the x-ray source ( 3 ) can be varied. 14. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß Filtermittel (9) vorgesehen sind, die zur Beinflussung der von der Rönt­ genstrahlenquelle (3) erzeugten Röntgenstrahlung in den Strahlengang bringbar sind.14. X-ray system according to one of claims 8 to 12, characterized in that filter means ( 9 ) are provided which can be brought into the beam path to influence the x-ray radiation generated by the x-ray source ( 3 ).
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