-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung
von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen,
insbesondere abdominellen, Intervention.
-
Während einer
Intervention werden zur Navigation der Instrumente, beispielsweise
im Abdomen, mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung Echtzeitbilder
gewonnen. Verglichen mit dreidimensionalen (3-D) Angio(graphie)-Bildern
zeigen diese Durchleuchtungs- oder zweidimensionalen (2-D) Bilder zwar
keine räumlichen
(3-D) Details, sie sind jedoch schneller verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung
für Patient
und Arzt. Idealerweise wird nun die räumliche Information dadurch
zurückgewonnen, dass
prä- oder
intra-operativ aufgenommene 3-D-Bilder z. B. von CT-, 3-D-Angio-,
C-Arm-CT- oder MR-Aufnahmen
mit den zweidimensionalen Bildern registriert werden und diesen
unterlegt werden. Die Kombination von coregistrierten 2-D- und 3-D-Bildern erlaubt
dem Arzt nun eine bessere Orientierung im Volumen. Diese 2-D/3-D-Registrierung
besteht aus zwei Schritten.
-
1. Bildregistrierung:
-
Zunächst muss
bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3-D-Volumen projiziert werden muss, damit
es mit dem 2-D-Bild in Deckung gebracht werden kann. Ein Ansatz
der merkmalsbasierten Registrierung von 3-D-Bildern zu 2-D-Angiographie-Bildern
ist beispielsweise in [1] beschrieben. Dabei werden Gefäßstrukturen
extrahiert und 2-D/3-D-Korrespondenzen hergestellt.
-
2. Visualisierung:
-
Das
zweite Problem ist die Visualisierung der registrierten Bilder,
d. h. die gemeinsame Darstellung von 2-D-Bild und projiziertem 3-D-Bild.
Die Standardmethode hierfür
ist das soge nannte ”Overlay” (Überlagerung),
bei dem die beiden Bilder anhand verschiedener Methoden übereinander
gelegt werden, wie dies beispielsweise schon in der älteren Patentanmeldung
[7]
DE 10 2006
003 126 A1 vorgeschlagen ist.
-
Aus
der gattungsbildenden Druckschrift [8] ist eine bildgebende Methode
zur Herzkatheternavigation bekannt, die ein zweidimensionales Bild
eines Herzens einschließlich
eines Katheters darstellt; hierbei wird eine Registrierung vorgenommen
und ein zweidimensionales Bild in ein dreidimensionales Bild, dass
das Herz darstellt, eingeblendet; dabei wird das eingeblendete Bild
und das dreidimensionale Bild visualisiert sowie der Katheter aus
dem Bild extrahiert und in das dreidimensionale Bild eingefügt.
-
Ein
Problem der Visualisierung nach erfolgreicher 2-D/3-D-Registrierung ist
die intuitive Darstellung und Kopplung beider Bildmodalitäten, insbesondere
eine Beschränkung
auf die interessanten Merkmale (z. B. Gefäße, Instrumente). Bei der oben
beschriebenen Überlagerung
kann der 3-D-Effekt (Tiefeninformation) der präoperativen Bilddaten nicht mehr
genutzt werden, wenn das Volumen aus verschiedenen Perspektiven/Ansichten/Blickwinkel
oder Abständen
betrachtet werden soll. Bei Veränderung der
Ansicht geht der Bezug zur intraoperativen 2-D-Aufnahme verloren.
-
Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten
Art hinsichtlich einer Perspektiven bzw. Ansichtenfreiheit zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung mit
den technischen Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon
abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
ein Verfahren zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer
medizinischen Intervention eines Patien ten angewendet wird. Erfindungsgemäß werden
folgende Schritte durchgeführt:
- a) Verwendung zumindest eines vor der Intervention
(präoperativ)
aufgenommenen, dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Zielbereiches
der Intervention,
- b) Aufnehmen zumindest eines dreidimensionalen Bilddatensatzes
des Zielbereiches,
- c) Registrierung des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt
a) mit dem zweidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt b),
- d) synchrone dreidimensionale Bilddarstellung, bei der zumindest
eine Information des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen
Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragen wird, wobei der Blickwinkel
oder -abstand der integrierten Bilddarstellung auf den Zielbereich
unterschiedlich vom Aufnahme-Blickwinkel oder Aufnahme-Abstand des
zweidimensionalen Bilddatensatzes auf den Zielbereich eingestellt
werden kann. In die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung kann
ein Schichtbild zur Orientierung integriert werden.
-
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird also eine solche Information mindestens
ein Bildmerkmal beispielsweise ein medizinisches Instrument oder
anatomische Landmarken im zweidimensionalen Bilddatensatz identifiziert,
das durch die Registrierung entsprechend einem Bildmerkmal im dreidimensionalen
Bilddatensatz zugeordnet ist. Ein identifiziertes Bildmerkmal kann
dazu verwendet werden, um dessen Rückprojektion bei einer veränderbaren
bzw. veränderten
Blickwinkel- oder Abstand-Einstellung der integrierten Bilddarstellung
zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß können die
Bildmerkmale manuell gekennzeichnet oder automatisch ermittelt werden.
-
Vorzugsweise
können
der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung
getrennt voneinander – vorzugsweise auf
einem Dual-Monitor-System visualisiert, dargestellt werden.
-
Die
Darstellung eines im Zielbereich eingeführten medizinischen Instrumentes
erfolgt in der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung zweckmäßigerweise
in 3D.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Darstellung
von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze, insbesondere in Echtzeit,
aufweisend folgende Merkmale: Ein Röntgengerät zur Erzeugung von Röntgenstrahlung,
ein Röntgenbilddetektor
zur Erfassung von Röntgenbildern,
einem Bildsystem und eine Wiedergabevorrichtung. Diese Vorrichtung
umfasst des Weiteren:
- – Eine Einrichtung im Bildsystem
zum Bearbeiten zumindest eines dreidimensionalen Bilddatensatzes,
- – eine
Einrichtung zum Aufnehmen zumindest eines zweidimensionalen Bilddatensatzes,
- – eine
Einrichtung zum Registrieren des dreidimensionalen Bilddatensatzes
mit dem zweidimensionalen Bilddatensatz,
- – eine
Einrichtung zur synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung, bei
der zumindest eine Information des zweidimensionalen Bilddatensatzes
in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragbar
ist, wobei der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone
dreidimensionale Bilddarstellung getrennt von einander visualisierbar
sind, wobei der Blickwinkel oder -abstand der integrierten Bilddarstellung
auf den Zielbereich unterschiedlich vom Aufnahme-Blickwinkel oder
Aufnahme-Abstand des zweidimensionalen Bilddatensatzes auf den Zielbereich
eingestellt werden kann. In die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung
kann ein Schichtbild zur Orientierung integriert werden.
-
Vorzugsweise
wird zur Visualisierung der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung
ein so genanntes Dual-Monitor-System
eingesetzt.
-
Die
Erfindung weist folgende Vorteile auf:
- – Perspektivenfreiheit:
Die Möglichkeit,
dass 3-D-Gefäßmodell
aus allen Blickwinkeln bzw. Abständen
zu betrachten, ohne dabei die (zuvor rückprojizierte) Information,
wie zum Beispiel Instrumente, Gefäßpfade, anatomische Landmarken,
zu verlieren.
- – Volumendatenintegration:
Die Integration des vollen 3-Bildmaterials durch geeignete Visualisierungsverfahren
(zum Beispiel Schichtdarstellung, direktes oder indirektes Volumenrendering).
-
Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung:
-
1 eine
Röntgendiagnostikeinrichtung zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 eine
schematische Ansicht der Registrierung einer 3-D-Rekonstruktion
eines Gefäß-Systems,
z. B. der Leber und eines 2-D-Fluoroskopie-Bild eines medizinischen
Instruments, z. B. eines Katheters in der Leber,
-
3 beispielhaft
eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung auf einem so genannten Dual-Monitor-System, bei
der links ein 3-D-Gefäßmodell
mit integriertem Schichtbild und rechts ein Fluoroskopiebild gezeigt
werden,
-
4 ein
Beispiel für
eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung wie in 3 mit
dem Unterschied, dass die Perspektivenansicht auf das 3-Gefäßmodell
verändert
worden ist,
-
5 beispielhaft
eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung ähnlich wie in 4 mit zusätzlicher
Volumendatenintegration.
-
In 1 ist
eine Röntgendiagnostikeinrichtung,
zum Beispiel ein C-Bogen-System 1 dargestellt, die einen
drehbaren gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden
eine Röntgenstrahlungsquelle,
beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 und
ein Röntgenbilddetektor 4 angebracht
sind. Der Röntgenbilddetektor 4 kann
ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor
sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium hergestellt ist. Im Strahlengang
der Röntgenstrahlungsquelle 3 befindet
sich ein Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme eines interessierenden
Zielbereichs, zum Beispiel die Leber eines zu untersuchenden Patienten 9.
An der Röntgendiagnostikeinrichtung
ist ein Bildsystem 6 angeschlossen, das die Bildsignale
des Röntgendetektors 4 empfängt und
verarbeitet. Das Bildsystem 6 umfasst desweiteren einen
Auswerterechner 7 und eine Wiedergabevorrichtung 8,
vorzugsweise ausgebildet als ein Dual-Monitor-System.
-
Zur
Erstellung von 3-D-Bilddatensätzen
wird der drehbar gelagerte C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und
Bilddetektor 4 gedreht. Die Röntgenstrahlungsquelle 3 imitiert
einen von einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle 3 ausgehendes
Strahlenbündel 10,
das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft.
Die Röntgenstrahlungsquelle 2 und
der Röntgenbilddetektor 4 laufen
jeweils so um den interessierenden Zielbereich herum, dass sich
die Röntgenstrahlungsquelle 2 und
der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegengesetzten
Seiten des interessierenden Zielbereichs gegenüber liegen.
-
Aus
der 2 wird nun die Registrierung nach dem Stand der
Technik kurz erläutert.
Ein dreidimensionales Bild 11 zeigt eine 3-D-Rekonstruktion eines
Gefäß-Systems 12.
In einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild 13 ist ein
Katheter 14 dargestellt. Ein Pfeil 15 deutet eine
Registrierung und Überlagerung
beider Bilder 11 und 13 zu einem Überlagerungsbild 16 zum
Zwecke der Navigation an, in dem der Katheter 14 sichtbar
ist. Zur Registrierung können
Bildmerkmale, wie zum Beispiel ein Katheter 14 oder ein
Draht oder die Kanten der Rippen, Darmstrukturen und weitere anatomische
Landmarken verwendet werden.
-
2 illustriert
in Bild 11 mit a) bezeichnet ein 3-D-Computertomograph-Angiographie-Bild (CTA)
und ein Gefäßmodell bzw.
ein Gefäßsystem 12 sowie
in Bild 13 mit b) bezeichnet ein 2-D-Digital-subtrahiertes-Angiographie-Bild
(DSA) und in Bild 16 mit c) bezeichnet eine Überlagerung
von a) und einer Fluorskopieaufnahme zum Zwecke der Navigation ohne
erneute Kontrastmittelgabe. Das Fluoroskopiebild wurde dabei von
der selben Perspektive wie b) aufgenommen.
-
In 3 wird
beispielhaft eine synchrone 3-D-Bilddarstellung,
vorzugsweise auf einen so genannten Dual-Monitor-System visualisiert gezeigt. Rechts
wird ein Fluoroskopiebild 17 illustriert, das eine mit
einem Kreuz markierte Katheterspitze S zeigt. Links wird ein 3-D-Bild 18 gezeigt,
das ein 3-D-Gefäßmodell 12 mit
integriertem Schichtbild SB illustriert. Dabei wird mit einem Pfeil
die momentane Position der Katheterspitze S angedeutet.
-
In 4 wird
eine ähnliche
synchrone Bilddarstellung gezeigt wie in 3, mit dem
Unterschied, dass in dem 3-D-Bild 19 die
Ansicht auf das 3-D-Gefäßmodell
verändert
worden ist. Dabei bleibt die rückprojizierte
Information erhalten. Jedoch die Registrierung (Stellung im Raum)
ist verloren gegangen.
-
In 5 wird
eine synchrone Bilddarstellung ähnlich
wie in 4 gezeigt, mit dem Unterschied einer zusätzlichen
Volumenintegration. Das heißt,
im 3-D-Bild 20 wird automatisch die Schicht SB an der Stelle
angezeigt, an der sich die Katheterspitze S befindet. Mit anderen
Worten ausgedrückt,
die Registrierung bleibt erhalten.
-
Im
Folgenden wird der Vorgang im Einzelnen nochmals erläutert:
Ein
3-D-Bild wird aus einem Volumendatensatz, der beispielsweise von
einer 3-D-Angiographie-, CD- oder MR-Diagnostikeinrichtung vor einer geplanten Intervention
erzeugt wurde, mit einem interessierenden Zielbereich, zum Beispiel
einem Gefäßbaum, erstellt.
Dann werden zeitlich aufeinanderfolgende 2-D-Bilder erstellt, in
denen beliebige Strukturen enthalten sind. Diese Strukturen werden
in der Bildebene mittels so genanntem Tracken weiter verfolgt.
-
Für das erfindungsgemäße Verfahren
muss eine vorherige merkmalsbasierte 2-D-3-D-Registrierung die Korrespondenz
zwischen Gefäß-Strukturen herstellen.
Nach der Registrierung erhält
man eine Menge von Punktkorrespondenzen {x(i) ≫ X(i)} auf der Gefäß-Mittellinie.
Dies ist beispielsweise in [4] beschrieben.
-
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
ein so genanntes Dual-Monitor-System bereitgestellt, das aus einer
Ansicht für
in Echtzeit erzeugte (Live) Angiographie- oder Fluorskopie-3 Bildern und einer
Ansicht eines 3-D-Gefäßmodells
(mit integrierten Volumendaten) besteht. Das Dual-Monitor-System
ermöglicht
nun zusammen mit den zuvor berechneten Punktkorrespondenzen die
Durchführung
folgender Verfahrensschritte:
- 1. Die Visualisierung
(z. B. 3) eines korrespondierenden Punktes (Katheter,
anatomische Landmarke) in der zweiten Ansicht (z. B. 18), wenn
in der ersten Ansicht (z. B. 17) eine Landmarke im Gefäß durch
eine geeignete Benutzerschnittstelle identifiziert wurde.
- 2. Die Visualisierung einer animierten ”Roadmap”, also eines Pfades durch
das Gefäß-System
von einer bestimmten Stelle (beispielsweise der momentanen Lage
des Katheters 14) zu dem interessierenden Zielbereich.
Die Bestimmmung des Pfades durch das Gefäß-System kann dabei automatisch
geschehen. Falls der interessierende Zielbereich in einem vorherigen
Planungsschritt vom Arzt identifiziert wurde, kann die Visualisierung
ohne Benutzer-Interaktion erfolgen.
- 3. Die Echtzeitdarstellung von im Gefäß befindlichen Instrumenten
(zum Beispiel Katheter 14) in 3-D durch Rückprojektion
unter Verwendung der in der Registrierung errechneten Projektionsmatrix
und des 3-D-Gefäßmodells.
Dafür kann
das Instrument in den Live-Fluoroskopie-Bildern getrackt werden.
Ebenso kann die Atmungsbewegung im abdominellen Fall, zum Beispiel
beschrieben in [6], und die Position durch die Korrespondenzinformation
rückprojiziert
werden.
-
Bei
der Animation aus 2. bzw. der Echtzeitdarstellung aus 3. kann die
Position des integrierten Bilddatensatzes zusammen mit der Position
der Roadmap- bzw. der Instrument-Position aktualisiert werden und
zum Beispiel ein Schichtbild nur an dieser Position visualisiert
werden (siehe 5). Für die Schritte 2. und 3. können geeignete
Interpolationsmethoden zu einer ”flüssigen” Animation verwendet werden.
Diese sind beispielsweise in [5] beschrieben.
-
Im
Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem bildgebenden Gerät beispielsweise
um Röntgen-C-Bogen-Systeme,
Röntgen-Biplan-Geräte, Computertomographen,
MR oder PET handeln. Der C-Bogen 2 kann auch durch einen
so genannten elektronischen C-Bogen 2 ersetzt werden, bei
dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler 3 und
Röntgenbilddetektor 4 erfolgt.
Die C-Bögen 2 können aber
auch an Roboterarmen geführt
sein, die an Decke oder Boden angebracht sind. Auch lässt sich
das Verfahren mit Röntgengeräten durchführen, bei
denen die einzelnen bilderzeugenden Komponenten 3 und 4 jeweils
von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden
angeordnet sind.
-
Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung können
aus dem Anhang entnommen werden.
-
Anhang
-
-
1. Beschreibung des technischen Problems,
das durch die Erfindung gelöst
werden soll
-
Während einer
Intervention werden zur Navigation der Instrumente (z. B. im Abdomen)
mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung Echtzeitbilder gewonnen.
Durch Kontrastmittelgabe können
auch Gefäße visualisieren
werden (1). Verglichen mit 3D Angio
oder präoperativ
gewonnenen CTA Volumen (1) zeigen diese Durchleuchtungsbilder zwar
keine räumlichen
(3D) Details, sie sind jedoch schneller verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung
für Patient
und Arzt. Idealerweise wird nun die räumliche Information dadurch
zurückgewonnen, dass
prä-operativ
aufgenommene 3D-Bilder (beispielsweise CT, 3D Angio oder MR) mit
den zweidimensionalen Durchleuchtungsbildern registriert werden
und wichtige Informationen aus dem 3D Datensatz in das 2D Durchleuchtungsbild
projiziert werden. Die Kombination oder Fusion von co-registrierten
2D und 3D Bildern erlaubt dem Arzt nun eine bessere Orientierung
im Patienten aufgrund verbesserter Tiefeninformation. Diese 2D-3D-Fusion besteht aus zwei
Schritten:
- 1. Bildregistrierung: Zunächst muss
bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3D Volumen projiziert
werden soll, damit es mit dem 2D Bild in Deckung gebracht werden
kann. Hierfür
gibt es verschiedene Ansätze,
u. a. merkmalsbasierte Registrierung, die im Falle von Angiographiebildern
zumeist Gefäßstrukturen
extrahiert und diese „Gefäßmodelle” zur Registrierung
verwendet. Bei solchen Verfahren werden 2D–3D Korrespondenzinforma tionen
hergestellt, d. h. eine Zuordnung, welcher 2D Gefäßpunkt im
aufgenommenen Bild welchem 3D Gefäßpunkt im Volumen zuzuordnen
ist.
- 2. Visualisierung: Das zweite Problem ist die Visualisierung
der registrierten Bilder, d. h. die gemeinsame Darstellung von 2D-
und projiziertem 3D-Bild. Üblich
ist eine einfache justierbare Überblendung,
also ein „Overlay”.
-
Ein
Problem der Visualisierung nach erfolgreicher 2D–3D Registrierung ist die intuitive
Darstellung und Kopplung beider Bildmodalitäten, insbesondere eine Beschränkung auf
die interessanten Merkmale (Gefäße, Pathologien,
Instrumente). Wichtig ist eine Visualisierung, die es immer noch
erlaubt den 3D Effekt der präoperativen
Daten zu nutzen (d. h. zum Beispiel, das Volumen von verschiedenen
Ansichten betrachten zu können),
ohne dabei den Bezug zur intraopertiven 2D Aufnahme zu verlieren. Dies
ist bei der Standardmethode, dem Overlay (1), nicht
möglich.
-
Die
vorliegende Erfindung schlägt
nun vor, die aus der Registrierung hervorgegangenen Information
zu benutzen, um eine Visualisierung anzubieten, die synchron zu
jedem Punkt im 3D Gefäß den korrespondierenden
Punkt im 2D Gefäß darstellen kann
und durch geeignete Animationstechniken Gefäßpfade gleichzeitig in 2D und
in 3D (von jeder Blickrichtung) abfahren kann. Darüber hinaus
können
Intrumentpositionen, die nur in 2D Fluoroskopiebildern sichtbar
sind, durch Rückprojektion
in Echtzeit im 3D Gefäß dargestellt
werden.
-
2. Bisherige Lösung
-
Die
merkmalsbasierte Registrierung von 3D-Bildern zu 2D Angiographiebildern
ist Stand der Technik (s. [1]). Dabei werden Gefäßstrukturen extrahiert und
2D–3D
Korrespondenzen hergestellt.
-
Die
Aufrechterhaltung dieser Registrierung bei Atmungsbewegung in abdominellen
Interventionen kann durch geeignete Atmungskorrektur gewährleistet
werden [6].
-
Das
Finden von Instrumenten in 2D Angiographiebildern zur erfolgreichen
Rückprojektion
ist ebenfalls Stand der Technik (s. [2, 3])
-
Die
Standardmethode für
die 2D–3D
Visualisierung ist das „Overlay”, d. h.
die beiden Bilder werden (anhand verschiedener Methoden) übereinandergelegt
(1).
-
Dabei
ist jedoch die Möglichkeit
zur Veränderung
der Blickrichtung nicht gegeben, da sonst die zuvor bestimmte Registrierung
zerstört
wird.
-
3. Lösung des angegebenen technischen
Problems
-
Für dieses
Verfahren muss eine vorhergehende merkmalsbasierte 2D–3D Registrierung
die Korrespondenz zwischen Gefäßstrukturen
herstellen. Nach der Registrierung erhält man eine Menge von Punktkorrespondenzen
{x(i) ↔ X(i)}
auf der Gefäßmittelinie,
siehe dazu z. B. [4].
-
Das
vorgeschlagene Verfahren besteht nun darin, ein Dual-Monitor-System bereitzustellen,
das aus einer Ansicht für
Live-Angiographie oder -Fluoroskopiebildern und einer Ansicht eines
3D Gefäßmodells
(mit integrierten Volumendaten) besteht.
-
Das
Dual-Monitor-System zusammen mit den zuvor berechneten Punktkorrespondenzen
ermöglicht
nun:
- 1) Die Visualisierung eines korrespondierenden Punktes
(anatomische Landmarke) in der jeweils zweiten Ansicht, wenn in
der ersten Ansicht eine Landmarke im Gefäß durch eine geeignete Benutzerschnittstelle
spezifiziert wurde (2).
- 2) Die Visualisierung einer animierten ”Roadmap”, also eines Pfades durch
das Gefäßsystem
von einer bestimmten Stelle (beispielsweise der momentanen Lage
des Katheters) zu dem ROI (Region of Interest). Die Bestimmung des
Pfades durch das Gefäßsystem
kann dabei automatisch realisiert werden. Falls die ROI in einem
vorherigen Planungsschritt vom Arzt spezifiziert wurde, kann diese
Visualisierung ohne jegliche Benutzerinteraktion erfolgen.
- 3) Die Echtzeitdarstellung von im Gefäß befindlichen Instrumenten
(z. B. Katheter) in 3D durch Rückprojektion
unter Verwendung der in der Registrierung errechneten Projektionsmatrix
und des 3D Gefäßmodells.
Dafür kann
das Instrument in den Live-Fluoroskopiebildern getrackt werden (ebenso
die Atmungsbewegung im abdominellen Fall, siehe [6], und die Position
durch die Korrespondenzinformation rückprojiziert werden.
-
Der
Vorteil dieser Visualisierungstechnik ist hierbei
- • Perspektivenfreiheit:
Die Möglichkeit,
das 3D Gefäßmodell
von allen Blickwinkeln zu betrachten (die Registrierung zu verlassen),
ohne dabei die (zuvor rückprojizierte)
Information wie Instrumente, Gefäßpfade,
anatomische Landmarken zu verlieren. Dies steht im Gegensatz zum
momentanen Stand der Technik, in dem das Verändern des Blickwinkels die
Registrierung und damit das Overlay zerstört (3).
- • Volumendatenintegration:
Die Integration des vollen 3D Bildmaterials durch geeignete Visualisierungsverfahren
(z. B. Schichtdarstellung, direktes oder indirektes Volumenrendering).
Bei der Animationsdarstellung aus 2), bzw. der Echtzeitdarstellung
aus 3) kann die Position des integrierten Bilddatensatzes zusammen
mit der Position der Roadmap- bzw. der Instrumentposition aktualisiert
werden und z. B. ein Schichtbild nur an dieser Position visualisiert
werden (4).
-
Für 2) und
3) müssen
geeignete Interpolationsmethoden zur flüssigen Animation verwendet werden.
Diese sind Stand der Technik (s. [5], S. 105–129)
-
4. Kurzdarstellung der Erfindung
-
Das
Verwenden von Punktkorrespondenzen aus der 2D–3D Registrierung zur Visualisierung
von anatomischen Landmarken, Gefäßpfaden (Roadmaps),
und Instrumenten in 3D in einem Dual-Monitor-System.
-
Die
Ermöglichung
der Perspektivenfreiheit durch rückprojizierte
Informationen basierend auf Korrespondenzen und 3D Gefäßmodelle.
-
Die
Volumendatenintegration in dieser Ansicht zur besseren Orientierung
für den
Arzt, ohne dabei die rückprojizierten
Informationen zu verlieren (verbesserte 3D Tiefenwahrnehmung).
-
Literatur
-
- [1] M. Groher, N. Padoy, T. F. Jakobs, N. Navab
New
CTA Protocol and 2D–3D
Registration Method for Liver Catheterization
Proceedings of
Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI),
Copenhagen, Denmark, October 2006
- [2] Erik Franken, Peter Rongen, Markus van Almsick, Bart M.
ter Haar Romeny:
Detection of Electrophysiology Catheters in
Noisy Fluoroscopy Images.
Proceedin gs of Medical Image Computing
and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Copenhagen, Denmark,
October 2006
- [3] Jolly B., Van Horn M., Aylward S., Bullitt E.:
Needle
tracking and detection in the TIPS endovascular procedure
Proceedings
of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI),
Montreal, Canada, October 2003
- [4] M. Groher, F. Bender, R. T. Hoffmann, N. Navab
Segmentation-driven
2D–3D
Registration for Abdominal Catheter Interventions,
accepted
at Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted
Intervention (MICCAI), Brisbane, Australia, October 2007
- [5] William H. Press, Brian P. Flannery, Saul A. Teukolsky,
William T. Vetterling
Numerical Recipes in C: The Art of Scientific
Computing Cambridge University Press, 1988
- [6] DE 10 2007 015 792.6
- [7] DE 10
2006 003 126 A1
- [8] US 2007/0100223
A1
-
- 1
- C-Bogen-System
- 2
- C-Bogen
- 3
- Röntgenstrahlungsquelle
- 4
- Röntgenbilddetektor
- 5
- Patientenlagerungstisch
- 6
- Bildsystem
- 7
- Auswerterechner
- 8
- Wiedergabevorrichtung
- 9
- Patient
- 10
- Strahlenbündel
- 11
- 3-D-Bild
- 12
- Gefäßsystem
- 13
- 2-D-Fluoroskopie-Bild
(DSA)
- 14
- Katheter
- 15
- Pfeil
- 16
- Überlagerungsbild
- 17
- 2-D-Bild
- 18
- 3-D-Bild
mit Schichtbild
- 19
- 3-D-Bild
mit Perspektivenfreiheit
- 20
- 3-D-Bild
mit Volumenintegration
- S
- Katheterspitze
- SB
- Schichtbild