DE102008005118B3

DE102008005118B3 - Registrierungsverfahren

Info

Publication number: DE102008005118B3
Application number: DE102008005118A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Klingenbeck-Regn
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: US20090185657A1

Abstract

Verfahren zur geometrischen Registrierung einer Bildgebungseinrichtung außerhalb eines Objekts (3), insbesondere einer Strahlungseinrichtung, mit einer fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4), insbesondere eines Ultraschallsenders, innerhalb des Objekts (3), mit den Schritten: - Aufnahme eines die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) enthaltenden 3-D-Bilddatensatzes (7) mit der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3), - Bestimmung der Lage des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) aus dem 3-D-Bilddatensatz (7) relativ zur Lage der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3), wozu die Lagebestimmung des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) im 3-D-Bilddatensatz (7) automatisiert durch eine Recheneinrichtung vorgenommen wird und die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) im 3-D-Bilddatensatz (7) segmentiert wird, - Bestimmung einer den Fächer (8) enthaltenden Ebene (9) sowie einer dazu senkrechten Geraden (10) und eines Zentralstrahls (11), der den Mittelpunkt der Strahlungsquelle (5) und den Detektor (6) der Bildgebungseinrichtung (1) außerhalb des Objekts (3) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Registrierung einer Bildgebungseinrichtung außerhalb eines Objekts, insbesondere einer Strahlungseinrichtung, mit einer fächerartige Signale aussendenden Einrichtung, insbesondere eines Ultraschallsenders, innerhalb des Objekts.
In immer zunehmenderem Maße werden bei interventionellen Eingriffen mehrere Bildgebungsmodalitäten nebeneinander verwendet, um die Führung der interventionellen Instrumente zu kontrollieren. Ziel hierbei ist es, die Vorzüge der jeweiligen Modalitäten auszunutzen. Ein Beispiel hierfür ist ein intrakardiales Echo in der Elektrophysiologie, das insbesondere bei Ablationen von Vorhofflimmern aufgenommen wird. Hierbei ist eine Registrierung eines intrakardialen Ultraschallsenders mit einem außerhalb des Patienten befindlichen Röntgen-C-Bogensystems erforderlich. Charakteristisch über den Ultraschallsender ist hierbei, dass die zur Bildgebung verwendeten Schallwellen eine fächerartige Form aufweisen.
Aus der DE 102 10 648 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung und Darstellung eines in ein zu untersuchendes oder behandelndes Hohlraumorgan eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments bekannt. Die Lage des Instruments wird von einer Röntgeneinrichtung erfasst, um es in einem dreidimensionalen Ultraschallbild anzuzeigen.
Die US 2007/0123771 A1 betrifft ein Verfahren zur Co-Registrierung intravaskulärer und angiographischer Daten. Die intravaskulären Daten werden mittels einer bildgebenden Einrichtung in einem Katheter aufgenommen, das mittels des „pull back”-Verfahrens bewegt wird. Die Position des Katheters ist in den Angiographiebildern anzeigbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur geometrischen Registrierung dieser Bildgebungseinrichtungen anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:

– Aufnahme eines die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) enthaltenden 3D-Bilddatensatzes (7) mit der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3),
– Bestimmung der Lage des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) aus dem 3D-Bilddatensatz (7) relativ zur Lage der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3), wobei die Lagebestimmung des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) im 3D-Bilddatensatz (7) automatisiert durch eine Recheneinrichtung vorgenommen wird, wobei die fächerartige Signale aussendende Einrichtung im 3D-Bilddatensatz segmentiert wird,
– Bestimmung einer den Fächer (8) enthaltenden Ebene (9) sowie einer dazu senkrechten Geraden (10) und eines Zentralstrahls (11), der den Mittelpunkt der Strahlungsquelle (5) und den Detektor (6) der Bildgebungseinrichtung (1) außerhalb des Objekts (3) verbindet.

Eine Registrierung der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts mit der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung ist deshalb möglich, da die Lage des Senders der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung die räumliche Lage des Fächers festlegt. D. h., dass sich die Lage des Fächers aus der Lage der Einrichtung berechnen lässt. Die Lage des Fächers bestimmt aber die räumliche Lage der Bilddaten der Einrichtung. Wenn man also die relative Lage der beiden Bildgebungsmodalitäten zueinander kennt, kennt man auch die relative Lage der durch sie erzeugten Bilder. Deshalb sind nach Durchführung dieses Verfahrens die beiden Bildgebungsmodalitäten miteinander registriert, da eine Abbildungsvorschrift ermittelt werden kann, die die beiden unterschiedlichen Koordina tensysteme der beiden Modalitäten miteinander verbindet bzw. einander zuordnet, und eine Überlagerung beziehungsweise Fu sionierung der durch sie erzeugten Bilder ist einfach möglich. Alle weiteren Lageänderungen können dann von einer Recheneinrichtung automatisch erfasst und in eine mögliche Fusionierungsberechnung mit einbezogen werden.
Die Lagebestimmung des Fächers der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung im 3D-Bilddatensatz wird automatisiert durch eine Recheneinrichtung, insbesondere unter Verwendung mindestens eines Programmmittels, vorgenommen. Durch die Automatisierung der Lagebestimmung kann diese extrem schnell und sehr präzise vorgenommen werden. Typischerweise hebt sich die Bildgebungseinheit im 3D-Bilddatensatz vom untersuchten Objekt deutlich ab und kann daher mit einfachen und schnell arbeitenden Algorithmen segmentiert werden. Aus der Lage dieser Einrichtung kann dann auf die Lage des durch sie erzeugten Fächers zurückgeschlossen werden.
Vorzugsweise kann bei einer 3D-Bild-fähigen fächerartige Signale aussendenden Einrichtung die Mittelebene oder eine zur Mittelebene des Fächers parallele Ebene verwendet werden und der Abstand zur Mittelebene mitregistriert werden. Wichtig an der den Fächer enthaltenen Ebene ist nicht ihre absolute Lage im Raum, sondern ihre relative Ausrichtung im Vergleich zur Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts. Daher ist es unwesentlich, ob genau die Mittelebene oder eine dazu parallele Ebene verwendet wird, die auf ihr im Wesentlichen senkrecht stehende Gerade, die den Mittelpunkt der Strahlungsquelle und den Detektor der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts verbindet, ist immer die gleiche. Somit kann die für die Ebenenberechnungen günstigste Ebene durch die Rechnereinrichtung ausgewählt werden.
Mit besonderem Vorteil kann bei einer Störung der Registrierung der die fächerartige Signale aussendenden Einrichtung enthaltende 3D-Bilddatensatz erneut, aber mit einem kleineren, im Wesentlichen auf die Einrichtung beschränkten, Bereich aufgenommen werden. Eine solche Störung stellt bei spielsweise eine Bewegung dar. Diese kann durch Bewegungen des Körpers des Patienten oder auch nur durch Organbewegungen verursacht sein. Um eine solche Störung der Registrierung zu erfassen, kann die fächerartige Signale aussendende Einrichtung mit einer Positionserfassungseinrichtung ausgestattet sein. Alternativ könnten zu dieser Positionserfassung auch zweidimensionale Röntgenbilder vor und nach der Registrierung aufgenommen werden und aus diesen eine mögliche Verschiebung der Einrichtung festgestellt werden. Aus dem bereits aufgenommenen, aber zur Registrierung leider nicht mehr vollständig tauglichen, 3D-Bilddatensatz ist immerhin die Lage der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung ungefähr bekannt, somit kann für die Registrierung dieses vorwiegend dahingehend genutzt werden, dass ein kleinerer Bereich zur Bildgebung ausgewählt wird. Hierdurch kann Dosis eingespart werden und damit einerseits die Akzeptanz durch den Patienten und andererseits die Lebensdauer des Geräts erhöht werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zweier Bildgebungsmodalitäten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 die geometrische Registrierung der zwei Bildgebungsmodalitäten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Ausführungsform, und
3 die geometrische Registrierung der zwei Bildgebungsmodalitäten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt einen typischen Aufbau zur Durchführung eines interventionellen Eingriffs. Auf einer Patientenliege 2 befindet sich ein Patient 3, bei dem z. B. ein minimal invasiver Herzklappenersatz durchgeführt werden soll. Zur Kontrolle der Führung der interventionellen Instrumente ist neben einem transösophagalem Echo (TEE) auch eine Röntgendurchleuchtung mittels eines Röntgen-C-Bogensystems 1 vorgesehen. Zur Gewinnung des TEE ist ein Ultraschallsender 4 im Körper des Patienten eingeführt worden.
2 zeigt, wie die geometrische Registrierung der Koordinatensysteme der beiden Bildgebungsmodalitäten durchgeführt wird. Mit dem Röntgen-C-Bogensystem 1 wird ein 3D-Bild 7 aufgenommen. In diesem ist der Ultraschallsender 4. Die Position und Ausrichtung des Ultraschallsenders 4 im 3D-Bild 7 kann durch einfache Segmentierungsalgorithmen ermittelt werden. Aus diesen Daten wird dann die Abstrahlrichtung und die Lage des durch den Ultraschallsender 4 erzeugten Fächers 8 berech net. Dieser Fächer 8 spannt eine Ebene 9 auf, durch die eine darauf senkrechte Gerade 10 berechnet wird. Zur geometrischen Registrierung wird die Gerade 10 dazu verwendet, den Fokus der Strahlenquelle 5 und den Mittelpunkt des Detektors 6 des Röntgen-C-Bogensystems 1 (Zentralstrahl). Diese Gerade 10 stellt dann also den Zentralstrahl für eine Röntgenprojektion senkrecht zur Fächerebene 9 dar. Für die Berechnung der Geraden 10 kann auch die Bedingung verwendet werden, dass sie durch das Isozentrum des C-Bogens läuft. Da in diesem Fall der Zentralstrahl des Röntgen-C-Bogensystems und die im Wesentlichen senkrechte Gerade 10 zu einander parallel sind, ist damit die geometrische Registrierung abgeschlossen. Die Ultraschallbildgebung und die Röntgenbildgebung sind nun geometrisch registriert, die relativen Aufnahmerichtungen können beliebig geändert werden, eine geometrische Zuordnung der Bilddaten zueinander ist stets möglich.
Im Falle einer Bewegung des Patienten und einer dadurch nicht mehr gegebenen Registrierung kann das Verfahren wiederholt werden, wobei das durch den 3D-Bilddatensatz 7 aufgenommene Volumen auf den Ultraschallsender 4 begrenzt werden kann. Hierdurch wird eine Reduzierung der Dosisbelastung erreicht. Eine solche Störung der Registrierung wird durch ein Positionserfassungssystems festgestellt. Hierzu bietet sich beispielsweise die Aufnahme zweidimensionaler Röntgenbilder vor und nach der Registrierung an. Auch aus diesen kann die Lage des Ultraschallsenders und eine mögliche Bewegung zwischen den Aufnahmen festgestellt werden.
In 3 ist die Registrierung der beiden Bildgebungsmodalitäten dargestellt, wenn diese um einen Winkel 12 gegeneinander gekippt sind. Die senkrecht auf der Ebene 9 stehende Gerade 10 ist dabei um diesen Winkel 12 gegen den die Strahlungsquelle 5 mit dem Detektor 6 verbindenden Zentralstrahl 11 gekippt. Auch der Abstand 13 des Zentralstrahls 11 vom Ultraschallsender 4 ist bekannt. Somit sind alle Informatio nen gegeben, um die beiden Bildgebungsmodalitäten miteinander zu registrieren.

Claims

Verfahren zur geometrischen Registrierung einer Bildgebungseinrichtung außerhalb eines Objekts (3), insbesondere einer Strahlungseinrichtung, mit einer fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4), insbesondere eines Ultraschallsenders, innerhalb des Objekts (3), mit den Schritten: – Aufnahme eines die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) enthaltenden 3D-Bilddatensatzes (7) mit der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3), – Bestimmung der Lage des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) aus dem 3D-Bilddatensatz (7) relativ zur Lage der Bildgebungseinrichtung außerhalb des Objekts (3), wozu die Lagebestimmung des Fächers (8) der fächerartige Signale aussendenden Einrichtung (4) im 3D-Bilddatensatz (7) automatisiert durch eine Recheneinrichtung vorgenommen wird und die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) im 3D-Bilddatensatz (7) segmentiert wird, – Bestimmung einer den Fächer (8) enthaltenden Ebene (9) sowie einer dazu senkrechten Geraden (10) und eines Zentralstrahls (11), der den Mittelpunkt der Strahlungsquelle (5) und den Detektor (6) der Bildgebungseinrichtung (1) außerhalb des Objekts (3) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Einrichtung (4) als eine 3D-Bild-fähige fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) die Mittelebene (9) oder eine zur Mittelebene (9) des Fächers parallele Ebene verwendet wird und der Abstand (13) zur Mittelebene (9) mitregistriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Anspruch 1 oder 2 bei dem bei einer durch Bewegung verursachten Störung der Registrierung der die fächerartige Signale aussendende Einrichtung (4) enthaltende 3D-Bilddatensatz (7) erneut, aber mit einem kleine ren, im Wesentlichen auf die Einrichtung (4) beschränkten, Bereich aufgenommen wird.