DE102005035430A1 - Verfahren zur verbesserten Darstellung co-registrierter 2D-3D-Bilder in der medizinischen Bildgebung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, welches beispielsweise einem Arzt die Orientierung in 2-D-Durchleuchtungsbildern erleichtert. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Darstellung co-registrierter 2-D-3-D-Bilder in der medizinischen Bildgebung, DOLLAR A aufweisend die folgenden Schritte: DOLLAR A S1 Bestimmen einer zu einem 2-D-Bild kongruenten 3-D- oder 2-D-Projektion aus einem 3-D-Bilddatensatz, DOLLAR A S2 Überlagertes Darstellen des 2-D-Bildes mit der 3-D- oder 2-D-Projektion auf einem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A dass die beiden Bild-Anteile der beiden überlagerten Bilder einstellbar sind und eine zumindest in eine Richtung einstellbare Verschiebung der beiden überlagerten Bilder ermöglicht ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, welches beispielsweise einem Arzt die Orientierung in 2D-Durchleuchtungsbildern erleichtert. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren, welches insbesondere bei der Überlagerung von registrierten 3D-Volumen bei Interventionen unter Röntgenkontrolle die Vorteile gängiger Visualisierungsmethoden kombiniert, deren Nachteile jedoch vermeidet.
- In zunehmendem Maß erfolgen Untersuchungen oder Behandlungen eines (erkrankten) Patienten minimal-invasiv, das heißt mit möglichst geringem operativen Aufwand. Als Beispiel sind Behandlungen mit Instrumenten wie Endoskop, Laparoskop, Katheter oder Biopsie-Nadeln zu nennen, die jeweils über eine kleine Körperöffnung zu dem Untersuchungsbereich des Patienten eingeführt werden. Katheter beispielsweise kommen häufig im Rahmen angiographischer oder kardiologischer Untersuchungen zum Einsatz.
- Zur Navigation dieser Instrumente (z.B. in Kopf oder Herz) werden während der Intervention auf Basis fluoroskopischer oder angiographischer Durchleuchtung (z.B. mit dem C-Bogen) so genannte intraoperative 2D-Bilder (Echtzeitbilder) gewonnen. Eine solche Angiographie ist beispielsweise in
1 dargestellt. - Das Problem aus medizinisch-technischer Sicht besteht darin, dass – verglichen mit 3D-Angio-Bildern – diese Durchleuchtungsbilder keine räumlichen (dreidimensionalen) Details zeigen.
- Allerdings sind diese Durchleuchtungsbilder schnell verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung für Patient und Arzt.
- Im Stand der Technik wird die räumliche Information dadurch zurückgewonnen, dass präoperativ aufgenommene 3D-Bilder (beispielsweise aus einer CT-, 3D-Angio- oder MR-Tomographie) mit den zweidimensionalen intraoperativen Durchleuchtungsbildern registriert und diesen unterlegt werden, was als co-Registrierung bezeichnet wird. Die Kombination solcher co-registrierten 2D- und 3D-Bilder erlaubt nun dem Arzt eine bessere Orientierung in dem relevanten Volumenbereich.
- Eine solche 2D-3D-co-Registrierung nach dem Stand der Technik besteht aus zwei Schritten:
- 1. der Bildregistrierung selbst und
- 2. der Visualisierung.
- Bei der Bildregistrierung muss zunächst bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3D-Volumen projiziert werden muss, damit es mit dem intraoperativen 2D-Bild zur Deckung gebracht werden kann und es muss aus dem 3D-Bilddatensatz ein geeignetes zweites 2D-Bild erzeugt werden, welches mit dem ersten intraoperativen 2D-Bild zur Deckung gebracht werden kann. Dieses zweite 2D-Bild wird entweder durch Projektion des 3D-Bilddatensatzes oder durch eine Schnittebene (engl.: Clip-Plane) erzeugt, welche durch den 3D-Bilddatensatz gelegt wird. Dabei muss bestimmt werden, aus welcher Richtung die Projektion zu erfolgen hat bzw. wie die Schnittebene gelegt werden muss. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, die jedoch nicht ausgeführt werden.
- Für die Visualisierung der registrierten Bilder, das heißt der gemeinsamen Darstellung von erstem 2D-Bild und 3D-Projektion bzw. zweitem 2D-Bild oder Clip-Plane, gibt es unter anderem zwei Standard-Methoden:
- 1. Überlagerung (engl.: Overlay) und
- 2. Verknüpfungs-Markierung (engl.: linked cursor).
- Beim "Overlay" werden die beiden Bilder (anhand verschiedener Methoden) übereinandergelegt. Der Anteil, den jedes der beiden Einzelbilder am überlagerten (fusionierten) Bild haben soll, lässt sich justieren und wird als "Blending" bezeichnet.
- Beim "Linked Cursor" werden beide Bilder in separaten (Pop-up-) Fenstern womöglich sogar auf separaten Bildschirmen dargestellt, wobei beide Fenster einen gemeinsamen Cursor haben.
- Bewegungen im 2D-Fenster werden nun in das 3D-Fenster übertragen und umgekehrt.
- Das Overlay stellt die gängigste Methode dar, hat allerdings den Nachteil, dass gewisse niederkontrastige Objekte im 2D-Bild (z. B. Katheter-Spitzen, Stents, etc) beim Überlagern bzw. Überblenden durch die hochkontrastige 3D-Aufnahme u.U. überdeckt werden können.
- Dieses Problem besteht beim Linked Cursor nicht. Linked Cursor hat allerdings den Nachteil, auf zwei Fenster (zwei Bildschirme) angewiesen zu sein. Vor allem im Operationssaal wird man möglichst nur ein Pop-up-Fenster auf nur einem Monitor und mit möglichst großer Darstellung haben wollen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Visualisierung co-registrierter 2D-3D-Bilder weiter zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren beansprucht zur Darstellung co-registrierter 2D-3D-Bilder in der medizinischen Bildgebung, aufweisend die folgenden Schritte:
- S1: Bestimmen einer zu einem 2D-Bild kongruenten 3D- oder 2D-Projektion aus einem 3D-Bilddatensatz,
- S2: Überlagertes Darstellen des 2D-Bildes mit der 3D- oder 2D-Projektion auf einem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bild-Anteile der beiden überlagerten Bilder einstellbar sind und eine zumindest in eine Richtung einstellbare Verschiebung der beiden überlagerten Bilder ermöglicht ist.
- Dabei erfolgt erfindungsgemäß zumindest eine der möglichen Einstellungen über ein manuelles Eingabe-Gerät, z.B. einen Steuerhebel (Joystick).
- Die einstellbare Verschiebung ist vorteilhafterweise in zwei zueinander orthogonalen Richtungen, z.B. x-y-Richtung, ermöglicht.
- Erfindungsgemäß wird eine in beiden der möglicherweise verschobenen Bildern jeweils gleiche Stelle markiert, wobei vorteilhafterweise die markierte Stelle benutzerabhängig gewählt werden kann.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das 2D-Bild intraoperativ gewonnen, wobei das 2D-Bild vorteilhafterweise ein 2D-Fluoroskopiebild ist.
- Das 3D-Bild wird erfindungsgemäß präoperativ gewonnen und stellt vorteilhaft ein CT-, ein 3D-Angio- oder ein MRT-Bild dar.
- Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht.
- Weiter Vorteile, Merkmale und Eigenschaften werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Gefäßstruktur in Form einer 2D-Roadmap, -
2 einen segmentierten Gefäßbaum in 3D-Darstellung, -
3 eine Überlagerung der1 und2 in der die feine Struktur einer Katheter-Spitze noch sichtbar ist, -
4 eine Überlagerung der1 und2 in der die Feinstruktur der Katheterspitze durch das hochkontrastige 3D-Bild von2 überlagert wird, -
5 eine nicht-verschobene Überlagerung der1 und2 , in der der gleiche Punkt der Gefäßanatomie beider1 und2 gekennzeichnet ist, -
6 eine horizontal schwach verschobene Überlagerung der1 und2 mit Kennzeichnung des gleichen anatomischen Punktes, -
7 eine horizontal stärker verschobene Überlagerung der1 und2 mit Kennzeichnung des gleichen anatomischen Punktes, und -
8 eine horizontal stark verschobene Überlagerung der1 und2 mit Kennzeichnung des gleichen anatomischen Punktes. - Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einer Verbesserung des Schrittes der Visualisierung, wie anhand der
1 bis8 erläutert wird. In1 ist ein Durchleuchtungsbild einer Gefäßstruktur in Form einer 2D-Roadmap abgebildet.2 zeigt in 3D-Darstellung einen segmentierten Gefäßbaum, der die Gefäßstruktur aus1 enthält und zu dieser kongruent ist. - Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die beiden co-registrierten (2D- und 3D-) Bilder wie bei Overlay gemeinsam in einem (Pop-up-) Fenster überlagert und zwar in der Form einer justierbaren Überblendung.
-
3 zeigt diese Überlagerung des 2D-Bildes aus1 mit dem 3D-Bild aus2 mittels "Blending", indem das 3D-Bild in justierbaren Transparenz-Stufen über das 2D-Bild kopiert wird. Die Justage erfolgt über eine manuelle Eingabevorrichtung beispielsweise mit einem Joystick und ist deshalb notwendig, da eine feine Struktur (beispielsweise eine Katheterspitze), die in3 noch einigermaßen erkennbar ist, bei stärkerer Überblendung (4 ) durch das hochkontrastige 3D-Bild überdeckt wird. - Zusätzlich wird erfindungsgemäß eine ebenso justierbare seitliche Verschiebung (engl.: Shift) in zumindest eine Richtung, vorteilhafterweise aber in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (x-y-Richtung: horizontal-vertikal) zugelassen, um die Überdeckung niedrigkontrastiger Strukturen verhindern zu können. Um den Grad der Verschiebung sichtbar machen zu können, wird in beiden Bildern zusätzlich ein Linked Cursor (in
5 bis8 in Form eines Pfeils) implementiert, der auf die jeweils gleiche Stelle in den beiden Bildern (jedoch im gleichen Fenster) zeigt. - In der
5 ist die 2D-Roadmap dem 3D-Bild noch unverschoben überlagert. Die Katheterspitze ist durch einen Cursor-Pfeil markiert. Durch Implementierung der Linked Cursor Funktionalität existieren bei verschobenem Blending (6 ) zwei simultan bewegte Cursor, die je auf die gleiche anatomische Stelle in 2D- und im 3D-Teil der Bilder verweisen. - Je größer die Verschiebung, umso großer sind die Distanzen der Cursor und umso besser sind beide Bilder zu differenzieren. In den
7 und8 ist durch starke horizontale Verschiebung die Katheterspritze nun kaum mehr vom hochkontrastigen (unterlegten) Bild überdeckt. - Auch die Funktion der Verschiebung kann in einfacher Weise mit Hilfe eines Joysticks implementiert und gesteuert werden, was letztlich auch in einem Operationssaal (OP) leicht zu handhaben ist.
- Zusammengefasst besteht die Erfindung darin, eine kombinierte Darstellungsweise co-registrierter Bilder vorzuschlagen, welche die Vorteile der derzeit übliche Visualisierungen kombiniert, deren Nachteile jedoch vermeidet und deren jeweilige Parameter (Blending und Shift) im OP leicht durch einen Joystick zu steuern sind.
Claims (10)
- Verfahren zur Darstellung co-registrierter 2D-3D-Bilder in der medizinischen Bildgebung, aufweisend die folgenden Schritte: S1: Bestimmen einer zu einem 2D-Bild kongruenten 3D- oder 2D-Projektion aus einem 3D-Bilddatensatz, S2: Überlagertes Darstellen des 2D-Bildes mit der 3D- oder 2D-Projektion auf einem Bildschirm, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bild-Anteile der beiden überlagerten Bilder einstellbar sind und eine zumindest in eine Richtung einstellbare Verschiebung der beiden überlagerten Bilder ermöglicht ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der möglichen Einstellungen über ein manuelles Eingabe-Gerät, z.B. einen Steuerhebel, erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Verschiebung in zwei zueinander orthogonalen Richtungen, z.B. x-y-Richtung, ermöglicht ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in beiden der möglicherweise verschobenen Bildern jeweils gleiche Stelle markiert ist.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die markierte(n) Stelle(n) benutzerabhängig gewählt werden können.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass das 2D-Bild intraoperativ gewonnen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 2D-Bild ein 2D-Fluoroskopiebild ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Bild präoperativ gewonnen wurde.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Bild ein CT-, ein 3D-Angio- oder ein MRT-Bild ist.
- Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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