-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur ortsaufgelösten Visualisierung der Rekonstruktionsqualität, insbesondere
der Abdeckung, eines aufzunehmenden und in einer dreidimensionalen
Rekonstruktionsvolumendarstellung wiederzugebenden dreidimensionalen
Zielvolumens, insbesondere im menschlichen Körper, durch Teilbereiche des
Volumens abdeckende zweidimensionale und/oder dreidimensionale,
von einer im Inneren des Zielvolumens angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung
aufgenommene Bilder, mit welchen die dreidimensionale Rekonstruktionsvolumendarstellung
erstellt wird.
-
Im
medizinischen Bereich ist es bekannt, Körperpartien, insbesondere Hohlorgane,
von innen aufzunehmen und in einer 3D-Darstellung zu rekonstruieren. Eine
eine Bildaufnahmeeinrichtung, meist eine Ultraschalleinrichtung
oder OCT-Einrichtung, umfassende medizinische Einrichtung wird dabei
in den Körper
eingebracht. Diese medizinischen Einrichtungen, die insbesondere
Katheter sein können, werden
dann im Inneren des Hohlorgans bewegt und es werden verschiedene
zweidimensionale Bilder, meist Schnittbilder, oder dreidimensionale
Bilder an verschiedenen Positionen und mit verschiedenen Orientierungen
aufgenommen. Dreidimensionale Bilder werden auch aufgenommen, wenn
bei einer Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zweidimensionaler
Bilder diese beispielsweise kontinuierlich gedreht wird. Bei einer
Ultraschallaufnahmeeinrichtung kann die Drehachse entweder in Schallrichtung
oder senkrecht zur Schallrichtung stehen. Im ersten Fall wird ein
dreidimensionales Teilvolumen in der Form eines Kegels, im zweiten
Fall ein dreidimensionales Teilvolumen, dessen Schnitt die Form
eines Schmetterlings aufweist, aufgenommen.
-
Aus
diesen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Aufnahmen von Teilbereichen
des interessierenden Volumens, hier eines Hohlorgans, kann ein dreidimensionales
Rekonstruktionsvolumen erstellt werden. Zunächst muss dazu Position und
Orientierung der Bilder festgestellt werden. Dazu sind insbesondere
zwei Alternativen bekannt. Zum einen kann die medizinische Einrichtung
an ein Ortungssystem angeschlossen sein, wodurch die Positionen und
Orientierungen der einzelnen Bilder relativ zueinander bestimmt
werden kann. Alternativ oder zusätzlich
ist es möglich,
dass bereits ein dreidimensionaler Erstbilddatensatz beziehungsweise
eine dreidimensionale Erstrekonstruktion vorliegt, die mit einer
anderen Modalität
von außerhalb
aufgenommen ist, beispielsweise ein Magnetresonanzbilddatensatz oder
ein Computertomographie-Bilddatensatz. Mit diesen Erstbilddaten
können
die Bilder registriert werden. Auch so erhält man die Position beziehungsweise
Orientierung der einzelnen Bilder relativ zueinander.
-
Nicht
abgedeckte Bereiche des Zielvolumens, insbesondere des Hohlorgans,
werden in den üblichen
Verfahren dabei interpoliert, um ein vollständiges dreidimensionales Rekonstruktionsvolumen
zu erhalten. Dieses Rekonstruktionsvolumen wird dann in einer Rekonstruktionsvolumendarstellung
zur Anzeige gebracht. Nachteilhafterweise ist der Darstellung des
Rekonstruktionsvolumens aufgrund der Interpolation jedoch nicht
zu entnehmen, ob alle interessierenden Bereiche hinreichend genau
oder überhaupt
aufgenommen sind. So kann es vorkommen, dass gewisse Bereiche in
schlechterer Qualität
rekonstruiert oder gar nicht aufgenommen werden, ohne dass dies
für den
Benutzer erkennbar ist.
-
Aus
der
US 5,838,756 ist
eine CT-Einrichtung bekannt, die auch eine Bildrekonstruktionseinheit
zur Ermittlung eines dreidimensionalen Rekonstruktionsbildes umfasst.
Es soll eine schnellere Rekonstruktionszeit ermöglicht werden. Dabei wird ein beweglicher,
rotierender Flachdetektor verwendet. Ein solcher rotierender Flachdetektor
wird auch bei der aus
US
2004/0260171 A1 bekannten Röntgeneinrichtung verwendet.
Mit dieser Röntgeneinrichtung
können
sowohl tomographische als auch radiographische Aufnahmen getätigt werden.
-
Die
US 5,461,650 betrifft Techniken
und ein System zur Vorverarbeitung von in einer Kegelstrahlgeometrie
aufgenommenen Projektionsdaten, um eine Rekonstruktion von dreidimensionalen
Bildern im Wesentlichen frei von Interpolationsartefakten bei der
CT zu erlauben. Solche Artefakte können bei der Verwendung der
Radon-Inversion austreten.
-
Ein
weiteres Verfahren zur Rekonstruktion dreidimensionaler Bilddaten
ist aus der
US 2003/0052879
A1 bekannt. Auch hier werden eine Anzahl zweidimensionaler
Zentralprojektionen unter unterschiedlichen Winkeln mit einem Flachdetektor aufgenommen,
wobei ein interessierender Bereich durch variable und von einander
abhängige
Markierungen in wenigstens zwei der Zentralprojektionen bestimmt
werden soll. Es geht folglich um die einfache und schnelle Markierung
des interessierenden Bereichs.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das einen Benutzer mit zusätzlichen
Informationen zur dreidimensionalen Rekonstruktionsvolumendarstellung
versorgt.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die durch die einzelnen Bilder abgedeckten Teilbereiche des
Zielvolumens ermittelt werden und eine visuelle ortsaufgelöste Darstellung der
Rekonstruktionsqualität,
insbesondere der Abdeckung, in Abhängigkeit der ermittelten abgedeckten Teilbereiche
erzeugt und ausgegeben wird, wobei ein Abdeckungsvolumen mit den
Dimensionen des Rekonstruktionsvolumens erzeugt wird, wobei jedem Voxel
des Rekonstruktionsvolumens ein Voxel des Abdeckungsvolumens zugeordnet
wird, jedem Voxel des Abdeckungsvolumens unter Berücksichtigung des
Abdeckungsbereichs jedes Bildes ein die Rekonstruktionsqualität in Abhängigkeit
der Abdeckung oder die Abdeckung anzeigender Wert zugeordnet wird
und das Abdeckungsvolumen zumindest teilweise dargestellt wird,
wobei die Darstellung auf den Werten basiert.
-
Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird also vorgeschlagen, zunächst
zu bestimmen, welchen Teilbereich des Zielvolumens die einzelnen
Bilder abdecken. Dies ist aufgrund der Positionsinformation und
Orientierungsinformation, die auf die in der Beschreibungseinleitung
erwähnten
Arten, nämlich durch
Registrierung mit einer dreidimensionalen Erstrekonstruktion oder
ein Ortungssystem beziehungsweise Navigationssystem, erhalten werden kann,
sowie dem Wissen über
die Eigenschaften der Bildaufnahmeeinrichtung möglich. Die einzelnen Teilbereiche
können
erfindungsgemäß unmittelbar
in eine ortsaufgelöste
Darstellung der Abdeckung umgewandelt werden. Mit besonderem Vorteil
ist es aber auch möglich,
die Rekonstruktionsqualität
für jeden
Ort im Rekonstruktionsvolumen nicht nur anhand einer Ja-Nein-Entscheidung,
also durch ein Bild abgedeckt oder nicht, zu bestimmen, sondern
einen Wert zu erzeugen, der auch die Interpolationsqualität an dieser
Stelle wiedergibt. Wenn also ein Ort des Rekonstruktionsvolumens
zwar selber nicht durch ein Bild abgedeckt ist, es jedoch viele
benachbarte Bilder gibt, so ist mit einer sehr guten Interpolation
zu rechnen, was in der Darstellung der Rekonstruktionsqualität angezeigt
werden kann.
-
Die
Ausgabe der Darstellung der Rekonstruktionsqualität kann als
eigene Darstellung, innerhalb der Rekonstruktionsvolumendarstellung
selber oder in einer Drittdarstellung erfolgen, worauf im Weiteren
noch genauer eingegangen wird.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt somit der die Bildaufnahme durchführenden Person vorteilhafterweise
weitere Informationen zur Verfügung,
die sie ortsaufgelöst
für das
gesamte Rekonstruktionsvolumen erkennen lässt, welchen Wert die Rekonstruktionsvolumendarstellung
dort tatsächlich hat.
Es kann beispielsweise bei einem medizinischen Vorgang zur Anzeige
gebracht werden, ob bestimmte Bereiche eines Hohlorgans nicht aufgenommen
wurden, so dass dort krankhafte Veränderungen beispielsweise nicht
erkennbar sein würden.
Es kann dann eine Nachaufnahme durchgeführt werden, oder, wenn das
Verfahren in Echtzeit durchgeführt wird,
die Bildaufnahmeeinrichtung so gesteuert werden, dass diese Bereiche
noch aufgenommen werden. Letztendlich erhält man, insbesondere bei einem
in Echtzeit durchgeführten
Verfahren, eine vollständige
und qualitativ hochwertige Rekonstruktionsvolumendarstellung, da
erreicht werden kann, dass die Teilbereiche der einzelnen Bilder
das Zielvolumen hinreichend dicht abdecken.
-
Wichtig
ist bei der visuellen ortsaufgelösten Darstellung
der Rekonstruktionsqualität,
dass diese für
den Benutzer in einen eindeutigen Zusammenhang mit dem Zielvolumen
gesetzt werden kann. Dies kann insbesondere durch eine räumliche
Anordnung der dargestellten Informationen, die der im Zielvolumen
entspricht, erreicht werden. Beispielsweise können dabei nebeneinander das
bisherige Rekonstruktionsvolumen und die Darstellung der Rekonstruktionsqualität in gleicher
Ausrichtung und gleicher Größe dargestellt
werden, so dass auf einen Blick ersichtlich ist, wo eine geringe
Rekonstruktionsqualität beziehungsweise
keine Abdeckung vorliegt und wo eine hohe Rekonstruktionsqualität beziehungsweise Abdeckung
vorhanden ist.
-
Es
ist vorgesehen, dass ein Abdeckungsvolumen mit den Dimensionen des
Rekonstruktionsvolumens erzeugt wird, wobei jedem Voxel des Rekonstruktionsvolumens
ein Voxel des Abdeckungsvolumens zugeordnet wird, jedem Voxel des
Abdeckungsvolumens unter Berücksichtigung
des Abdeckungsbereichs jedes Bildes ein die Rekonstruktionsqualität in Abhängigkeit
der Abdeckung oder die Abdeckung anzeigender Wert zugeordnet wird
und das Abdeckungsvolumen zumindest teilweise dargestellt wird,
wobei die Darstellung auf den Werten basiert. Hierbei wird also
zunächst
ein Abdeckungsvolumen mit den Dimensionen des Rekonstruktionsvolumens
erzeugt, das bedeutet, das Abdeckungsvolumen überdeckt den selben Bereich
wie das Rekonstruktionsvolumen, folglich das Zielvolumen. Dies drückt sich
dadurch aus, dass jedem Voxel des Rekonstruktionsvolumens ein Voxel
des Abdeckungsvolumens zugeordnet wird. Dabei ist zu beachten, dass
mehreren Voxeln des Rekonstruktionsvolumens ein einziges Voxel des
Abdeckungsvolumens zugeordnet werden kann, wodurch eine Vergröberung der
Darstellung erreicht wird. Dies kann gegebenenfalls Berechnungszeiten
senken. Jedem Voxel des Abdeckungsvolumens wird danach unter Berücksichtigung
des Abdeckungsbereichs jedes Bildes ein die Rekonstruktionsqualität in Abhängigkeit
der Abdeckung oder die Abdeckung anzeigender Wert zugeordnet. Dieser
Wert kann beispielsweise ein Grauwert oder ein anderer, später in einer
Darstellung schon verwendbarer Wert sein. Dann ist es besonders
einfach, das Abdeckungsvolumen darzustellen, da es prinzipiell dann
selber ein dreidimensionales Bild darstellt, dessen Bildinformation
die Rekonstruktionsqualität,
insbesondere die Abdeckung ist. Die Werte werden in dieser Variante
unmittelbar zur Darstellung gebracht. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das Abdeckungsvolumen nur teilweise, zum Beispiel für eine bestimmte „region
of interest” (ROI), anzeigen
zu lassen.
-
Die
Art der visuellen, ortsaufgelösten
Darstellung der Rekonstruktionsqualität, insbesondere der Abdeckung,
kann auf vielfältige
Art und Weise ausgestaltet sein. Zunächst kann es sich als zweckmäßig erweisen,
wenn alle durch wenigstens ein Bild abgedeckten Teilbereiche unterscheidbar
von nicht abgedeckten Bereichen dargestellt werden, insbesondere
der Wert eine vollständige
Abdeckung anzeigt, wenn das entsprechende Voxel des Rekonstruktionsvolumens
durch wenigstens ein Bild abgedeckt ist. Ein Voxel ist dabei durch
ein Bild abgedeckt, wenn Bilddaten für den durch das Voxel beschriebenen
Ort vorliegen. Dieser Wert beziehungsweise die Form der Darstellung,
der oder die einen Ort anzeigt, der in einem durch ein Bild abgedeckten Teilbereich
liegt, ist dann eindeutig dieser Eigenschaft des Ortes beziehungsweise
Voxels zugeordnet. Es ist in der Darstellung folglich eindeutig
erkennbar, welche Teilbereiche bereits durch Bilder abgedeckt sind.
Auf einer Grauwertskala kann diese Art der Darstellung beziehungsweise
der Wert dem tiefstmöglichen
Schwarz entsprechen.
-
Alternativ
ist es natürlich
auch möglich,
dass durch mehrere Bilder abgedeckte Teilbereiche die mehrfache
Abdeckung anzeigend dargestellt werden, insbesondere ihren Voxeln
ein die mehrfache Überdeckung
anzeigender Wert zugeordnet wird. In dieser Darstellung ist folglich
auch erkennbar, wie oft eine bestimmte Stelle im Zielvolumen bereits
aufgenommen wurde. Die Aufnahme von Bildern ist eine Messung, die
selbst eine gewisse Ungenauigkeit aufweist. Durch mehrmalige Aufnahme
kann somit die Rekonstruktionsqualität noch weiter verbessert werden.
-
In
einer Variante, in der möglichst
eindeutig die durch Bilder abgedeckten Teilbereiche zu erkennen
sein sollen, ist es vorteilhaft, dass nicht durch Bilder abgedeckte
Teilbereiche gleichartig und von abgedeckten Bereichen unterscheidbar
dargestellt werden, insbesondere einem nicht durch Bilder abgedeckten
Voxel ein für
alle nicht abgedeckten Voxel gleicher Wert zugeordnet wird. Im einfachsten
Falle ist damit eine Darstellung erzeugbar, in der abgelesen werden
kann, wo genau sich die durch Bilder abgedeckten Teilbereiche erstrecken.
Im Falle des Anzeigens der mehrfachen Abdeckung kann diese noch zusätzlich als
Information entnommen werden. Es wird eine einfach interpretierbare,
wenige Abstufungsgrade umfassende Darstellung, insbesondere eine
Ja-Nein-Darstellung, erzeugt. Beispielsweise kann einem Voxel, das
durch wenigstens ein Bild abgedeckt ist, der Wert „1” zugeordnet
werden, einem Voxel, das nicht durch ein Bild abgedeckt ist, kann der
Wert „0” zugeordnet
werden. Diese einfache, binäre
Unterscheidung kann sogar in einer Schwarz-Weiß-Darstellung zur Anzeige gebracht werden.
-
Oft
ist es jedoch wünschenswert,
eine genauere Aussage auch über
die Rekonstruktionsqualität
der nicht abgedeckten Voxel zu erhalten. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kann daher vorgesehen sein, dass jedem durch wenigstens
ein Bild ab gedeckten Voxel des Rekonstruktionsvolumens eine durch
eine Funktion beschriebene Grauwertkugel, insbesondere eine Gaußkugel,
im Abdeckungsvolumen zugeordnet wird, wobei der maximale Grauwert
der Funktion in diesem Voxel liegt, wonach jedem Voxel des Abdeckungsvolumens
das Maximum der Grauwerte aller Funktionen der durch wenigstens ein
Bild abgedeckten Voxel in dem momentan betrachteten Voxel als Wert
zugeordnet wird. Grauwerte erstrecken sich dabei von einem Minimalwert
zu einem Maximalwert, insbesondere von 0 bis 1. Mit besonderem Vorteil
kann 1 beispielsweise als Maximalwert gewählt werden. Dieser Wert wird
dann automatisch jedem durch ein Bild abgedeckten Voxel zugeordnet,
da das Maximum der Grauwertkugel gerade in diesem Voxel zum Liegen
kommen soll und das Maximum als größter Wert an dieser Stelle
auch gewählt
wird. Benachbarte Voxel erhalten dann einen geringeren Grauwert,
wiederum nach außen
benachbarte Voxel einen noch geringeren Grauwert, usw. Der von der
Grauwertfunktion angegebene Grauwert fällt also mit zunehmender Entfernung
eines Voxels von dem durch ein Bild abgedeckten Voxel ab. Dies verdeutlicht
die schlechtere Rekonstruktionsqualität, die durch Interpolation
erreicht werden kann. Als besonders aussagekräftig hat sich hierbei die Gaußkugel erwiesen,
die durch eine auf das dreidimensionale erweiterte Gaußfunktion
beschrieben wird. Nachdem also gemäß Verfahren jedem durch ein
Bild abgedeckten Voxel eine Grauwertfunktion zugeordnet ist, wird
erneut jedes Voxel des Abdeckungsvolumens für sich betrachtet. Gibt es
eine bestimmte Zahl, beispielsweise n, durch ein Bild abgedeckte
Voxel, so sind auf dem Abdeckungsvolumen nun n Grauwertfunktionen
f1, f2, ..., fn definiert. Für
ein Voxel (x, y, z) des Abdeckungsvolumens wird nun das Maximum
aus der Menge der Funktionswerte für dieses Voxel, max{f1(x, y,
z), f2(x, y, z), ..., fn(x, y, z)} bestimmt. Dieser Wert wird dem
Voxel im Abdeckungsvolumen zugeordnet. Er gibt demnach an, ob das
betrachtete Voxel(x, y, z) abgedeckt ist (maximaler Grauwert, insbesondere
1) oder wie nah das Voxel(x, y, z) am nächstgelegenen, durch ein Bild
abgedeckten Voxel liegt. Auch die Darstellung der Rekonstruktionsqualität, also
des Abdeckungsvolumens, kann dann eine Grauwertdarstellung sein,
wobei weiß weite
Entfernung von einem durch ein Bild abgedeckten Voxel bedeutet und
schwarz die Abdeckung durch ein Bild oder umgekehrt. Es sind jedoch
auch andere Darstellungsarten denkbar, die eine Variation zwischen
einem minimalen und einem maximalen Grauwert wiedergeben, beispielsweise
farbige Darstellungen anhand eines Farbspektrums, monochrome Darstellungen,
Höhenlinien
usw.
-
Eine
solche Zuordnung von Grauwerten oder Werten muss nicht unbedingt
auf einem Maximum der Grauwertfunktionswerte beruhen. Denkbar ist auch,
dass die Werte der Grauwertfunktionen für jedes Voxel einfach addiert
werden und die entstandene Wertverteilung wiederum auf eine Grauwertverteilung
normiert wird. In dieser Variante werden auch mehrfache Abdeckungen
erfasst, allerdings ist nicht mehr eindeutig feststellbar, ob ein
Voxel nun konkret von wenigstens einem Bild abgedeckt ist oder nicht.
-
Auch
die Verwendung einer monoton nach Außen abfallenden Funktion für die Grauwertkugel
ist nicht zwangsläufig
notwendig. Wird beispielsweise eine wellenartig von dem durch ein
Bild abgedeckten Voxel abfallende Grauwertfunktion verwendet, kann eine
Art der Höhenliniendarstellung
erzeugt werden.
-
Ist
eine solche Grauwertverteilung erhalten worden, kann es von Vorteil
sein, wenn die sich ergebende Grauwertverteilung in einem zusätzlichen Schritt
geglättet
wird, um so die Darstellung angenehmer und leichter interpretierbar
zu gestalten.
-
Mit
besonderem Vorteil kann das Verfahren in Echtzeit durchgeführt werden.
Dem Benutzer wird somit während
der Aufnahme mitgeteilt, welche Bereiche noch nicht oder nicht hinreichend
erfasst sind, so dass er die Bildaufnahmeeinrichtung innerhalb des
Zielvolumens dorthin bewegen kann, wo er die noch nicht abgedeckten
Teilbereiche des Zielvolumens aufnehmen kann. Zu diesem Zweck sind
im Rahmen des Verfahrens einige weitere Verbesserungen denkbar,
die weitere Vorteile in der Echtzeitvariante bieten. So kann vorgesehen
sein, dass die Position und/oder Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung
zusammen mit der Darstellung der Rekonstruktionsqualität, insbesondere
dem Abdeckungsvolumen, dargestellt wird. Die Darstellung der Position und/oder
Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung kann auf unterschiedliche
Arten innerhalb der Darstellung der Rekonstruktionsqualität erfolgen.
Hierzu ist es notwendig, die Position und/oder Orientierung der
Bildaufnahmeeinrichtung im dreidimensionalen Rekonstruktionsvolumen
zu kennen. Dies kann durch ein Ortungs- oder Navigationssystem erreicht werden,
mit dem die Position und Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung
in einem mit dem Koordinatensystem des Rekonstruktionsvolumens registrierten
Koordinatensystem bestimmt wird. Im medizinischen Bereich ist es
auch denkbar, dass die Position und Orientierung aus intraoperativ
bestimmten Durchleuchtungsaufnahmen ermittelt wird. Durch die Darstellung
der Position der Bildaufnahmeeinrichtung und die Darstellung der
Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung können nicht oder nicht hinreichend
abgedeckte Bereiche angesteuert und aufgenommen werden.
-
Mit
besonderem Vorteil kann zusätzlich
oder alternativ der Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung
zusammen mit der Darstellung der Rekonstruktionsqualität, insbesondere
dem Abdeckungsvolumen, dargestellt werden. Der Aufnahmebereich der
Bildaufnahmeeinrichtung ist der Bereich, der durch ein zum momentanen
Zeitpunkt aufgenommenes Bild abgedeckt würde. Er kann aus der wie oben
beschrieben ermittelten aktuellen Position und Orientierung der
Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt werden und beispielsweise in einer
anderen Farbe zur besseren Unterscheidbarkeit eingeblendet werden.
Der Benutzer kann dadurch vorteilhafterweise ganz gezielt Aufnahmen
in exakt dem Bereich erstellen, der ihm zu wenig und nicht abgedeckt
erscheint.
-
In
weiterer Ausgestaltung des Echtzeitverfahrens kann der Abdeckungsbereich
wenigstens eines Bildes, insbesondere des oder der zuletzt aufgenommenen
Bilder, in der Darstellung dargestellt oder hervorgehoben werden.
Der Aufnehmende kann feststellen, beispielsweise bei Darstellung
des Abdeckungsbereichs des zuletzt aufgenommenen Bildes, ob dieses
tatsächlich
den gewollten Bereich aufgenommen hat. Ist dies nicht der Fall,
kann er die Bildaufnahmeeinrichtung neu positionieren und ein weiteres
Bild aufnehmen, von dem er wiederum erkennen kann, ob es die Lücke ausfüllt.
-
In
weiterer Ausgestaltung kann bei einem in Echtzeit durchgeführten Verfahren
auch ein weiterer, allgemeiner Wert bestimmt werden, der basierend auf
dem aktuellen Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung ermittelt
wird und die Verbesserung der Abdeckung beziehungsweise Rekonstruktionsqualität durch
eine Bildaufnahme in diesem aktuellen Aufnahmebereich angibt. Dieser
Wert kann dann optisch und/oder akustisch dargestellt werden. Verfahren
zur Bestimmung eines solchen weiteren Wertes, der die Rekonstruktionsqualität des gesamten
Rekonstruktionsvolumens beziehungsweise deren Änderung aufgrund der weiteren
Aufnahme bestimmen, sind allgemein bekannt. Dem Benutzer wird hierbei die
Möglichkeit
gegeben, zu Erkennen, inwieweit eine Aufnahme zum momentanen Zeitpunkt
sinnvoll oder optimal ist. Dies kann auch durch eine akustische
Kodierung erfolgen.
-
Gegebenenfalls
kann die eigentliche „region of
interest” nur
einen Unterbereich des Zielvolumens darstellen oder der Benutzer
kann einen Unterbereich feststellen, der besonders schlecht abgedeckt ist.
Zweckmäßigerweise
kann ein die Überschneidung
des Aufnahmebereichs der Bildaufnahmeinrichtung mit dem Zielvolumen
oder einem ausgewählten
Untervolumen des Zielvolumens anzeigendes akustisches Signal ausgegeben
werden. Der Benutzer wird akustisch geführt, das bedeutet, ihm wird akustisch
mitgeteilt, ob er sich denn überhaupt
mit der Bildaufnahmeeinrichtung in einer Position befindet, in der
er einen Teil des Zielvolumens aufnehmen kann. Ein solches spezielles
Untervolumen kann beispielsweise in einer Darstellung von dem Benutzer interaktiv
markiert werden. Dann gibt das akustische Signal an, ob und gegebenenfalls
inwieweit das Un tervolumen im Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung
enthalten ist.
-
Zur
Ausgabe der Darstellung der Rekonstruktionsqualität gibt es
allgemein mehrere Optionen. So kann vorgesehen sein, dass die Darstellung
der Rekonstruktionsqualität,
insbesondere das Abdeckungsvolumen, gemeinsam mit der Rekonstruktionsvolumendarstellung,
insbesondere in gleicher Orientierung und/oder überlagert, dargestellt wird. Dem
Benutzer wird dabei nicht nur das Rekonstruktionsvolumen zur Darstellung
gebracht, sondern gleichzeitig auch die Information, welche Rekonstruktionsqualität an der
entsprechenden Position vorliegt. Die Darstellung der Rekonstruktionsqualität, insbesondere
das Abdeckungsvolumen, kann dabei beispielsweise in anderer Farbe überlagert
werden. Der Benutzer erkennt sofort, welche Bereiche des Zielvolumens
interessant sind und wie gut diese von den bisherigen Bildern erfasst
werden. Insbesondere kann er dann, wenn das Verfahren in Echtzeit
durchgeführt
wird, eine Position im Zielvolumen ansteuern, von der aus er mit
der Bildaufnahmeeinrichtung weitere Aufnahmen dieses interessierenden
Untervolumens machen kann oder er kann eine weitere Bildaufnahmereihe
neu beginnen.
-
Alternativ
oder zusätzlich
ist es auch möglich,
dass eine zuvor aufgenommene dreidimensionale Erstrekonstruktion
mit dem Abdeckungsvolumen registriert wird und die Erstrekonstruktion
oder aus dieser abgeleitete Bilddaten mit dem Abdeckungsvolumen,
insbesondere in gleicher Orientierung und/oder überlagert, dargestellt werden.
Dabei ist eine Darstellung in hochaufgelöster, aus einer dreidimensionalen
Erstrekonstruktion bekannter Anatomie möglich, die, insbesondere bei
einem Verfahren in Echtzeit, eine genaue Navigierung oder Bestimmung
der noch oder besser aufzunehmenden Bereiche ermöglicht. Insbesondere kann eine
solche Erstrekonstruktionsdarstellung, die beispielsweise mit einer
Magnetresonanzanlage oder einem Computertomographen aufgenommen
wurde, mit der Darstellung der Rekonstruktionsqualität von Beginn einer
Aufnahmereihe an angezeigt werden, so dass beobachtet werden kann,
wie das Re konstruktionsvolumen langsam durch die Bildaufnahmen gefüllt wird
und das Zielvolumen abgedeckt wird.
-
Mit
besonderem Vorteil können
bestimmten Voxeln zugeordnete Werte transparent oder nicht dargestellt
werden und/oder verschiedenen Werten eine verschiedene Transparenz
in der Darstellung zugeordnet werden. Damit ist Erkennbarkeit bei
einer Überlagerungsdarstellung
gesichert.
-
Eine
weitere Erhöhung
der Informationsdichte der Darstellung der Rekonstruktionsqualität kann dadurch
erreicht werden, dass abgedeckte Teilbereiche kennzeichnende Grenzen
dargestellt werden. Es ist natürlich
auch möglich,
die Grenzen jedes Teilbereichs, der von einem Bild gezeigt wird,
einzuzeichnen.
-
In
dem schon erwähnten
Fall, dass nur ein Untervolumen des Zielvolumens die eigentliche
ROI bildet, kann dieses Untervolumen des Zielvolumens ausgewählt werden
und nur für
dieses Untervolumen eine Darstellung der Rekonstruktionsqualität erfolgen.
Soll beispielsweise bei einem Herzen nur die rechte Herzkammer aufgenommen
werden, so kann das Zielvolumen zwar das Herz sein, das Untervolumen
jedoch nur die rechte Herzkammer. Nur die relevante Information
wird letztendlich dargestellt.
-
Als
Bildaufnahmeeinrichtung kann insbesondere im Falle von Aufnahmen
des menschlichen Körpers
eine Ultraschallbildaufnahmeeinrichtung verwendet werden. Medizinische
Einrichtungen und Geräte,
insbesondere Katheter, mit Ultraschallbildaufnahmeeinrichtungen
sowie ihre Vorzüge
im Bereich der Medizintechnik sind bekannt.
-
Abschließend sei
angemerkt, dass vorgesehen sein kann, dass der Benutzer die Darstellung
der Rekonstruktionsqualität
manipulieren kann, um diese auf seine Wünsche anzupassen. So ist es
möglich, die
Darstellung zu drehen und von verschiedenen Seiten zu betrachten.
Der Benutzer kann auch Darstel lungsoptionen anpassen und beispielsweise Schnitte
auswählen,
von denen er eine zweidimensionale Darstellung erhält.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im
Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine
medizinische Untersuchungseinrichtung, geeignet zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 ein
Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 eine
Prinzipdarstellung eines eindimensionalen Abdeckungsvolumens mit
eingezeichneten Grauwertfunktionen,
-
4 eine
3D-Darstellung des Herzens mit durch Bildern abgedeckten Bereichen,
-
5 eine
Prinzipskizze zur Darstellung mit einer Erstrekonstruktion oder
dem Rekonstruktionsvolumen, und
-
6 eine
Darstellung des Aufnahmebereichs der Bildaufnahmeeinrichtung, der
Bildaufnahmeeinrichtung und des zuletzt aufgenommenen Bildabdeckbereiches
in einer Erstrekonstruktionsdarstellung beziehungsweise der Rekonstruktionsvolumendarstellung.
-
1 zeigt
eine medizinische Untersuchungseinrichtung 1. In einem
Computertomographiegerät
(CT-Gerät) 2 können dabei
präoperative Bilder
eines Patienten 3 aufgenommen werden. Die präoperativen
Bilder, die ein Zielvolumen innerhalb des Patienten 3 zeigen,
können
zu einer dreidimensionalen Erstrekonstruktion weiterverarbeitet
werden. Bestimmte Eigenschaften oder Anomalien von Hohlorganen lassen
sich jedoch auf Computertomographieaufnahmen nicht erkennen. Dazu
ist eine weitere Untersuchung des Patienten 3 notwendig,
wobei innerhalb sei nes Körpers
Bilder im Zielvolumen 4 aufgenommen werden. Während dieses
Eingriffs befindet sich der Patient 3 auf einer Patientenliege 5.
Ein Katheter 6 mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, hier
einer Ultraschalleinrichtung, wird in das Zielvolumen 4 im
Patienten 3 eingebracht. Über ein Kathetersteuergerät 7 kann
die Bildaufnahmeeinrichtung des Katheters 6 angesteuert
werden und es können
zweidimensionale oder dreidimensionale Bilder innerhalb des Patienten 3 aufgenommen
werden. Über
ein Ortungssystem 8 können
Position und Orientierung des Katheters 6 innerhalb des
Patienten 3, insbesondere im Zielvolumen 4, festgestellt
werden und an das Kathetersteuergerät 7 übermittelt
werden, wo die Daten einem aufgenommenen Bild zugeordnet werden
können.
Das Kathetersteuergerät 7 sowie
das CT-Gerät 2 sind
mit einer Recheneinrichtung 9 verbunden, der ein Monitor 10 zugeordnet
ist. Aus den von der Bildaufnahmeeinrichtung des Katheters 6 aufgenommenen
Bildern können
mittels der durch das Ortungssystem 8 erhaltenen Positions-
und Orientierungsinformationen sowie gegebenenfalls auch durch Registrierung
mit CT-Daten des CT-Geräts 2 ein
dreidimensionales Rekonstruktionsvolumen innerhalb des Kathetersteuergeräts 7 oder
der Recheneinrichtung 9 erzeugt werden, welches das Zielvolumen 4 wiedergibt.
Die Recheneinrichtung 9 ist zudem dazu ausgebildet, die
Rekonstruktionsqualität,
insbesondere die Abdeckung, ortsaufgelöst zu bestimmen und diese darzustellen.
-
2 zeigt
einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren
wird in Echtzeit durchgeführt.
Zur Durchführung
des Verfahrens ist es zudem von Vorteil, wenn bekannt ist, wie sich
der Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung des Katheters 6 in
Abhängigkeit
der Position und Orientierung erstreckt, das bedeutet, welche Bereiche
auf einem aufgenommenen Bild dann zu sehen sind.
-
Das
Verfahren findet in einer Echtzeitumgebung statt, das bedeutet,
es wird ständig
wiederholt und die Darstellung wird aktualisiert. Parallel im Hintergrund
findet die Bildaufnahme statt.
-
In
Schritt SO wird zunächst,
vor den sich wiederholenden Schritten, ein Abdeckungsvolumen erzeugt,
wobei jedem Voxel des Rekonstruktionsvolumens ein Voxel des Abdeckungsvolumens
zugeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel
ist dies eine 1:1-Zuordnung. Das Abdeckungsvolumen besteht – wie das
Rekonstruktionsvolumen – aus
einer Menge von Voxeln, die durch die Angabe(x, y, z) in einem Koordinatensystem
gekennzeichnet sind und somit einem Ort in einer späteren Bilddarstellung
zugewiesen sind. Der Inhalt eines Voxels ist beim Rekonstruktionsvolumen
die entsprechende rekonstruierte Bildinformation an dem Ort, der
durch den Voxel(x, y, z) bezeichnet wird. Zur Vereinfachung werden
in die Voxel-Bezeichnungen(x, y, z) aufgrund der 1:1-Zuordnung für sowohl
das Abdeckungsvolumen als auch das Rekonstruktionsvolumen gleich
verwendet. Letztendlich kann man also sagen, dass ein Voxel(x, y,
z) des Rekonstruktionsvolumens die rekonstruierte, gegebenenfalls
interpolierte, Bildinformation enthält, der entsprechende Voxel(x,
y, z) des Abdeckungsvolumens enthält nach Durchführung des
Verfahrens einen Wert für
die Rekonstruktionsqualität
an diesem Ort. Die im Abdeckungsvolumen gespeicherten Werte werden
dann später
zur Darstellung auch als eine Art Bildinformation genutzt werden.
Im Verfahren geht es nun darum, den Voxeln(x, y, z) des Abdeckungsvolumens
Werte zuzuordnen, die die Rekonstruktionsqualität der entsprechenden Bilddaten im
Voxel(x, y, z) des Rekonstruktionsvolumens wiedergeben sollen.
-
In
Schritt S1 wird zu jedem aufgenommenen Bild der Bildaufnahmeeinrichtung
des Katheters 6 der Teilbereich des Zielvolumens 4 bestimmt,
den das Bild abdeckt. Dies kann hier auf zwei Arten geschehen. Einmal
kann der entsprechende Teilbereich des Zielvolumens 4 aus
der bekannten Position und Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung
bestimmt werden. In der anderen Alternative wird das jeweilige Bild
mit dem präoperativen
Erstbilddatensatz registriert und seine Lage so festgestellt.
-
Letztendlich
ist die Ermittlung abgedeckter Teilbereiche zu jedem Bild in diesem
Ausführungsbeispiel
so zu verstehen, dass für
jedes Voxel des Rekonstruktionsvolumens und somit auch für jedes Voxel
des Abdeckungsvolumens festgestellt wird, ob für dieses Voxel aus dem gerade
betrachteten Bild originäre
Bildinformationen für
den entsprechenden Ort im Zielvolumen vorliegen, die in die Bilddaten
eingehen. Die Summe all dieser Voxel, die von dem gerade betrachteten
Bild erfasst werden, bildet den abgedeckten Teilbereich zu diesem
Bild. Alle Teilbereiche aller Bilder zusammen ergeben dann die Menge der
abgedeckten Voxel.
-
In
Schritt S2 wird dann jedem Voxel des Abdeckungsvolumens ein Wert
zugeordnet, der die Rekonstruktionsqualität an diesem Voxel beschreibt. Zwei
Ausführungsformen
sollen hierbei näher
betrachtet werden.
-
Die
sicherlich einfachste Methode ist es, wenn jedem Voxel aus der Menge
der abgedeckten Voxel (da jedes Voxel des Rekonstruktionsvolumens ein
gleich bezeichnetes Voxel des Abdeckungsvolumens zugeordnet ist,
kann die konkrete Unterscheidung der Zugehörigkeit der Voxel in den meisten
Fällen
unterlassen werden) der Wert 1 für „abgedeckt” zugeordnet
wird, allen übrigen
Voxeln der Wert „0” für „nicht
abgedeckt”.
Dies erzeugt im Folgenden eine einfachere Darstellbarkeit, jedoch
eine geringe vermittelte Informationsdichte.
-
Eine
alternative Bestimmungsmöglichkeit
für die
Werte ist durch die Verwendung von eine Grauwertkugel wiedergebenden
Funktionen gegeben. Das zugrunde liegende Konzept ist in 3 näher erläutert. Um
eine einfache Erklärung
zu ermöglichen, ist
dort ein eindimensionales Rekonstruktionsvolumen/Abdeckungsvolumen
angenommen, das durch die Linie 11 symbolisiert wird. Die
Teilstriche 12 sollen dabei die Grenzen der einzelnen Voxel
andeuten, durch die die Linie läuft.
An den Positionen 13 und 14 entlang dieser Linie
ist ein Voxel aus der Menge der durch Bilder abgedeckten Voxel vorhanden.
An dieser Stelle liegen also im Rekonstruktionsvolumen originäre Bild daten
des entsprechenden Ortes im Zielvoumen vor. Dem Voxel 13 und
dem Voxel 14 werden nun Grauwertfunktionen f13 und f14
zugeordnet. Die Maxima M13 und M14 der Funktionen f13 und f14 liegt
dabei in dem Voxel 13 beziehungsweise 14. Die Funktionen
f13 und f14 sind dabei Gaußfunktionen. Sie
fallen mit zunehmender Entfernung vom Voxel 13 monoton
ab. Die Funktionen f13 und f14 haben für jedes Voxel einen Wert, der
durch die Stufenfunktionen F13 und F14 angedeutet wird. Dieser Wert
liegt zwischen 0 und 1. Zur Zuordnung eines Wertes zu einem Voxel
wird dann das Maximum der Funktionen F13 und F14 für das jeweilige
Voxel genommen. Dabei sei anzumerken, dass normalerweise bei vielen
Bildern natürlich
vielmehr als zwei Funktionen vorliegen. Im Dreidimensionalen liegen
die Maxima dieser Funktionen dann auch im Allgemeinen nicht alle
auf einer Linie. In diesem Beispiel sind jedoch lediglich zwei Funktionen
bezeichnet, da hierdurch eine einfachere Erklärung der grundlegenden Verfahrensweise erreicht
wird.
-
Betrachten
wir zunächst
das Voxel 13, in dem das Maximum M13 der Funktion F13 liegt,
wobei die Funktion F14 an dieser Stelle schon fast 0 erreicht hat.
Dem Voxel 13 wird folglich der Wert 1 zugeordnet. Der Wert
1, also der maximale Wert, zeichnet bei dieser Variante dann auch
unmittelbar die Voxel aus, für
die originäre
Bilddaten vorliegen, also die Voxel aus der Menge der durch ein
Bild abgedeckten Voxel. Dasselbe gilt natürlich für das Voxel 14, wobei hier
der Funktionswert der Funktion F14, wiederum 1, gewählt wird.
Als letztes Beispiel sei ein dazwischen liegendes Voxel 15 betrachtet.
Hier liegen die Werte der Funktion F13 und F14 beide zwischen 0
und 1, der Wert der Funktion F14 ist jedoch größer. Dementsprechend wird hier
dieser Wert gewählt.
Die ausgewählten
Werte sind in 3 durch „x” gekennzeichnet.
-
In
dieser Variante der Zuordnung eines Wertes wird also jedem Voxel
des Abdeckungsvolumens ein Wert zwischen 0 und 1 zugeordnet. Dieser
Wert zeigt letztendlich an, wie nah das Voxel am nächstgelegenen,
von einem Bild abgedeckten Voxel liegt. Der Wert 1 bedeutet dabei,
dass dieses Voxel von einem Bild abgedeckt ist. Die Nähe zu den
originären
Bilddaten bestimmt auch die Qualität der Interpolation, also der
Rekonstruktion.
-
In
Schritt S3, wiederum 2, wird dann das Abdeckungsvolumen
dargestellt. Wird die Aufnahme der Bilder für beendet erklärt, so endet
auch das Verfahren. Ansonsten erfolgt, sobald ein neues Bild aufgenommen
wurde, eine Aktualisierung der Werte im Abdeckungsvolumen.
-
Zur
Darstellung des Abdeckungsvolumens und damit der Rekonstruktionsqualität, insbesondere der
Abdeckung, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, von denen einige
im Folgenden beschrieben werden sollen.
-
4 zeigt
eine Möglichkeit
zur dreidimensionalen Darstellung des Abdeckungsvolumens zusammen
mit einem aus einem präoperativen
Erstbilddatensatz rekonstruierten Herzen 16. Zur einfacheren
Darstellung sei davon ausgegangen, dass hier erst zwei Bilder aufgenommen
worden sind. Die von diesen Bildern abgedeckten Teilbereiche sind
bei 17 als transparente Darstellung der Abdeckung der Rekonstruktion
des Herzens 16 – überlagert.
Zur Erstellung einer solchen Darstellung ist es ausreichend, jedem
von einem Bild abgedeckten Voxel des Abdeckungsvolumens einen festen
Wert, beispielsweise den Wert 1 zuzuordnen, und jedem nicht von
einem Bild abgedeckten Voxel des Abdeckungsvolumens einen anderen
Wert, beispielsweise den Wert 0. Für jedes Voxel wird dann überprüft, ob es
abgedeckt ist, folglich ob der ihm zugeordnete Wert 1 ist. Ist dem
so, so wird lagerichtig an der entsprechenden Position in der dreidimensionalen
Rekonstruktion des Herzens transparent, gegebenenfalls in einer
anderen Farbe, eine Markierung eingezeichnet. Die in 4 gezeigte
Darstellung ist drehbar, kann also von allen Seiten betrachtet werden.
Ein Benutzer kann demnach sofort erkennen, an welchen Orten schon
Aufnahmen vorliegen oder welche Bereiche bislang nicht hinreichend
abgedeckt sind. Zudem sind Teilansichten auswählbar oder es können Schnitte
betrachtet werden. Zusätzlich
ist in der Darstellung nach 4 auch der
Katheter 6 mit Bildaufnahmeein richtung dargestellt, dessen
Position und Orientierung von dem Ortungssystem 8 erhalten
werden. Die Darstellung wird in Echtzeit aufgefrischt, so dass der
Benutzer immer erkennen kann, wo schon Aufnahmen vorliegen, welche
Bereiche noch näher
aufgenommen werden, und wo sich die Bildaufnahmeeinrichtung befindet
beziehungsweise wo sie hinbewegt werden muss.
-
5 zeigt
eine Prinzipskizze zur Darstellung der Rekonstruktionsqualität gemeinsam
mit einer Erstrekonstruktion oder dem Rekonstruktionsvolumen, wie
es bislang rekonstruiert wurde. Eine präoperative Rekonstruktion 18 oder
das Rekonstruktionsvolumen werden dabei mit dem Abdeckungsvolumen 19 zu
einer Darstellung 20 überlagert.
Dabei sind hier jeweils zweidimensionale Schnitte gezeigt. Der schwarze
Bereich 21 im Abdeckungsvolumen deutet dabei eine hervorragende
Rekonstruktionsqualität
an. Der graue Bereich 22 stellt nicht durch Bilder abgedeckte
Bereiche mittlerer Rekonstruktionsqualität dar. Die weißen Bereiche 23 sind
nicht durch Bilder abgedeckte Bereiche, in denen eine schlechte
Rekonstruktionsqualität
vorliegt.
-
6 zeigt
schließlich
eine Darstellung des Aufnahmebereichs der Bildaufnahmevorrichtung,
der Bildaufnahmevorrichtung und des Teilbereichs des zuletzt aufgenommenen
Bildes in einer Erstrekonstruktion beziehungsweise dem Rekonstruktionsvolumen.
Dabei sind hier aus Gründen
der Übersichtlichkeit
die die Rekonstruktionsqualität
betreffenden Informationen nicht dargestellt, diese werden aber
normalerweise auch überlagert.
Zu sehen ist wiederum das Herz 16, mit dem Katheter 6 darin.
Der überlagerte
Quader 24 stellt den momentanen Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung
des Katheters 6 dar. Würde
nun ein Bild aufgenommen werden, so würde es den durch den Quader 24 markierten
Bereich abdecken. Der Quader 25, der in einer anderen Farbe
dargestellt ist, stellt den vom letzten aufgenommenen Bild abgedeckten
Teilbereich des Zielvolumens dar. Zusätzlich werden noch – der Übersichtlichkeit
wegen nicht eingezeichnet – ortsaufgelöst die Informationen
zur Rekonstruktionsqualität
angezeigt. Damit stehen dem Benutzer alle Informationen zur Verfügung, die
er zur Planung weiterer Aufnahmen braucht. Er kann beispielsweise
erkennen, welche Bereiche des Zielvolumens noch nicht aufgenommen wurde
und den Katheter 6 beziehungsweise den durch den Quader 24 visualisierten
Aufnahmebereich so ausrichten, dass diese Bereiche aufgenommen werden.
Ob das Bild richtig lag, kann er danach dem Quader 25 entnehmen.
-
Es
sind auch weitere Anzeigeoptionen denkbar. So kann eine akustische
Ausgabe der Verbesserung der allgemeinen Rekonstruktionsqualität im Zielvolumen
abhängig
vom Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung erfolgen. Auch ist
akustisch kennzeichenbar, ob der momentane Aufnahmebereich der Bildaufnahmeeinrichtung
im Zielvolumen liegt. Die Tonausgabe wird über einen dem Monitor 10 zugeordneten
Lautsprecher 26, siehe 1, ermöglicht.