DE102008006516A1 - X-ray device for determining position and orientation of medical object, has x-ray apparatus for preparation of x-ray image of living entity, where certain medical object is guided in body of living entity - Google Patents

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Abstract

The x-ray device has an x-ray apparatus for preparation of an x-ray image of a living entity (P), where a certain medical object (10) is guided in a body of the living entity. A data storage (14) is provided with a defined specimen of a partial area (11) of multiple different medical objects. A computing unit (13) is provided for determining a position and an orientation of the living entity. A unique bar code or a Radio-frequency identification (RFID)transponder (17) is assigned to every medical objects. An independent claim is included for a method for an x-ray device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung sowie ein Verfahren für eine Röntgeneinrichtung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines in einen Körper eines Lebewesens eingeführten medizinischen Objektes.The The invention relates to an X-ray device and a method for an X-ray device for determining the Position and / or orientation of a person in a body of a living thing imported medical object.

Minimal-invasive medizinische Eingriffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. So sind beispielsweise bei der Behandlung von koronaren Herzerkrankung die chirurgischen Bypass-Operationen am Herzen deutlich zu Gunsten der Ballon-Dilatation (PTCA = Perkutane Transluminale Koronare Angioplastie) und dem Einsetzen eines Stents zurückgegangen.Minimally invasive Medical interventions are becoming increasingly important. So are for example, in the treatment of coronary heart disease the Surgical bypass surgery on the heart clearly in favor of Balloon Dilatation (PTCA = Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty) and the insertion of a stent decreased.

Bei einem minimal-invasiven Eingriff werden z. B. ein oder mehrere medizinische Instrumente in den Körper eines Patienten zur Therapie oder Diagnostik eingeführt. Nach der Einführung eines medizinischen Instrumentes in den Körper des Patienten ist dieses optisch für einen den Eingriff durchführen Arzt nicht mehr sichtbar. Zur Navigation des Instrumentes im Körper des Patienten muss dieses daher in geeigneter Weise für den Arzt in Bildinformationen visualisiert werden. Zur Positionsbestimmung des Instrumentes im Körper des Patienten bei minimal-invasiven medizinischen Eingriffen, welche für die Visualisierung des Instrumentes, insbesondere der Spitze des Instrumentes, in Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten erforderlich ist, stehen heutzutage verschiedenartiger Systeme und Verfahren zur Verfügung.at a minimally invasive procedure z. B. one or more medical Instruments in the body of a patient for therapy or diagnostics. After the introduction of a medical instrument in the body of the patient this is visually for a perform the intervention Doctor no longer visible. To navigate the instrument in the body The patient must therefore use this in a suitable manner the doctor will be visualized in image information. For position determination of the instrument in the patient's body in minimally invasive medical interventions, which for visualization of the instrument, in particular the tip of the instrument, in image information is required from the inside of the patient's body, stand nowadays various systems and methods available.

In der US 5,042,486 ist beispielsweise ein Verfahren zur Ortung eines Katheters in einem Gefäß eines Lebewesens mittels nicht ionisierender Felder beschrieben. Hierzu ist die Katheterspitze mit einem Sender für elektromagnetische oder akus tische Felder oder Wellen ausgerüstet. Ein Empfänger erfasst diese Wellen mittels an den Körper des Lebewesens angekoppelter Sensoren bzw. Antennen und wandelt diese in elektrische Ortungs- oder Bildsignale um. Zum Zwecke der Lokalisierung der Katheterspitze in Bezug auf die Gefäßarchitektur werden die Ortungssignale mit einem auf andere Weise (z. B. Röntgen) gewonnenen Bild der Gefäßarchitektur auf einem Sichtgerät kombiniert dargestellt. Das Verfahren erfordert es also, dass jede Katheterspitze mit einem Sender ausgerüstet werden muss und zusätzlich mehrere Antennen einschließlich Empfänger im Untersuchungsraum installiert werden müssen.In the US 5,042,486 For example, a method for locating a catheter in a vessel of a living being by means of non-ionizing fields is described. For this, the catheter tip is equipped with a transmitter for electromagnetic or acoustic fields or waves. A receiver detects these waves by means of sensors or antennas coupled to the body of the living being and converts these waves into electrical locating or image signals. For the purpose of localizing the catheter tip relative to the vasculature, the locating signals are combined on a viewing device with a different image (e.g., X-ray) of vascular architecture. The procedure therefore requires that each catheter tip must be equipped with a transmitter and in addition several antennas including receivers must be installed in the examination room.

In der DE 10 2005 034 167 A1 sind ein Implantat, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der Position des Implantat im Körper eines Lebewesens beschrieben. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Ermittlung der Position des Implantats im Körper des Lebewesens wird vorgeschlagen, am Implantat einen zur Ermittlung der Position geeigneten Transponder vorzusehen. Unter einem geeigneten Transponder wird dabei ein Transponder verstanden, dessen Koordinaten in einem Koordinatensystem basierend auf einer vom Transponder gesendeten und von einem Empfänger empfangenen elektromagnetischen Strahlung ermittelbar sind.In the DE 10 2005 034 167 A1 For example, an implant, a method and a device for determining the position of the implant in the body of a living being are described. To improve the accuracy of determining the position of the implant in the body of the living being, it is proposed to provide a transponder suitable for determining the position on the implant. A suitable transponder is understood to be a transponder whose coordinates can be determined in a coordinate system based on an electromagnetic radiation transmitted by the transponder and received by a receiver.

Des Weiteren erlauben Fortschritte in der 3D-Röntgenbildgebung inzwischen 3D-Abbildungen von Organen und auch von Instrumenten, welche sich im Körper eines Lebewesens befinden. Jedoch ist es immer noch schwierigen im Röntgenbild zwischen Instrumenten, Organen und Knochen zu unterscheiden und gleichzeitig möglichst wenig Röntgenstrahlung für die Bildgebung zu verwenden.Of Further allow advances in 3D X-ray imaging now 3D images of organs and also of instruments, which are in the body of a living being. However, that is it still difficult in the x-ray image between instruments, Distinguish organs and bones and at the same time as possible to use little X-ray radiation for imaging.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2005 030 607 A1 ein spezielles interventionelles Instrument bekannt. Das Instrument, bei dem es sich um einen Katheter handeln kann, ist mit Markierungselementen versehen, die in einem Röntgenbild erkennbar sind. Auf diese Weise ist der Katheter in einem Röntgenbild besser lokalisierbar. Beispiele für Markierungsele mente sind kugelförmige und ringförmige Markierungselemente, wobei die ringförmigen Markierungselemente die Katheter nach Art eines Strichcodes kennzeichnen können und so unterschiedliche Katheter voneinander im Röntgenbild unterscheidbar machen können. Dennoch kann die Unterscheidung zwischen Instrumenten, Organen und Knochen in einem Röntgenbild schwierig bleiben.In this context is from the DE 10 2005 030 607 A1 a special interventional instrument known. The instrument, which may be a catheter, is provided with marker elements that are recognizable in an X-ray image. In this way, the catheter can be localized better in an X-ray image. Examples of Markierungsele elements are spherical and annular marking elements, wherein the annular marking elements can identify the catheter in the manner of a bar code and so different catheters can distinguish each other in the X-ray image. Nevertheless, the distinction between instruments, organs and bones in an X-ray image can remain difficult.

Aus der DE 102 10 647 A1 ist ein Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Körperbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instrumentes bekannt, bei dem aus zwei unter einem bestimmten Winkel aufgenommenen 2D-Röntgenbildern von dem mit dem medizinischen Instrument versehenen Körperbereich des Patienten die Position, insbesondere der Spitze des medizinischen Instrumentes bestimmt wird. Ein Abbild der Spitze des medizinischen Instrumentes kann schließlich in ein 3D-Bild von dem Körperbereich des Patienten eingeblendet werden.From the DE 102 10 647 A1 a method is known for imaging a medical instrument introduced into a body region of a patient, in which the position, in particular the tip, of the medical instrument is determined from two 2D x-ray images recorded at a specific angle from the medical instrument's body region. An image of the tip of the medical instrument may eventually be faded into a 3D image of the patient's body region.

Des Weiteren ist in der DE 10 2005 028 746 A1 ein Verfahren zum Ermitteln der Position und Orientierung eines Objektes, insbesondere eines Katheters, aus zweidimensionalen Röntgenbildern beschrieben. Dabei wird ein dreidimensionales Muster des Katheters auf der Grundlage der bekannten konstruktiven Eigenschaften des Katheters erzeugt. Zur Ermittlung der Position und der Orientierung des Katheters im Körper eines Lebewesens wird das dreidimensionale Muster auf eine zweidimensionale Ebene projiziert und das erzeugte Projektionsbild mit einem Röntgenbild, in dem der Katheter abgebildet ist, verglichen. Anschließend werden anfangs festgelegte Parameter für die Position und die Orientierung des Musters im Raum iterativ verändert und ein Ähnlichkeitsmaß ermittelt, das zur Bestimmung der Position und der Orientierung des Katheters herangezogen wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass zunächst aus einer Vielzahl von vorhandenen Mustern von verschiedenartigen, für medizinische Eingriffe zur Verfügung stehenden Kathetern dasjenige Muster eines Katheters herausgefunden werden muss, der tatsächlich bei dem aktuellen medi zinischen Eingriff verwendet wird. Dadurch ist der Rechenaufwand sehr hoch und es sind entweder sehr leistungsfähige und damit teuere Recheneinheiten erforderlich oder die Positionsbestimmung dauert verhältnismäßig lange.Furthermore, in the DE 10 2005 028 746 A1 a method for determining the position and orientation of an object, in particular a catheter, described from two-dimensional X-ray images. In this case, a three-dimensional pattern of the catheter is generated on the basis of the known structural properties of the catheter. To determine the position and the orientation of the catheter in the body of a living being, the three-dimensional pattern is projected onto a two-dimensional plane and the generated projection image is compared with an X-ray image in which the catheter is imaged. Subsequently, initially set parameters for the position and the orientation iteratively changes the pattern in the space and determines a similarity measure used to determine the position and orientation of the catheter. A disadvantage of this method is that, first of all, a pattern of a catheter that is actually used in the current medical intervention must be found out of a multiplicity of existing patterns of various catheters available for medical intervention. As a result, the computational effort is very high and it is either very powerful and therefore expensive computing units required or the position determination takes a relatively long time.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Röntgeneinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Ermittlungen der Position und/oder der Orientierung eines medizinischen Objektes vereinfacht ist.Of the The invention is therefore based on the object, an X-ray device and to provide a method of the type mentioned above such that the Investigations of the position and / or orientation of a medical Object is simplified.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Röntgeneinrichtung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines medizinischen Objektes, aufweisend ein Röntgengerät zur Gewinnung wenigstens eines Röntgenbildes von einem Lebewesen, in dessen Körper ein bestimmtes medizinisches Objekt eingeführt wurde, einen Datenspeicher umfassend jeweils wenigstens ein definiertes Muster von zumindest einem Teilbereich einer Vielzahl von verschiedenen medizinischen Objekten, eine Recheneinheit zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des bestimmten in den Körper des Lebewesens eingeführten medizinischen Objektes basierend auf dem wenigstens einen Röntgenbild, dem Muster des bestimmten medizinischen Objektes und einem Mustererkennungsalgorithmus, und Identifizierungsmittel zur Identifizierung des bestimmten medizinischen Objektes vor der Ermittlung der Position und/oder Orientierung des bestimmten medizinischen Objektes. Erfindungsgemäß weist die Röntgeneinrichtung also Identifizierungsmittel auf, so dass der Recheneinheit der Röntgeneinrichtung vor Beginn der Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des bestimmten medizinischen Objektes der Typ des verwendeten bestimmten medizinischen Objektes mitgeteilt werden kann. Auf diese Weise verwendet der Mustererkennungsalgorithmus von Anfang an nur das Muster des identifizierten medizinischen Objektes, um die Position und/oder die Orientierung des medizinischen Objektes im Körper des Lebewesens zu ermitteln, wodurch sich die Ermittlungen der Position und/oder der Orientierung des medizinischen Objektes verein facht, insbesondere beschleunigt, da nicht erst aus einer Vielzahl von in Frage kommenden Mustern, welche in dem Datenspeicher enthalten sind, das zu dem aktuell verwendeten medizinischen Objekt gehörige Muster im Zuge der Mustererkennung aufgefunden werden muss. Das Muster, welches auch als Template bezeichnet werden kann, erfasst dabei typischerweise die Strukturen des medizinischen Objektes, die in Röntgenbildern üblicherweise sichtbar sind. Ein solches Muster ist in der Regel ein 3D-Datensatz, der die Form und Struktur des medizinischen Objektes, insbesondere seine Metallteile etc., nachempfindet.To According to the invention, this object is achieved by an X-ray device to determine the position and / or orientation of a medical Object containing an X-ray machine for extraction at least one x-ray image of a living being, in whose body introduced a specific medical object has been, at least one defined data storage Pattern of at least a subset of a variety of different ones medical objects, a computing unit for determining the position and / or the orientation of the particular in the body of the living being introduced medical object based on the at least an X-ray image, the pattern of the particular medical object and a pattern recognition algorithm, and identifying means to identify the particular medical object before Determining the position and / or orientation of the particular medical Object. According to the invention, the X-ray device So identification means, so that the arithmetic unit of the X-ray device before beginning the determination of position and / or orientation of the specific medical object the type of used used medical object can be communicated. Used in this way the pattern recognition algorithm from the beginning only the pattern of identified medical object to the position and / or the orientation of the medical object in the body of the living being to determine what causes the investigation of the position and / or the orientation of the medical object simplistic, in particular accelerated, because not only from a variety of eligible Patterns included in the data store associated with the currently used medical object belonging pattern must be found in the course of pattern recognition. The pattern, which can also be referred to as a template, recorded thereby typically the structures of the medical object that are in Radiographs are usually visible. One Such pattern is usually a 3D dataset containing the shape and structure the medical object, in particular its metal parts etc., mimics.

Nach einer Variante der Erfindung weisen die Identifizierungsmittel Verwaltungsnummern auf, wobei jedem medizinischen Objekt eine eindeutige Verwaltungsnummer zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die eindeutige Verwaltungsnummer auf dem medizinischen Objekt oder auf einer Verpackung des medizinischen Objektes angeordnet. Der Datenspeicher der Röntgeneinrichtung verfügt dabei bevorzugt über eine Aufstellung der bei der Röntgeneinrichtung eingesetzten medizinischen Objekte, die mittels eindeutiger Verwaltungsnummern identifizierbar sind. Somit kann über eine Verwaltungsnummer ein bestimmtes von dem Mustererkennungsalgorithmus zu verwendendes Muster ausgewählt werden.To In a variant of the invention, the identification means have administrative numbers on, with each medical object a unique administrative number assigned. Preferably, the unique management number is on the medical object or on a packaging of the medical Object arranged. The data memory of the X-ray device preferably has a list the medical used in the X-ray device Objects identifiable by unique administrative numbers are. Thus, over a management number, a specific one of the pattern to be used for the pattern recognition algorithm become.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Identifizierungsmittel auch Musternummern aufweisen, wobei jedem Muster eines medizinischen Objektes eine eindeutige Musternummer zugeordnet ist. Demnach kann auch über die Eingabe einer Musternummer ein bestimmtes von dem Mustererkennungsalgorithmus zu verwendendes Muster ausgewählt werden. Ein bestimmtes medizinisches Objekt kann also auch über seine Musternummer identifiziert werden, welche ebenfalls auf dem medizinischen Objekt oder einer Verpackung des medizinischen Objektes angeordnet sein kann.To an embodiment of the invention, the Identification means also have pattern numbers, each one Pattern of a medical object a unique pattern number assigned. Accordingly, also by entering a Pattern number a particular one of the pattern recognition algorithm to be used. A certain Medical object can therefore also be identified by its pattern number which are also on the medical object or one Packaging of the medical object can be arranged.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Identifizierungsmittel Eingabe- und/oder Einlesemittel aufweisen, die vorzugsweise mit der Recheneinheit verbunden sind. Mithilfe der Eingabemittel, welche eine Tastatur, eine Maus oder eine andere Eingabevorrichtung umfassen können, kann von einem Benutzer der Röntgeneinrichtung die Verwaltungsnummern oder die Musternummer zur weiteren Verwendung des zugeordneten Musters für die Ermittlungen der Position und/oder Orientierung des medizinischen Objektes eingegeben werden.A Variant of the invention provides that the identification means Have input and / or read-in means, preferably with the arithmetic unit are connected. Using the input means, which a keyboard, a mouse or other input device can, can by a user of the x-ray device the management numbers or the pattern number for further use the assigned pattern for the determination of the position and / or orientation of the medical object can be entered.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist den verschiedenen medizinischen Objekten jeweils ein eindeutiger Barcode und/oder ein RFID-Transponder zugeordnet, wobei die Einlesemittel ein Barcodelesegerät und/oder eine Lesegerät eines RFID-Systems umfassen. Der Barcode steht dabei für die eindeutige Verwaltungsnummer. Im Falle der Verwendung eines RFID-Transponders ist die jeweilige Verwaltungsnummer in dem Transponder gespeichert und wird mittels des Lesegerätes eingelesen.To Another variant of the invention is the various medical Objects each have a unique barcode and / or an RFID transponder assigned, wherein the reading means a bar code reader and / or a reader of an RFID system. Of the Barcode stands for the unique administrative number. In the case of using an RFID transponder is the respective Management number stored in the transponder and is using read in the reader.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Röntgeneinrichtung zusätzlich einen optischen Scanner zur Aufnahme eines Musters eines noch nicht erfassten medizinischen Objektes aufweist. Soll also ein bisher nicht an der Röntgeneinrichtung eingesetztes medizinisches Objekt nunmehr an der Röntgeneinrichtung eingesetzt werden, so kann mithilfe des optischen Scanners ein entsprechendes Muster des neuen medizinischen Objektes erzeugt und im Datenspeicher der Röntgeneinrichtung abgelegt werden. Vorzugsweise wird dem neue erfassten medizinischen Objektes auch gleich eine eindeutige Verwaltungsnummer und/oder dem erzeugten Muster des neu erfassten medizinischen Objektes eine eindeutige Musternummer zugeordnet.An embodiment of the invention sees in that the X-ray device additionally has an optical scanner for recording a pattern of a medical object that has not yet been recorded. If, therefore, a medical object previously not used at the x-ray device is to be used on the x-ray device, a corresponding pattern of the new medical object can be generated with the aid of the optical scanner and stored in the data memory of the x-ray device. Preferably, a unique administration number and / or the generated pattern of the newly acquired medical object is also assigned a unique pattern number to the new acquired medical object.

Nach einer Variante der Erfindung ist das medizinische Objekte ein medizinisches Instrument, beispielsweise ein Katheter, oder ein Implantat, beispielsweise ein Stent.To In a variant of the invention, the medical object is a medical one Instrument, such as a catheter, or an implant, for example a stent.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren für eine Röntgeneinrichtung, wie zuvor beschrieben, bei dem das bestimmte medizinische Objekt vor dem Beginn der Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des bestimmten in den Körper des Lebewesens eingeführten medizinischen Objektes basierend auf einem Muster des bestimmten medizinischen Objektes, wenigstens einem Röntgenbild von dem in den Körper des Lebewesens eingeführten medizinischen Objekt und einem Mustererkennungsalgorithmus identifiziert wird. Wie bereits erwähnt kann auf diese Weise die Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des medizinischen Objektes unter Verwendung eines Mustererkennungsalgorithmus vereinfacht, insbesondere beschleunigt werden.The The object relating to the method is solved by Method for an X-ray device, as before described in which the particular medical object before the beginning determining the position and / or orientation of the particular introduced into the body of the living medical Object based on a pattern of the particular medical Object, at least one x-ray image of that in the body of the living thing imported medical object and one Pattern recognition algorithm is identified. As already mentioned can in this way the determination of position and / or orientation of the medical object using a pattern recognition algorithm simplified, in particular accelerated.

Nach einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem folgende Verfahrensschritte:

  • a) Vorverarbeitung des Röntgenbildes zur Hervorhebung von Abbildungsstrukturen des bestimmten Objektes,
  • b) Initialisierung von je drei Parametern für die Position und/oder von je drei Parametern für die Orientierung des Musters des bestimmten medizinischen Objekts im Raum,
  • c) Erzeugung einer zweidimensionale Projektion des Musters anhand der drei Parameter für die Position und/oder der drei Parameter für die Orientierung des Musters,
  • d) Vergleich der zweidimensionalen Projektion des Musters mit den Abbildungsstrukturen des vorverarbeiteten Röntgenbildes und Ermittlung eines diesbezüglichen Ähnlichkeitsmaßes aufgrund des Vergleichs,
  • e1) Verwendung der aktuellen drei Parameter für die Position und/oder der aktuellen drei Parameter für die Orientieund/oder rung zur Bestimmung von Position Orientierung des bestimmten medizinischen Objektes im Röntgenbild, wenn das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens rechtfertigt, oder
  • e2) Anpassung des Satzes aus drei Parametern für die Position und/oder der Satz aus drei Parametern für die Orientierung und Wiederholung der Schritte c) bis e) in einer Optimierungsschleife, bis das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens rechtfertigt.
According to a variant of the invention, the method also comprises the following method steps:
  • a) preprocessing the X-ray image to highlight imaging structures of the particular object,
  • b) initialization of three parameters for the position and / or of three parameters for the orientation of the pattern of the particular medical object in the room,
  • c) generating a two-dimensional projection of the pattern on the basis of the three parameters for the position and / or the three parameters for the orientation of the pattern,
  • d) comparison of the two-dimensional projection of the pattern with the image structures of the preprocessed X-ray image and determination of a similar degree of similarity based on the comparison,
  • e1) using the current three parameters for the position and / or the current three parameters for the orientation and / or tion for determining position orientation of the particular medical object in the X-ray image, if the similarity measure justifies a termination of the method, or
  • e2) adaptation of the set of three parameters for the position and / or the set of three parameters for the orientation and repetition of steps c) to e) in an optimization loop until the similarity measure justifies a termination of the method.

Anders als Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen nur jede ungewöhnliche Struktur, die sich in irgendeiner Weise von ebenfalls im Röntgenbild abgebildeten Knochen etc. unterscheidet, als erkannte Struktur gewertet wird, wird nach dem vorliegenden Verfahren ein Muster des bestimmten medizinischen Objektes vorgegeben, welches die automatische Mustererkennung bzw. der Mustererkennungsalgorithmus in dem Röntgenbild zu erkennen hat.Different as a method of the prior art, in which only every unusual Structure, in some way, also in the x-ray distinguished bones, etc., counted as recognized structure becomes, after the present procedure a pattern of the determined medical object specified, which automatic pattern recognition or the pattern recognition algorithm in the X-ray image has to recognize.

Nach einer Variante der Erfindung umfasst die Vorverarbeitung des Röntgenbildes eine Hochpassfilterung und/oder eine Binärisierung des Röntgenbildes, d. h. aus dem Grauwerte aufweisenden Röntgenbild wird ein Binärbild. In Folge der Binärisierung bzw. der Hochpassfilterung sind scharfe Strukturen bzw. Abbildungsstrukturen verhältnismäßig gut zu sehen. Durch die Vorverarbeitung des Röntgenbilds wird die Mustererkennung vereinfacht.To A variant of the invention comprises the preprocessing of the X-ray image a high pass filtering and / or a binarization of the X-ray image, d. H. from the gray scale radiograph becomes a binary image. As a result of the binarization or the high-pass filtering are sharp structures or imaging structures relatively good to see. By the Pre-processing of the X-ray image becomes pattern recognition simplified.

Ausgehend von dem Muster des bestimmten medizinischen Objektes, also dem, was auf dem Röntgenbild zu erkennen sein soll, wird nun die Position und/oder die Orientierung des medizinischen Objektes ermittelt, so wie es in dem vorverarbeiteten Röntgenbild zu sehen ist. Dies erfolgt iterativ.outgoing from the pattern of the particular medical object, that is, the what should be recognizable on the X-ray image, is now the position and / or orientation of the medical object determined, as in the pre-processed X-ray image you can see. This is done iteratively.

Es wird jeweils ein sogenanntes Matching durchgeführt, d. h. die zweidimensionale Projektion des Musters wird mit den Abbildungsstrukturen des vorverarbeiteten Röntgenbildes verglichen und es wird ein diesbezügliches Ähnlichkeitsmaß ermittelt. Für ein derartiges Ähnlichkeitsmaß stehen im Stand der Technik übliche Ähnlichkeits-Metriken zur Verfügung (Mutual Information, Korrelation etc.). Das Ähnlichkeitsmaß ist ein Gütemaß für die Übereinstimmung. Bei Iterationen wird man je nach dem verwendeten Maß ein Maximum oder auch ein Minimum anstreben. Für solche Iterationen stehen übliche Verfahren zur Verfügung. Beispielsweise kann bei einer Änderung der Parameter zunächst mit der Änderung der Translationsparameter begonnen werden und dann mit einer Änderung der Rotationsparameter etc..It In each case a so-called matching is performed, d. H. the two-dimensional projection of the pattern becomes with the image structures of the preprocessed X-ray image and it becomes determined a similar measure of similarity. For Such a measure of similarity are in the state of Technique common similarity metrics available (Mutual Information, Correlation etc.). The similarity measure is a measure of goodness for the match. In iterations you will be depending on the used measure Aim for maximum or minimum. For such iterations usual methods are available. For example can change the parameters first be started with the change of the translation parameters and then with a change of the rotation parameter etc ..

Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden ein zweites Röntgenbild unter einem von dem ersten Röntgenbild verschiedenen Projektionswinkel, beispielsweise mit einer Biplan-Röntgenanlage, gewonnen und die Schritte a) bis e) unter Verwendung des zweiten Röntgenbildes durchgeführt. Bei der Festlegung der drei neuen Parameter für die Position und/oder der drei neuen Parameter für die Orientierung des Musters relativ zu dem vorverarbeiteten zweiten Röntgenbild wird vorzugsweise der Satz aus den anhand des ersten Röntgenbildes gewonnenen Parametern für die Position und/oder Orientierung berücksichtigt.According to one embodiment of the invention, a second X-ray image is under a different projection from the first X-ray image angle, for example, with a biplane X-ray system won and steps a) to e) performed using the second X-ray image. In determining the three new parameters for the position and / or the three new parameters for the orientation of the pattern relative to the pre-processed second X-ray image, preferably the set of the parameters obtained for the position and / or orientation from the first X-ray image is taken into account.

Anhand der durch Kalibrierung des Röntgengerätes bekannten Projektionsparameter des Röntgengerätes kann eine Rückprojektion des in dem jeweiligen Röntgenbild abgebildeten bestimmten medizinischen Objektes, beispielsweise der Spitze des medizinischen Objektes, in den dreidimensionalen Raum durchgeführt werden. Aufgrund einer Unsicherheit in dem Parameter, der die Tiefe beschreibt, ist das bestimmte medizinische Objekt durch das Matching der Abbildungsstrukturen des bestimmten medizinischen Objektes mit der Projektion des Musters im dreidimensionalen Raum noch nicht genau lokalisiert, sondern man erhält eine Projektionslinie.Based the known by calibration of the X-ray device Projection parameter of the X-ray device can be a Rear projection of the in the respective X-ray image pictured particular medical object, for example the Top of the medical object, in the three-dimensional space be performed. Due to an uncertainty in the Parameter that describes the depth is the particular medical Object by matching the mapping structures of the particular medical Object with the projection of the pattern in three-dimensional space not exactly localized, but you get a projection line.

Eine solche auf dem ersten Röntgenbild basierende Projektionslinie kann aufgrund des kalibrierten Röntgengerätes in das zweite Röntgenbild eingeblendet werden, so dass zur Gewinnung der drei oder sechs Parameter aufgrund des zweiten Röntgenbilds lediglich die Umgebung der Projektionslinie berücksichtigt werden muss, wodurch viel Zeit und Rechenaufwand gespart wird.A such projection line based on the first X-ray image may be due to the calibrated x-ray machine be faded in the second X-ray image, so that to obtain the three or six parameters due to the second X-ray image only the surroundings of the projection line must be taken into account, which takes a lot of time and computational effort is saved.

Es ist auch möglich, anhand des zweiten Röntgenbilds ebenfalls eine solche Projektionslinie zu berechnen.It is also possible based on the second x-ray image also to calculate such a projection line.

Nach einer Variante der Erfindung werden demnach unter Verwendung der mit dem ersten Röntgenbild gewonnenen Parameter eine Rückprojektion des bestimmten medizinischen Objektes aus dem ersten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt, aufgrund der man die erwähnte erste Projektionslinie erhält, unter Verwendung der mit dem zweiten Röntgenbild gewonnenen Parameter eine Rückprojektion des bestimmten medizinischen Objektes aus dem zweiten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt, aufgrund der man eine zweite Projektionslinie erhält, und der Punkt mit kleinstem quadratischem Abstand zu den beiden Projektionslinien oder im Idealfall der Schnittpunkt der Projektionslinien ermittelt, der zur Lokalisierung des bestimmten medizinischen Objektes im dreidimensionalen Raum dient. Der kleinste Abstand kann mit einem quadratischen Verfahren in üblicher Weise bestimmt werden, wobei die Summe der Quadrate der beiden Abstände zu den jeweiligen Projektionslinien minimiert sein muss.To a variant of the invention are therefore using the obtained with the first X-ray image parameters, a back projection of the particular medical object from the first X-ray image performed in the three-dimensional space, due to one receives the mentioned first projection line, using the data obtained with the second X-ray image Parameters a backprojection of the particular medical Object from the second x-ray image in the three-dimensional Room performed due to which you have a second projection line gets, and the point with the smallest square distance to the two projection lines or ideally the intersection the projection lines used to locate the particular medical object in three-dimensional space. The smallest Distance can be done using a quadratic method in the usual way be determined, where the sum of the squares of the two distances must be minimized to the respective projection lines.

Vorzugsweise dient der kleinste Abstand der beiden Projektionslinien voneinander als Maß für die Qualität der Lokalisierung des bestimmten medizinischen Objekts. Ist die Lokalisierung ideal, so schneiden sich die beiden Projektionslinien, d. h. der kleinste Abstand ist Null.Preferably serves the smallest distance of the two projection lines from each other as a measure of the quality of localization of the particular medical object. Is the location ideal, so intersect the two projection lines, d. H. the smallest Distance is zero.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:One Embodiment of the invention is shown in the attached schematic drawings shown. Show it:

1 eine Röntgeneinrichtung nach der Erfindung und 1 an X-ray device according to the invention and

2 die Spitze eines Katheters. 2 the tip of a catheter.

In 1 ist eine Röntgeneinrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Röntgeneinrichtung umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Röntgengerät in Form einer Biplan-Röntgenanlage mit zwei nicht näher dargestellten C-Bogen. Der erste C-Bogen weist ein erstes Röntgensystem mit einer Röntgenstrahlenquelle 1 und einen Röntgenstrahlenempfänger 2 auf. In entsprechender Weise weist der zweite C-Bogen ein zweites Röntgensystem mit einer Röntgenstrahlenquelle 3 und einen Röntgenstrahlenempfänger 4 auf. Mit den beiden Röntgensystemen können nacheinander und auch gleichzeitig 2D-Röntgenprojektionen oder 2D-Röntgenbilder von einem Körperbereich K eines in 1 schematisch dargestellten, auf einer nicht gezeigten Lagerungsvorrichtung angeordneten Patienten P gewonnen werden.In 1 An X-ray device according to the invention is shown schematically. In the case of the present exemplary embodiment, the X-ray device comprises an X-ray device in the form of a biplanar X-ray system with two C-arms (not shown). The first C-arm has a first X-ray system with an X-ray source 1 and an X-ray receiver 2 on. In a corresponding manner, the second C-arm has a second X-ray system with an X-ray source 3 and an X-ray receiver 4 on. With the two X-ray systems can be successively and simultaneously 2D X-ray projections or 2D X-ray images of a body region K of a in 1 schematically shown, arranged on a storage device, not shown, patients P are obtained.

Die Biplan-Röntgenanlage ist kalibriert, d. h. die Projektionsgeometrien der Biplan-Röntgenanlage in Bezug auf die beiden Röntgensysteme wurden beispielsweise in einem Offline-Kalibrierprozess unter Zuhilfenahme eines Kalibrierphantoms ermittelt und sind demnach bekannt.The Biplan X-ray system is calibrated, d. H. the projection geometries the Biplan X-ray system in relation to the two X-ray systems were, for example, in an offline calibration process with the help of a calibration phantom and are therefore known.

Die beiden Röntgensysteme sind an einen Datenbus 5 der Röntgeneinrichtung angeschlossen, so dass mit den beiden Röntgenstrahlenempfängern 2, 4 aufgenommene Bilddaten einer Bildverarbeitungseinheit 6 zugeführt, dort verarbeitet und auf einem Sichtgerät 7 dargestellt werden können. Zudem steht für die Bilddaten ein Bilddatenspeicher 8 zur Verfügung. Als User-Interface der Röntgeneinrichtung dienen Eingabemittel 9, die z. B. eine Tastatur, eine Computermaus und/oder einen Touchscreen etc. umfassen können.The two x-ray systems are connected to a data bus 5 connected to the X-ray device, so that with the two X-ray receivers 2 . 4 recorded image data of an image processing unit 6 supplied, processed there and on a viewing device 7 can be represented. In addition, the image data is an image data memory 8th to disposal. The user interface of the X-ray device is input means 9 that z. As a keyboard, a computer mouse and / or a touch screen, etc. may include.

Die Röntgeneinrichtung ist unter anderem auch für minimalinvasive Eingriffe an Lebewesen, wie dem Patienten P vorgesehen, bei denen ein medizinisches Objekt, z. B. in Form eines medizinischen Instrumentes, insbesondere eines Katheters, oder in Form eines Implantats, insbesondere eines Stents, im Körper des Patienten von einem den Eingriff vornehmenden Arzt geführt bzw. navigiert wird. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Katheter 10 in den Körper des Patienten P eingeführt, wobei insbesondere die Spitze 11 des Katheters 10 im Körper des Patienten unter Röntgenkontrolle navigiert wird. Hierzu wird z. B. ein Abbild der Spitze 11 des Katheters 10 in ein zuvor, beispielsweise mit der Biplan-Röntgenanlage erzeugtes 3D-Bild vom Körperbereich K des Patienten P eingeblendet. Um das Abbild der Spitze 11 des Katheters 10 in das 3D-Bild einblenden zu können, muss jedoch jeweils die Position und/oder die Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 ermittelt werden.The X-ray device is also provided, inter alia, for minimally invasive interventions on living beings, such as the patient P, in which a medical object, eg. B. in the form of a medical instrument, in particular a catheter, or in the form of an implant, in particular a stent, in the body of the patient from one the intervention taking or navigating doctor. In the case of the present embodiment is a catheter 10 in the body of the patient P, in particular the tip 11 of the catheter 10 in the patient's body is navigated under x-ray control. For this purpose, z. B. an image of the top 11 of the catheter 10 in a previously generated, for example, with the biplanar X-ray machine 3D image of the body region K of the patient P appears. To the image of the top 11 of the catheter 10 However, in each case the position and / or the orientation of the tip must be able to fade into the 3D image 11 of the catheter 10 be determined.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung werden sowohl die Position als auch die Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 im 3D-Raum mittels 2D-Röntgenprojektionen bzw. 2D-Röntgenbilder und einer Mustererkennung, welche auch als Template-Matching bezeichnet wird, ermittelt. Um dies bewerkstelligen zu können weist die Spitze 11 des Katheters 10 ringförmige metallische Strukturen 12 auf, welche in 2D-Röntgenbildern erkennbar sind, um die Unterscheidung der Spitze 11 des Katheters 10 von Knochen oder Organen des Patienten P zu vereinfachen. 2 zeigt die Spitze 11 des Katheters 10 mit den metallischen Strukturen 12.In the case of the present embodiment of the invention, both the position and the orientation of the tip 11 of the catheter 10 in 3D space by means of 2D X-ray projections or 2D X-ray images and a pattern recognition, which is also referred to as template matching determined. To accomplish this, the tip points 11 of the catheter 10 annular metallic structures 12 which can be seen in 2D X-ray images to distinguish the tip 11 of the catheter 10 of bone or organs of the patient P to simplify. 2 shows the tip 11 of the catheter 10 with the metallic structures 12 ,

Für die Mustererkennung bzw. den Einsatz eines Mustererkennungsalgorithmus wurde ein dreidimensionales Muster zumindest von der Spitze 11 des Katheters 10 auf der Grundlage der bekannten, konstruktionsbedingten Eigenschaften der Spitze 11 des Katheters 10 erzeugt. Das dreidimensionale katheterspezifische Muster wird einmalig vor einem minimal-invasiven Eingriff erzeugt und kann in einem binären Format abgespeichert werden. Hierzu weist die Röntgeneinrichtung einen einer Recheneinheit 13 zugeordneten Datenspeicher 14 auf, welche beide an dem Datenbus 5 angeschlossen sind.For the pattern recognition or the use of a pattern recognition algorithm, a three-dimensional pattern was at least from the top 11 of the catheter 10 based on the known, design-related properties of the tip 11 of the catheter 10 generated. The three-dimensional catheter-specific pattern is generated once before a minimally invasive procedure and can be stored in a binary format. For this purpose, the X-ray device has a computing unit 13 associated data store 14 on, both on the data bus 5 are connected.

In der Regel kommen verschiedene medizinische Objekte in Form von Kathetern und Stents für verschiedene minimal-invasive Eingriffe an Patienten an der Röntgeneinrichtung zum Einsatz. Die Röntgeneinrichtung weist daher Identifizierungsmittel für die verschiedenen medizinischen Objekte auf, um vor einer Anwendung des Mustererkennungsalgorithmus der Recheneinheit 13, mit der die Mustererkennung durchgeführt wird, den Typ des aktuell verwendeten medizinischen Objektes mitteilen zu können, so dass nur das im Datenspeicher vorhandene Muster des aktuell verwendeten medizinischen Objektes für die Mustererkennung verwendet wird, wodurch sich eine schnellere und sichere Erkennung einer Vielzahl von medizinischen Objekten, insbesondere deren Spitzen ergibt.As a rule, various medical objects in the form of catheters and stents are used for various minimally invasive procedures on patients on the X-ray device. The X-ray device therefore has identification means for the various medical objects in order to prevent the arithmetic unit from applying the pattern recognition algorithm 13 in that the pattern recognition is performed in order to be able to communicate the type of the currently used medical object, so that only the pattern of the currently used medical object present in the data memory is used for pattern recognition, resulting in faster and reliable recognition of a multiplicity of medical objects , in particular their tips results.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung umfassen die Identifizierungsmittel eindeutige den medizinischen Objekten zugeordnete Verwaltungsnummern und eindeutige den Mustern der medizinischen Objekte zugeordnete Musternummern. Die Verwaltungsnummer eines medizinischen Objektes und die Musternummer des zu dem medizinischen Objekt gehörigen Musters sind dabei verlinkt. Somit ist in dem Datenspeicher 14 eine Aufstellung 15 von eindeutigen Verwaltungs- und Musternummern in Bezug auf verschiedene medizinische Objekte hinterlegt.In the case of the present embodiment of the invention, the identification means comprise unique management numbers assigned to the medical objects and unique pattern numbers assigned to the patterns of the medical objects. The administrative number of a medical object and the pattern number of the pattern associated with the medical object are linked. Thus, in the data store 14 a lineup 15 of unique administrative and pattern numbers related to different medical objects.

So ist auch dem Katheter 10 eine eindeutige Verwaltungsnummer und dem Muster der Spitze 11 des Katheters 10 eine eindeutige Musternummer zugeordnet.So is the catheter 10 a unique administrative number and the pattern of the tip 11 of the catheter 10 assigned a unique pattern number.

Vorzugsweise sind die Verwaltungsnummer und/oder auch die Musternummer auf dem Katheter 10 oder einer Verpackung des Katheters 10 angeordnet. Auf diese Weise können die Verwaltungsnummer und/oder die Musternummer, und damit das für die Mustererkennung zu verwendende Muster, von einem Benutzer der Röntgeneinrichtung vor dem minimal-invasiven Eingriff mittels der Eingabemittel 9 eingegeben und somit der Recheneinheit 13 mitgeteilt werden, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Muster der Spitze 11 des Katheters 10 aus dem Datenspeicher 14 ausliest und für den Mustererkennungsalgorithmus verwendet.Preferably, the management number and / or the pattern number are on the catheter 10 or a package of the catheter 10 arranged. In this way, the management number and / or the pattern number, and thus the pattern to be used for the pattern recognition, can be used by a user of the X-ray device before the minimally invasive intervention by means of the input means 9 entered and thus the arithmetic unit 13 in the case of the present embodiment, the pattern of the tip 11 of the catheter 10 from the data store 14 and used for the pattern recognition algorithm.

Alternativ kann auf dem Katheter 10 oder der Verpackung des Katheters 10 auch ein eindeutiger Barcode angeordnet sein, der für die eindeutige Verwaltungsnummer des Katheters 10 steht. Zusätzlich oder alternativ kann auf dem Katheter 10 oder der Verpackung des Katheters 10 ein zweiter eindeutiger Barcode angeordnet sein, der für die Musternummer des dem Katheter 10 zugeordneten Musters steht. Zum Lesen des Barcodes weist die Röntgeneinrichtung ein Barcodelesegerät 16 bzw. einen Barcodescanner auf, der an den Datenbus 5 angeschlossen ist.Alternatively, on the catheter 10 or the packaging of the catheter 10 Also, a unique barcode may be arranged for the unique administrative number of the catheter 10 stands. Additionally or alternatively, on the catheter 10 or the packaging of the catheter 10 a second unique barcode may be arranged corresponding to the pattern number of the catheter 10 assigned pattern stands. To read the barcode, the X-ray device has a barcode reader 16 or a barcode scanner that connects to the data bus 5 connected.

Der Katheter 10 oder die Verpackung des Katheters 10 kann aber auch mit einem RFID-Transponder 17 versehen sein, der im oder am Katheter 10 bzw. im oder an der Verpackung angebracht sein kann und die eindeutige Verwaltungsnummer und/oder Musternummer aufweist. Mit Hilfe eines an den Datenbus 5 angeschlossenen Lesegerätes 18 des RFID-Systems können die Verwaltungsnummer und/oder die Musternummer kodiert ausgelesen und der Recheneinheit 13 mitgeteilt werden.The catheter 10 or the packaging of the catheter 10 but also with an RFID transponder 17 Be provided in or on the catheter 10 or in or on the packaging and has the unique administrative number and / or pattern number. With the help of one to the data bus 5 connected reader 18 of the RFID system, the management number and / or the pattern number can be read coded and the arithmetic unit 13 be communicated.

Für medizinische Objekte, die noch nicht an der Röntgeneinrichtung eingesetzt wurden und zu denen noch kein 3D-Muster existiert, weist die Röntgeneinrichtung zusätzlich einen optischen Scanner 19, beispielsweise eine Lasertriangulationseinrichtung auf, mit deren Hilfe ein 3D-Muster von dem noch nicht erfassten medizinische Objekt aufgenommen und im Datenspeicher 14 abgelegt werden kann. Des Weiteren kann dem neu hinzugekommenen medizinischen Objekt eine eindeutige Verwaltungsnummer und dem zugehörigen neu aufgenommenen Muster eine eindeutige Musternummer zugeordnet werden.For medical objects that have not yet been used on the X-ray device and to which no 3D pattern exists, the X-ray device additionally has an optical scanner 19 , For example, a Lasertriangulationseinrich tion, with the help of a 3D pattern of the not yet recorded medical object and recorded in the data memory 14 can be stored. Furthermore, a unique management number and the associated newly recorded pattern can be assigned a unique pattern number to the newly added medical object.

Ist der Katheter 10 vor dem minimal-invasiven Eingriff am Patienten P identifiziert worden, indem der Recheinheit 13 die entsprechende Verwaltungs- oder Musternummer durch Eingabe oder Einlesen mitgeteilt worden ist, so wird die Recheneinheit 13 für die Ermittlung der Position und Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 im Raum nur das Muster der Spitze 11 des Katheters 10 verwenden.Is the catheter 10 before the minimally invasive procedure on the patient P has been identified by the rake unit 13 the corresponding administrative or pattern number has been communicated by input or read in, then the arithmetic unit 13 for determining the position and orientation of the tip 11 of the catheter 10 in the room only the pattern of the top 11 of the catheter 10 use.

Zur Ermittlung der Position und Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 im Raum kann im Wesentlichen wie in der DE 10 2005 028 746 A1 beschrieben vorgegangen werden.To determine the position and orientation of the tip 11 of the catheter 10 in the room can be essentially like in the room DE 10 2005 028 746 A1 be described described.

Mit den beiden Röntgensystemen der Biplan-Röntgenanlage werden zu einem bestimmten Zeitpunkt ein erstes und ein zweites 2D-Röntgenbild unter einem voneinander verschiedenen Projektionswinkel von dem mit der Spitze 11 des Katheters 10 versehenen Köperbereich K des Patienten P gewonnen.With the two X-ray systems of the Biplan X-ray system, a first and a second 2D X-ray image are at a different time at a different projection angle from the one with the tip 11 of the catheter 10 provided body region K of the patient P won.

Das erste Röntgenbild wird zunächst zur Hervorhebung von Abbildungsstrukturen, insbesondere der metallischen Teilstrukturen 12 der Spitze 11 des Katheters 10 mittels Hochpassfilterung oder Binärisierung vorverarbeitet. Dadurch werden die Abbildungsstrukturen hervorgehoben, so dass insbesondere die scharfkantigen Teilstrukturen des Katheters 10 deutlich abgebildet werden. Das vorverarbeitete erste Röntgenbild wird dazu verwendet, ein möglichst ideales Matching bzw. einen möglichst idealen Abgleich mit dem dreidimensionalen Muster der Spitze 11 des Katheters 10 zu ermitteln.The first X-ray image is first used to emphasize imaging structures, in particular the metallic substructures 12 the top 11 of the catheter 10 preprocessed by high pass filtering or binarization. As a result, the imaging structures are highlighted, so that in particular the sharp-edged substructures of the catheter 10 clearly shown. The preprocessed first X-ray image is used to achieve the best possible matching or ideally matching with the three-dimensional pattern of the tip 11 of the catheter 10 to investigate.

Hierzu werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels je drei Parametern für die Position und je drei Parameter für die Orientierung des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 im Raum initialisiert und eine zweidimensionale Projektion des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 anhand der drei Parameter für die Position und der drei Parameter für die Orientierung des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 erzeugt.For this purpose, in the case of the present embodiment, three parameters each for the position and three parameters for the orientation of the pattern of the tip 11 of the catheter 10 initialized in space and a two-dimensional projection of the pattern of the top 11 of the catheter 10 based on the three parameters for the position and the three parameters for the orientation of the pattern of the tip 11 of the catheter 10 generated.

Anschließend werden die zweidimensionale Projektion des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 mit dem vorverarbeiteten Röntgenbild, insbesondere mit den Abbildungsstrukturen des vorverarbeiteten Röntgenbildes verglichen („gematcht") und ein diesbezügliches Ähnlichkeitsmaßes aufgrund des Vergleichs ermittelt.Subsequently, the two-dimensional projection of the pattern becomes the apex 11 of the catheter 10 compared with the preprocessed X-ray image, in particular with the imaging structures of the preprocessed X-ray image ("matched") and determined a related similarity measure due to the comparison.

Rechtfertigt das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens, werden die aktuellen drei Parameter für die Position und die aktuellen drei Parameter für die Orientierung des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 zur Bestimmung der Position und der Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 im ersten Röntgenbild verwendet. Andernfalls werden der Satz aus drei Parametern für die Position und der Satz aus drei Parametern für die Orientierung angepasst und die beschriebenen Schritte in einer Optimierungsschleife wiederholt, bis das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens rechtfertigt.If the similarity measure justifies a termination of the method, the current three parameters for the position and the current three parameters for the orientation of the pattern become the apex 11 of the catheter 10 to determine the position and orientation of the tip 11 of the catheter 10 used in the first x-ray image. Otherwise, the set of three parameters for the position and the set of three parameters for the orientation are adapted and the described steps are repeated in an optimization loop until the similarity measure justifies a termination of the method.

Das gleiche Procedere wird auch unter Verwendung des zweiten Röntgenbildes durchgeführt. Bei der Festlegung der drei Parameter für die Position und der drei Parameter für die Orientierung des Musters der Spitze 11 des Katheters 10 in Bezug auf das vorverarbeitete zweite Röntgenbild kann der Satz von Parametern für die Position und die Orientierung berücksichtigt werden, der anhand des ersten Röntgenbildes gewonnenen wurde.The same procedure is also performed using the second X-ray image. When defining the three parameters for the position and the three parameters for the orientation of the pattern of the tip 11 of the catheter 10 with respect to the pre-processed second X-ray image, the set of parameters for the position and orientation obtained from the first X-ray image may be taken into account.

Demnach sind nun die Parameter für die Position und die Orientierung der Spitze 11 des Katheters 10 im ersten und im zweiten Röntgenbild bekannt. Schließlich wird anhand der mit dem ersten Röntgenbild gewonnenen sechs Parameter und den bekannten Projektionsgeometrien der Biplan-Röntgenanlage eine Rückprojektion der Spitze 11 des Katheters 10 aus dem ersten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt, aufgrund der man eine erste Projektionslinie L1 erhält. Des Weiteren wird anhand der mit dem zweiten Röntgenbild gewonnenen sechs Parameter und der bekannten Projektionsgeometrien der Biplan-Röntgenanlage eine Rückprojektion der Spitze 11 des Katheters 10 aus dem zweiten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt, aufgrund der man eine zweite Projektionslinie L2 erhält.Accordingly, the parameters for the position and the orientation of the tip are now 11 of the catheter 10 known in the first and in the second X-ray image. Finally, based on the six parameters obtained with the first X-ray image and the known projection geometries of the biplane X-ray system, a back projection of the tip is obtained 11 of the catheter 10 from the first X-ray image into the three-dimensional space, on the basis of which a first projection line L1 is obtained. Furthermore, based on the six parameters obtained with the second X-ray image and the known projection geometries of the Biplan X-ray system, a back projection of the tip is obtained 11 of the catheter 10 from the second X-ray image into the three-dimensional space, due to which one obtains a second projection line L2.

Schließlich ergibt sich die Position der Spitze 11 des Katheters 10 im dreidimensionalen Raum idealerweise als Schnittpunkt der beiden Projektionslinien im dreidimensionalen Raum oder als der Punkt im dreidimensionalen Raum mit kleinstem quadratischem Abstand zu den beiden Projektionslinien. Der kleinste Abstand der beiden Projektionslinien voneinander dient dabei als Maß für die Qualität der Lokalisierung der Spitze 11 des Katheters 10.Finally, the position of the tip 11 of the catheter 10 in three-dimensional space ideally as the intersection of the two projection lines in three-dimensional space or as the point in three-dimensional space with the smallest square distance to the two projection lines. The smallest distance between the two projection lines serves as a measure of the quality of the localization of the tip 11 of the catheter 10 ,

Ist die Position der Spitze 11 des Katheters 10 im dreidimensionalen Raum ermittelt, kann ein Abbild der Spitze 11 des Katheters 10 in ein 3D-Bild vom Körperbereich K des Patienten P eingeblendet und auf dem Sichtgerät 7 dargestellt werden.Is the position of the top 11 of the catheter 10 Determined in three-dimensional space, can be an image of the top 11 of the catheter 10 displayed in a 3D image of the body region K of the patient P and on the viewing device 7 being represented.

Wird das Verfahren für mehrere Punkte des Katheters 10 oder auch mehrmals zeitlich nacheinander für eine im Wesentlichen kontinuierliche Navigation durchgeführt, wobei nach initialer Detektion der Spitze des Katheters in einem Röntgenbild durch räumliche und zeitliche Plausibilitätskriterien der Suchraum für nachfolgende Katheterdetektionen einschränkbar ist – so kann sich in zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Röntgenbildern die Position des Katheters nur um eine bestimmte Distanz verändert haben – kann auch die Orientierung des Katheters ermittelt werden.Will the procedure be for multiple points of the catheter 10 or even several times in succession for a substantially continuous Naviga tion, wherein after initial detection of the tip of the catheter in an X-ray image by spatial and temporal plausibility criteria of the search space for subsequent catheter detections can be limited - so in chronologically successive recorded X-ray images, the position of the catheter have changed only by a certain distance - can also Orientation of the catheter can be determined.

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  • - DE 102005028746 A1 [0009, 0047] DE 102005028746 A1 [0009, 0047]

Claims (16)

Röntgeneinrichtung zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines medizinischen Objektes (10) aufweisend – ein Röntgengerät zur Gewinnung wenigstens eines Röntgenbildes von einem Lebewesen (P), in dessen Körper ein bestimmtes medizinisches Objekt (10) eingeführt wurde, – einen Datenspeicher (14) umfassend jeweils wenigstens ein definiertes Muster von zumindest einem Teilbereich (11) einer Vielzahl von verschiedenen medizinischen Objekten (10), – eine Recheneinheit (13) zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des bestimmten in den Körper des Lebewesens (P) eingeführten medizinischen Objektes (10) basierend auf dem Röntgenbild, einem Muster des bestimmten medizinischen Objektes (10) und einem Mustererkennungsalgorithmus, und – Identifizierungsmittel (9, 1519) zur Identifizierung des bestimmten medizinischen Objektes (10) vor der Ermittlung der Position und/oder Orientierung des bestimmten medizinischen Objektes (10).X-ray device for determining the position and / or the orientation of a medical object ( 10 ) - an X-ray device for obtaining at least one X-ray image of a living being (P), in whose body a particular medical object ( 10 ), - a data store ( 14 ) comprising at least one defined pattern of at least one subregion ( 11 ) a plurality of different medical objects ( 10 ), - a computing unit ( 13 ) for determining the position and / or orientation of the particular medical object introduced into the body of the animal (P) ( 10 ) based on the X-ray image, a pattern of the particular medical object ( 10 ) and a pattern recognition algorithm, and - identification means ( 9 . 15 - 19 ) for identifying the particular medical object ( 10 ) prior to determining the position and / or orientation of the particular medical object ( 10 ). Röntgeneinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Identifizierungsmittel (9, 1519) Verwaltungsnummern aufweisen, wobei jedem medizinischen Objekt (10) eine eindeutige Verwaltungsnummer zugeordnet ist.X-ray device according to Claim 1, in which the identification means ( 9 . 15 - 19 ) Have administrative numbers, each medical object ( 10 ) is assigned a unique administrative number. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 2, bei der die eindeutige Verwaltungsnummer auf dem medizinischen Objekt (10) oder einer Verpackung des medizinischen Objektes (10) angeordnet ist.X-ray device according to claim 2, wherein the unique administrative number on the medical object ( 10 ) or a packaging of the medical object ( 10 ) is arranged. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Identifizierungsmittel (9, 1519) Musternummern aufweisen, wobei jedem Muster eines medizinischen Objektes (10) eine eindeutige Musternummer zugeordnet ist.X-ray device according to one of Claims 1 to 3, in which the identification means ( 9 . 15 - 19 ) Have pattern numbers, each pattern of a medical object ( 10 ) is assigned a unique pattern number. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Identifizierungsmittel Eingabe-(9) und/oder Einlesemittel (16, 18) aufweisen.X-ray device according to one of claims 1 to 4, in which the identification means input ( 9 ) and / or read-in means ( 16 . 18 ) exhibit. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 5, bei der den verschiedenen medizinischen Objekten (10) jeweils ein eindeutiger Barcode und/oder jeweils ein RFID-Transponder (17) zugeordnet ist, wobei die Einlesemittel ein Barcodelesegerät (16) und/oder ein Lesegerät (18) eines RFID-Systems umfassen.X-ray device according to Claim 5, in which the various medical objects ( 10 ) in each case a unique barcode and / or in each case an RFID transponder ( 17 ), the reading means being a bar code reader ( 16 ) and / or a reader ( 18 ) of an RFID system. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche einen optischen Scanner (19) zur Aufnahme eines Musters eines noch nicht erfassten medizinischen Objektes aufweist.X-ray device according to one of claims 1 to 6, which comprises an optical scanner ( 19 ) for receiving a pattern of a not yet detected medical object. Röntgeneinrichtung nach Anspruch 7, bei der dem neu erfassten medizinischen Objekt eine Verwaltungsnummer und/oder dem Muster des neu erfassten medizinischen Objektes eine Musternummer zuordenbar ist.X-ray device according to claim 7, wherein an administrative number for the newly acquired medical object and / or the pattern of the newly acquired medical object Pattern number is assignable. Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das medizinische Objekt ein medizinische Instrument, ein Implantat, ein Katheter (10) oder ein Stent ist.X-ray device according to one of claims 1 to 8, in which the medical object is a medical instrument, an implant, a catheter ( 10 ) or a stent. Verfahren für eine Röntgeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Ermittlung der Position und/oder der Orientierung eines in einen Körper eines Lebewesens (P) eingeführten bestimmten medizinischen Objektes (10), bei dem das bestimmte medizinische Objekt (10) vor dem Beginn der Ermittlung der Position und/oder der Orientierung des bestimmten in den Körper des Lebewesens (P) eingeführten medizinischen Objektes (10) basierend auf einem Muster des bestimmten medizinischen Objektes (10), wenigstens einem Röntgenbild von dem in den Körper des Lebewesens (P) eingeführten medizinischen Objekt (10) und einem Mustererkennungsalgorithmus identifiziert wird.Method for an X-ray device according to one of claims 1 to 9 for determining the position and / or orientation of a specific medical object introduced into a body of a living being (P) ( 10 ), in which the particular medical object ( 10 ) prior to the beginning of the determination of the position and / or orientation of the particular medical object introduced into the body of the animal (P) ( 10 ) based on a pattern of the particular medical object ( 10 ), at least one X-ray image of the medical object introduced into the body of the animal (P) ( 10 ) and a pattern recognition algorithm. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem a) das Röntgenbild zur Hervorhebung von Abbildungsstrukturen des bestimmten Objektes (10) vorverarbeitet wird, b) je drei Parameter für die Position und/oder je drei Parameter für die Orientierung des Musters im Raum initialisiert werden, c) eine zweidimensionale Projektion des Musters anhand der drei Parameter für die Position und/oder der drei Parameter für die Orientierung des Musters erzeugt wird, d) die zweidimensionale Projektion des Musters mit den Abbildungsstrukturen des vorverarbeiteten Röntgenbildes verglichen und ein diesbezügliches Ähnlichkeitsmaßes aufgrund des Vergleichs ermittelt wird, e1) die aktuellen drei Parameter für die Position und/oder die aktuellen drei Parameter für die Orientierung zur Bestimmung von Position und/oder Orientierung des bestimmten medizinischen Objektes (10) im Röntgenbild verwendet werden, wenn das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens rechtfertigt, oder e2) der Satz aus drei Parametern für die Position und/oder der Satz aus drei Parametern für die Orientierung anpasst und die Schritte c) bis e) in einer Optimierungsschleife wiederholt werden, bis das Ähnlichkeitsmaß einen Abbruch des Verfahrens rechtfertigt.Method according to Claim 10, in which a) the X-ray image is used to emphasize imaging structures of the particular object ( 10 b) each three parameters for the position and / or three parameters for the orientation of the pattern in space are initialized, c) a two - dimensional projection of the pattern on the basis of the three parameters for the position and / or the three parameters for the Orientation of the pattern is generated, d) comparing the two-dimensional projection of the pattern with the imaging structures of the preprocessed X-ray image and a related similarity measure is determined based on the comparison, e1) the current three parameters for the position and / or the current three parameters for the orientation of Determination of position and / or orientation of the specific medical object ( 10 ) are used in the X-ray image if the similarity measure justifies termination of the method, or e2) the set of three parameters for the position and / or the set of three parameters for orientation adapts and repeats steps c) to e) in an optimization loop until the similarity measure justifies a termination of the proceedings. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Vorverarbeitung in Schritt a) eine Hochpassfilterung und/oder eine Binärisierung des Röntgenbildes umfasst.The method of claim 11, wherein the preprocessing in step a) high pass filtering and / or binarization of the X-ray image. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem ein zweites Röntgenbild unter einem von dem ersten Röntgenbild verschiedenen Projektionswinkel gewonnen und die Schritte a) bis e) unter Verwendung des zweiten Röntgenbildes durchgeführt werden.A method according to claim 11 or 12, wherein a second X-ray image obtained at a different projection angle from the first X-ray image and the steps a) to e) are performed using the second X-ray image. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem bei der Festlegung der drei neuen Parameter für die Position und/oder der drei neuen Parameter für die Orientierung des Musters in Bezug auf das vorverarbeitete zweite Röntgenbild der Satz aus den anhand des ersten Röntgenbildes gewonnenen Parametern für die Position und/oder Orientierung berücksichtigt wird.A method according to claim 13, wherein when fixed of the three new parameters for the position and / or the three new parameters for the orientation of the pattern in Referring to the pre-processed second X-ray image of the sentence from the parameters obtained from the first X-ray image considered for the position and / or orientation becomes. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem f) anhand der mit dem ersten Röntgenbild gewonnenen Parameter eine Rückprojektion des bestimmten medizinischen Objektes (10) aus dem ersten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt wird, aufgrund der man eine erste Projektionslinie erhält, g) anhand der mit dem zweiten Röntgenbild gewonnenen Parameter eine Rückprojektion des bestimmten medizinischen Objektes (10) aus dem zweiten Röntgenbild in den dreidimensionalen Raum durchgeführt wird, aufgrund der man eine zweite Projektionslinie erhält, und bei dem h) der Punkt mit kleinstem quadratischem Abstand zu den beiden Projektionslinien oder gegebenenfalls der Schnittpunkt ermittelt wird, der zur Lokalisierung des Objektes (10) im dreidimensionalen Raum dient.A method according to claim 13 or 14, wherein f) based on the parameters obtained with the first X-ray image, a back projection of the specific medical object ( 10 ) is carried out from the first X-ray image into the three-dimensional space, on the basis of which one obtains a first projection line, g) on the basis of the parameters obtained with the second X-ray image, a back projection of the particular medical object ( 10 ) is carried out from the second X-ray image in the three-dimensional space, on the basis of which a second projection line is obtained, and in which h) the point with the smallest square distance to the two projection lines or optionally the intersection point is determined, which is used to localize the object ( 10 ) in three-dimensional space. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der kleinste Abstand der beiden Projektionslinien voneinander als Maß für die Qualität der Lokalisierung des Objektes (10) ermittelt wird.Method according to Claim 15, in which the smallest distance of the two projection lines from one another is a measure of the quality of the localization of the object ( 10 ) is determined.
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