DE102005059300A1

DE102005059300A1 - Bildgebungsverfahren und -einrichtung zur Unterstützung eines Chirurgen bei einem interventionellen radiologischen Vorgang

Info

Publication number: DE102005059300A1
Application number: DE102005059300A
Authority: DE
Inventors: Pierre-Luc Georgy; Jérémie Pescatore; Yves Lucien Trousset
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-06-22
Also published as: JP2006167448A; FR2879327A1

Abstract

Ein Bildgebungsverfahren erlaubt das Echtzeit-Display der Position wenigstens eines Punktes eines chirurgischen Instrumentes, der in dem Gefäßsystem eines Patienten (6) liegt, wobei das Verfahren durch ein Computerprogramm in einer Bildgebungseinrichtung (1) implementiert ist. Die Bildgebungseinrichtung beinhaltet ein Bildakquisitionssystem (2), einen Bilddigitalisierer (13), ein Displaysystem (5), einen Prozessor (3) und einen Speicher (4), der ein dreidimensionales Modell des Gefäßsystems des Patienten enthält. Das Verfahren beinhaltet: Digitalisieren eines von dem Akquisitionssystem akquirierten zweidimensionalen Bildes durch den Bilddigitalisierer; Bestimmen einer gegenwärtigen dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Instrumentes aus dem digitalisierten Bild und dem dreidimensionalen Modell durch den Prozessor; Bestimmen der gegenwärtigen dreidimensionalen Position in Abhängigkeit von einer vorhergehenden Position des Punktes des chirurgischen Instrumentes in dem dreidimensionalen Modell und von der Position der Gefäße des in dem dreidimensionalen Modell dargestellten Gefäßsystems und Darstellung eines Bildes durch das Displaysystem, wobei das Bild den Punkt des chirurgischen Instrumentes in seiner gegenwärtigen dreidimensionalen Position wiedergibt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bildgebungsverfahren und eine Bildgebungseinrichtung, bei der interventionellen Radiologie. Ein Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein medizinisches Bildgebungsverfahren und eine entsprechende Einrichtung zur Darstellung in Echtzeit der Position eines in einem Objekt etwa in dem Gefäßsystem eines Patienten, befindlichen chirurgischen Instrumentes.

Allgemein betrachtet, beinhaltet das Prinzip der interventionellen radiologischen Vorgangsweisen für den Chirurgen, dass therapeutische Instrumente in den Arterien eines Objektes oder Patienten mit Hilfe einer medizinischen Bildgebungseinrichtung geführt und zum Eingriff gebracht werden. Diese medizinische Bildgebungseinrichtung erlaubt es, in Echtzeit zweidimensionale Bilder, die das Gefäßsystem und das therapeutische Instrument wiedergeben, zu akquirieren, zu verarbeiten und anzuzeigen. Diese zweidimensionalen Bilder ermöglichen es dem Chirurgen die jeweilige Lage des therapeutischen Instrumentes in dem Gefäßsystem festzustellen und das therapeutische Instrument leichter in den Arterien zu führen.

Die dargestellten zweidimensionalen (2D)-Bilder liegen aber in zwei Dimensionen vor, während das Gefäßsystem dreidimensional ist. Demgemäß fehlt dem Chirurgen die Koordination, die erforderlich ist, um die Lage des chirurgischen Instruments in dem Gefäßsystem mit höchst möglicher Präzision zu bestimmen.

Beim Stand der Technik wurden schon Einrichtungen und Verfahren zur medizinischen Bildgebung vorgeschlagen, die es erlauben, ein dreidimensionales (3D)-Bild anzuzeigen, das das therapeutische Instrument in seiner jeweiligen augenblicklichen Position zusätzlich zu dem Gefäßsystem darstellt. Die US-Patentschrift 6,317,621 beschreibt eine solche Einrichtung und ein solches Verfahren. Die medizinische Bildgebungseinrichtung beinhaltet ein Akquisitionssystem, ein Verarbeitungssystem und ein Displaysystem. Das Akquisitionssystem ist ein biplanares System, das die gleichzeitige Akquisition von zwei unter verschiedenen Winkeln akquirierten 2D-Bildern gestattet. Das Verarbeitungssystem erlaubt es, die gegenwärtige Position des therapeutischen Instrumentes in drei Dimensionen zu bestimmen. Um diese gegenwärtige Position zu bestimmen, berechnet das Verarbeitungssystem die 3D-Koordinaten (X, Y, Z) der jeweiligen Punkte des therapeutischen Instruments. Das Displaysystem erlaubt die Darstellung eines 3D-Bildes, das das therapeutische Instrument in seiner jeweiligen Position und das Gefäßsystem des Patienten wiedergibt. Um die 3D-Koordinaten der Punkte des therapeutischen Instrumentes zu berechnen, verwendet das Verarbeitungssystem zwei 2D-Bilder, die gleichzeitig unter verschiedenen Winkeln akquiriert wurden. Die gleichzeitige Akquirierung von zwei 2D-Bildern erfordert aber, dass der Patient hohen Dosen Röntgenstrahlen ausgesetzt wird. Diese hohen Röntgenstrahldosen sind für den Patienten schädlich. Außer dem verbleibt eine Ungewissheit bezüglich der berechneten 3D-Koordinaten. Die US-Patentschrift 6,389,104 beschreibt eine medizinische Bildgebung und eine zugeordnete Verfahrenseinrichtung, die es ermöglichen, ein 3D-Bild darzustellen, das das therapeutische Instrument in seiner gegenwärtigen Lage und das Gefäßsystem wiedergibt. Das Akquisitionssystem ist ein mit einer einzigen Ebene (single-plane) arbeitendes System, das es ermöglicht, ein 2D-Bild zu akquirieren. Die gegenwärtige Position des Instruments wird dadurch bestimmt, dass die 3D-Koordinaten der Punkte des therapeutischen Instrumentes aus dem das therapeutische Instrument und das Gefäßsystem wiedergebenden 2D-Bild berechnet werden. Dennoch gibt es aber kein exaktes mathematisches Verfahren, um die 3D-Koordinaten eines Punktes, ausgehend von einem einzigen 2D-Bild zu berechnen. Demgemäß zeigt das dargestellte 3D-Bild das therapeutische Instrument nicht in seiner tatsächlichen gegenwärtigen Position. Das dargestellte 3D-Bild zeigt das therapeutische Instrument vielmehr in seiner wahrscheinlichsten gegenwärtigen Position. Der Chirurg hat keine visuelle Information, die präzise die Wahrscheinlichkeit der Genauigkeit der dargestellten gegenwärtigen Position angibt.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bildgebungsverfahren und eine Bildgebungseinrichtung, die wenigstens einem der vorbeschriebenen Nachteile abhelfen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Bildgebungsverfahren, das es erlaubt, in Echtzeit, in einem ein Gefäßsystem eines Objektes, etwa eines Patienten, wiederge benden dreidimensionalen Modell auch die Stellung wenigstens eines Punktes eines in das Gefäßsystem eingeführten chirurgischen Instrumentes anzuzeigen, wobei die jeweilige gegenwärtige dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Instrumentes in dem Gefäßsystem abgeschätzt wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf einem zweidimensionalen Bild des Patienten eine Bestimmung eines Bereiches in der Nachbarschaft der Projektion des Punktes dessen Position zu bestimmen ist, auf das Bild vorgenommen. Dabei wird in Abhängigkeit von der Position der in dem dreidimensionalen Modell dargestellten Gefäße und/oder einer für den Punkt des chirurgischen Instruments vorher bestimmten dreidimensionalen Position ein Punkt in dem dreidimensionalen Modell bestimmt, der sich auf dem zweidimensionalen Bild in diese Nachbarschaft projiziert.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das geeignete Kodiermittel zur Implementierung des im Vorstehenden beschriebenen Verfahrens beinhaltet. Außerdem wird ein Befehlsträger zum Speichern des oben beschriebenen Computerprogramms angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Einrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, die jedoch ein rein illustratives und nicht beschreibendes Ausführungsbeispiel wiedergibt im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, in der bedeuten:
1 Eine Ausführungsform eines Bildakquisitions- und -verarbeitungssystems;
2 eine perspektivische Ansicht eines Röntgenbildakquisitionssystems;
3 ein Diagramm, das Röntgenemissionsmittel, Mittel zur Aufnahme von Röntgenaufnahmen und zwei Blutgefäße eines Gefäßsystems veranschaulicht;
4 ein Bild von verschiedenen Blutgefäßen des Gefäßsystems;
5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Bildgebungsverfahrens;
6, 7 und 8 Diagramme jeweils zur Veranschaulichung eines Schrittes zum Definieren neuer Randwerte bei dem Bildgebungsverfahren;
9 ein Diagramm, das zwei aus zwei 2D-Bildern gewonnene Zeilen wiedergibt, wobei die untere Zeile ein Segment und die obere Zeile zwei Segmente aufweist und
10 verschiedene Arten des Displays des Bildgebungsverfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bei einer interventionellen radiologischen Behandlung führt ein Chirurg das aktive Ende eines chirurgischen Instrumentes in ein zu behandelndes Gebiet in dem Körper eines Patienten ein, wobei er durch die Blutgefäße (Venen und Arterien) in dessen Gefäßsystem vordringt. Das chirurgische Instrument kann ein Katheter, ein Führungsdraht oder irgendein dem Fachmann bekanntes Instrument sein. Ein Katheter ist ein dünnes Röhrchen (2 bis 6mm Durchmesser) mit einer ungefähren Länge von einem Meter, das mittels eines bewegbaren und flexiblen strahlungsundurchlässigen Führungsdrahtes geführt wird.
Um die Platzierung des aktiven Endes des chirurgischen Elementes zu erleichtern, erlaubt es die Einrichtung in Echtzeit ein Ausgabebild darzustellen, das die gegenwärtige dreidimensionale (3D) Position des chirurgischen Instrumentes wiedergibt. Um die gegenwärtige 3D-Position des chirurgischen Instrumentes darzustellen, werden die 3D-Koordinaten (X, Y, Z) des chirurgischen Instrumentes aus einem 3D-Modelle des Gefäßsystems des Patienten und aus einem zweidimensionalen (2D) Bild berechnet. Das 3D-Modell des Gefäßsystems des Patienten ist ein dreidimensionales Bild, das die Blutgefäße des Organismus des Patienten darstellt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Wahl insoweit getroffen werden, dass entweder die gegenwärtige 3D-Position des ganzen chirurgischen Instrumentes oder die gegenwärtige 3D-Position bestimmter Punkte des chirurgischen Instrumentes dargestellt werden. So kann z.B. die Wahl getroffen werden, ein Ausgabebild darzustellen, das die gegenwärtige 3D-Position des aktiven Endes des chirurgischen Instrumentes wiedergibt. Die Wahl kann aber auch so getroffen werden, dass ein Ausgabebild dargestellt wird, welches die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes wiedergibt. Außerdem kann die Wahl so getroffen werden, dass ein Ausgabebild dargestellt wird, welches die aufeinanderfolgenden 3D-Positionen wiedergibt, die von dem Spitzenpunkt vom Beginn der interventionellen radiologischen Behandlung an eingenommen werden.
Bei der nachfolgenden Beschreibung und dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass lediglich die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instruments gesucht wird, das von dem Chirurgen während der interventionellen radiologischen Behandlung verwendet wird. Der Spitzenpunkt des chirurgischen Instrumentes entspricht dem Scheitelpunkt (Apex) des aktiven Endes des in das Gefäßsystem des Patienten eingeführten Instrumentes.
Im Weiteren folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Bildgebungseinrichtung. Bezugnehmend auf 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild die Bildgebungseinrichtung 1, die die Akquisition eines zweidimensionalen (2D) Bildes eines Objektes 6 und die Verarbeitung des akquirierten 2D-Bildes ermöglicht, um das Ausgabebild, das die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instruments wiedergibt, anzuzeigen. Die Einrichtung 1 beinhaltet ein Bildakquisitionssystem 2, ein Bildverarbeitungssystem 3 und ein Bilddisplaysystem 5.
Das Akquisitionssystem 2 gestattet es, ein 2D-Bild zu akquirieren, das das chirurgische Instrument und das Gefäßsystem in zwei Dimensionen wiedergibt. Das Akquisitionssystem weist einen in einer einzigen Ebene wirkenden (single-plane) Scanner auf. Das Bildakquisitionssystem 2 ist bspw. ein Ultraschall-Bildakquisitionssystem, ein Magnetresonanz-Bildgebungs(MRI)-Bildakquisitionssystem, ein Bildakquisitionssystem mit Photonen-Emissionssystem, ein Bildakquisitionssystem mit Photonen-Emissions-Tomographie (UPET), ein computerunterstütztes Tomographie-Bildgebungssystem (CAT), ein Positron-Emissions-Tomographie-Bildgebungssystem (PET) oder ein Röntgenbildakquisitionssystem.
Das Verarbeitungssystem 3 beinhaltet Bearbeitungsmittel, die Verarbeitungsverfahren anwenden können. Das Bildverarbeitungssystem 3 kann in dem Bildakquisitionssystem 2 integriert oder von dem Bildakquisitionssystem 2 getrennt sein. Das Verarbeitungssystem 3 weist bspw. einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Prozessor(en), einen oder mehrere Mikrocontroller, einen oder mehrere Mikrocomputer, einen oder mehrere programmierbare Automaten, einen oder mehrere integrierte Schaltung(en) für spezielle Anwendungen, andere programmierbare Schaltungen oder andere Vorrichtungen, einschließlich eines Computers, wie etwa einer Workstation auf. Das Verarbeitungssystem ist an Speichermittel 4 angekoppelt, die in dem Verarbeitungssystem 3 integriert oder von diesem getrennt sein können. Diese Speichermittel 4 erlauben es, insbesondere das 3D-Modell des untersuchten Gefäßsystems zu speichern.
Das Displaysystem 5 erlaubt es, ein die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instruments wiedergebendes Ausgabebild darzustellen. Diese gegenwärtige 3D-Position kann bspw. in dem Ausgabebild dem 3D-Modell des Gefäßsystems überlagert sein. Das Bilddisplaysystem 5 kann in dem Akquisitionssystem 2 oder in dem Verarbeitungssystem 3 integriert oder von dem Akquisitions- und dem Verarbeitungssystem 2 bzw. 3 getrennt sein.
Die prinzipielle Betriebsweise der in 1 veranschaulichten Einrichtung ist wie folgt: Das Bildakquisi tionssystem 2 übermittelt Akquisitionssignale zudem Objekt 6 und erzeugt Ursprungsprojektionsdaten. Die Ursprungsprojektionsdaten werden in ein 2D-Bild konvertiert, das das chirurgische Instrument und das Gefäßsystem in zwei Dimensionen wiedergibt. Dieses 2D-Bild wird dem Verarbeitungssystem 3 zugeführt, das es mit Mitteln verarbeitet, die für die Anwendung der jeweiligen Bildverarbeitungsverfahren geeignet sind. Insbesondere können die Verarbeitungsmittel das im Nachfolgenden beschriebene Bildgebungsverfahren implementieren. Dieses Bildgebungsverfahren erlaubt es, das Ausgabebild zu erhalten, das die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes, ausgehend von dem 3D-Modell und dem 2D-Bild, wiedergibt. Das Ausgabebild wird dann auf dem Displaysystem dargestellt. Alle N-Sekunden, wobei N ein gegebenes Zeitintervall (z.B. N = 10 Millisekunden) ist, akquiriert das Akquisitionssystem Projektionsdaten, um ein 2D-Bild zu gewinnen. Jedes 2D-Bild entspricht einer neuen gegenwärtigen Lage des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes. Die gegenwärtige Position des Spitzenpunktes wird in Echtzeit aus einem 2D-Bild und dem 3D-Modell bestimmt. Das die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes wiedergebende Ausgabebild wird somit alle N Sekunden regeneriert.
Bezugnehmend auf 2 ist dort eine Ausführungsform der Bildgebungseinrichtung nach 1 veranschaulicht. Diese Bildgebungseinrichtung beinhaltet das Akquisitionssystem 2, das Verarbeitungssystem 3, Speichermittel 4, das Displaysystem 5, einen Bilddigitalisierer 13 und eine Bildrekonstruktion 14.
Das Bildakquisitionssystem 2 ist ein Röntgenbildakquisitionssystem. Das Akquisitionssystem 2 beinhaltet Emis sionsmittel 7 in Gestalt einer Röntgenstrahlungsquelle, Mittel zur Aufnahme von radiographischen Bildern 8 und Trägermittel 9. Die Mittel zur Aufnahme radiographischer Bilder 8 sind z. B. ein ebener Sensor oder ein einer Kamera zugeordneter Helligkeitsverstärker. Die Emissionsmittel 7 und die Mittel 8 zur Aufnahme radiographischer Bilder sind an den Enden von Trägermitteln 9 befestigt, die bspw. die Gestalt eines halbkreisförmigen Armes aufweisen. Die Trägermittel 9 erlauben es die Emissionsmittel 7 und die Mittel 8 zur Aufnahme photographischer Bilder bezüglich des Patienten 6 zu positionieren.
Das Verarbeitungssystem 3 enthält Bildverarbeitungsmittel 10, eine Motorsteuerung für den Träger 11 und eine Röntgenstrahlungssteuereinrichtung 12. Die Motorsteuerung der Trägermittel 11 steuert die Geschwindigkeit und Position der Trägermittel 9. Die Röntgenstrahlungssteuereinrichtung 12 liefert die Leistung und die Synchronisationssignale an die Röntgenstrahlungsquelle 7. Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verarbeitungssystem 3 eine (nicht dargestellte) Lesevorrichtung, bspw. ein Floppy-Disk Laufwerk oder ein CD-ROM Laufwerk, um die (im Nachfolgenden beschriebenen) Befehle für das jeweilige Bildgebungsverfahren aus einem (nicht dargestellten) Befehlsträger, etwa einem Floppy-Disk oder einer CD-ROM auszulesen. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung führen die Verarbeitungsmittel 3 die in (nicht dargestellter) Software gespeicherten (im Weiteren beschriebenen) Befehle des jeweiligen Bildgebungsverfahrens aus.
Die Speichermittel 4 sind z.B. Read-Only-Speicher (ROM) und Random Access Speicher (RAM). Das Displaysystem 6 kann z.B. ein Computerbildschirm, ein Monitor, ein Flachbild schirm, ein Plasma-Bildschirm oder irgendeine andere Art eines bekannten Displaysystem sein. Der Bilddigitalisierer 13 ist ein Datenakquisitionssystem (DAS). Das DAS sampelt die Analogsignale und konvertiert diese in Digitalsignale. Die Bildrekonstruktion 14 gestattet es, ein 2D-Bild aus einer Vielzahl von Digitaldaten zu erstellen. Das DAS 13 und die Bildrekonstruktion 14 können in das Verarbeitungssystem integriert oder von diesem getrennt sein.
Während der Akquisition eines radiologischen 2D-Bildes projizieren die Emissionsmittel 7 eine Röntgenstrahlung 20 auf die Bildaufnahmemittel 8. Die Bildaufnahmemittel 8 detektieren alle projizierten, durch den Patienten 6 durchgehenden Röntgenstrahlen und erzeugen elektrische Signale, die zu dem DAS 13 übermittelt werden. Das DAS 13 sampelt die von den Bildaufnahmemitteln empfangenen elektrischen Analogsignale und konvertiert diese in Digitalsignale. Die Bildrekonstruktion 14 empfängt die gesampelten und digitalisierten Daten von dem DAS 13 und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion des 2D-Bildes durch. Das rekonstruierte 2D-Bild wird als Ausgangsgröße in die Verarbeitungsmittel 10 eingegeben, die das 2D-Bild in den Speichermitteln 4 abspeichern. Die Verarbeitungsmittel 10 sind so programmiert, dass sie das unten beschriebene Bildgebungsverfahren durchführen und das 2D-Bild von der Bildrekonstruktion weiter verarbeiten. Das von den Verarbeitungsmitteln erhaltene Ausgabebild wird auf dem Displaysystem dargestellt.
Es folgt nun eine Beschreibung des Bildgebungsverfahrens, das ein Ausgabebild liefert, welches die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes wiedergibt. Das Bildgebungsverfahren benötigt als Eingangsgröße das 3D-Modell des Gefäßsystems. Um das 3D-Modell zu erhalten, können alle an sich bekannten Verfahren, bspw. das in der US-Patentschrift 6,389,104 beschriebene Verfahren, verwendet werden. Das 3D-Modell des Patienten kann auch durch ein Tomographie-Verfahren, das die Akquisition eines Teils eines Patienten (z.B. des Leibes) schichtweise oder dank eines zwei-ebenigen (biplanen) Scanners, der die gleichzeitige Akquisition von zwei 2D-Bildern unter zwei verschiedenen Winkeln ermöglicht, erhalten werden.
Ein Schritt des Verfahrens beinhaltet das Akquirieren und Digitaliseren eines 2D-Bilds. Ein anderer Schritt des Verfahrens beinhaltet das Bestimmen der 2D-Position des Spitzenpunktes in dem 2D-Bild, das von dem Akquisitionssystem akquiriert wurde. Um den Spitzenpunkt des chirurgischen Instrumentes in dem 2D-Bild zu lokalisieren, können alle an sich bekannten Verfahren verwendet werden. So kann z.B. ein sogenanntes Region Growth Verfahren Verwendung finden. Diese Verfahren beinhalten eine morphomathematische Vorverarbeitung (Expansion, Erosion und deren Kombination, wie Öffnen und Schließen, Grenzwertbildung), um ein binäres Bild zu erhalten und eine Nachverarbeitung, um das Bild zu glätten, etc..
Ein anderer Schritt des Verfahrens beinhaltet die Bestimmung der Akquisitionsgeometrie, die der präzisen Position der Emissionsmittel 7 und der Mittel zur Aufnahme radiographischer Bilder 8 bezüglich des akquirierten 3D-Objekts entspricht, d.h. der Position des Akquisitionssystems relativ zu dem Patienten 6 während der 2D-Bildakquisition. Um die Akquisitionsgeometrie zu bestimmen, können auch an sich bekannte Verfahren verwendet werden. Die Bestimmung der Akquisitionsgeometrie erlaubt es, zwei der drei Koordinaten zu bestimmen, die die gegenwärtige 3D-Position des Spitzen punktes definieren (die X- und Y-Koordinaten). Ein Beispiel eines Verfahrens, das die Bestimmung der Akquisitionsgeometrie gestattet: Berechnen einer Anzahl Bilder, die Projektionen des 3D-Modells auf eine Projektionsebene bei verschiedenen Positionen und Orientierungen des 3D-Modells bezüglich der Projektionsebene wiedergeben und Vergleichen der Projektionsbilder mit dem akquirierten 2D-Bild, um ein Projektionsbild zu finden, das auf das akquirierte 2D-Bild überlagert werden kann. Die Position und Orientierung des Patienten während der Akquisition des 2D-Bildes entspricht dann der Position und Orientierung des 3D-Modells während der Berechnung des Projektionsbildes, das auf das akquirierte 2D-Bild überlagert werden kann.
Zu bemerken ist, dass wegen mechanischer Ungenauigkeiten, einer möglichen Bewegung des Patienten während der Akquisition des 2D-Bildes oder darüberhinaus wegen einer möglichen Deformierung der Gefäße durch das chirurgische Instrument, der Akquisitionsgeometrie eine gewisse Unbestimmtheit anhaftet. Dieser Fehler in der Akquisitionsgeometrie wird während eines der Schritte die die Bestimmung der 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Elementes ermöglichen, berücksichtigt.
Sobald die Verarbeitungsmittel das 3D-Modell berechnet, das chirurgische Instrument in dem 2D-Bild lokalisiert und die Akquisitionsgeometrie bestimmt haben, implementieren die Verarbeitungsmittel die nachfolgenden Schritte des Bildgebungsverfahrens um die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes zu bestimmen.
Wie aus 3 zu entnehmen, ist sobald die Akquisitionsgeometrie bestimmt ist, bekannt, dass der Spitzenpunkt des Instrumentes irgendwo auf einer Achse 21 liegt, die die Emissionsmittel 7 mit den Mitteln 8 zur Aufnahme radiographischer Bilder verbindet. Da die in dem akquirierten 2D-bild enthaltene Information nicht ausreicht, um die 3D-Koordinaten des Spitzenpunktes zu bestimmen, werden bestimmte Bedingungen vorgegeben, die von dem Spitzenpunkt erfüllt werden müssen, um dessen gegenwärtige 3D-Position zu bestimmen. Diese Bedingungen sind die Folgenden: (1) Die Position des Spitzenpunktes hängt ab von der Position des Blutgefäßes in dem dreidimensionalen Modell: Der Spitzenpunkt des chirurgischen Elements liegt nicht willkürlich auf der Achse, sondern ist in einem Blutgefäß 22, 23 lokalisiert und/oder (2) die gegenwärtige Position des Spitzenpunktes hängt ab von der vorhergehenden Position des Spitzenpunktes: Die Bewegung des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes ist kontinuierlich; mit anderen Worten, wenn die Akquisition eines 2D-Bildes zu dem Zeitpunkt t zeitlich nahe bei der Akquisition eines 2D-Bildes zu dem Zeitpunkt t–1 liegt, befindet sich die 3D-Position des Spitzenpunktes zum Zeitpunkt t räumlich nahe bei der 3D-Position des Spitzenpunktes zu dem Zeitpunkt t–1.
Jedes neu akquirierte 2D-Bild entspricht der Projektion des Gefäßsystems auf die Mittel 8 zur Aufnahme radiographischer Bilder. Für jedes neu akquirierte 2D-Bild wird eine Achse 21, die die Emissionsmittel 7 mit der Projektion auf die Mittel 8 zur Aufnahme radiographischer Bilder des Spitzenpunktes verbindet, betrachtet. Diese Achse erlaubt es, die Kote Z (Z-Achse) eines orthonormierten Bezugswertes mit der Abszisse X und der Ordinate Y zu bestimmen. Rings um die Achse 21 wird ein Ensemble von Voxeln 67 betrachtet. Dieses Ensemble von Voxeln 67 entspricht den Punkten des Gefäßsystems, die in der Nachbarschaft der 2D-Position des Spit zenpunktes sich auf das 2D-Bild projizieren.
Für jeden ganzzahligen Wert der Z-Koordinate (wobei die Z-Achse parallel zur optischen Achse 21 verläuft) wird in dem Ensemble von Voxeln 67 eine Nachbarschaft von R Voxeln betrachtet, wobei R eine ganze Zahl ist. Dadurch dass eine Nachbarschaft von R Voxeln rings um die Achse 21 betrachtet wird, wird der Fehler in der Akquisitionsgeometrie berücksichtigt.
Jedes Voxel der Achse 21 entspricht einem Grauwert zwischen 0 und 255. Für jedes Voxel der Achse 21 wird ein ganzzahliger Wert in einer Punktezeile 24 gespeichert, die eine Folge von Punkten aufweist (ein Voxel auf der Achse 21 entspricht jeweils einem Punkt auf der Punktezeile), wobei dieser Wert ist: Gleich dem maximalen Grauwert der Voxel der Nachbarschaft 25, wenn die Nachbarschaft 25 der Voxel ein Blutgefäß 22 schneidet oder gleich 0, wenn die Nachbarschaft von Voxeln 26 kein Blutgefäß schneidet. Indem die Werte der Zeile 24, die Voxelnachbarschaften entsprechen, welche kein Blutgefäß schneiden, auf Null gesetzt werden, muss der Spitzenpunkt in den Blutgefäßen lokalisiert bleiben.
Die fehlende Information ist die Position des Spitzenpunktes auf der Zeile 24: Es kann zwar ein die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes beinhaltendes Segment bestimmt werden, aber nicht die genaue gegenwärtige 3D-Position. Jedes neu akquirierte 2D-Bild entspricht einer neuen Position des Spitzenpunktes. Für jedes neu akquirierte 2D-Bild wird eine Zeile 24 erzeugt, wodurch ein als eine „gekrümmte Schicht" (curved slice) genanntes kleines Bild 40 erzeugt wird, wie dies in 4 veranschaulicht ist.
Zu dem Zeitpunkt t=0 werden ein erstes 2D-Bild akquiriert und eine erste Zeile 27 erzeugt. Diese Zeile enthält erste, zweite und dritte Segmente 28, 29, 30, die ersten, zweiten und dritten Blutgefäßen 31, 32, 33 entsprechen, in denen der Spitzenpunkt möglicherweise liegt. Zum Zeitpunkt t=1 werden ein zweites 2D-Bild akquiriert und eine zweite Zeile 34 erzeugt, worauf in der gleichen Weise fortgefahren wird.
Im weiteren Verlauf der Akquisitionen werden gewisse Segmente, die möglicherweise den Spitzenpunkt des chirurgischen Instrumentes enthalten, verworfen. So sind z.B. zu dem Zeitpunkt t=8 das erste und das zweite Segment 28 bzw. 29, die einem ersten und einem zweiten Blutgefäß 31 bzw. 32 entsprechen in der erzeugten Zeile nicht mehr vorhanden. Zur Bestimmung der gegenwärtigen 3D-Position des Spitzenpunktes werden aber die vorhergehenden Positionen in Betracht gezogen. Deshalb ist sicher, dass zu t=8 der Spitzenpunkt des chirurgischen Elementes in dem Gefäß 33 liegt.
Einige Blutgefäße können ineinander münden und eine Doppeldeutigkeit 35 erzeugen, d.h. eine Schnittstelle, bei der das chirurgische Instrument verschiedene Wege 36, 37 einschlagen kann. In diesem Falle liegt wiederum eine Unsicherheit bezüglich des den Spitzenpunkt enthaltenden Segmentes vor. Eine Ausführungsform des Bildgebungsverfahrens ermöglicht es, diese Doppeldeutigkeiten, die wegen der Vielzahl von Blutgefäßen, die auf den jeweils gleichen Punkt des 2D-Bildes projiziert werden können, unvermeidbar sind, handzuhaben und darzustellen.
Es folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform des Bildgebungsverfahrens zur Bestimmung der gegenwärtigen 3D- Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes. Beim Initialisieren des Verfahrens oder nachdem der Chirurg eine abrupte Bewegung des chirurgischen Instruments bewirkt hat, werden alle möglichen 3D-Positionen über die gesamte Zeile gesucht: Jedes Segment der Zeile, das einen Punkt mit einem Wert, der höher ist als ein fester Intensitätsgrenzwert enthält, beinhaltet möglicherweise den Spitzenpunkt des chirurgischen Instrumentes. Wenn eine genügend naheliegende vorhergehende Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instrumentes bekannt ist, wird die Suche nach möglichen gegenwärtigen 3D-Positionen eingeschränkt und es werden die folgenden Schritte ausgeführt: Auffinden eines Startpunkts unter Betrachtung des Segmentes des vorhergehenden Position der Instrumentenspitzenpunktes; Suchen nach den Grenzen, ausgehend von diesem Punkt; Suchen nach neuen Zweigen, die in diesem Segment beginnen; Wiederholen der vorhergehenden Schritte für jedes Segment der vorherigen Zeile; Unterdrücken alle neuen Zeilensegmente mit Grauwertpunkten, die unterhalb eines festen Grenzwertes liegen; Fusionieren der Segmente der neuen Zeile; und Abschätzen der Glaubwürdigkeit der Segmente, in denen der Instrumentenspitzenpunkt möglicherweise gefunden werden kann.
5 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Bildgebungsverfahrens. Jedes neu akquirierte 2D-Bild entspricht einer neuen Position des Spitzenpunktes. Der erste Schritt des Verfahrens beinhaltet das Akquirieren des 2D-Bildes und dessen Digitalisierung. Als nächstes wird die Akquisitionsgeometrie bestimmt und sodann werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt.
Bei einem Schritt 410 wird eine Achse 21 gezogen, die die Emissionsmittel 7 mit der 2D-Projektion auf den Auf nahmemitteln 8 für radiographische Bilder des Spitzenpunktes verbindet und die entsprechende Zeile 24 wird berechnet. Wenn das akquirierte 2D-Bild das erste akquirierte Bild ist (Initialisierung) oder wenn die vorhergehende Position des Spitzenpunktes zu weit von der gegenwärtigen Position entfernt ist, wird ein Schritt 420 ausgeführt. Bei diesem Schritt 420 wird die Zeile 24 nach einer Funktion bearbeitet, die als erste Zeilenfunktion bezeichnet wird. Diese erste Zeilenfunktion berechnet die wahrscheinlichste Position des Spitzenpunktes. Mit anderen Worten, die erste Zeilenfunktion bestimmt aus den Zeilensegmenten dasjenige das den Spitzenpunkt am Wahrscheinlichsten enthält.
Sodann werden für jedes Zeilensegment die nachfolgenden Schritte ausgeführt. Bei einem Schritt 430 wird für die behandelten Segmente ein neuer Startpunkt bestimmt. Dieser Startpunkt wird nach gewissen, im Nachfolgenden beschriebenen Kriterien gewählt.
Bei einem Schritt 440 werden die Grenzen des Segmentes gesucht. Diese Grenzen sind die Punkte der Segmentenden. Zur Berechnung der neuen Grenzen des Segmentes werden der Startpunkt des Segmentes zusammen mit gewissen, im Nachfolgenden beschriebenen Kriterien verwendet.
Bei einem Schritt 450 werden neue, zu der Zeile hinzuzufügende Segmente gesucht. Ein neues Segment wird der Zeile gemäß gewissen, im Nachfolgenden beschriebenen Kriterien hinzugefügt.
Bei einem Schritt 460 werden die Segmente durch Erzeugen einer Baumstruktur sortiert. Die Segmente werden längs der Z-Achse sortiert und mit den Segmenten der vorhergehen den Zeile verlinkt.
Bei einem Schritt 470 wird eine Segmentüberprüfung vorgenommen. Gemäß den im Nachfolgenden beschriebenen Kriterien werden gewisse Segmente fusioniert und andere unterdrückt.
Bei einem Schritt 480 wird die Glaubwürdigkeit der Zeilensegmente abgeschätzt, wobei die Zweckdienlichkeit der dargestellten Ergebnisse unter Verwendung eines Farbcodes angezeigt wird. So wird zum Beispiel ein Segment der Zeile, in dem eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass es den Spitzenpunkt enthält, grün dargestellt, während ein Segment, in dem die Wahrscheinlichkeit, dass es den Spitzenpunkt enthält gering ist, gelb dargestellt wird. Vor der Darstellung werden die Ergebnisse mit einer Glättungsfunktion verarbeitet, um die Displayqualität zu erhöhen.
Bei einem Schritt 490 werden die Ergebnisse auf Displaymitteln dargestellt.
Zu bemerken ist, dass bestimmte Schritte des Verfahrens sequentiell oder parallel ausgeführt werden können. Es können auch gewisse Schritte in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
Im Nachfolgenden wird die Suche nach dem Startpunkt eines Segmentes beschrieben. Der Startpunkt 50 des Segmentes ist der Punkt maximalen Grauwerts in dem Segment. Um diesen Startpunkt 50 zu finden, werden die von den Grenzen des Segmentes auf der vorhergehenden Zeile definierten Grenzwerte betrachtet.
Im Nachfolgenden wird die Suche nach den neuen Grenzen eines Segmentes beschrieben. Der Schritt der Suche nach neuen Grenzen ist bezugnehmend auf die 6 bis 8 veranschaulicht. Diese Figuren sind Diagramme, die die Intensität der Punkte einer Zeile in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Position längs der Zeile (Z-Koordinate) wiedergeben. Es wird eine Zeile des „gekrümmten Schicht"-Bildes mit einem gegebenen Startpunkt 50 betrachtet. Es werden die beiden Grenzen gesucht. Die Suche nach jeder Grenze geschieht in der folgenden Weise: Von dem Startpunkt 50 des Grauwerts V aus bewegt man sich Punkt um Punkt längs der Zeile bis eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (a) Der erreichte Grauwert des Punktes 52 liegt unter einem ersten festen Wert 53 (6) oder (b) der erreichte Grauwert des Punktes 54 ist größer als die Summe des von dem Startpunkt 50 aus erreichten minimalen Grauwerts 56 plus einem zweiten festen Wert 55 (7). Wenn eine der vorhergehenden beiden Bedingungen (a) und (b) erfüllt ist, entsprechen die neuen Grenzen 58, 59 dem letzten erreichten Punkt 57 mit einem Grauwert der größer ist als der erste Wert im Fall (a) und dem erreichten Punkt 56 mit dem minimalen Grauwert in dem Fall (b) (vergleiche 8).
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf das Hinzufügen eines neuen Segmentes. Ein neues Segment 60 wird zu der gegenwärtigen Zeile 61 auf einer Seite des vorhandenen Segments 62 in zwei Fällen hinzugefügt: (a) Die neue Grenze 63 des vorhandenen Segments 62 der gegenwärtigen Zeile (61) ist auf dieser Seite kleiner als die Grenze 64 des vorhandenen Segmentes in der vorhergehenden Zeile 65 (was bedeutet, dass der die neue Grenze auf dieser Seite definierenden Punkt in dem vorhandenen Segment der vorhergehenden Zeile enthalten ist) und die Grenze auf dieser Seite entspricht dem erreichten Punkt 56 minimalen Grauwerts (Fall (b)) bei dem Schritt der Bestimmung neuer Grenzen oder (b) die neue Grenze 63 des vorhandenen Segments 62 ist auf dieser Seite kleiner als die Grenze 64 des vorhandenen Segments in der vorhergehenden Zeile 65 und der Abstand 60 zwischen der alten und der neuen Grenze ist auf dieser Seite groß und ein Punkt 66 in diesem Abstand hat einen Grauwert, der größer ist als ein fester Grenzwert.
Bezugnehmend auf 9 ist dort ein Beispiel des Falles veranschaulicht, in dem eine neues Segment hinzugefügt wurde. Wie zu ersehen, ist die linke Grenze der neuen Zeile weiter, als die linke Grenze der vorhergehenden Zeile. Auf der linken Seite ist kein Raum zum Hinzufügen eines neuen Segments. Auf der anderen Seite ist die rechte Grenze der neuen Zeile kleiner als die rechte Grenze der vorhergehenden Zeile. Es ist ein freier Raum vorhanden, der für ein neues Segment benutzt werden kann. Wenn ein neues Segment aufgefunden wird, werden neue Grenzen gesucht, indem der vorstehend beschriebene Schritt zur Auffindung neuer Grenzen ausgeführt wird.
Es folgt eine Beschreibung einer Baumstruktur. Auf jeder Zeile gibt es mehrere Segmente, in denen der Spitzenpunkt des Instrumentes möglicherweise liegen kann. Die Baumstruktur macht es möglich, einen möglichen Pfad zeitabhängig zu verfolgen. Jedem neu gefundenen Segment wird ein eindeutiges Label oder Etikett zugeordnet, das dem entsprechenden Segment in der nachfolgenden Zeile übermittelt wird. Das Label seines "Vaters" wird in den Speichermitteln gespeichert, d. h. das Label, das dem gegenwärtigen Zeilensegment der vorhergehenden Zeilensegmente entspricht, wird in den Speichermitteln abgespeichert.
Es folgt eine Beschreibung einer Segmentunterdrückung. Ein Segment wird in Abhängigkeit des maximalen Grauwerts der Punkte dieses Segmentes unterdrückt. Wenn der Punkt des Segments maximalen Grauwerts tiefer liegt, als eine fester Grenzwert, wird das Segment unterdrückt.
Es folgt eine Beschreibung der Fusion zweier Segmente. Zwei benachbarte Segmente einer Zeile können fusioniert werden. Um dies zu tun, wird für jedes Segment der Punkt maximalen Grauwerts gesucht. Als nächstes wird der Punkt minimalen Grauwerts zwischen diesen beiden Punkten mit maximalem Grauwert gesucht. Sodann werden die Differenzen zwischen dem Grauwert des Punktes minimalen Grauwerts und den Grauwerten der beiden Punkte maximalen Grauwerts betrachtet. Wenn eine dieser Differenzen kleiner ist als eine fester Grenzwert, werden die beiden Segmente fusioniert.
Es folgt eine Beschreibung der Abschätzung der Zweckdienlichkeit von Segmenten, die möglicherweise den Spitzenpunkt des chirurgischen Instrumentes enthalten. Es kann beispielsweise mit dem durchschnittlichen Grauwert der Voxel des jeweiligen Segmentes eine "Glaubwürdigkeitsbewertungsliste" aufgestellt werde, die es ermöglicht, die Stichhaltigkeit der Gegenwart des Spitzenpunktes des chirurgischen Instruments in dem Segment abzuschätzen. Diese Glaubwürdigkeitsbewertungsliste kann dem Bediener über einen Farbkode angezeigt werden. Die Segmente, deren Glaubwürdigkeitslistenplatz kleiner ist als ein fester Grenzwert, können in dem Ausgabebild auch nicht dargestellt werden.
Es folgt eine Beschreibung der Glättung des Ergebnisses. Während des Glättungsschrittes wird die Mitte des Segments dargestellt. Veränderungen längs der Z-Achse zwischen einer Zeile und der nachfolgenden Zeile werden einer Grenzwertbehandlung unterworfen, aber lediglich für das Display und um dessen Qualität zu verbessern. Dieser Grenzwert kann sich mit der Amplitude von Änderungen längs der Z-Achse ändern. Der Grenzwert nimmt zu, wenn die vorhergegangenen Änderungen groß sind. Sonst nimmt der Grenzwert ab.
Es folgt eine Beschreibung der Visualisierung des Ergebnisses einer Ausführungsform des Verfahrens. Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, die gegenwärtige 3D-Position des Spitzenpunktes des chirurgischen Instruments, ausgehend von einem 2D-Bild und einem 3D-Modell zu bestimmen. Das Ergebnis kann dargestellt werden in Form von: Einer 3D-Ansicht 100 mit Volumenrendering; einem curved slice-Bild 110 mit Doppeldeutigkeiten; oder einer Projektion maximaler Intensität 120.
Eine Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens und der beschrieben Bildgebungseinrichtung erlauben es, den Chirurgen dabei zu unterstützen, das aktive Ende des chirurgischen Instruments während eines Eingriffs in dem zu behandelnden Gebiet zu platzieren. Eine Ausführungsform des Verfahrens und der Bildgebungseinrichtung machen es außerdem möglich, die gegenwärtige 3D-Position eines Punktes des Instruments oder aller Punkte des Instruments zu bestimmen. Darüber hinaus verändern sich bei der Bewegung eines in einer Ebene wirkenden (single-plane) Scanners des Akquisitionssystems zwischen zwei Akquisitionen eines 2D-Bildes die Schritte des Bildgebungsverfahrens nicht, weil die Bewegung des in einer Ebene wirkenden Scanners einer Bewegung des Patienten gleichgestellt werden kann. Schließlich gibt es keine Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens, das zur Gewinnung des 3D-Modells des Gefäßsystems verwendet wird.
Eine Ausführungsform des Verfahrens kann auch andere Funktionalitäten wie die oben beschriebenen anbieten. So kann das Verfahren zum Beispiel anbieten: Einen anderen Winkel, wenn eine Doppeldeutigkeit vorliegt, was bedeutet, dass es beim Vorliegen einer Doppeldeutigkeit die Akquisition von zwei 2D-Bildern unter verschiedenen Winkeln zur Bestimmung der gegenwärtigen 3D-Position des Instruments vorschlagen kann; Kollimierung um den verfolgten Punkt oder die verfolgten Punkte des chirurgischen Instrumentes, um den zu dem Patienten hin ausgestrahlten Röntgenstrahlungspegel abzusenken; und bessere Fehlersicherheit (Fehler, die den Patienten, die Projektion, etc. betreffen) indem der Fehler dynamisch dadurch korrigiert wird, dass die jeweils vorhergehende Position zur Bestimmung der gegenwärtigen Position berücksichtigt wird.
Schließlich kann eine Ausführungsform des Verfahrens in einem Akquisitionssystem verwendet werden, das einen biplanaren (zwei-ebenigen) Scanner beinhaltet, um damit die Qualität der bei dieser Art von Akquisitionssystemen erreichten Ergebnisse zu verbessern.
Die Berechnungen der gegenwärtigen dreidimensionalen (3D)-Position der Instrumentenspitze aus einem zweidimensionalen (2D)-Bild berücksichtigen zwei Bedingungen: Eine Beschränkung auf die Position des Punktes der Spitze des chirurgischen Instruments (der in einem Blutgefäß liegen muss) und die Kontinuität der Bewegung des Instrumentes (wenn eine zu dem Zeitpunkt t akquiriertes 2D-Bild zeitlich nahe einem zu dem Zeitpunkt t–1 akquirierten Bild liegt, befindet sich die 3D-Position des Instrumentenpunktes zum Zeitpunkt t räumlich nahe bei der Instrumentenposition zum Zeitpunkt t–1).
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können beinhalten: Die Bedingung für die Position von Gefäßen bei dem Auswahlschritt besteht darin, dass der in dem dreidimensionalen Modell gewählte Punkt in einem Blutgefäß liegen muss; die Bedingung für die vorher bei dem Auswahlschritt abgeschätzte dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Instruments besteht darin, dass der Punkt in dem dreidimensionalen Modell so gewählt ist, dass er räumlich nahe an der vorher abgeschätzten dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Elements liegt. Eine Ausführungsform des Verfahrens kann die Berechnung der Wahrscheinlichkeit beinhalten, dass die dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Elementes der Position des Punktes entspricht, der in dem dreidimensionalen Modell ausgewählt ist.
Eine Ausführungsform des Verfahrens kann außerdem die Darstellung des in dem dreidimensionalen Modell ausgewählten Punktes in einer Farbe in Abhängigkeit von der jeweiligen berechneten Wahrscheinlichkeit beinhalten.
Eine Ausführungsform des Verfahrens kann bei dem Auswahlschritt das Erzeugen einer eine Folge von Punkten enthaltenden Punktezeile beinhalten, wobei jeder Punkt der Punktezeile einem der Punkte entspricht, die sich in die vorgenannte Nachbarschaft projizieren; der Grauwert der Punkte der Punktezeile, die nicht zu einem Blutgefäß gehören, wird auf Null gesetzt, derart, dass die Punktezeile Segmente von Punkten mit Grauwerten aufweist, die größer als Null sind, wobei jedes Segment einem Teil eines Blutgefäßes des Gefäßsystems entspricht. Eine Ausführungsform des Verfahrens kann beinhalten, dass bei dem Auswahlschritt ein Startpunkt für ein Segment der Punktezeile gesucht wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt das Suchen nach Grenzen für ein Segment der Punktezeile beinhalten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt das Hinzufügen eines neuen Segmentes in der Zeile beinhalten, wenn das vorhandene Segment der Zeile bestimmte Kriterien erfüllt. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt das Sortieren der Segmente der Punktezeile in Abhängigkeit von der jeweiligen Position auf der Punktezeile und der jeweiligen Position der Segmente einer vorhergehenden Zeile verarbeiteter Punkte beinhalten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt das Löschen von Segmenten der Zeile in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien beinhalten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt das Verschmelzen von benachbarten Segmenten in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien beinhalten. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Auswahlschritt eine Bewertung der Segmente der Zeile beinhalten, wobei die Bewertung in der Zuordnung einer Farbe zu jedem Segment in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit besteht, dass es den Punkt der Instrumentenspitze enthält.
Darüberhinaus ist zu bemerken, dass, wenngleich eine Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, es sich für den Fachmann doch versteht, dass zahlreiche Veränderungen hinsichtlich der Funktion und/oder der Ausbildung und/oder des jeweiligen Ergebnisses vorgenommen werden können und auch Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können auch zahlreiche Abwandlungen der Lehre der Erfindung zur Anpassung an eine spezielle Situation oder ein spezielles Material vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist die Erfindung nicht durch die spezielle, gegenwärtig als beste Art der Ausführung der Erfindung betrachtete, beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern die Erfindung umfasst alle Ausführungsformen, die im Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen. Schließlich bedeutet die Verwendung der Ausdrücke „erster", „zweiter", etc. keine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern die Ausdrücke „erster", „zweiter", etc. werden vielmehr dazu benutzt, ein Element oder ein Merkmal von einem anderen zu unterscheiden. Endlich bedeutet die Verwendung der Ausdrücke „ein", „eine", etc. keine mengenmäßige Beschränkung, sondern sie gibt lediglich das Vorhandensein wenigstens eines der in Bezug genommenen Elemente oder Merkmale an.

Claims

Verfahren zur bildlichen Darstellung in Echtzeit in einem dreidimensionalen Modell der jeweiligen Position wenigstens eines Punkte seines chirurgischen Instrumentes, der in einem Gefäßsystem eines Objektes liegt, wobei eine gegenwärtige dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Elementes in dem Gefäßsystem (6) abgeschätzt wird, beinhaltet und: – Bestimmen auf einem zweidimensionalen Bild des Objektes eines Bereiches in der Nachbarschaft der Projektion eines Punktes auf dieses Bild, dessen Position abgeschätzt werden soll; und – Auswählen in Abhängigkeit von der Position der in dem dreidimensionalen Modell wiedergegebenen Position der Gefäße (22, 23) oder von einer vorher bestimmten dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Instrumentes, eines Punktes in dem dreidimensionalen Modell, der sich auf dem zweidimensionalen Bild in die Nachbarschaft projiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bedingung für die Position der Gefäße (22, 23) bei dem Auswahlschritt darin besteht, dass der Punkt in dem dreidimensionalen Modell ausgewählt wird, das in einem Blutgefäß angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bedingung bei dem Auswahlschritt für die vorher geschätzte dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Elemen tes darin besteht, dass der Punkt in dem dreidimensionalem Modell ausgewählt wird, das räumlich nahe bei der vorher geschätzten dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Elementes liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Berechnen einer Wahrscheinlichkeit beinhaltet, dass die dreidimensionale Position des Punktes des chirurgischen Elementes der Position des Punktes entspricht, der in dem dreidimensionalen Modell ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch, das das Darstellen des in dem dreidimensionalen Modell ausgewählten Punktes in einer Farbe, abhängig von der berechneten Wahrscheinlichkeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Auswahlschritt (410) das Erzeugen einer eine Folge von Punkten enthaltenden Punktezeile (24) beinhaltet, wobei jeder Punkt der Punktezeile (24) einem der Punkte entspricht, die sich in die Nachbarschaft projizieren.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Grauwert der Punkte der Punktezeile (24), die nicht zu einem Blutgefäß (22, 23) gehören, auf Null gesetzt wird, derart, dass die Punktezeile (24) Segmente von Punkten (28, 29, 30) von Grauwerten, die größer als Null sind enthält, wobei jedes Segment (28, 29, 30) einem Blutgefäßteil (22, 23) des Gefäßsystems entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (430) zur Suche eines Startpunkts (50) für ein Segment (28, 29, 30) auf der Punktezeile (24) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (440) zum Suchen von Grenzen (58, 59) für ein Segment der Punktezeile beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (450) des Hinzufügens eines neuen Segmentes (60) auf der Zeile beinhaltet, wenn das vorhandene Segment (62) der Zeile (61) bestimmte Kriterien erfüllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (460) des Sortierens der Segmente (28, 29, 30) der Punktezeile (24) in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Position auf der Punktezeile (24) und der Position der Segmente einer vorhergehenden Zeile verarbeiteter Punkte beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (470) zum Löschen von Segmenten der Zeile in Abhängigkeit von gewissen Kriterien beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (470) des Verschmelzens benachbarter Segmente in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem der Auswahlschritt einen Schritt (480) der Bewertung der Segmente der Zeile beinhaltet, wobei die Bewertung in der Zuordnung einer Farbe zu jedem Segment in Abhän gigkeit von der Wahrscheinlichkeit besteht, dass es den Punkt der Instrumentenspitze enthält.
Bildgebungseinrichtung (1) zum Display in Echtzeit in einem ein Gefäßsystem eines Objektes wiedergebenden dreidimensionalen Modell der Position wenigstens eines Punkts eines chirurgischen Instrumentes, der in dem Gefäßsystem liegt, die aufweist: – Mittel zur Abschätzung der gegenwärtigen dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Instrumentes in dem Gefäßsystem des Patienten, wobei die Abschätzmittel aufweisen: – Mittel (10) zur Bestimmung auf einem zweidimensionalen Bild des Objektes eines Gebietes in der Nachbarschaft der Projektion des Punktes, dessen Position abgeschätzt werden soll, auf dieses Bild; und – Mittel, um in Abhängigkeit der Position der in dem dreidimensionalen Modell wiedergegebenen Gefäße (22, 23) und/oder in Abhängigkeit von einer geschätzten früheren dreidimensionalen Position des Punktes des chirurgischen Elementes, einen Punkt in dem dreidimensionalen Modell zu suchen, der sich auf dem zweidimensionalen Modell in die Nachbarschaft projiziert.
Bildgebungseinrichtung nach Anspruch 15, die Mittel zur Implementierung des medizinischen Bildgebungsverfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 aufweist.
Computerprogramm, das Programmcodemittel zur Implementierung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 bei auf einem Computer laufenden Programm aufweist.
Computerprogrammprodukt, das ein von einem Computer verwendbares Medium mit in dem Medium verwirklichten computerlesbaren Programmcodemitteln beinhaltet und wobei die Programmcodemittel die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 implementieren.
Erzeugnis zur Verwendung in einem Computersystem, wobei das Erzeugnis ein computerlesbares Medium mit in dem Medium enthaltenen computerlesbaren Programmcodemitteln aufweist, wobei die Programmcodemittel die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 implementieren.
Maschinenlesbare Programmspeichervorrichtung, die ein von der Maschine zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 ausführbares Befehlsprogramm zugänglich beinhaltet.