DE102019207803A1

DE102019207803A1 - Registrierungseinrichtung, Verfahren zum Registrieren, entsprechendes Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium

Info

Publication number: DE102019207803A1
Application number: DE102019207803.6A
Authority: DE
Inventors: Katharina Breininger; Marcus Pfister
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH; Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN112102225A; CN112102225B; US11335017B2; US20200380705A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Registrierungseinrichtung (2) sowie ein entsprechendes Registrierungsverfahren (10), ein entsprechendes Computerprogramm (10) und ein computerlesbares Speichermedium (8), auf dem das Computerprogramm (10) gespeichert ist. Die Erfindung sieht vor, ein präinterventionell erzeugtes Simulationsmodell (11) eines Untersuchungsobjekts (3, 4) mit einem intrainterventionellen Livebild (15) zu registrieren. Dabei wird das Simulationsmodell (11) anhand wenigstens einer simulierten Verlaufslinie (13, 14) eines anatomischen Merkmals (4) und/oder eines Instruments (5) an das Livebild (15) angepasst, durch Minimieren einer als Kostenfunktion vorgegebenen Linienabstandsmetrik für einen Abstand zwischen der simulierten Verlaufslinie (13, 14) und einem in dem Livebild (15) sichtbaren tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf (16) des Instruments (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Registrierungseinrichtung zum, insbesondere automatischen, Registrieren eines präinterventionellen simulierten Modells eines Untersuchungsobjekts zu einem intrainterventionellen Livebild des Untersuchungsobjekts. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Registrierungsverfahren beziehungsweise ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Registrierungseinrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren implementiert, und ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Durch die fortschreitende technische Entwicklung, insbesondere auf den Gebieten der Medizin, Medizintechnik, Computertechnologie und Datenverarbeitung, ergeben sich gerade für medizinische Anwendungen immer wieder neue Möglichkeiten. Aus der medizintechnischen Praxis bekannte sind beispielsweise Verfahren und Methoden zum Registrieren zweier Bilder eines Patienten, die mit unterschiedlichen Abbildungsmodalitäten gewonnen wurden. Dabei werden üblicherweise die beiden Bilder jeweils so überlagert, dass in beiden Bildern sichtbare Strukturen in Überdeckung miteinander gebracht werden. Eine derartige Registrierung ist mit der heutzutage verfügbaren Berechnungshardware oftmals intraoperativ, also ohne unzumutbare Wartezeiten ausführbar.
In gewisser Weise entgegengesetzt dazu sind andererseits Simulations- oder Modellierungsverfahren bekannt, bei denen beispielsweise anatomische Strukturen oder deren Verhalten rechenaufwendig simuliert oder modelliert werden. Hierfür werden beispielsweise aus der aktuellen Forschung bekannte Finite-Elemente-Methoden angewendet, die jedoch zumindest mit den heutzutage verfügbaren Berechnungsressourcen nicht in Echtzeit ausgeführt werden können und daher intrainterventionell, also während einer Intervention oder Prozedur an einem Patienten, nicht sinnvoll und nutzbringend eingesetzt werden können. So kann ein Berechnungs- oder Aktualisierungszyklus einer derartigen Simulation oder eines entsprechenden Modells beispielsweise mehrere Stunden in Anspruch nehmen.
Grundsätzlich wäre es zur Unterstützung beispielsweise eines behandelnden Arztes bei einer sicheren und mit einer vorausgehenden Planung konsistenten Durchführung einer Intervention aber wünschenswert, möglichst umfangreiche, detaillierte und genaue Informationen und Daten auch während der Intervention bereitstellen zu können. Eine gegebenenfalls mögliche einfache Überlagerung einer präinterventionellen aufwändigen Simulation oder Modellierung mit einem intrainterventionellen Livebild wie sie bisher für einfache Bilder durchgeführt wird, ist jedoch typischerweise nur wenig hilfreich, da während der jeweiligen Intervention üblicherweise eine abweichende anatomische Situation vorliegt im Vergleich zu einer präinterventionellen Situation, in der ein präinterventioneller Datensatz als Basis für die aufwändige Simulation oder Modellierung aufgenommen wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nützliche und praktikable intrainterventionellen Verwendung auch aufwendiger präinterventioneller Simulationen zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Eine erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung dient, ist also eingerichtet zum Registrieren eines präinterventionell erzeugten Modells eines Untersuchungsobjekts mit oder zu wenigstens einem intrainterventionellen Livebild des Untersuchungsobjekts. Das Modell kann ein 2D-Modell, ein 3D-Oberflächenmodell, das auch als 2.5D-Modell bezeichnet werden kann, oder ein 3D-Modell sein. Die Registrierungseinrichtung weist dabei zum Erfassen und Verarbeiten von entsprechenden präinterventionellen und intrainterventionellen Daten einen Prozessor sowie einen Datenspeicher und eine Kommunikationsschnittstelle auf, die mit dem Prozessor verbunden sind. Die präinterventionellen Daten können dabei beispielsweise das Modell oder Daten, beispielsweise ein präinterventioneller Bilddatensatz, aus denen das Modell erzeugbar ist, sein oder diese umfassen. Die intrainterventionellen Daten können wenigstens das Livebild, also ein Bild oder entsprechende Bilddaten, die das Untersuchungsobjekt in Echtzeit zum jeweiligen Zeitpunkt während der Intervention zeigen, oder Bilddaten, aus denen das Livebild erzeugt oder rekonstruiert werden kann, sein oder diese umfassen.
Erfindungsgemäß ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, anhand des Modells, im Folgenden auch kurz als Modell bezeichnet, das einen ausgehend von einem präinterventionellen Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts simulierten intrainterventionellen Zustand des Untersuchungsobjekts und eines zur Verwendung in der jeweiligen Intervention vorgesehenen in dem Livebild sichtbaren Instruments in dem Untersuchungsobjekt zeigt, eine simulierte Verlaufslinie oder Geometrie eines anatomischen Merkmals des Untersuchungsobjekts im Bereich des Instruments und/oder eine simulierte Verlaufslinie oder Position des Instruments zu bestimmen. Mit anderen Worten ist es also vorgesehen, dass ausgehend von dem präinterventionellen Bilddatensatz, der insbesondere aufgenommen wurde ohne Eingriff und ohne Anwesenheit des Instruments in dem Untersuchungsobjekt, die geplante Intervention beziehungsweise ein Verhalten des Untersuchungsobjekts während der geplanten Intervention simuliert wird. Sich dabei ergebende geometrische Verläufe oder Anordnungen des Untersuchungsobjekts oder zumindest eines Teils des Untersuchungsobjekts und des jeweiligen verwendeten Instruments werden dann durch das simulierte oder berechnete Modell beschrieben. Der präinterventionelle Bilddatensatz kann ein 2D-, 2.5D- oder 3D-Bilddatensatz sein oder als 4D-Bilddatensatz eine zeitliche Entwicklung angeben.
Das Untersuchungsobjekt kann beispielsweise ein Patient, ein Teilbereich oder Organ des Patienten, ein Gefäßbaum oder ein Gefäß oder ein Teil davon oder dergleichen sein. Die Verlaufslinie des Untersuchungsobjekts kann dementsprechend bevorzugt beispielsweise eine Mittellinie (englisch: Centerline) eines Gefäßes sein, in oder an dem das Instrument bei der Intervention geführt oder angeordnet werden soll. Das Instrument kann beispielsweise ein Stent, ein Katheter, ein Endoskop, eine Sonde oder dergleichen sein. Die Verlaufslinie des Instruments kann beispielsweise einem Verlauf, insbesondere einem Längsverlauf, einem Umriss, einer Mittellinie oder dergleichen des Instruments entsprechen, also eine jeweilige Position und Geometrie des Instruments anzeigen oder beschreiben. Es ist hier besonders vorteilhaft, sowohl den Verlauf, also die Geometrie, des Untersuchungsobjekts als auch den Verlauf oder die Geometrie des Instruments in Kombination miteinander in dem Modell zu modellieren und zu simulieren, da das Instrument und das Untersuchungsobjekt bei der Intervention in mechanischen Kontakt miteinander kommen und sich dadurch hinsichtlich ihrer Position, ihres Verlaufs oder ihrer Geometrie gegenseitig beeinflussen können.
Weiterhin ist die Registrierungseinrichtung erfindungsgemäß dazu eingerichtet, anhand des wenigstens einen Livebildes einen tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf des Instruments zu bestimmen. Dieser tatsächliche Verlauf entspricht dabei der Position und Geometrie des Instruments während der Intervention zum Zeitpunkt der Aufnahme des Livebilds, gibt also eine entsprechende reale und nicht simulierte Anordnung des Instruments an. Besonders bevorzugt kann das Instrument röntgensichtbar sein oder zumindest einen röntgensichtbaren Teil eines medizinischen Geräts umfassen, sodass es ohne Kontrastmittel in einem als das Livebild aufgenommenen Röntgenbild oder Fluoroskopiebild sichtbar ist.
Weiter ist die Registrierungseinrichtung erfindungsgemäß dazu eingerichtet, das Modell automatisch mit oder zu dem Livebild zu registrieren anhand wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien und des tatsächlichen intrainterventionellen Verlaufs des Instruments. Die Registrierungseinrichtung ist dabei eingerichtet, dazu das Modell an das Livebild anzupassen durch Minimieren einer als Kostenfunktion oder als Teil einer Kostenfunktion vorgegebenen Linienabstandsmetrik, insbesondere eines modifizierten Hausdorff-Abstands d, zwischen wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien X und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf Y des Instruments. Der hier bevorzugt verwendete modifizierte Hausdorff-Abstand ist dabei gegeben durch oder basiert auf der Gleichung $d {(X, Y)}_{H} = max {\frac{1}{| X |} \sum_{x \in X} min_{y \in Y} ‖ x - y ‖, \frac{1}{| Y |} \sum_{y \in Y} min_{x \in X} ‖ x - y ‖} .$
Darin bezeichnet d(X,Y) also einen Linienabstand zwischen den Linien X und Y, die durch ihre Koordinaten oder Elemente x beziehungsweise y beschrieben werden, „max“ bezeichnet das Maximum, „min“ bezeichnet das Minimum und „| | | |“ die Norm der jeweiligen Größen.
Um die, insbesondere durch diesen modifizierten Hausdorff-Abstand d gegebene oder auf diesem modifizierten Hausdorff-Abstand d basierende, Kostenfunktion zu minimieren kann das Modell beispielsweise verschoben, gedreht, gestaucht, gestreckt oder auf andere Weise deformiert, also angepasst werden. Bei diesem Anpassen handelt es sich dabei vorteilhaft nicht um einen erneuten Simulationslauf des Modells, das Modell wird hier also nicht erneut vollständig berechnet oder simuliert, um die Anpassung zu erreichen. Wie eingangs beschrieben könnte eine derartige Berechnung mehrere Stunden in Anspruch nehmen, ist also während der Intervention nicht praktikabel durchführbar. Stattdessen wird mit der vorliegenden Erfindung eine alternative Methodik vorgeschlagen, durch welche das Modell an das Livebild angepasst und mit diesem registriert werden kann, die signifikant weniger Berechnungsaufwand und Berechnungsressourcen benötigt und damit tatsächlich praktikabel, zumindest nahezu, in Echtzeit während der Intervention durchgeführt und angewendet werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass durch das hier vorgeschlagene Minimieren der Linienabstandsmetrik, insbesondere des genannten modifizierten Hausdorff-Abstands (MHD), das Modell und das jeweilige Livebild besonders einfach, schnell und genau in Überdeckung miteinander gebracht werden können. Damit kann während der Intervention eine besonders genaue Registrierung des Modells zu dem Livebild erreicht werden, was wiederum ein Erzeugen eines entsprechenden Überlagerungsbildes aus dem Modell und dem Livebild ermöglicht.
Durch ein derartiges Überlagerungsbild können dem jeweiligen behandelnden Arzt oder sonstigem Personal während der Intervention vorteilhaft bisher intrainterventionell nicht verfügbare Daten und Informationen bereitgestellt werden. Damit kann mittels der vorliegend erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung also die Durchführung der Intervention beziehungsweise entsprechendes Personal unterstützt und damit zu einem jeweiligen Behandlungserfolg beigetragen werden.
Die beschriebenen Maßnahmen, Vorgänge oder Abläufe kann die Registrierungseinrichtung insbesondere automatisch oder teilautomatisch durchführen, beispielsweise indem ein entsprechendes vorgegebenes Computerprogramm oder Betriebsprogramm, das etwa in dem Datenspeicher abgelegt sein kann, durch den Prozessor ausgeführt wird.
Das Modell im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein wie eingangs beschrieben relativ aufwändiges Modell des Untersuchungsobjekts sein, beispielsweise ein finite-Elemente-Modell und/oder etwa ein hydrodynamisch simuliertes Fluss-Modell. Zum Erzeugen des Modells müssen üblicherweise bestimmte Annahmen gemacht werden, da für eine hundertprozentig realistische und genaue Simulation des Verhaltens des Untersuchungsobjekts und des Instruments entsprechend exakte Kenntnisse beispielsweise über mechanische Eigenschaften des Untersuchungsobjekts und des Instruments sowie eine später während der Intervention tatsächlich erfolgende Bewegung des Instruments benötigt würden, die zum Zeitpunkt der Simulation nie vollständig vorliegen. Aus diesem Grund ebenso wie bedingt durch die Tatsache, dass sich das Untersuchungsobjekt, beispielsweise der Patient, während der Intervention üblicherweise in einer gegenüber dem Aufnahmezeitpunkt des präinterventionellen Bilddatensatzes veränderten Position oder Lage befindet, ergab sich bisher die Problematik, dass dadurch das präinterventionelle Modell die tatsächliche Situation während der Intervention nicht genau genug wiedergibt, um eine Registrierung oder Überlagerung mit dem Livebild mit ausreichender Genauigkeit durchzuführen.
Diese Problematik wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass damit keine zusätzliche Belastung des Untersuchungsobjekts einhergeht, da als Bezugspunkt oder Bezugselement für die Registrierung der Verlauf des in dem Livebild ohnehin sichtbaren, beispielsweise röntgensichtbaren, Instruments verwendet wird und damit keine zusätzliche Kontrastmittelgabe für die Registrierung notwendig ist. Damit bietet die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit für eine robuste, automatisch und kontrastmittelfrei anwendbare Registrierung des präinterventionellen oder präoperativen Modells beziehungsweise der entsprechenden Simulation zu dem Livebild, beispielsweise einem intrainterventionellen Fluoroskopiebild. Damit macht erst die vorliegende Erfindung eine Benutzung oder Verwendung von entsprechend aufwändigen präinterventionell erzeugten und berechneten Modellen oder Simulationen während einer Intervention, also als Teil eines klinischen Arbeitsablaufes, möglich.
Die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung kann als eigenständige Einrichtung oder eigenständiges Gerät, beispielsweise als Computer, ausgebildet sein. Ebenso kann die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung beispielsweise Teil ein Servers oder Rechenzentrums oder beispielsweise in ein medizinisches bildgebendes Gerät, wie etwa ein Röntgengerät, einen Computertomografen, einen Magnetresonanztomographen, ein Ultraschallgerät oder dergleichen, integriert sein. Dementsprechend können dann die Einrichtungen oder Elemente der Registrierungseinrichtung, also insbesondere der Prozessor, der Datenspeicher und/oder die Kommunikationsschnittstelle, geteilt sein, also beispielsweise von anderen Einrichtungen oder für andere Funktionen mitgenutzt werden.
Die Registrierungseinrichtung kann beispielsweise über die Kommunikationsschnittstelle das bereits fertig oder vollständig simulierte, also berechnete Modell erfassen und in dem Datenspeicher speichern. Ebenso kann die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den präinterventionellen Bilddatensatz oder entsprechende Rohdaten, aus denen dieser rekonstruierbar ist, beispielsweise über die Kommunikationsschnittstelle, zu erfassen und den Bilddatensatzes selbst zu rekonstruieren oder anhand des Bilddatensatzes die Berechnung oder Simulation des Modells selbst durchzuführen, um das letztendliche Modell des Untersuchungsobjekts mit dem simulierten Verlaufslinien zu erzeugen. Der präinterventionelle Bilddatensatz kann dabei bevorzugt ein 3D-CT-Bilddatensatz sein.
Das Bestimmen der Verlaufs- oder Mittellinien kann zum Beispiel eine entsprechende Segmentierung oder Bildverarbeitung des Bilddatensatzes, des Modells beziehungsweise des Livebildes umfassen. Dies kann beispielsweise mittels der Registrierungseinrichtung durch an sich aus der medizinischen Bild- und Datenverarbeitung bekannte Methoden realisiert werden. Ebenso können die Verlaufs- oder Mittellinien durch eine andere Einrichtung bestimmt und der Registrierungseinrichtung in Form entsprechender Daten bereitgestellt werden. Das „Bestimmen“ der Verlaufs- oder Mittellinien beziehungsweise des tatsächlichen Verlaufs des Instruments kann dann ein Erfassen oder Auslesen entsprechender Daten bedeuten oder umfassen.
Der modifizierte Hausdorff-Abstand kann auch als Hausdorff-Distanz oder Hausdorff-Metrik bezeichnet werden. Dass der MHD und/oder die Kostenfunktion, die dem MHD entsprechen oder diesen enthalten kann, auf der oben angegebenen Gleichung basieren können, kann etwa bedeuten, dass die oben genannte Gleichung in der angegebenen Form einfließt, dabei aber beispielsweise um einen weiteren Faktor, etwa einen Gewichtungsfaktor oder dergleichen, ergänzt werden oder sein kann. Ebenso können beispielsweise bei Verwendung mehrerer Verlaufslinien des Untersuchungsobjekts und/oder bei Verwendung mehrerer Instrumente oder Instrumentenabschnitte mit jeweiligen individuellen tatsächlichen Verläufen mehrere Einzelterme für die jeweiligen Verlaufslinien, Verläufe oder entsprechende Linien- beziehungsweise Verlaufs-Paare in der oben angegebenen Form bestimmt und dann summiert werden, um einen letztendlichen Gesamt-MHD zu erhalten. Ebenso könnten aber andere Kostenfunktionen beziehungsweise Linienabstände oder Linienabstandsmetriken vorgegeben sein und entsprechend verwendet werden.
Die Registrierungseinrichtung kann besonders bevorzugt zusätzlich zum Erzeugen eines Overlays, also eines Überlagerungsbildes, aus dem angepassten Modell und dem Livebild eingerichtet sein. Dieses Overlay oder Überlagerungsbild kann dann also zu einem jeweiligen bildgebenden Gerät, beispielsweise einem C-Arm oder C-Bogen-Röntgengerät, mittels dem das Livebild aufgenommen wurde, registriert sein. Dadurch kann während der Intervention eine besonders flexible und effektive Unterstützung geboten werden.
Die vorliegende Erfindung kann besonders vorteilhaft beispielsweise für endovaskuläre Prozeduren, wie etwa eine EVAR (Endovaskuläre Aneurysmen / Aorten Reparatur), aber ebenso beispielsweise für Kardio- oder Neurointerventionen angewendet werden.
Es soll an dieser Stelle betont werden, dass weder die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung noch die übrigen vorliegend beanspruchten Aspekte der Erfindung, insbesondere das weiter unten beschriebene Verfahren, einen tatsächlichen chirurgischen Schritt oder Eingriff als solchen mitbeanspruchen. Vielmehr zielt die vorliegende Erfindung auf den Betrieb jeweiliger Geräte oder Einrichtungen, beispielsweise der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung, beziehungsweise ein Verarbeiten bereitgestellter Daten ab. Etwaige zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung genannte oder angedeutete chirurgische Schritte oder Maßnahmen sind also explizit nicht Teil der vorliegend beanspruchten Erfindung, insbesondere nicht Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die vorliegende Erfindung, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren, wird also lediglich insoweit beansprucht, als die Erfindung beziehungsweise das Verfahren keinen chirurgischen Schritt umfasst. Die steht einer Ausführbarkeit oder Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung jedoch nicht entgegen, da die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung zwar parallel zu einer Intervention oder einem chirurgischen Eingriff eingesetzt und betrieben und das erfindungsgemäße Verfahren parallel zu einer Intervention oder einem chirurgischen Eingriff ausgeführt werden können, dabei jedoch lediglich zur, insbesondere automatischen, Unterstützung des jeweiligen medizinischen Personals dienen und bereitgestellte Daten nutzen, die ebenso unabhängig von den tatsächlich vorgenommenen chirurgischen Schritten erfasst und verarbeitet werden können. Eine sinnvolle und nützliche Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ist also beispielsweise auch auf Basis von künstlich erzeugten Daten oder nachträglich auf Basis von gespeicherten Daten möglich. Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft zumindest teilweise während einer Intervention durchgeführt werden kann, bezieht es sich letztlich nicht auf dabei eventuell durchgeführte chirurgische Schritte, sondern lediglich auf das Betreiben oder Steuern der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung und/oder ein Verarbeiten verfügbarer Daten.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, die Registrierung als 2D-3D-Registrierung durchzuführen unter Minimierung einer 2D-Form oder 2D-Formulierung der Linienabstandsmetrik, insbesondere des modifizierten 2D-Hausdorff-Abstands, und dazu ein 2D-Projektionsbild als das Livebild zu verwenden und die wenigstens eine simulierte Verlaufslinie, also die simulierte Verlaufslinie des Untersuchungsobjekts und/oder des Instruments, aus einer 2D-Vorwärtsprojektion des 3D-Modells, also des genannten dann dreidimensionalen Modells, zu bestimmen. Diese 2D-Vorwärtsprojektion kann dabei durch die Registrierungseinrichtung selbst aus dem 3D-Modell erzeugt werden. Ebenso kann die 2D-Vorwärtsprojektion vorgegebene sein und der Registrierungseinrichtung bereitgestellt, also durch diese erfasst werden. Mit anderen Worten wird hier also aus dem dreidimensionalen Modell durch die 2D-Vorwärtsprojektion ein zweidimensionales Bild erzeugt, das dann konsistent mit dem zweidimensionalen Livebild registriert werden kann. Dementsprechend kann ein nach der oder durch die Registrierung erzeugtes Überlagerungsbild ebenfalls ein zweidimensionales Bild sein.
Ebenso kann eine hier für die Registrierung vorgenommene Anpassung des durch die 2D- Vorwärtsprojektion erzeugten zweidimensionalen Bildes auf das vollständige 3D-Modell übertragen werden, da dieses selbstverständlich sämtliche in dem zweidimensionalen Bild enthaltenen Strukturen enthält. Beispielsweise kann dazu die Anpassung gleichmäßig in die dritte Dimension fortgesetzt oder in dieser Dimension extrapoliert werden. Letztendlich kann dann als Überlagerungsbild ein dreidimensionales Bild erzeugt werden, das sowohl das 3D-Modell als auch das 2D-Livebild enthält.
Das Durchführen der 2D-3D-Registrierung kann besonders vorteilhaft sein, da wie beschrieben das durch die 2D-Vorwärtsprojektion aus dem 3D-Modell erzeugte zweidimensionale Bild aufgrund der dann identischen Dimensionalität besonders konsistent mit dem 2D-Livebild kombiniert werden kann. Zudem kann die Registrierung dann vorteilhaft besonders schnell und aufwandsarm durchgeführt werden, da in Form des projizierten zweidimensionalen Bildes nur ein geringeres Datenvolumen gehandhabt und verarbeitet werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass lediglich ein einzelnes 2D-Livebild benötigt wird, wodurch die Registrierung besonders zeitnah zu dessen Aufnahmezeitpunt und besonders schnell sowie mit besonders geringer Belastung für das Untersuchungsobjekt durchgeführt werden kann. Der bevorzugt verwendete modifizierte 2D-Hausdorff-Abstand kann dabei wie beschrieben durch die oben angegebene Gleichung gegeben sein oder auf dieser basieren, wobei die darin enthaltenen Größen dann jeweils zwei Koordinaten oder Dimensionen haben.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, die Registrierung als 2x2D-3D-Registrierung oder als 3D-3D-Registrierung durchzuführen unter Minimierung einer 3D-Form oder 3D-Formulierung der Linienabstandsmetrik, insbesondere des modifizierten 3D-Hausdorff-Abstands, und dazu den tatsächlichen intrainterventionellen 3D-Verlauf des Instruments aus wenigstens zwei aus unterschiedlichen Angulationen aufgenommenen 2D-Livebildern zu bestimmen oder anhand eines 2D-Livebildes zu schätzen. Die simulierten Verlaufslinien des Untersuchungsobjekts beziehungsweise des Instruments liegen dabei ebenfalls als 3D-Verlaufslinien vor, da sie anhand des 3D-Modells, also anhand des genannten dann dreidimensionalen Modells, bestimmt werden.
Der tatsächliche 3D-Verlauf des Instruments kann beispielsweise durch die Registrierungseinrichtung selbst bestimmt oder berechnet werden durch entsprechendes Verarbeiten der wenigstens zwei unterschiedlichen 2D-Livebilder. Ebenso kann der tatsächliche 3D-Verlauf des Instruments aber durch eine andere Einrichtung, beispielsweise das zum Aufnehmen der wenigstens zwei unterschiedlichen 2D-Livebilder verwendeten medizinischen Gerät, bestimmt oder berechnet und dann der Registrierungseinrichtung bereitgestellt, also von dieser erfasst werden.
Zum Bestimmen des tatsächlichen 3D-Verlaufs des Instruments aus den wenigstens zwei unterschiedlichen 2D-Livebildern können an sich bekannte Rekonstruktionsmethoden verwendet werden.
Das Durchführen der Registrierung als 2x2D-3D- oder als 3D-3D-Registrierung hat dabei den Vorteil, dass hierdurch jeweiliges Personal besonders gut und flexibel unterstützt werden kann. So kann im Ergebnis beispielsweise ein registriertes 3D-Überlagerungsbild aus dem 3D-Modell und den wenigstens zwei unterschiedlichen 2D-Livebildern beziehungsweise dem tatsächlichen 3D-Verlauf des Instruments erzeugt werden. Dieses 3D-Überlagerungsbild kann dann vorteilhaft durch das jeweilige Personal rotiert oder beispielsweise aus unterschiedlichen Richtungen oder Blickwinkeln betrachtet werden, ohne dass dabei eine korrekte räumliche Lagebeziehung zwischen dem angepassten 3D-Modell und dem realen, also tatsächlichen 3D-Verlauf des Instruments verloren geht. Damit kann auf diese Weise dem jeweiligen Personal ein besonders guter und genauer Eindruck einer jeweiligen tatsächlichen räumlichen Situation während der Intervention vermittelt werden.
Ebenso kann der tatsächliche intrainterventionelle Verlauf, also eine 3D-Position, des Instruments gegebenenfalls aus nur einem einzigen 2D-Bild oder eine einzigen 2D-Ansicht geschätzt werden. Für die 3D-3D-Registrierung kann dann dieser geschätzte 3D-Verlauf verwendet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, zum Anpassen des Modells an das Livebild das Modell zu verformen. Insbesondere kann beispielsweise eine Form, Gestalt oder Geometrie der simulierten Verläufe so verformt werden, dass sie dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf des Instruments entsprechen oder folgen. Andere Bestandteile, Punkte oder Elemente des Modells können dabei als mit den simulierten Verlaufslinien verbunden behandelt werden, sodass sie also bei dem Verformen der simulierten Verlaufslinien entsprechend nachgezogen oder mitgezogen werden können. Dadurch kann trotz des Verformens der Verlaufslinien eine Konsistenz des Modells gewahrt werden. Durch das Verformen des Modells zum Anpassen an das Livebild können das Modell und das Livebild besonders genau in Überdeckung gebracht, die Registrierung und eine Überlagerung dann also besonders präzise durchgeführt werden. Für das Verformen des Modells kann besonders bevorzugt eine so-steif-wie-möglich-Annahme oder - Vorgabe (englisch, fachsprachlich: as-rigid-as-possible) für das Modell und die durch dieses simulierten Elemente oder Strukturen des Untersuchungsobjekts getroffen oder berücksichtigt werden. Dadurch kann das Anpassen des 2D-Bildes an das Livebild vorteilhaft durch minimale und medizinischbiologisch plausible Verformungen erreicht werden, wodurch ein benötigter Rechenaufwand vorteilhaft besonders gering und ein Realismus des Modells vorteilhaft verbessert werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, das Modell nur in einer vorgegebenen Untermenge aller verfügbaren oder möglichen Freiheitsgrade an das Livebild anzupassen. Insbesondere kann die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet sein, nur Translationen oder Rotationen durchzuführen. Ebenso kann beispielsweise die Anpassung nur in einer oder zwei vorgegebenen Richtungen oder Dimensionen oder in einem sonstigen Subset von Parametern durchgeführt werden. Auf diese Weise können vorteilhaft eine Komplexität und damit ein Rechenaufwand und eine für die Registrierung beziehungsweise das Anpassen des Modells benötigte Zeit und Rechenleistung reduziert beziehungsweise besonders gering gehalten werden. Dies wiederum ermöglicht es besonders vorteilhaft, die Registrierung, zumindest nahezu, in Echtzeit durchzuführen, um dem jeweiligen Personal während der Intervention eine möglichst zeitnahe Unterstützung bieten zu können.
Durch ein situationsangepasstes Vorgeben der Untermenge der Freiheitsgrade kann dabei vorteilhaft dennoch ein sinnvolles Ergebnis, also beispielsweise eine ausreichend genaue Registrierung, erreicht werden, beispielsweise dann, wenn für einen Behandlungserfolg eine Deckungsgleichheit des Modells und des Livebildes nur in einer bestimmten Richtung oder Dimension oder in einem bestimmten Parameter notwendig ist. Um eine besonders hohe Genauigkeit in dieser Richtung oder Dimension oder in diesem Parameter zu erreichen, können dann - zunächst kontraintuitiv - entsprechend größere Abweichungen oder Ungenauigkeiten bei der Überlagerung oder Registrierung in anderen Richtungen, Dimensionen oder Parametern in Kauf genommen werden. Auf diese Weise kann insgesamt vorteilhaft eine besonders flexible und dabei weiterhin ausreichend genaue Anwendung der vorliegenden Erfindung in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Situationen ermöglicht werden, beispielsweise auch dann, wenn besonders strikte Echtzeitanforderungen bestehen und/oder beispielsweise nur ältere oder schwächere Berechnungshardware verfügbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, bei dem Anpassen des Modells an das Livebild nur eine vorgegebene Teilmenge des oder der in dem Livebild sichtbaren Instrumente zu berücksichtigen. Mit anderen Worten können also beispielsweise nur bestimmte Teile, Teilbereiche oder Abschnitte des oder der in dem Livebild sichtbaren Instrumente oder nur bestimmte sichtbare Instrumente beziehungsweise die entsprechenden tatsächlichen Verläufe berücksichtigt werden, während andere Teile oder Abschnitte des oder der Instrumente oder andere vollständige Instrumente ignoriert werden können. Diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auf diese Weise gegebenenfalls ein für das Anpassen des Modells beziehungsweise für die Registrierung notwendiger Berechnungsaufwand und damit eine entsprechende Berechnungszeit reduziert werden können, ohne dass dabei notwendigerweise ein jeweiliger Behandlungserfolg beeinträchtigt oder gefährdet würde.
Beispielsweise kann für den Behandlungserfolg lediglich eine Position eines Stents oder eine aktuelle Position einer Sonde oder Nadel oder dergleichen ausschlaggebend sein, während Positionen anderer Instrumente, beispielsweise in einem peripheren Bereich angeordneter Klammern, Stützen oder dergleichen, letztendlich nicht relevant sind. Ebenso können während der Intervention beispielsweise Instrumente eingesetzt werden, die in dem Modell nicht simuliert wurden. Durch aktives Ausschließen einer Berücksichtigung dieser Instrumente und damit entsprechender, beispielsweise automatisch erkannter, Verläufe oder Verlaufslinien, kann das Anpassen des Modells besonders zuverlässig und konsistent durchgeführt werden. Die zu berücksichtigenden Teilmengen des oder der Instrumente können dabei beispielsweise durch jeweiliges Personal vorgegeben werden, etwa durch manuelles Markieren der entsprechenden Verläufe beziehungsweise entsprechender segmentierter Bereiche in dem Livebild und/oder in dem Modell.
Ebenso kann die Registrierungseinrichtung vorteilhaft dazu eingerichtet sein, automatisch eine Zuordnung zwischen in dem Modell simulierten Instrumenten und in dem Livebild sichtbaren Instrumenten vorzunehmen und nur solche Instrumente beziehungsweise nur Verläufe solcher Instrumente zu berücksichtigen, die sowohl in dem Modell simuliert als auch in dem Livebild sichtbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, dass die Registrierungseinrichtung automatisch nur solche Instrumente oder Instrumentenabschnitte berücksichtigt, die innerhalb einer vorgegebenen, beispielsweise in dem Livebild und/oder in dem Modell markierten, Interessenregion (englisch: Region of Interest, ROI) angeordnet sind. Auch hierdurch kann vorteilhaft ein notwendiger Berechnungsaufwand minimiert werden. Da die Interessenregion typischerweise einen für den jeweiligen Behandlungserfolg besonders relevanten Bereich des Untersuchungsobjekts umfassen wird, wird der Behandlungserfolg dabei nicht beeinträchtigt, da eventuell resultierende Ungenauigkeiten bei dem Anpassen des Modells beziehungsweise bei der Registrierung in dann außerhalb der Interessenregion liegenden Bereichen typischerweise keinen signifikanten Einfluss auf die Registrierung beziehungsweise eine entsprechende Darstellung eines Überlagerungsbildes in der Interessenregion haben werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von wenigstens einem vorgegebenen Parameter der jeweiligen Intervention die Kostenfunktion durch wenigstens einen vorgegebenen Gewichtungsfaktor modifizieren, also zu gewichten. Der Parameter und dessen Wert können vorgegeben sein, beispielsweise bereits während einer Planung der Intervention.
Ebenso können der Parameter oder ein jeweiliger Wert des vorgegebenen Parameters anhand der verfügbaren Daten, also beispielsweise anhand des Modells und/oder anhand des Livebildes, automatisch oder teilautomatisch erkannt oder bestimmt werden, beispielsweise durch die Registrierungseinrichtung selbst. Durch entsprechendes Auswerten oder Verarbeiten der Daten kann die Registrierungseinrichtung den Parameter oder den Wert des vorgegebenen Parameters beispielsweise automatisch dynamisch berechnen oder durch einen Abgleich von Merkmalen oder Eigenschaften der Daten mit einer vorgegebenen Zuordnungstabelle, die beispielsweise in dem Datenspeicher der Registrierungseinrichtung hinterlegt sein kann, ermitteln.
Ebenso kann die Registrierungseinrichtung bevorzugt dazu eingerichtet sein, den zu verwendenden Gewichtungsfaktor hinsichtlich seiner Art oder seines Typs und/oder seines Wertes automatisch auszuwählen, beispielsweise ebenfalls anhand einer entsprechenden vorgegebenen, beispielsweise in dem Datenspeicher der Registrierungseinrichtung hinterlegten, Zuordnungstabelle oder dergleichen.
Durch das Verwenden des Gewichtungsfaktors kann die vorgeschlagene Erfindung vorteilhaft an unterschiedliche Situationen oder Interventionen angepasst werden. Beispielsweise können für unterschiedliche Interventionen oder unterschiedliche verwendete Instrumente oder unterschiedliche anatomische Regionen für einen Behandlungserfolg und eine besonders effektive Unterstützung jeweiligen Personals bei der Intervention minimierte Abstände in unterschiedlichen Bereichen oder zwischen unterschiedlichen Elementen jeweils mehr oder weniger vorteilhaft oder ausschlaggebend sein als andere.
Besonders bevorzugt kann der Parameter also beispielsweise ein Typ des Instruments, eine anatomische Region, in der die Intervention durchgeführt werden soll beziehungsweise durchgeführt wird, eine krankhafte Veränderung einer Gefäßeigenschaft des Untersuchungsobjekts, insbesondere ein Ort sowie gegebenenfalls eine Ausdehnung oder ein Umfang einer Kalzifikation oder dergleichen, oder dergleichen mehr sein.
Beispielsweise können mehrere Verlaufslinien des Untersuchungsobjekts, etwa mehrere Mittellinien unterschiedlicher Gefäße, und/oder mehrere tatsächliche intrainterventionelle sowie entsprechende simulierte Verläufe mehrerer Instrumente berücksichtigt werden. Dabei kann jedoch ein Abstand eines bestimmten Instruments, beispielsweise eines Stents, zu einem bestimmten der Gefäße, beispielsweise zu einer Kalzifikation in einem der Gefäße, von größerer Bedeutung für den Behandlungserfolg sein als beispielsweise ein Abstand eines weiteren Instruments, beispielsweise einer unterstützend verwendeten Klammer oder Stütze, zu einer anderen Stelle des Gefäßes oder zu einem anderen Gefäß, und dementsprechend mit einem größeren Gewichtungsfaktor modifiziert werden.
Insgesamt kann auf diese Weise vorteilhaft eine besonders flexible Anpassung der Erfindung unterschiedliche Situationen und Gegebenheiten auf besonders einfache Weise realisiert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit für einen jeweiligen Behandlungserfolg weiter verbessert werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, automatisch aktualisierte Livebilder zu erfassen, sobald diese verfügbar werden, und das Modell automatisch an jedes neu erfasste Livebild anzupassen. Dabei ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, jeweils von dem zuletzt angepassten, also dem aktuellsten Modell auszugehen. Auf diese Weise kann mit besonders geringem Berechnungsaufwand besonders zuverlässig eine auch bei Veränderungen einer Situation oder Geometrie während der Intervention besonders genaue und zuverlässige Registrierung und dementsprechend eine besonders genaue und zuverlässige Überlagerungsdarstellung besonders zeitnah erreicht beziehungsweise sichergestellt werden. Dadurch, dass als Ausgangspunkt für jede erneute Anpassung oder Aktualisierung für jedes neue oder aktualisierte Livebild das jeweils zuletzt angepasste Modell und nicht das ursprüngliche Modell verwendet wird, können notwendige Anpassungen, beispielsweise Verschiebungen, Rotationen oder Verformungen, des jeweiligen bereits an ein vorheriges Livebild angepassten Modells besonders gering gehalten werden.
Anstatt die Anpassung für jedes neue oder aktualisierte Livebild durchzuführen, kann ebenso wenigstens ein Kriterium vorgegeben und bei Erfassen eines neuen, aktualisierten Livebildes ausgewertet werden, wobei dann nur bei Erfülltsein des Kriteriums die jeweilige Anpassung durchgeführt wird. Ein solches Kriterium kann beispielsweise sein, dass zwischen dem jeweils aktuellen und einem vorhergehenden Livebild, für das zuletzt das Modell angepasst wurde, ein Unterschied besteht, der größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, beispielsweise hinsichtlich eines Abstandes, also einer Verschiebung eines Punktes oder einer Struktur von dem einen zu dem anderen Livebild und/oder hinsichtlich einer Anzahl von Punkten oder Bereichen, in denen Unterschiede zwischen den beiden jeweiligen Livebilder detektiert werden. Dazu kann beispielsweise jedes neue Livebild mit dem jeweils vorherigen Livebild oder mit demjenigen Livebild, an welches das Modell zuletzt angepasst wurde, verglichen werden. Ebenso kann als das Kriterium beispielsweise eine Zeitspanne vorgegeben sein, sodass eine Anpassung des Modells nur durchgeführt wird, wenn jeweils seit der letzten Anpassung zumindest diese vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist. Dadurch kann vorteilhaft einen Berechnungsaufwand reduziert und die Erfindung auch unter Verwendung beispielsweise älterer oder schwächerer Berechnungshardware eingesetzt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Registrierungseinrichtung dazu eingerichtet, vor dem Registrieren des Modells mit dem Livebild, insbesondere vor dem Bestimmen der simulierten Verlaufslinien und des tatsächlichen intrainterventionellen Verlaufs des Instruments, eine vorläufige Registrierung des Modells zu dem Livebild durchzuführen anhand von in dem präinterventionellen Bilddatensatz und/oder in dem Modell einerseits sowie in dem Livebild andererseits sichtbaren festen unverformbaren Strukturen des Untersuchungsobjekts. Es ist beispielsweise möglich, dass nicht hier Strukturen oder Informationen verwendet werden können, die zwar in dem präinterventionellen Bilddatensatz enthalten sind, aber nicht in das Modell aufgenommen wurden. Der präinterventionelle Bilddatensatz kann dabei aus mehreren Teildatensätzen bestehen, die gegebenenfalls zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen worden sein können. So kann beispielsweise die hier vorgeschlagene initiale oder vorläufige Registrierung auf Basis eines ersten Teildatensatzes, also anhand von Bildern durchgeführt werden, die beispielsweise unmittelbar vor oder zu Beginn der Intervention aufgenommen werden, während das Modell anhand eines zweiten Teildatensatzes, der beispielsweise bereite mehrere Stunden oder Tage vor der Intervention aufgenommen wurde, erzeugt werden kann.
Feste unverformbare Strukturen in dem hier vorgeschlagenen Sinne können beispielsweise eine Knochenstruktur, eine Kalzifikation oder ein künstlich eingebrachter Marker oder dergleichen sein oder umfassen, wobei letzterer dann im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Teil des Untersuchungsobjekts gelten soll.
Eine derartige auf den festen unverformbaren Strukturen basierende vorläufige Registrierung kann vorteilhaft üblicherweise besonders einfach und schnell durchgeführt werden, da sich diese Strukturen im Allgemeinen nicht verformen, sondern lediglich verschieben. Gerade für Weichteile oder Weichgewebe in einer Umgebung der festen unverformbaren Strukturen kann diese vorläufige Registrierung dabei aber typischerweise nicht zuverlässig eine ausreichende Genauigkeit liefern, da dort durchaus bei einer Verschiebung der Strukturen unvorhersehbare Verformungen auftreten können. Die hier vorgeschlagene vorläufige Registrierung ist aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung dennoch vorteilhaft, da hierdurch besonders schnell, einfach und zuverlässig das Modell relativ zu dem Livebild bereits so ausgerichtet werden kann, dass die auf der Minimierung des MHD basierende nachfolgende Registrierung und Anpassung des Modells typischerweise nur relativ geringere Veränderungen des Modells ausgeführt werden müssen als ohne die vorläufige Registrierung typischerweise notwendig wären.
Da die festen unverformbaren Strukturen in dem Livebild typischerweise eindeutig und besonders zuverlässig detektierbar und identifizierbar sind, kann auf die hier vorgeschlagene Art und Weise zudem eine Konsistenz oder Plausibilität der späteren Anpassung beziehungsweise Registrierung des Modells verbessert werden. So kann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit dafür reduziert werden, dass bei einer größeren Lage- und/oder Geometrieveränderung des Untersuchungsobjekts zwischen den Zeitpunkten, zu denen der präinterventionelle Bilddatensatzes und das Livebild aufgenommen werden, eine fehlerhafte Zuordnung zwischen Bereichen oder Strukturen des Modells und des Livebildes erfolgt. Die hier vorgeschlagene vorläufige Registrierung kann beispielsweise vor oder während des Bestimmens des tatsächlichen Verlaufs des Instruments durchgeführt werden, wodurch letztlich eine insgesamt verbesserte Effizienz beziehungsweise Geschwindigkeit bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, insbesondere ein ganz oder teilweise computerimplementiertes Verfahren, zum Registrieren eines präinterventionell erzeugten Modells eines Untersuchungsobjekts mit wenigstens einem intrainterventionellen Livebild des Untersuchungsobjekts.
Ein Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist oder umfasst ein Erzeugen oder Erfassen des Modells, das einen ausgehend von einem präinterventionellen Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts simulierten intrainterventionellen Zustand des Untersuchungsobjekts und eines zur Verwendung in der Intervention vorgesehenen, in dem Livebild - also unter einer für dieses verwendeten Bildgebungsmodalität - sichtbaren Instruments in dem Untersuchungsobjekt zeigt.
Ein weiterer Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist oder umfasst, anhand des Modells eine simulierte Verlaufslinie eines anatomischen Merkmals des Untersuchungsobjekts im Bereich des Instruments und/oder einer simulierten Verlaufslinie des Instruments zu bestimmen.
Ein weiterer Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist oder umfasst, anhand des wenigstens einen Livebildes einen tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf des Instruments zu bestimmen.
Ein weiterer Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist oder umfasst ein automatisches Registrieren des Modells mit dem Livebild anhand wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf des Instruments. Dieses Registrieren wird dabei durchgeführt unter Anpassung des Modells an das Livebild durch Minimieren einer als Kostenfunktion oder als Teil einer Kostenfunktion vorgegebenen Linienabstandsmetrik, insbesondere eines modifizierten Hausdorff-Abstands, zwischen wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf des Instruments. Der hier bevorzugt aber nicht notwendigerweise als die Linienabstandsmetrik verwendete modifizierte Hausdorff-Abstand ist auch hier gegeben durch oder basierend auf der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung angegebenen Gleichung oder Beziehung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dementsprechend also als Verfahren zum Betreiben oder Steuern der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung oder eines diese umfassenden bildgebenden Geräts oder Systems aufgefasst werden. Dementsprechend können weitere im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder den übrigen Aspekten der vorliegenden Erfindung genannte Vorgänge, Abläufe oder Maßnahmen weitere, gegebenenfalls optionale, Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, das Befehle oder Steueranweisungen umfasst oder implementiert, die bei einer Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, insbesondere durch die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung beziehungsweise deren Prozessor, diesen Computer dazu veranlassen, zumindest die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch oder teilautomatisch auszuführen oder durch entsprechende Ansteuerung entsprechender Geräte oder Einrichtungen die Ausführung dieser Verfahrensschritte zu veranlassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Speichermedium, auf dem zumindest eine Ausführungsform oder Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts gespeichert ist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Registrierungseinrichtung ein derartiges erfindungsgemäßes computerlesbares Speichermedium aufweisen, beispielsweise als der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung genannte Datenspeicher oder als Teil davon.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Datenträgersignal, welches das erfindungsgemäße Computerprogramm überträgt.
Die bisher und im Folgenden angegebenen Eigenschaften und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Registrierungseinrichtung, des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Computerprogramms und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermediums sowie die entsprechenden Vorteile sind jeweils sinngemäß wechselseitig zwischen diesen Aspekten der Erfindung übertragbar. Es gehören also zu der Erfindung auch solche jeweils Weiterbildungen der Aspekte der vorliegenden Erfindung, die Ausgestaltungen aufweisen, die hier zur Vermeidung unnötiger Redundanz nicht explizit in der jeweiligen Kombination oder nicht für jeden Aspekt der Erfindung separat beschrieben sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Systems aus einem Röntgengerät und einer integrierten Registrierungseinrichtung;
2 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan für ein Verfahren zum Registrieren eines simulierten Modells eines Untersuchungsobjekts mit einem Livebild;
3 eine schematische ausschnittweise Darstellung des Modells mit einem ursprünglichen Gefäßverlauf und simulierten intrainterventionellen Verläufen des Gefäßes und eines Instruments,
4 eine schematische Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung einer Fusion des simulierten Modells mit dem Livebild; und
5 eine schematische Darstellung eines aus dem Modell und dem Livebild erzeugten Überlagerungsbildes.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind gleiche, gleichartige, funktionsgleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines bildgebenden Systems aus einem Röntgengerät 1 und einer darin integrierten Registrierungseinrichtung 2. Dieses bildgebende System dient vorliegend zum Untersuchen beziehungsweise Abbilden eines Patienten 3, insbesondere einer Gefäßstruktur des Patienten 3, hier der Einfachheit halber als Gefäß 4 bezeichnet. Diese Gefäßstruktur kann beispielsweise ein einzelnes Gefäß, zwei oder mehrere Gefäße oder Gefäßabschnitte, einen Bifurkationsbereich, oder zumindest einen Teil eines Gefäßbaums umfassen. Dazu ist das Röntgengerät 1 vorliegend als C-Bogen-Röntgengerät ausgebildet mit einem C-förmigen Arm, an dessen Enden eine Röntgenstrahlquelle und dieser gegenüberliegend ein Röntgendetektor gehalten sind. Vorliegend soll an dem Patienten 3 eine Intervention durchgeführt werden, in deren Verlauf ein Instrument 5 in das Gefäß 4 eingebracht oder in dem Gefäß 4 positioniert werden soll.
Die Registrierungseinrichtung 2 ist hier als Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung des bildgebenden Systems vorgesehen und weist eine Kommunikationsschnittstelle 6 zum Empfangen oder Erfassen von Daten auf, beispielsweise von durch das Röntgengerät 1 erfassten Bilddaten und von Benutzereingaben. Weiter weist die Registrierungseinrichtung 2 einen Prozessor 7 und einen Datenspeicher 8 auf, die mit der Kommunikationsschnittstelle 6 verbunden sind. Als Teil des bildgebenden Systems ist hier zudem einen Bildschirm 9 vorgesehen, auf dem beispielsweise mittels des Röntgengeräts 1 und/oder mittels der Registrierungseinrichtung 2 erzeugte Bilder angezeigt werden können.
Unter Bezugnahme auf 1 soll im Folgenden ein Verfahren beschrieben werden, um präoperative oder präinterventionelle Simulationen, beispielsweise endovaskuläre Prozeduren, insbesondere Simulationen einer oder für eine Reparatur von Aorten-Aneurysmen (EVAR), einfach und automatisch intraoperativ oder intrainterventionell registrieren und verwenden zu können. Entsprechende präoperative EVAR-Simulationen und andere entsprechende Simulationen für medizinische Interventionen stellen derzeit noch ein relativ neues Forschungsgebiet dar. Ziel ist es, zur Planung einer Intervention ein intraoperativ tatsächlich auftretendes Verhalten und gegebenenfalls voraussichtlich auftretende Komplikationen schon vor der Intervention anhand präoperativen Daten vorhersagen zu können. Am Beispiel der EVAR kann dies beispielsweise bedeuten, dass anhand eines präoperativ aufgenommenen CT-Bilddatensatzes beantwortet oder vorhergesagt werden kann, wie sich das Gefäß 4 verformen, wo welche Scherkräfte auf das Gefäß 4 und das darin eingebrachte Instrument 5 wirken werden, wie sich, beispielsweise bei relativ stark gekrümmten Aorten, ein eingebrachter Stent entfalten und an das Gefäß 4 anpassen wird, ob und wie sich Undichtigkeiten (Endo-Leaks) oder Verschiebungen des Stents vermeiden lassen und wie sich gegebenenfalls ein Blutfluss durch den eingebrachten Stent verändern wird.
Basierend auf einer solchen Simulation beziehungsweise den entsprechenden Vorhersagen kann ein planender und später behandelnder Arzt ebenso wie beispielsweise ein Hersteller des Stents oder der Geräte zumindest potenziell unerwünschte Situationen oder Komplikationen vorhersehen und, beispielsweise durch eine entsprechend veränderte Planung und Durchführung der Intervention oder eine entsprechend veränderte Ausgestaltung des Stents oder anderer Geräte, vermeiden. Die hierfür benötigten Simulationen sind heutzutage üblicherweise nur mittels relativ zeitaufwendiger, beispielsweise mehrere Stunden dauernder Berechnungen, zum Beispiel auf Basis finiter Elemente und/oder Fluss-Simulationen, präoperativ durchführbar. Grundsätzlich wünschenswert wäre aber eine Verwendbarkeit der entsprechenden Simulationen oder Modelle während der späteren Intervention, beispielsweise in Form eines zu dem Röntgengerät 1 registrierten Overlays.
Die genannten Simulationen sind bisher typischerweise lediglich Gegenstand der Forschung und gegebenenfalls der Instrumenten-Entwicklung, in der klinischen Routine werden derzeit aber beispielsweise endovaskuläre Interventionen präoperativ üblicherweise nicht simuliert.
Im Folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, bei dem eine präoperative Simulation automatisch, flexibel und schnell sowie vorteilhaft ohne zusätzliche Gabe von Kontrastmittel an tatsächliche intraoperative Gegebenheiten angepasst werden kann, sodass eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und einer tatsächlichen intrainterventionellen Lage oder Situation des jeweiligen Untersuchungsobjekts erreicht werden kann. Dabei soll durch eine automatische und kontrastmittelfreie Registrierung die präoperative Simulation während der Intervention als Overlay nutzbar gemacht werden.
Dazu zeigt 2 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan 10 für ein entsprechendes Verfahren. In einem Verfahrensschritt S1 wird ein präinterventioneller Bilddatensatz, bei dem es sich vorliegend um einen 3D-Bilddatensatz des jeweiligen Untersuchungsobjekts handelt, aufgenommen, vorliegend also des Patienten 3 beziehungsweise des Gefäßes 4, beispielsweise als 3D-CT-Bilddatensatz mittels des Röntgengeräts 1. Aus diesem 3D-Bilddatensatz wird dann ein präinterventionelles 3D-Bild des Untersuchungsobjekts rekonstruiert.
In einem Verfahrensschritt S2 wird das rekonstruierte 3D-Bild des Untersuchungsobjekts segmentiert und es wird ein dreidimensionales Ausgangs- oder Startmodell des Untersuchungsobjekts als Basis für eine spätere Simulation erzeugt.
In einem Verfahrensschritt S3 wird durch die Registrierungseinrichtung eine Parametrisierung für die geplante Intervention oder Prozedur erfasst, beispielsweise in Form entsprechender Benutzereingaben. Diese können beispielsweise angeben wo, wie, mit welchen Instrumenten und gemäß welchem Vorgehen, beispielsweise entlang welchen Instrumentenpfades, etc. die Intervention durchgeführt werden soll. Sofern das Rekonstruieren des 3D-Bildes beziehungsweise die Segmentierung oder die Erzeugung des Startmodells des Untersuchungsobjekts nicht bereits durch die Registrierungseinrichtung 2 durchgeführt wurde, wird hier auch die Segmentierung beziehungsweise das segmentierte Startmodell des Untersuchungsobjekts durch die Registrierungseinrichtung erfasst oder eingelesen.
In einem Verfahrensschritt S4 werden zunächst Parameter für die Simulation der geplanten Intervention anhand der erfassten Parametrisierung festgelegt oder ausgewählt. Hier kann beispielsweise automatisch oder semiautomatisch durch die Registrierungseinrichtung 2 oder manuell durch entsprechendes Bedienpersonal ein Detailgrad, eine simulierte Laufzeit, eine Ziel- oder Interessenregion und/oder dergleichen mehr für die geplante Simulationen festgelegt werden. Anschließend wird die entsprechende Simulation ausgehend von dem Startmodell durchgeführt, die geplante Intervention also simuliert oder modelliert. Im Ergebnis ergibt sich dabei ein vorliegend beispielhaft dreidimensionales Modell, hier bezeichnet als 3D-Modell 11 (siehe 3, 4) des Untersuchungsobjekts, das einen simulierten intrainterventionellen Zustand des Untersuchungsobjekts und eines dabei in oder an dem Untersuchungsobjekt verwendeten Instruments in dem Untersuchungsobjekt zeigt. Dieses simulierte 3D-Modell 11 enthält dabei vorliegend also simulierte Verlaufslinien oder Geometrien des Gefä-ßes 4 und des Instruments 5. Diese Verlaufslinien werden in einem Verfahrensschritt S5 bestimmt, also beispielsweise aus dem 3D-Modell 11 extrahiert oder ausgelesen.
3 zeigt hierzu eine schematische ausschnittweise Darstellung des 3D-Modells 11 mit einem Ausgangsverlauf 12, der einem ursprünglichen Gefäßverlauf des Gefäßes 4 vor Beginn der simulierten Intervention und zum Aufnahmezeitpunkt des präinterventionellen 3D-Bilddatensazes entspricht, und mit einem simulierten intrainterventionellen Verlauf 13 des Gefäßes 4 und mit einer simulierten intrainterventionellen Position 14 des Instruments 5. Das Gefäß 4 hat sich hier durch das Einbringen des steiferen Instruments 5 an dieses angepasst, also verformt.
Die bisher beschriebenen Verfahrensschritte S1 bis S5 werden vor der eigentlichen Intervention ausgeführt. Während der späteren tatsächlichen Intervention wird dann in einem Verfahrensschritt S6 von dem Untersuchungsobjekt wenigstens ein Livebild aufgenommen, das vorliegend das Instrument 5 in seinem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf 16 (siehe 4, 5) in dem Gefäß 4 abbildet. Das Instrument 5 ist dabei vorliegend röntgensichtbar ausgebildet, sodass es dementsprechend in dem aufgenommenen Livebild unabhängig von einer Kontrastmittelgabe sichtbar ist.
In einem Verfahrensschritt S7 wird eine vorläufige Registrierung des 3D-Modells 11 mit dem aufgenommenen Livebild basierend auf Knochenstrukturen des Untersuchungsobjekts, hier also insbesondere des Patienten 3, durchgeführt, um bereits eine zuverlässige Grobausrichtung des 3D-Modells 11 an dem Livebild zu erreichen.
In einem Verfahrensschritt S8 wird dann eine feinere Registrierung des 3D-Modells 11 zu oder mit dem Livebild anhand des simulierten Verlaufs 13 des Gefäßes 4 und/oder anhand der simulierten Position 14 des Instruments 5 und dem aus dem Livebild extrahierten oder segmentierten, also in dem Livebild detektierten tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf 16 des Instruments 5 durchgeführt. Um hierbei eine Verbesserung gegenüber der auf der Knochenstrukturen basierenden vorläufigen Registrierung zu erreichen, wird das 3D-Modell 11 an das Livebild angepasst durch Minimieren einer vorgegebenen Kostenfunktion. Vorliegend wird als diese Kostenfunktion oder als Basis für diese Kostenfunktion ein modifizierter Hausdorff-Abstand zwischen dem simulierten Verlauf 13 und/oder der simulierten Position 14 einerseits und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf 16 des Instruments 5 verwendet. Abhängig von individuellen Details oder Parameter der jeweiligen Intervention kann die Kostenfunktion beziehungsweise der Hausdorff-Abstand beispielsweise durch einen oder mehrere Gewichtungsfaktoren angepasst werden. Das Anpassen des 3D-Modells 11 an das Livebild zum Minimieren des Hausdorff-Abstands beziehungsweise der Kostenfunktion kann das 3D-Modell 11 beispielsweise verschoben, rotiert und/oder deformiert werden.
In einem Verfahrensschritt S9 wird, beispielsweise ebenfalls durch die Registrierungseinrichtung 2, aus dem entsprechend angepassten 3D-Modell 11 und dem Livebild, die nun miteinander registriert sind, ein Überlagerungsbild 17 (siehe 4) erzeugt. In diesem Überlagerungsbild 17 können dabei noch weitere Daten berücksichtigt oder Elemente eingeblendet oder Bildverbesserungen, beispielsweise zur Verbesserung eines Kontrastes oder einer Unterscheidbarkeit verschiedener Gewebebereich oder dergleichen, ergänzt werden. Das so erzeugte Überlagerungsbild 17 wird dann mittels des Bildschirms 9 ausgegeben, also angezeigt.
In einem Verfahrensschritt S10 wird im Laufe der Intervention ein neues, also aktualisiertes Livebild des Untersuchungsobjekts aufgenommen.
In einem Verfahrensschritt S11 überprüft die Registrierungseinrichtung 2 automatisch ein vorgegebenes Kriterium für eine Aktualisierung des angepassten Modells. Ist dieses Kriterium nicht erfüllt, so wird auf das jeweils nächste aktualisierte Livebild gewartet und das Kriterium dann erneut überprüft. Ist das Kriterium hingegen erfüllt, so wird das jeweils zuletzt erzeugte angepasste 3D-Modell 11 beziehungsweise die entsprechende Registrierung mit dem jeweiligen Livebild an das zuletzt aufgenommene, also neueste oder aktuellste Livebild angepasst, ausgehend von dem jeweils zuletzt oder zuvor angepassten 3D-Modell 11. Dies ist hier durch entsprechende gestrichelte Programmpfade zu den Verfahrensschritten S8 beziehungsweise S9 angedeutet.
Die in 2 schematisch repräsentierten Verfahrensschritte S1 bis S12 des Ablaufplans 10 können entsprechende Einrichtungen, Schaltungen, Software-Module oder -funktionen der Registrierungseinrichtung 2, die die beschriebenen Verfahrensschritte S1 bis S12 ausführen oder deren Ausführung veranlassen, repräsentieren. Ein dem Ablaufplan 10 entsprechendes Computerprogramm kann also beispielsweise in dem Datenspeicher 8 gespeichert sein und durch den Prozessor 7 ausgeführt werden.
4 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung einer Kombination oder Fusion des 3D-Modells 11 mit dem Livebild, vorliegend in Form eines Fluoroskopiebildes 15. Das Fluoroskopiebild 15 ist dabei ein 2D-Bild eines Teils des Patienten 3. In dem Fluoroskopiebild 15 ist vorliegend der tatsächliche Verlauf 16 des Instruments 5 sichtbar. Da das Instrument 5 während der hier betrachteten Intervention innerhalb des Gefäßes 4 geführt wird, ergibt sich automatisch, dass das Gefäß 4 während der Intervention dem tatsächlichen der Verlauf 16 des Instruments 5 folgt. Weicht also der simulierte Verlauf 13 des Gefäßes 4 beziehungsweise die simulierte Position 14 des Instruments 5 in dem 3D-Modell 11 hiervon ab, schneidet also beispielsweise den tatsächlichen Verlauf 16, so bedeutet dies, dass eine entsprechende Anpassung des 3D-Modells 11 notwendig ist, um die tatsächliche, durch das Fluoroskopiebild 15 repräsentierte Situation während der Intervention widerzuspiegeln.
Um hier eine konsistente Kombination zu ermöglichen, wird aus dem 3D-Modell 11 durch eine 2D-Vorwärtsprojektion ebenfalls ein zweidimensionales Projektionsbild eines durch das Fluoroskopiebild 15 abgebildeten Untersuchungsbereiches erzeugt, was hier schematisch angedeutet ist. Das Fluoroskopiebild 15 und das aus dem 3D-Modell 11 erzeugte zweidimensionale Projektionsbild werden dann durch die beziehungsweise nach der beschriebenen Registrierung und Anpassung einander überlagert, um das Überlagerungsbild 17 zu erzeugen. Zusätzlich werden hier zum oder beim Erzeugen des Überlagerungsbilds 17 zur weiteren Unterstützung jeweiligen Personals einige virtuelle Elemente 18 eingeblendet, welche beispielsweise räumliche oder geometrische Verhältnisse veranschaulichen und/oder markante Punkte oder Strukturen markieren können.
5 zeigt zur Veranschaulichung eine weitere schematische Darstellung des oder eines Überlagerungsbildes 17. Auch hier ist ein oder das Fluoroskopiebild 15 mit dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf 16 des Instruments 5 dargestellt. Vorliegend diesem beispielhaft überlagert ist der simulierte Verlauf 13 des Gefäßes 4 und dessen Mittellinie 19. Es ist hier zu erkennen, dass das Instrument 5 beziehungsweise dessen tatsächlicher Verlauf 16 teilweise außerhalb des simulierten Verlaufes 13 des Gefäßes 4 liegt, was offensichtlich inkonsistent oder inkorrekt ist und dementsprechend durch Anpassen des 3D-Modells 11 korrigiert werden muss. Eine solche Anpassung ist hier schematisch durch einen Pfeil 20 angedeutet, der eine Richtung angibt, in der der simulierte Verlauf 13 des Gefäßes 4 beziehungsweise die entsprechende Mittellinie 19 verschoben werden müssen, um eine Überdeckung mit dem tatsächlichen Verlauf 16 des Instruments 5 zu erreichen, das sich notwendigerweise innerhalb des realen Gefäßes 4 befindet.
Auch wenn ich hier die Überlagerung beziehungsweise an Registrierung schematisch und beispielhaft für zwei Dimensionen gezeigt ist, ist das Verfahren analog in drei Dimensionen anwendbar. Bei einer 2D-3D-Registrierung wird hier also eine projizierte Linie des jeweiligen Gefäßverlaufs und/oder eines simulierten Verlaufs beziehungsweise der simulierten Position 14 des Instruments 5 auf eine entsprechende 2D-Linie, hier also auf den tatsächlichen Verlauf 16 des in dem jeweiligen Livebild erkannten Instruments 5, registriert. Bei einer 2x2D-3D- oder 3D-3D-Registrierung hingegen wird eine simulierte 3D-Linie des simulierten Verlaufs 13 oder der simulierten Position 14 des Instruments 5 auf eine rekonstruierte 3D-Linie, hier also den dreidimensionalen tatsächlichen Verlauf 16 des in den entsprechenden Fluoroskopiebildern 15 erkannten und entsprechend rekonstruierten Instruments 5 registriert.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie vorteilhaft eine nützliche und praktikable intrainterventionelle Verwendung auch aufwendiger präinterventioneller Simulationen ermöglicht werden kann.

Claims

Registrierungseinrichtung (2) zum Registrieren eines präinterventionell erzeugten Modells (11) eines Untersuchungsobjekts (3, 4) mit wenigstens einem intrainterventionellen Livebild (15) des Untersuchungsobjekts, wobei die Registrierungseinrichtung (2) zum Erfassen und Verarbeiten von entsprechenden präinterventionellen und intrainterventionellen Daten einen Prozessor (7) sowie damit verbunden einen Datenspeicher (8) und eine Kommunikationsschnittstelle (6) aufweist und dazu eingerichtet ist, - anhand des Modells (11), das einen ausgehend von einem präinterventionellen Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts (3, 4) simulierten intrainterventionellen Zustand des Untersuchungsobjekts (3, 4) und eines zur Verwendung in der jeweiligen Intervention vorgesehenen in dem Livebild (15) sichtbaren Instruments (5) in dem Untersuchungsobjekt zeigt, eine simulierte Verlaufslinie eines anatomischen Merkmals des Untersuchungsobjekts (3, 4) im Bereich des Instruments (5) und/oder eine simulierte Verlaufslinie des Instruments (5) zu bestimmen, - anhand des Livebildes (15) einen tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf (16) des Instruments (5) zu bestimmen, - das Modell (11) automatisch mit dem Livebild (15) anhand wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien (13, 14) und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf (16) des Instruments (5) zu registrieren und dazu das Modell (11) an das Livebild (15) anzupassen durch Minimieren einer als Kostenfunktion vorgegebenen Linienabstandsmetrik für einen Abstand zwischen wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien X (13, 14) und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf Y (16) des Instruments (5).
Registrierungseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die Linienabstandsmetrik ein modifizierter Hausdorff-Abstand d gegeben ist durch oder basierend auf $d {(X, Y)}_{H} = max {\frac{1}{| X |} \sum_{x \in X} min_{y \in Y} ‖ x - y ‖, \frac{1}{| Y |} \sum_{y \in Y} min_{x \in X} ‖ x - y ‖} .$
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Registrierung als 2D-3D-Registrierung durchzuführen unter Minimierung der 2D-Linienabstandsmetrik und dazu ein 2D-Projektionsbild als das Livebild (15) zu verwenden und die wenigstens eine simulierte Verlaufslinie (13, 14) aus einer 2D-Vorwärtsprojektion des als 3D-Modell (11) ausgeführten Modells (11) zu bestimmen.
Registrierungseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Registrierung als 2x2D-3D-Registrierung oder als 3D-3D-Registrierung durchzuführen unter Minimierung der 3D-Linienabstandsmetrik und dazu den tatsächlichen intrainterventionellen 3D-Verlauf (16) des Instruments (5) aus wenigstens zwei aus unterschiedlichen Angulationen aufgenommenen 2D-Livebildern (15) zu bestimmen oder anhand eines 2D-Livebildes abzuschätzen.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, zum Anpassen des Modells (11) an das Livebild (15) das Modell (11) zu verformen.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, das Modell (11) nur in einer vorgegebenen Untermenge aller verfügbaren Freiheitsgrade an das Livebild (15) anzupassen, insbesondere dazu nur Translationen oder Rotationen durchzuführen.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, bei dem Anpassen des Modells (11) an das Livebild (15) nur eine vorgegebene Teilmenge des oder der in dem Livebild (15) sichtbaren Instrumente (5) zu berücksichtigen.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von wenigstens einem vorgegebenen Parameter der jeweiligen Intervention die Kostenfunktion durch wenigstens einen vorgegebenen Gewichtungsfaktor zu modifizieren.
Registrierungseinrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter ein Typ des Instruments (5), eine anatomische Region (4), in der die Intervention durchgeführt werden soll, und/oder eine krankhafte Veränderung einer Gefäßeigenschaft des Untersuchungsobjekts (3, 4), insbesondere ein Ort einer Kalzifikation, ist.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, automatisch aktualisierte Livebilder (15) zu erfassen, sobald diese verfügbar werden, und das Modell (11) automatisch an jedes neu erfasste Livebild (15) anzupassen und dazu jeweils von zuletzt angepassten Modell (11) auszugehen.
Registrierungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierungseinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, vor dem Registrieren des Modells (11) mit dem Livebild (15), insbesondere vor dem Bestimmen der simulierten Verlaufslinien (13, 14) und des tatsächlichen intrainterventionellen Verlaufs (16) des Instruments (5), eine vorläufige Registrierung des Modells (11) zu dem Livebild (15) durchzuführen anhand von sowohl in dem präinterventionellen Bilddatensatz, insbesondere in dem Modell (11), als auch in dem Livebild (15) sichtbaren festen unverformbaren Strukturen des Untersuchungsobjekts (3, 4), insbesondere anhand einer Knochenstruktur, Kalzifikation und/oder eines Markers.
Verfahren (10) zum Registrieren eines präinterventionell erzeugten Modells (11) eines Untersuchungsobjekts (3, 4) mit wenigstens einem intrainterventionellen Livebild (15) des Untersuchungsobjekts (3, 4), mit den Verfahrensschritten - Erzeugen oder Erfassen des Modells (11), das einen ausgehend von einem präinterventionellen Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts (3, 4) simulierten intrainterventionellen Zustand des Untersuchungsobjekts (3, 4) und eines zur Verwendung in der Intervention vorgesehenen in dem Livebild (15) sichtbaren Instruments (5) in dem Untersuchungsobjekt (3, 4) zeigt, - anhand des Modells (11) Bestimmen einer simulierten Verlaufslinie (13) wenigstens eines anatomischen Merkmals (4) des Untersuchungsobjekts (3, 4) im Bereich des Instruments (5) und/oder einer simulierten Verlaufslinie (14) des Instruments (5), - anhand des wenigstens einen Livebildes (15) Bestimmen eines tatsächlichen intrainterventionellen Verlaufs (16) des Instruments (5), - automatisches Registrieren des Modells (11) mit dem Livebild (15) anhand wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien (13, 14) und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf (16) des Instruments (5) unter Anpassung des Modells (11) an das Livebild (15) durch Minimieren einer als Kostenfunktion vorgegebenen Linienabstandsmetrik für einen Abstand zwischen wenigstens einer der simulierten Verlaufslinien (13, 14) und dem tatsächlichen intrainterventionellen Verlauf (16) des Instruments (5).
Computerprogramm (10), umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Computerprogramms (10) durch einen Computer (2), insbesondere durch die Registrierungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, diesen Computer (2) dazu veranlassen, zumindest die Verfahrensschritte des Verfahrens (10) nach Anspruch 12 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium (8), auf dem das Computerprogramm (10) nach Anspruch 13 gespeichert ist.