DE10114099A1 - Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körperbereich eingeführten medizinischen Untersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß eingeführten Katheters - Google Patents

Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körperbereich eingeführten medizinischen Untersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß eingeführten Katheters

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Abstract

Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körperbereich eingeführten medizinischen Untersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß eingeführten Katheters, unter Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern mit wenigstens einem C-Bogensystem, umfassend einen C-Bogen mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Aufnahme mehrerer zweidimensionaler Angiographieprojektionsbilder des Untersuchungsbereichs, in den das Instrument einzuführen ist, zur späteren dreidimensionalen Volumenrekonstruktion des Untersuchungsbereichs, DOLLAR A - nach Einführen des Instruments Aufnahme wenigstens eines zweidimensionalen Projektionsbilderpaars des Untersuchungsbereichs mit unter einem Winkel zueinander stehenden Bildebenen, DOLLAR A - Bestimmung der Raumkoordinaten eines ausgewählten Punkts des in den Projektionsbildern gezeigten Instruments in einem gemeinsamen, der Aufnahme der Angiographieprojektionsbilder und der Projektionsbilder zugrundeliegenden Koordinatensystem und DOLLAR A - Darstellung des ausgewählten Punkts des Instruments innerhalb der dreidimensionalen Volumenrekonstruktion des Untersuchungsbereichs in dem gemeinsamen Koordinatensystem an einem Monitor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Detek­ tieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körper­ bereich eingeführten medizinischen Untersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß eingeführten Katheters, unter Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbil­ dern mit wenigstens einem C-Bogensystem umfassend einen C-Bo­ gen mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger.
Damit der Arzt, der beispielsweise einen Katheter setzt, die­ sen in das gewünschte Zielgebiet schieben kann, ist es erfor­ derlich, dass er Informationen über die jeweilige Position bzw. Lage des Katheters während des Verschiebens erhält. Den Arzt interessiert im Prinzip lediglich die Position der Ka­ theterspitze, deren Lage und Ausrichtung den weiteren Bewe­ gungsweg bestimmt. Bis dato erhält der Arzt die relevanten Informationen anhand von mittels eines Röntgensystems aufge­ nommenen Durchleuchtungsbildern des Untersuchungsbereichs. Zumeist werden kontinuierlich Durchleuchtungsbilder aus zwei verschiedenen Richtungen bzw. mit zwei unter einem Winkel zu­ einanderstehenden Bildebenen aufgenommen. Diese werden dem Arzt nebeneinander an einem gemeinsamen oder zwei nebeneinan­ derstehenden Monitoren dargestellt. Anhand dieser beiden Bil­ der, deren Bildebenen zumeist senkrecht aufeinander stehen, kann der Arzt die Position des Katheters im Gefäß bestimmen und erkennen, wie sich der Katheter im Raum bewegt. Nachtei­ lig hierbei ist jedoch, dass der Arzt gleichzeitig auf zwei Monitore bzw. auf zwei Bilder blicken muss, um die benötigte Information zu erhalten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die beiden Bilder lediglich Projektionsbilder sind. D. h., alle Körperteile in der Projektionsrichtung sind einander überlagert. Im Ergebnis ist es für den Arzt mithin kom­ pliziert, die tatsächlich gegebene dreidimensionale Geometrie anhand dieser beiden zweidimensionalen Projektionsbilder zu erkennen, insbesondere wenn sich das Gefäß sehr unregelmäßig verzweigt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren an­ zugeben, dass dem Arzt das einfache Erkennen der Position des Instruments im Körper, insbesondere des Katheters, im Gefäß sowie eine einfache Orientierung ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art mit folgenden Schritten vorgesehen:
  • - Aufnahme mehrerer zweidimensionaler Angiographieprojekti­ onsbilder des Untersuchungsbereichs, in den das Instrument einzuführen ist, zur späteren dreidimensionalen Volumenre­ konstruktion des Untersuchungsbereichs,
  • - nach Einführen des Instruments Aufnahme wenigstens eines zweidimensionalen Projektionsbilderpaars des Untersu­ chungsbereichs mit unter einem Winkel zueinander stehenden Bildebenen,
  • - Bestimmung der Raumkoordinaten eines ausgewählten Punkts des in den Projektionsbildern gezeigten Instruments in ei­ nem gemeinsamen, der Aufnahme der Angiographieprojektions­ bilder und der Projektionsbilder zugrundeliegenden Koordi­ natensystem und
  • - Darstellung des ausgewählten Punkts des Instruments inner­ halb der dreidimensionalen Volumenrekonstruktion des Un­ tersuchungsbereichs in dem gemeinsamen Koordinatensystem an einem Monitor.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet mit besonderem Vorteil die Möglichkeit, den ausgewählten Punkt, z. B. die Katheter­ spitze, innerhalb einer dreidimensionalen Darstellung des Un­ tersuchungsbereichs, also z. B. des Gefäßbaums, in dem der Katheter eingeschoben ist, anzuzeigen. Dem Arzt wird also ein dreidimensionales Bild der anatomischen Gegebenheiten darge­ stellt, in welchem er sofort die Lage und den weiteren Bewe­ gungsweg des Katheters erkennen kann.
Hierzu wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst eine 3D-Angiographie des Untersuchungsbereichs durchgeführt. Hierzu wird unter Verwendung des C-Bogensystems eine Folge zweidimensionaler Angiographiebilder aufgenommen, anhand wel­ cher später das dreidimensionale Volumen des Untersuchungsbe­ reichs rekonstruiert wird. Diese 3D-Angiographie erfolgt vor dem Setzen des Katheters, anschließend wird der Katheter ein­ geführt, wonach entweder kontinuierlich und diskontinuierlich zweidimensionale Projektionsbilderpaare des Untersuchungsbe­ reichs aufgenommen werden, in denen der Katheter sichtbar ist und die unter einem Winkel zueinanderstehenden Bildebenen be­ sitzen. Den Angiographieprojektionsbildern sowie den Projek­ tionsbildern liegt ein gemeinsames Koordinatensystem zugrun­ de, d. h., es ist nachfolgend möglich, anhand der Katheter­ bilder die Raumkoordinaten eines ausgewählten Katheterpunk­ tes, also z. B. der Katheterspitze zu berechnen, wobei diese Raumkoordinaten gleichzeitig die Lage der Katheterspitze in der aus der 3D-Angiographie erhaltenen Volumenstruktur ange­ ben. Dazu ist es erforderlich, dass sich der Patient während der Untersuchung nicht bewegt.
Um diese Koordinatenkonsistenz zu erreichen, ist es vorteil­ haft, wenn die Projektionsmatrizen der C-Bogenpositionen, in denen die Angiographiebilder aufgenommen werden, und die Pro­ jektionsmatrizen der C-Bogenpositionen, in denen die Projek­ tionsbilder mit dem Katheter aufgenommen werden, bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems bzw.. eines gemeinsamen Koordinatensystemursprungs kalibriert sind. Grundlage sowohl für die dreidimensionale Rekonstruktion wie auch für die Be­ stimmung der Raumkoordinaten der Katheterspitze sind die Pro­ jektionsmatrizen, die die Stellung des C-Bogens im Raum be­ schreiben. Zu jeder Bogenstellung existiert eine Projektions­ matrix, mithin also auch zu jedem aufgenommenen Bild. Da die Projektionsmatrizen zu den Bogenpositionen, in denen die An­ giographieprojektionsbilder aufgenommen werden und die Matri­ zen zu den Bogenpositionen, in denen die Projektionsbilder mit dem Katheter aufgenommen werden, bezüglich eines gemein­ samen Koordinatensystems bzw. eines gemeinsamen Systemur­ sprungs kalibriert sind, kann folglich jeder Bildpunkt inner­ halb des gemeinsamen Koordinatensystems beschrieben und dar­ gestellt werden.
Für die Kalibrierung ist es ausreichend, wenn diese in be­ stimmten Zeitabständen, beispielsweise in 3-Monatsintervallen erfolgt. Sie muss also nicht vor jeder Untersuchung durchge­ führt werden.
Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung mit nur einem C-Bogensystem verwendet werden, mittel dem sowohl die Angiographieprojektionsbilder als auch die Projektions­ bilder aufgenommen werden, wobei zur Aufnahme der Projekti­ onsbilder mit den unterschiedlich zueinanderstehenden Bild­ ebenen der C-Bogen in zwei unterschiedliche Winkelstellungen bewegt wird. Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist also le­ diglich ein C-Bogen vorhanden, mit dem zunächst die Angio­ graphieprojektionsbilder aufgenommen werden, wozu sich der C-Bogen um wenigstens 1808 plus Fächerwinkel um den Untersu­ chungsbereich dreht. Mit diesem C-Bogen werden anschließend auch die Projektionsbilder des Katheters aufgenommen. Wenn der Arzt eine Bildaufnahme wünscht, wird zunächst ein erstes Katheterprojektionsbild aufgenommen, wonach der C-Bogen um vorzugsweise 902 verschwenkt wird und das zweite Katheterpro­ jektionsbild des Bildpaares aufgenommen wird. Während dieser Zeit darf der Katheter nicht bewegt werden. Mit dieser Ver­ fahrensvariante ist zwar lediglich eine diskontinuierliche Erfassung der Katheterposition möglich, da der C-Bogen für jede Positionsbestimmung in zwei Stellungen verschwenkt wer­ den muss, während der Katheter unbewegt verbleibt. Dennoch ist dem Arzt auch bei dieser einfachen Erfindungsausgestaltung eine exakte Bestimmung der Momentanposition des Kathe­ ters möglich.
Eine besonders vorteilhafte Erfindungsalternative sieht vor, dass zur Aufnahme eine Vorrichtung mit zwei unter einem Win­ kel zueinanderstehenden C-Bogensystemen verwendet wird, wobei ein erstes Bild eines Projektionsbildpaars mit dem einen C-Bogensystem und ein zweites Bild des Bildpaares mit dem zweiten C-Bogensystem aufgenommen wird, wobei beide C-Bogen­ systeme bezüglich des selben Koordinatensystem kalibriert sind, d. h., die jeweiligen die Stellungen der C-Bogen für das jeweilige aufgenommene Bild beschreibenden Projektions­ matrizen sind bezüglich des gleichen Koordinatensystems ka­ libriert. Aufgrund der beschriebenen Kalibrierung der Projek­ tionsmatrizen ist damit auch bei Verwendung verschiedener C-Bogensysteme eine Koordinatenkonsistenz gegeben, die eine exakte Beschreibung der relevanten Positionen im gemeinsamen Koordinatensystem zulässt.
Die Kalibrierung der beiden C-Bogensysteme erfolgt in diesem Fall derart, dass zunächst das erste C-Bogensystem bezüglich eines Kalibrierphantoms, das in den Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger des ersten C-Bogens gesetzt wird, kalibriert wird. Die jeweiligen bogenstellungs­ spezifischen Projektionsmatrizen werden ermittelt und anhand dieser das Isozentrum errechnet. Anschließend wird das zweite C-Bogensystem bezüglich desselben Kalibrierphantoms kali­ briert und die entsprechenden Projektionsmatrizen aufgenom­ men. Dabei kann es sich bei den beiden C-Bogensystemen um ein sogenanntes Biplan-C-Bogensystem handeln, bei dem an einem gemeinsamen Träger zwei in der Regel orthogonal zueinander­ stehende C-Bogen angeordnet sind. Alternativ dazu kann es sich bei diesen beiden Systemen auch um separate Systeme han­ deln, von denen z. B. das eine deckenseitig und das andere bodenseitig montiert ist und die nicht nur bezüglich einander verdrehbar, sondern auch längsverschiebbar sind.
Bei Verwendung zweier C-Bogensysteme ist zum einen eine kon­ tinuierliche Aufnahme der Projektionsbildpaare möglich, d. h., dem Arzt kann kontinuierlich werdende Verschiebebewegung die Instrumentenposition dargestellt werden. Daneben ist na­ türlich auch eine Bildaufnahme in vorbestimmten Zeitinterval­ len möglich.
Die Angiographieprojektionsbilder selbst können bei einer Vorrichtung mit zwei C-Bogensystemen lediglich mit einem C-Bogensystem aufgenommen werden. Aufgrund der Kalibrierung der Projektionsmatrizen bezüglich des gemeinsamen Koordina­ tensystems ist es aber natürlich auch denkbar, wenn die Angi­ ographieprojektionsbilder mit beiden C-Bogensystemen aufge­ nommen werden. Die Ermittlung des ausgewählten Punkts selbst erfolgt zweckmäßigerweise durch Subtraktion zeitlich aufein­ anderfolgende Projektionsbilder, die am gleichen Detektor aufgenommen wurde.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern umfassen wenigstens ein C-Bogensystem mit einem C-Bogen mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger sowie umfassend Bildaufnahme- und -rechenmittel, wobei diese Vor­ richtung bzw. die Bildaufnahme- und -rechenmittel ausgebildet sind
  • - zum Rekonstruieren eines dreidimensionalen Volumens eines aufgenommenen Untersuchungsgebiets anhand mehrerer aufge­ nommener zweidimensionaler Angiographieprojektionsbilder,
  • - zum Ermitteln der Raumkoordinaten eines ausgewählten Punk­ tes eines in zwei aufgenommenen Projektionsbildern, deren Bildebenen unter einem Winkel zueinander stehen, gezeig­ ten, in den Untersuchungsbereich eingeführten Instruments in einem gemeinsamen, der Aufnahme der Angiographieprojek­ tionsbilder und der Projektionsbilder zugrunde liegenden Koordinatensystem,
  • - und zur Darstellung des ausgewählten Punkts des Instru­ ments innerhalb der dreidimensionalen Volumenrekonstrukti­ on des Untersuchungsbereichs in dem gemeinsamen Koordina­ tensystem an einem Monitor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
Dabei kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung ledig­ lich ein C-Bogensystem zur Aufnahme sowohl die Angiographie­ projektionsbilder als auch der Instrumentenprojektionsbilder vorgesehen sein, wobei der C-Bogen zur Aufnahme der Instru­ mentenprojektionsbilder in zwei verschiedene Winkelstellungen bewegbar ist, wobei sowohl die Bildaufnahme als auch die Be­ wegung des C-Bogens über die Bildaufnahme- und -rechenmittel gesteuert wird, bei denen es sich z. B. um eine zentrale Steuerungseinrichtung, in der sämtliche relevanten Vorgänge der Vorrichtung gesteuert und verarbeitet werden, handelt.
Alternativ dazu kann die Vorrichtung auch zwei unter einem Winkel zueinanderstehende C-Bogensysteme aufweisen, wobei ein erstes Bild des Projektionsbildpaares mit dem einen C-Bogen­ system und ein zweites Projektionsbild mit dem anderen C- Bogensystem aufgenommen wird. In diesem Fall sind zweckmäßi­ gerweise die Projektionsmatrizen der C-Bogenpositionen, in denen die Angiographieprojektionsbilder aufgenommen werden, und die Projektionsmatrizen der C-Bogenposition, in dem die Instrumentenprojektionsbilder aufgenommen werden, bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems kalibriert.
Die Bildaufnahme- und -rechenmittel können zur kontinuierli­ chen Bildaufnahme oder zur Bildaufnahme in vorbestimmten Zeitintervallen sowie zu im wesentlichen unmittelbar nach der jeweiligen Aufnahme erfolgenden Ermittlung der Koordinaten des ausgewählten Punkts und ihrer Darstellung am Monitor in­ nerhalb des Rekonstruktionsvolumens ausgebildet sein.
Die Bildebenen der Katheterbilder sollten zweckmäßigerweise orthogonal zueinander stehen. Um dies zu erreichen kann vor­ gesehen sein, das lediglich ein C-Bogensystem zur Aufnahme der Projektionsbilder eines Bildpaares in zwei orthogonal zu­ einanderstehende Positionen bewegbar ist oder dass die beiden vorgesehenen C-Bogensysteme im Falle der alternativen Vor­ richtungsausführung orthogonal zueinander stehen. Bei letzte­ rer Vorrichtungsausführung kann ein Bi-Plan-C-Bogensystem mit zwei an einem gemeinsamen Träger angeordneten C-Bogen vorge­ sehen sein, alternativ können auch zwei getrennte C-Bogen­ systeme eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sowie anhand der Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, und
Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Erzeugung der dreidimensionalen Darstellung des Untersu­ chungsbereichs mit dem ausgewähltem Punkt.
Fig. 1 zeigt als Flussdiagramm den Ablauf des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens. Im Schritt I erfolgt zunächst eine Kalibrie­ rung der beiden C-Bogensysteme bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems, wobei hierbei die beiden C-Bogensysteme in verschiedene Stellungen um ein Kalibrierphantom bewegt werden und die stellungsbezogenen Projektionsmatrizen erfasst werden. Diese Kalibrierung erfolgt z. B. im viertel- oder halbjährlichen Rhythmus.
Mit Schritt II wird eine Untersuchung eines Patienten einge­ leitet. Der Patient wird auf einer Patientenliege liegend mit dem Untersuchungsbereich in den Strahlengang der beiden C-Bogensysteme gefahren. Zum Beispiel soll dabei als Unter­ suchungsbereich das Gehirn aufgenommen werden, in das ein Ka­ theter zu schieben ist.
Gemäß Schritt II wird zunächst eine 3D-Angiographie durchge­ führt, im Rahmen welcher mehrere zweidimensionale Angiogra­ phieprojektionsbilder mittels eines oder beiden C-Bogensys­ teme aufgenommen werden. Anhand dieser zweidimensionalen An­ giographieprojektionsbilder erfolgt im Schritt III eine Re­ konstruktion des dreidimensionalen Volumens des Untersu­ chungsbereichs, hier also des Gehirns bzw. eines interessie­ renden Gefäßbaums des Gehirns.
Anschließend wird der Katheter eingeführt. Im Schritt IV wer­ den mittels beider C-Bogensysteme zwei Projektionsbilder mit aufgrund der orthogonalen Anordnung der beiden C-Bogensysteme bezüglich einander orthogonal zueinander stehenden Bildebenen aufgenommen. Anhand dieser zweidimensionalen Projektionsbil­ der werden im Schritt V die Raumkoordinaten eines ausgewähl­ ten Bildpunkts dieser beiden Bilder, nämlich der Spitze des in den Bildern gezeigten Katheters, im gemeinsamen Koordina­ tensystem anhand der Projektionsmatrizen sowie der bildpunkt­ bezogenen Bildkoordinaten, also der Koordinaten der beiden Projektionsbilder, die die Lage des Bildpunkts im Bild be­ schreiben, ermittelt. Im Schritt VI wird dann an einem Moni­ tor zum einen das rekonstruierte 3D-Volumen des Gefäßbaums sowie der ermittelte Punkt, der die Lage der Katheterspitze beschreibt, angezeigt. Der Arzt sieht also exakt die räumli­ che Lage der Katheterspitze sowie den räumlichen Verlauf des Gefäßes, in das die Katheterspitze eingeführt ist.
Die Schritte IV-VI werden kontinuierlich wiederholt, d. h., es erfolgt eine kontinuierliche Aufnahme der Instrumentenpro­ jektionsbilder und damit eine kontinuierliche Erfassung der Bewegung des Katheters im Gefäß. Nach endgültiger Positionie­ rung des Katheters wird die Bildaufnahme im Schritt VII been­ det.
Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemä­ ße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Vor­ richtung 1 umfasst zwei C-Bogensysteme 2, 3, die im gezeigten Beispiel als Biplan-C-Bogensystem ausgebildet sind und an einem gemeinsamen, nicht näher gezeigten Träger angeordnet sind. Derartige Systeme sind bekannt, auf ihren konkreten Aufbau muss hier nicht näher eingegangen werden.
Jedes C-Bogensystem umfasst eine Strahlungsquelle 4, 5 sowie einen Strahlungsempfänger 6, 7. Die Strahlungsquelle 4, 5 sind als Röntgenstrahler, die Strahlungsempfänger 6, 7 als Röntgenbildverstärker oder als Flachbilddetektor ausgebildet.
Zur Steuerung des Bildaufnahmebetriebs sowie zur Ermittlung der auszugebenden Bilder ist ein Bildaufnahme- und -rechen­ mittel 8 vorgesehen, mit dem sämtliche relevanten Funktionen, sei es die Bewegung der C-Bögen 2, 3 oder die Steuerung der Strahlungsquellen 4, 5 und der Strahlungsempfänger 6, 7 sowie die Koordinatenermittlung und die eigentliche Bildermittlung und Ausgabe gesteuert wird. Die Bildausgabe selbst erfolgt an einem Monitor 9.
Fig. 3 zeigt als Prinzipskizze, wie bzw. welche Informationen mittels der Vorrichtung 1 aufgenommen bzw. ermittelt werden.
Bevor der Katheter in den Patienten 10 eingeführt wird, wird der Patient zunächst in den Strahlengang der beiden C-Bogen­ systeme 2, 3 gefahren. Anschließend wird mittels des C-Bogen­ systems 2 eine 3D-Angiographie des Untersuchungsbereichs, hier des Kopfes aufgenommen. Im Rahmen dessen rotiert der C-Bogen 11 des C-Bogensystems 2 um wenigstens 180° zuzüglich des Kegelwinkels (also des Winkels, den der von der Strah­ lungsquelle 4 zum Strahlungsempfänger 6 laufende Strahlengang beschreibt). Hierbei werden eine Vielzahl von zweidimensiona­ len Angiographieprojektionsbildern aufgenommen. Anhand dieser Bilder erfolgt eine dreidimensionale Rekonstruktion des in Fig. 3 unten dargestellten Gefäßbaums 12. Der Gefäßbaum 12 wird in ein Koordinatensystem (x, y, z) rekonstruiert.
Anschließend wird der Katheter K eingeführt. Hiernach werden mittels der beiden C-Bogensysteme 2, 3 den Katheter zeigende Projektionsbilder aufgenommen, wobei anhand jeweils eines Bildpaares die jeweilige Position der Katheterspitze in dem Koordinatensystem (x, y, z) ermittelt werden kann. Fig. 3 zeigt in Form einer Prinzipskizze die Aufnahme zweier Projek­ tionsbilder eines Bildpaares. Gezeigt sind die beiden Strah­ lungsquellen 4, 5 sowie die zugehörigen Strahlungsempfänger 6, 7. Im Strahlengang der von den Strahlungsquellen 4, 5 emittierten Strahlen befindet sich der Untersuchungsbereich, hier der Kopf des Patienten. Die Strahlungsquellen 4, 5 sowie die Empfänger 6, 7 stehen orthogonal zueinander. An den Emp­ fängern werden auf diese Weise zwei orthogonal zueinanderste­ hende Projektionsbilder erhalten, in denen jeweils die Spitze des Katheters K sichtbar ist. Die Lage dieses die Katheter­ spitze beschreibenden Bildpunktes auf der Fläche des Detek­ tors wird durch die Koordinaten (u6, v6) betreffend den Strah­ lungsdetektor 6 sowie (u7, v7) betreffend den Strahlungsde­ tektor 7 beschrieben.
Die beiden C-Bogensysteme 2, 3, die hier orthogonal zueinan­ der stehen, jedoch auch andere Winkel bezüglich einander ein­ nehmen können, sind bezüglich eines gemeinsamen Koordinaten­ systems bzw. Kalibrierphantoms kalibriert. D. h., die die je­ weiligen Stellungen der C-Bogensysteme beschreibenden Projek­ tionsmatrizen sind bezüglich desselben Punktes kalibriert. Da die Angiographieprojektionsbilder mittels des C-Bogensystems 2 aufgenommen wurden, und da die den Katheter zeigenden Pro­ jektionsbilder mittels beider C-Bogensysteme 2, 3, die bezüg­ lich des gleichen Koordinatensystems kalibriert sind, aufge­ nommen wurden, folgt zwangsläufig, dass anhand der beiden Katheterprojektionsbilder Koordinaten ermittelbar sind, die Punkte beschreiben, die im Koordinatensystem der dreidimensi­ onalen Rekonstruktion des Untersuchungsvolumens liegen.
Um nun die x-, y- und z-Koordinaten der Katheterspitze im Ko­ ordinatensystem (x, y, z) des Rekonstruktionsvolumens, also des Gefäßbaums 12 zu ermitteln, bedient man sich nun der be­ kannten, die Stellungen der beiden C-Bogensysteme 2, 3 be­ schreibenden Projektionsmatrizen sowie der Bildkoordinaten (u6, v6) und (u7, v7). Hierüber können nun durch Matrizenrech­ nung die die räumliche Position beschreibenden Raumkoordina­ ten (xK, yK, zK) errechnet werden.
Am Monitor 9 wird nun zum einen das Rekonstruktionsvolumen, also der Gefäßbaum 12 sowie die Position der Katheterspitze mit den Koordinaten (xK, yK, zK) dargestellt, wobei der Dar­ stellung das gemeinsame Koordinatensystem (x, y, z) zugrunde liegt. Der Arzt kann nun anhand dieser Darstellung die exakte räumliche Lage der Katheterspitze im dreidimensional darge­ stellten Gefäßbaum 12 erkennen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körperbereich eingeführten medizinischen Un­ tersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß ein­ geführten Katheters, unter Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern mit wenigstens einem C-Bogen­ system umfassend einen C-Bogen mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger, mit folgenden Schritten:
  • - Aufnahme mehrerer zweidimensionaler Angiographieprojekti­ onsbilder des Untersuchungsbereichs, in den das Instrument einzuführen ist, zur späteren dreidimensionalen Volumenre­ konstruktion des Untersuchungsbereichs,
  • - nach Einführen des Instruments Aufnahme wenigstens eines zweidimensionalen Projektionsbilderpaars des Untersu­ chungsbereichs mit unter einem Winkel zueinander stehenden Bildebenen,
  • - Bestimmung der Raumkoordinaten eines ausgewählten Punkts des in den Projektionsbildern gezeigten Instruments in einem gemeinsamen, der Aufnahme der Angiographieprojekti­ onsbilder und der Projektionsbilder zugrundeliegenden Ko­ ordinatensystem, und
  • - Darstellung des ausgewählten Punkts des Instruments inner­ halb der dreidimensionalen Volumenrekonstruktion des Un­ tersuchungsbereichs in dem gemeinsamen Koordinatensystem an einem Monitor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Projektionsmatrizen der C-Bogen-Positionen, in denen die Angiographieprojektionsbil­ der aufgenommen werden, und die Projektionsmatrizen der C- Bogen-Positionen, in denen die Projektionsbilder aufgenommen werden, bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems kalib­ riert sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung mit nur einem C-Bogensystem verwendet wird, mittels dem sowohl die Angiographieprojektionsbilder als auch die Projektions­ bilder aufgenommen werden, wozu der C-Bogen zur Aufnahme der Projektionsbilder in zwei verschiedene Winkelstellungen be­ wegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme eine Vor­ richtung mit zwei unter einem Winkel zueinander stehenden C- Bogensystemen verwendet wird, wobei ein erstes Bild eines Projektionsbildpaars mit dem einen C-Bogensystem und ein zweites Projektionsbild mit dem zweiten C-Bogensystem aufge­ nommen werden, wobei beide C-Bogensysteme bezüglich desselben Koordinatensystems kalibriert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass kontinuierlich oder in vor­ bestimmten Zeitintervallen hintereinander mehrere Projekti­ onsbildpaare aufgenommen und im Wesentlichen unmittelbar nach ihrer jeweiligen Aufnahme innerhalb des Rekonstruktionsvolu­ mens dargestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebenen der Projektionsbilder eines Projektionsbildpaars orthogonal zueinander stehen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass die Angi­ ographieprojektionsbilder mit einem oder mit beiden C-Bogen­ systemen aufgenommen werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ausgewählter Punkt des Instruments die Instrumentspitze ver­ wendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des ausgewählten Punkts durch Subtraktion der Pro­ jektionsbilder eines Bildpaars erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass eine Vor­ richtung mit einem Biplan-C-Bogensystem oder mit zwei ge­ trennten C-Bogensystemen verwendet wird.
11. Vorrichtung zur Aufnahme von Strahlungsbildern umfassend wenigstens ein C-Bogensystem mit einem C-Bogen mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger, sowie Bild­ aufnahme- und -rechenmittel, ausgebildet
zum Rekonstruieren eines dreidimensionalen Volumens eines aufgenommen Untersuchungsgebiets anhand mehrerer aufgenom­ mener zweidimensionaler Angiographieprojektionsbilder,
zum Ermitteln der Raumkoordinaten eines ausgewählten Punk­ tes eines in zwei aufgenommenen Projektionsbildern, deren Bildebenen unter einem Winkel zueinander stehen, gezeig­ ten, in den Untersuchungsbereich eingeführten Instruments in einem gemeinsamen, der Aufnahme der Angiographieprojek­ tionsbilder und der Projektionsbilder zugrundeliegenden Koordinatensystem,
und zur Darstellung des ausgewählten Punkts des Instru­ ments innerhalb der dreidimensionalen Volumenrekonstrukti­ on des Untersuchungsbereichs in dem gemeinsamen Koordina­ tensystem an einem Monitor.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein C-Bogen­ system zur Aufnahme sowohl der Angiographieprojektionsbilder als auch der Projektionsbilder vorgesehen ist, wobei der C-Bogen zur Aufnahme der Projektionsbilder in zwei verschie­ dene Winkelstellungen bewegbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unter einem Winkel zueinander stehenden C-Bogensysteme vorgesehen sind, wobei ein erstes Bild eines Projektionsbildpaars mit dem einen C-Bogensystem und ein zweites Projektionsbilder mit dem zwei­ ten C-Bogensystem aufgenommen wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsmatrizen der C-Bogen-Positionen, in denen die An­ giographieprojektionsbilder aufgenommen werden, und die Pro­ jektionsmatrizen der C-Bogen-Positionen, in denen die Projek­ tionsbilder aufgenommen werden, bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems kalibriert sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und - rechenmittel zur kontinuierlichen Bildaufnahme oder zur Bild­ aufnahme in vorbestimmten Zeitintervallen sowie zur im We­ sentlichen unmittelbar nach der jeweiligen Aufnahme erfolgen­ den Ermittlung der Koordinaten des ausgewählten Punkts und ihrer Darstellung am Monitor innerhalb des Rekonstruktionsvo­ lumens ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das lediglich eine C-Bogensystem zur Aufnahme der Projektionsbil­ der eines Projektionsbildpaars in zwei orthogonal zueinander stehende Positionen bewegbar ist, oder dass die beiden C-Bo­ gensysteme orthogonal zueinander stehen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biplan-C-Bogensystem oder zwei getrennte C-Bogensysteme vor­ gesehen sind.
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