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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese
Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der am 15. April 2003
eingereichten Französischen
Patentanmeldung Nr. 03 04704, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug
genommen ist.
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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen von Skalierungsfaktoren
in Bildern.
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Im
Falle einer Bildgebung von Objekten, z.B. von Organen eines Patienten,
kann es von Bedeutung sein, die wahre Größe der abzubildenden Organe
zu kennen, um in der Lage zu sein eine Erkrankung zu behandeln.
Eine Stenose, die als Einengung des Durchmessers einer Arterie in
Erscheinung tritt, wird beispielsweise häufig behandelt, indem ein vaskulärer Ballon
oder Stent in die erkrankte Arterie eingeführt wird. Der vaskuläre Dilatationsballon
wird anschließend
auf den Durchmesser einer gesunden Arterie erweitert. Die Größe der gesunden
Arterie wird ermittelt, indem die Abmessung des proximalen Abschnitts
der Läsion
gemessen wird. Dieser Messwert wird herangezogen, um den passenden
Stent für
die Behandlung auszuwählen.
Der Einsatz eines Bildgebungsverfahrens, z.B. durch Röntgenstrahlen,
erzeugt Bilder durch Projektion. Es wird daher ein Skalierungsfaktor
benötigt,
um basierend auf der auf dem Bild wiedergegebenen Abmessung die
tatsächliche
Größe der Arterien
zu erhalten. Einige Ansätze
zum Erzeugen des Skalierungsfaktors wurden bisher vorgeschlagen.
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Ein üblicher
Ansatz basiert darauf, einen Katheter (oder ein Kalibrierungsobjekt
mit einer bekannten Abmessung) in das Bild einzubringen und dessen
Größe auf dem
Bild zu bestimmen. Der Skalierungsfaktor wird auf der Grundlage
der bekannten Maße
des Objekts erzeugt. Unter der Annahme, dass der Abstand zum Zentrum
der Projektion für
das Objekt und für
die Arterie ähnlich
ist, wird für
die Arterie derselbe Skalierungsfaktor verwendet. Diese Ansatz weist
die nachfolgenden Nachteile auf. Der Arzt muss sich mit Daten befassen, die
in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der Erkrankung stehen,
nämlich
der Abmessung, des zur Kalibrierung verwendeten Objekts. Falls über die
Größe des Objekts
ein Irrtum besteht, wird der Skalierungsfaktor fehlerhaft festgelegt.
Außerdem
geht der Algorithmus davon aus, das sich das Kalibrierungsobjekts
und die zu messende Arterie in ihren Maßen ähneln. Da dies in der Regel
nie ganz zutrifft, ist hierdurch ebenfalls eine Fehlerquelle gegeben.
Darüber
hinaus ist der Katheter in gewissen Fällen, in denen der Arzt diesen
als ein Kalibrierungsobjekt verwenden möchte, nicht unbedingt auf dem
für eine
Messung der Arterie ausgewählten Bild
zu sehen. Hinsichtlich des Bestimmens der tatsächlichen Abmessung eines Organs
besteht daher ein Problem.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen des
Verfahrens zum Bestimmen von Skalierungsfaktoren: die Bereitstellung
einer Strahlungsbildgebungseinrichtung, beispielsweise eine Kamera
mit einer Strahlenquelle und ein Empfängermittel, das dazu eingerichtet
ist, die von der Quelle ankommenden Strahlen entgegenzunehmen, wobei
zwischen der Quelle und dem Empfänger
ein abzubildendes Objekt, beispielsweise ein Patient, positioniert
ist. Zu dem Verfahren gehört
der Schritt, einen ersten Skalierungsfaktor und einen zweiten Skalierungsfaktor
an der Oberfläche
des Patienten zu beiden Seiten des Patienten entlang des Strahlengangs
durch den Patienten zu bestimmen. Das Verfahren führt eine
Berechnung eines Intervalls für
den Skalierungsfaktor eines darzustellenden Organs durch, das sich
im Inneren des Patienten entlang des Strahlengangs befindet und
auf einem Bild erscheint. Das Verfahren ermöglicht es, den Einsatz eines
als Fehlerquelle in Betracht kommenden Kalibrierungsobjekts zu vermeiden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung und deren Ausführungsbeispiele
werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen verständlicher:
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1 zeigt eine schematische
Ansicht einer Bildgebungskamera;
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2 zeigt die in der Kamera
nach 1 verwendeten geometrischen
Prinzipien.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine Bildgebungskamera 10 veranschaulicht.
Die Bildgebungskamera 10 weist eine Strahlenquelle 12 und
einen Empfänger 14 auf,
der konstruiert ist, um die von der Quelle 12 ankommenden
Strahlen entgegenzunehmen. Die Quelle 12 ist beispielsweise
eine Röntgenstrahlenquelle.
Ferner ist außerdem
ein Patient 9 dargestellt, an dem eine Bildgebung vorzunehmen
ist. Der Patient oder die Patientin 9 wird zwischen der
Quelle 12 und dem Empfänger 14 positioniert,
so dass die Strahlen durch ihn/sie hindurchgehen. Der Patient 9 liegt
auf einer Liege 16. Die Liege 16 lässt sich
bezüglich
des Patienten sowohl in vertikaler als auch in transversaler und
longitudinaler Richtung einstellen, und (nicht gezeigte) Positionssensoren ermöglichen
die Erfassung der Position der Liege 16 bezüglich der
Kamera 10. Auf dem Empfänger
wird ein Bild abgebildet. Das Bild ist ein Bild entlang des Querschnitts
des Patienten in Projektion auf den Empfänger 14. Zusätzlich zu
den Schritten des Bereitstellens einer derartigen Kamera und des
Positionierens des Patienten zwischen der Quelle 12 und
dem Empfänger 14 gehört zu dem
Verfahren außerdem
ein Schritt, in dem ein erster Skalierungsfaktor fmin und ein zweiter
Skalierungsfaktor fmax zu beiden Seiten des Patienten entlang des
Strahlengangs durch den Patienten bestimmt werden.
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Das
Verfahren ermöglicht
es dementsprechend, obere und untere Werte eines Skalierungsfaktors
eines Organs des Patienten zu erhalten. Da sich das Organ entlang
der Strahlen 18 zwischen den Oberflächenelementen des Patienten
befindet, die als Grundlage für
die Bestimmung der Faktoren fmin und fmax dienen, weist der Skalierungsfaktor
f dieses Organs einen zwischen fmin und fmax liegenden Wert auf.
Ein Eingrenzen des Skalierungsfaktors f ermöglicht es daher, die wahren
Maße des
Organs einzugrenzen. Eine Erkrankung, beispielsweise eine Stenose
einer Arterie, kann folglich durch Auswahl eines vaskulären Dilatationsballons
behandelt werden, mittels dessen sich der Durchmesser einer Arterie
wieder auf den Durchmesser einer gesunden Arterie erweitern lässt.
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Im
Folgenden wird angenommen, dass die Kamera entsprechend 1 eingerichtet ist, wobei
die Quelle unterhalb des Patienten angeordnet ist, der wiederum
unterhalb des Empfängers
positioniert ist. Selbstverständlich
ist diese Positionierung als Beispiel dargestellt und kann hiervon
abweichen.
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2 zeigt die in der Kamera
nach 1 verwendeten geometrischen
Prinzipien. 2 zeigt
die Quelle 12, den Patienten 9 und den Empfänger 14.
Die Strahlen 18 laufen durch den Patienten 9.
Die Strahlen 18 durchqueren den Patienten 9 zur
Gänze.
Zu dem Verfahren gehört
der Schritt, dass der erste Skalierungsfaktor fmin bestimmt wird,
wobei dieser Faktor an der Grenzfläche des Patienten 9 ermittelt
wird, auf die die von der Quelle 12 ankommenden Strahlen 18 einfallen.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, den zweiten Skalierungsfaktors
fmax zu bestimmen, wobei dieser Faktor an der Grenzfläche des
Patienten 9 ermittelt wird, aus der die Strahlen 18 in
Richtung des Empfängers 14 austreten.
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In 2 repräsentiert x die Größe des auf
den Empfänger 14 projizierten
Organs; xmin repräsentiert die
Abmessung, die der (auf derselben Seite wie die Quelle 12 befindlichen)
unteren Grenze des Patienten entspricht; xmax repräsentiert
die Abmessung, die der (auf derselben Seite wie der Empfänger 14 befindlichen) oberen
Grenze des Patienten 9 entspricht. Die oberen und unteren
Grenzen können
andere sein, falls sich die Quelle 12 oberhalb des Patienten
befindet.
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Ferner
sind Abstände
dargestellt. Der Abstand SID repräsentiert den Abstand, der die
Quelle 12 von dem Empfänger 14 trennt.
Der Abstand Dmin repräsentiert
den Abstand, der den Patienten 9 von der Quelle 12 trennt.
Der Abstand Dmin ist der Abstand zwischen der Quelle 12 und
der Unterseite des Patienten 9. Der Abstand DBereich ist
der Abstand zwischen der Oberseite des Patienten 9 und
dem Empfänger 14.
Weiter kennzeichnet der Abstand Dmax den Abstand, der Oberseite
des Patienten 9 von der Quelle 12 trennt.
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Der
Abstand SID repräsentiert
den Abstand zwischen zwei Elementen der Kamera 10 und kann
den Herstellerdaten entnommen werden. Der Abstand Dmin wird erhalten,
indem berücksichtigt
wird, dass der Patient 9 auf der Liege 16 ruht.
Die Unterseite des Patienten (beispielsweise sein Rücken) kann
mit der Oberseite der Liege 16 zusammentreffen. Die Position
der Oberseite der Liege lässt
sich durch einen Sensor ermitteln, der die Position der Liege 16 in
der Kamera 10 erfasst. Bei der Justierung der Kamera vor
einer Bildgebung lässt
sich die Liege 16 entlang des Strahlengangs bewegen; die
Positionssensoren lie fern den Abstand zwischen der Quelle 12 und
der oberen Fläche
der Liege 16, und somit den Abstand Dmin. Der Abstand DBereich lässt sich
mit Hilfe eines Abstandsensors erfassen, der den Abstand zwischen
der Oberseite des Patienten 9 und dem Empfänger 14 ermittelt.
Der Abstandsensor kann sich auf dem Empfänger 14 befinden.
Es kann ein Laserstrahl, ein Ultraschallsensor oder ein kapazitiver
Sensor verwendet werden. Der Abstand Dmax ergibt sich, indem DBereich
von SID subtrahiert wird. Ferner lässt sich die Dicke des Patienten
durch Subtraktion der Abstandswerte DBereich und Dmin von dem Abstand
SID berechnen.
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Der
verwendete Abstandsensor kann ein Kollisionssensor sein. Dieser
Kollisionssensor ermöglicht
es, zu vermeiden, dass der Patient 9 und der Empfänger 14 zusammenstoßen, wenn
die Liege 16 entlang des Strahlengangs 18 bewegt
wird, um Anpassungen durchzuführen.
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Der
Faktor fmin wird wie folgt bestimmt: Zu dem Verfahren gehört der Schritt,
entlang des Strahlengangs 18 den Abstand SID, der die Quelle 12 von
dem Empfänger 14 trennt,
und den Abstand Dmin zu ermitteln, der den Patienten 9 von
der Quelle 12 trennt. Der erste Faktor fmin ist in diesem
Falle proportional zu dem Verhältnis
zwischen den Abstandswerten SID und Dmin.
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Der
Faktor fmax wird wie folgt bestimmt: Zu dem Verfahren gehört der Schritt,
entlang des Strahlengangs 18 (falls noch nicht geschehen)
den Abstand SID, der die Quelle von dem Empfänger 14 trennt, und [ebenso]
den Abstand DBereich, der den Patienten 9 von der Quelle 12 trennt,
zu ermitteln. Der zweite Faktor fmax ist dann proportional zu dem
Verhältnis
zwischen den Abstandswerten SID und DBereich.
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Der
erste und zweite Faktor werden mittels des Satzes von Thales ermittelt.
Der Satz wird auf das Dreieck angewandt, das durch die Quelle 12 an
der Spitze und die Strecke X des Organs auf dem Empfänger 14 an
der Basis gebildet wird.
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Daraus
ergeben sich die folgenden Gleichungen:
mit Dmax = SID – DBereich
(3) und
X = t·I (4),mit I gleich
der Anzahl der Pixel der Projektion des Organs auf dem Empfänger und
t gleich der Abmessung eines Pixels auf dem Bild. Diese Größe t ist
gegeben. I lässt
sich in bekannter Weise durch einen Algorithmus ermitteln.
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Basierend
auf den Gleichungen (1) und (2) und durch Kombinieren der Gleichungen
mit Gleichung (4) ergeben sich die folgenden Gleichungen:
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Der
erste Skalierungsfaktor fmin ist folglich proportional zu dem Verhältnis zwischen
den Abständen Dmin
und SID. Da der Abstand Dmax von dem Abstand DBereich abhängt, ist
der zweite Faktor fmax proportional zu dem Verhältnis zwischen den Abständen SID
und DBereich.
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Dieses
Verfahren ermöglicht
es, die Proportionalität
zwischen der Abmessung eines Pixels des Bildes und der Abmessung
dieses Pixels an der Fläche
an beiden Seiten des Patienten entlang der Strahlen 18 herzustellen.
Der Wert t des Pixels des Bildes ist bekannt; fmin und fmax entsprechen
den Amplitudenfaktoren der Größen eines
Pixels des Bildes.
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Die
Kamera kann ein (nicht gezeigtes) Interface aufweisen, beispielsweise
einen Rechner, um sämtliche
der oben erwähnten
Parameter (Abstandswerte, Pixelgröße, usw.) zu verarbeiten. Das
Interface ermöglicht
es, die Ergebnisse automatisch zu erzeugen.
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Das
Verfahren ermöglicht
es darüber
hinaus, Grenzen für
die wahren Abmessungen des Organs zu ermitteln. Da sich das Organ
zwischen den Oberflächenelementen
des Patienten befindet, an denen fmin und fmax bestimmt werden,
ist es möglich,
die wahre Abmessung des Organs einzugrenzen. Zu diesem Zweck wird
die Abmessung des Organs auf dem Bild mittels bekannter Algorithmen
als Funktion der Pixelzahl I auf dem Bild entlang der x-Richtung
in 2 gemessen. Mittels
der Gleichungen (7) und (8) werden fmin und fmax mit der
Pixelzahl I multipliziert und die Grenzen der wahren Abmessung des
Organs erhalten. Im Falle einer Stenose ermöglicht es ein derartiges Eingrenzen,
einen Stent auszuwählen,
der in der Lage ist, den ursprünglichen
Durchmesser einer Arterie weitgehend wiederherzustellen.
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Das
Verfahren ermöglicht
es somit, einen Wert für
die wahre Abmessung des zu behandelnden Organs zu erhalten. Dies
wird dadurch ermöglicht,
dass sich die Höhe
des Organs entlang der Strahlen 18 zwischen den beiden
Oberflächenelementen,
an denen fmin und fmax ermittelt wurde, feststellen lässt. Im
Falle der Behandlung einer Koronararterie lässt sich beispielsweise deren
Position entlang der Strahlen 18 ermitteln. Die Position
des Herzens lässt
sich mit Hilfe vielfältiger
physiologischer Messungen ermitteln; damit ist es möglich, auf
der Grundlage eines Standardherzmodells, nämlich eines Modells, das die
Position des Herzens im Körper
beschreibt, und auf der Grundlage der Kenntnis der Art der zu behandelnden
Arterie (sei dies eine linke oder rechte, eine anteriore oder posteriore
Arterie) die Höhe
der Koronararterie in dem Patienten zu definieren.
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Das
Verfahren bietet unterschiedliche Szenarien an. Nach einem ersten
Szenario ist dem System das durch den Arzt übernommene klinische Protokoll
bekannt, und folglich ist die relative Position des zu behandelnden
Organs bekannt. Ein jeder Organposition kann Näherungswert des Skalierungsfaktors
automatisch zugeordnet werden. Dieses Verfahren ermöglicht es
in diesem Falle, die Bestimmung des Näherungswertes in situ zu vereinfachen.
Dem Arzt verbleibt lediglich die Aufgabe, die Position des betreffenden
zu untersuchenden Organs über
das Interface anzugeben. Gemäß einem
weiteren Szenario steht dem System das klinische Protokoll nicht
zur Verfügung,
das während
der durchzuführenden
Untersuchung durchgeführt
wird. Das Verfahren kann in diesem Falle von sich aus mögliche Positionsintervalle
ermitteln, um Grenzen des Skalierungsfaktors des Organs oder der
wahren Abmessung des Organs zu bestimmen.
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Allen
oben durchgeführten
Messungen kann ein Fehlerintervall zugeordnet werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die exemplarisch
beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Beispielsweise können
die ersten und zweiten Skalierungsfaktoren an von der Oberfläche des
Patienten abweichenden Positionen bestimmt werden. Diese können weiter
innen in dem Patienten ermittelt werden, um von Anfang an ein genaueres
Eingrenzen des Skalierungsfaktors des Organs zu erreichen. Außerdem kommt
in Betracht, lediglich einen Referenzskalierungsfaktor zu ermitteln,
und ein genaueres Eingrenzen des Skalierungsfaktors des Organs durch
Ermitteln der Dicke des Patienten und der relativen Position des
Organs zu ermöglichen.
Ferner kann das Bestimmen der Abstandswerte, und insbesondere des
Abstands zwischen dem Empfänger 14 und
dem Patienten 9, unabhängig
von dem Ermitteln der Skalierungsfaktoren durchgeführt werden.
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Verfahren
und Vorrichtung zum Bestimmen von Skalierungsfaktoren, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Bildgebungskamera (10), zu der eine
Strahlenquelle (12) und ein Empfänger (14) gehören, der
dazu eingerichtet ist, die von der Quelle (12) ankommenden
Strahlen entgegenzunehmen; Positionieren eines Patienten (9)
zwischen der Quelle (12) und dem Empfänger (14); und Bestimmen
eines ersten Skalierungsfaktors und eines zweiten Skalierungsfaktors
zu beiden Seiten des Patienten auf dessen Oberfläche entlang dem den Patienten
durchquerenden Strahlengang. Das Verfahren ermöglicht den Verzicht auf den
Einsatz eines Kalibrierungsobjekts, das eine Fehlerquelle bilden
könnte.
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Der
Fachmann kann für
die offenbarten Ausführungsbeispiele
und deren äquivalente
Bedeutungen vielfältige
Abwandlungen hinsichtlich der Struktur/Vorgehensweise und/oder der
Funktion und/oder dem Ergebnis und/oder der Schritte vornehmen oder
vorschlagen, ohne von dem Gegenstand und Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen.
