DE102006041055B4 - Verfahren zur Unterstützung der Durchführung einer endoskopischen medizinischen Maßnahme sowie mit diesem Verfahren betreibbare Einrichtung - Google Patents

Verfahren zur Unterstützung der Durchführung einer endoskopischen medizinischen Maßnahme sowie mit diesem Verfahren betreibbare Einrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Unterstützung der Durchführung einer endoskopischen medizinischen Maßnahme, bei dem während der Maßnahme ergänzend zu einem endoskopischen Bild, das von einem in den Körper eines Patienten (14) eingeführten Endoskop (16) übertragen wird, mit einer tomographiefähigen bildgebenden Röntgeneinrichtung (2) ein aktuelles 3D-Röntgenbild aus der Umgebung der Endoskopspitze (18) erzeugt wird, deren Position im Koordinatensystem der zum Erzeugen des aktuellen 3D-Röntgenbildes verwendeten bildgebenden Röntgeneinrichtung (2) automatisch mittels eines Segmentierungsverfahrens bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterstützung einer am Körper eines Patienten mit Hilfe eines Endoskop durchgeführten medizinischen Maßnahme. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung, die mit einem solchen Verfahren betrieben werden kann.
  • In vielen Anwendungsfällen wird eine medizinische Maßnahme, bei der es sich entweder um eine zu Diagnosezwecken durchgeführte Untersuchung oder um einen therapeutischen Eingriff handelt, mit Hilfe eines Endoskops durchgeführt. Bei einer solchen endoskopischen Untersuchungs- oder Behandlungsmethode wird das Endoskop entweder über einen natürlichen Zugang, beispielsweise bei der Kolonoskopie (Koloskopie) oder der Hysteroskopie, oder über einen künstlichen Zugang, beispielsweise bei der Laparoskopie oder der Arthroskopie, in das Körperinnere des Patienten eingeführt. Die Navigation des Endoskops und der gegebenenfalls an der Endoskopspitze angeordneten Instrumente, beispielsweise Schlingen, Zangen, Körbchen oder Klipse, erfolgt dabei mit Hilfe des vom Endoskop übertragenen optischen Bildes aus der Umgebung der Endoskopspitze. Mit einem solchen endoskopischen Verfahren können aber nur oberflächliche Strukturen in Hohlräumen gefunden und untersucht werden, beispielsweise an der Innenwand des Dickdarms befindliche Polypen oder Blutungsquellen während einer Kolonoskopie. Befinden sich pathologische Strukturen in den Tiefen des Organs selbst oder reichen pathologische Strukturen durch Oberflächen hindurch, dann sind sie endoskopisch nicht vollständig diagnostizierbar und deshalb auch nur schwer therapierbar.
  • In der WO 2006/042198 A2 ist eine röntgengeführte Navigation von medizinischen Instrumenten offenbart. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, eine graphische Repräsentation des medizinischen Instruments im Röntgenbild einzublenden, damit sich der behandelnde Arzt im dreidimensionalen Raum anhand der dargestellten Projektionsbilder orientieren kann.
  • Die EP 1 685 787 A1 beschreibt ein Verfahren der virtuellen Endoskopie. Hierbei werden aus einem 3D-Volumendatensatz, der beispielsweise vor der Endoskopie mittels CT akquiriert wurde, virtuelle Endoskopiebilder rekonstruiert und dem Betrachter während des Eingriffs präsentiert.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Unterstützung einer am Körper eines Patienten mit Hilfe eines Endoskops durchgeführten medizinischen Maßnahme anzugeben, mit dem sowohl eine Diagnosestellung als auch ein die Durchführung eines therapeutischen Eingriffes erleichtert ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine mit einem solchen Verfahren betreibbare Einrichtung anzugeben.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird während der Maßnahme ergänzend zu einem endoskopischen Bild, das von dem in den Körper des Patienten eingeführten Endoskop übertragen wird, mit einer tomographiefähigen bildgebenden Röntgeneinrichtung ein aktuelles 3D-Röntgenbild aus der Umgebung der Endoskopspitze erzeugt.
  • Da dem behandelnden Arzt neben dem endoskopischen Bild von der Oberfläche eines vor der Endoskopspitze befindlichen Hohlraumes ein 3D-Bild aus der Umgebung der Endoskopspitze zur Verfügung steht, das dem Arzt auch Strukturen zeigt, die sich außerhalb des optischen Sichtfeldes des Endoskops befinden, steht ihm eine zusätzliche Informationsquelle zur Verfügung, die sich ergänzend zu dem endoskopischen Bild diagnostisch verwerten lässt und die ihn bei der Navigation des Endoskops oder bei einem mit Hilfe des Endoskops durchgeführten therapeutischen Eingriff zusätzlich unterstützt.
  • Durch diese Maßnahme entfällt auch die Notwendigkeit, eine mit Hilfe des Endoskops durchgeführte medizinische Maßnahme wegen eines Befundes zu unterbrechen, der sich mit endoskopischen Mitteln alleine nicht vollständig beurteilen lässt, um zur Befundabklärung zu einem späteren Zeitpunkt eine weitergehende Untersuchung mit einer tomographiefähigen radiologischen Einrichtung, beispielsweise mit einem Röntgen-Computertomographen oder mit einem Magnetresonanztomographen, durchzuführen. Mit einer solchen tomographiefähigen bildgebenden Einrichtung werden dann genauere Bilddaten ermittelt. Diese werden bei einer späteren Wiederholung des Eingriffs in die Behandlung einbezogen, obwohl sie in der Regel einige Tage vor dem Eingriff und in einer anderen Lage des Patienten ermittelt wurden, und damit nicht der Patientenanatomie am Tage der Behandlung entsprechen.
  • Aufgrund der gemäß der Erfindung aktuell erzeugten zusätzlichen Bildinformation hat der Arzt unmittelbar während eines endoskopischen Eingriffs eine schnelle und einfache Möglichkeit der Eskalation, und die Qualität des Eingriffs kann erhöht werden, indem beispielsweise die Vaskularisierung eines zu entfernenden Polypen sicher erkannt werden kann.
  • Wenn die Position der Endoskopspitze im Koordinatensystem der zum Erzeugen eines 3D-Bildes verwendeten bildgebenden Einrichtung automatisch bestimmt wird, kann das aktuelle 3D-Bild aus einem Volumenbereich erzeugt werden, dessen Zentrum sich in einem bekannten Abstand zur Endoskopspitze befindet.
  • Da erfindungsgemäß ein 3D-Röntgenbild erzeugt wird, kann die Endoskopspitze im Röntgenbild ohne weitere Maßnahmen sicher identifiziert werden, da ein Endoskop im Röntgenbild in der Regel mit einem hohen Kontrast auch bei geringer Dosis erkennbar ist, so dass am Endoskop oder an der Endoskopspitze die Anbringung von zusätzlichen Markern nicht erforderlich ist. Durch die kontrastreiche Wiedergabe des Endoskops im Röntgenbild ist außerdem dessen automatische Lokalisierung mit Hilfe eines Segmentierungsverfahrens sicher möglich.
  • Eine besonderes flexible und die endoskopische Maßnahme wenig behindernde Durchführung des Verfahrens wird ermöglicht, wenn als Röntgeneinrichtung ein C-Bogen-Röntgengerät verwendet wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Lage der Endoskopspitze im Koordinatensystem der zum Erzeugen des aktuellen 3D-Röntgenbildes verwendeten Röntgeneinrichtung mit Hilfe einer Mehrzahl von aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommenen 2D-Röntgenbildern automatisch vor der Erzeugung des 3D-Röntgenbildes bestimmt. Da das Endoskop in einem Röntgenbild mit einem hohen Kontrast wiedergegeben wird, reicht es hierzu aus, 2D-Röntgenbilder mit niedriger Dosis zu erzeugen, wobei in der Regel zwei 2D-Röntgenbilder ausreichen. Eine solche Registrierung des Endoskops wird stets dann wiederholt, wenn das Endoskop weiterbewegt wird. Eine neue tomographische Aufnahme ist nur erforderlich, wenn das Endoskop den Volumenbereich des vorher aufgenommenen 3D-Röntgenbildes verlässt.
  • Wenn außerdem automatisch die Richtung der Endoskopspitze bestimmt wird, ist es möglich, aus dem 3D-Bild 2D-Schichtbilder zu erzeugen, die senkrecht (koronal) oder parallel (axial oder sagittal) zur Richtung der Endoskopspitze orientiert sind und die Endoskopspitze oder einen frei wählbaren vor der Endoskopspitze liegenden Fixpunkt enthalten. Dies erleichtert dem Arzt sowohl die Diagnosestellung als auch die Durchführung des geplanten therapeutischen Eingriffs.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem 3D-Bild ein virtuelles endoskopisches Bild erzeugt, in dem die Lage und Richtung der Endoskopspitze angezeigt wird. Eine solche virtuelle endoskopische Darstellung hat den Vorteil, dass dem Arzt eine aus radiologischen Aufnahmen gewonnene Bildinformation in einer Weise dargestellt wird, wie er sie bei einer endoskopischen Betrachtung gewohnt ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in das während der Maßnahme erzeugte aktuelle 3D-Bild ein gespeichertes 3D-Bild eingeblendet, das mit einer anderen tomographiefähigen bildgebenden Einrichtung erzeugt worden ist. Dadurch wird dem Arzt eine zusätzliche Bildinformation zur Verfügung gestellt, die ihn bei der Durchführung der medizinischen Maßnahme, d. h. bei der diagnostischen Untersuchung oder beim therapeutischen Eingriff unterstützt.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird dem endoskopischen Bild ein aus dem 3D-Bild abgeleitetes Bild überlagert. Eine solche semitransparente Überlagerung, MIP Multi-Intensity-Projektion oder MPR Multi-Planare-Reformatierung, bei der beide Bilder gleichzeitig sichtbar sind, wird die Sicherheit bei Diagnose und Eingriff erheblich verbessert.
  • Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 11, deren Vorteile ebenso wie die Vorteile der ihm nachgeordneten Unteransprüche sinngemäß den zu den jeweils zugeordneten Verfahrensansprüchen angegebenen Vorteilen entsprechen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
  • 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
  • 2 ein 2D-Röntgenbild aus der Umgebung des Endoskops,
  • 3 und 4 jeweils 2D-Schichtbilder, die aus einem 3D-Bild aus der Umgebung des Endoskops in einer Sagittalebene bzw. einer Koronalebene relativ zur Endoskopspitze erzeugt worden sind.
  • Gemäß 1 enthält eine Einrichtung gemäß der Erfindung, d. h. ein zur Durchführung einer endoskopisch unterstützten Maßnahme eingerichteter medizintechnischer Arbeitsplatz eine tomographiefähige bildgebende Einrichtung 2, im Beispiel eine als C-Bogen-Röntgengerät ausgestaltete Röntgeneinrichtung. Das C-Bogen-Röntgengerät umfasst einen C-Bogen 4, an dessen freien Enden eine Röntgenquelle 6 bzw. ein Röntgendetektor 8 angeordnet ist. Der C-Bogen 4 ist schwenkbar um zwei zueinander senkrechte und sich in einem Isozentrum Z kreuzende Schwenkachsen gelagert, wie dies durch die Pfeile 10 und 11 angedeutet ist. Auf einem Patientenlagerungstisch 12 ist ein Patient 14 gelagert, an dem mit Hilfe eines Endoskops 16 eine medizinische Maßnahme durchgeführt werden soll. Bei der medizinischen Maßnahme kann es sich um eine reine diagnostische Untersuchung oder um einen therapeutischen Eingriff handeln.
  • Das Endoskop 16 ist in den Körper des Patienten 14 eingeführt und überträgt ein endoskopisches optisches Bild von einem vor der Endoskopspitze 18 liegenden Hohlraum. Dieses endoskopische Bild wird auf einem Monitor 20 wiedergegeben.
  • Gleichzeitig mit dem Erzeugen des endoskopischen Bildes werden aus der Umgebung die Endoskopspitze 18 mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes Röntgenbilder erzeugt, mit einer in einer Steuereinrichtung 22 des C-Bogen-Röntgengerätes implementierten Bildverarbeitungssoftware bearbeitet und ebenfalls auf einem Monitor 24 wiedergegeben.
  • Mit Hilfe von Eingabeelementen, im Beispiel veranschaulicht durch eine Tastatur 26 kann nun vom Arzt ein Menü ausgewählt werden, das ihm aus der Umgebung der Endoskopspitze 18 Röntgenbilder in verschiedenen Darstellungsmodi erzeugt.
  • In einem ersten Schritt wird die Lage des Endoskops 16 registriert. Hierzu werden aus zwei unterschiedlichen Richtungen, d. h. mit zwei unterschiedlichen Einstellungen des C-Bogens 4 zwei 2D-Röntgenbilder erzeugt, die die Endoskopspitze 18 enthalten. Mit Hilfe von Segmentierverfahren werden nun mit Hilfe einer in der Steuereinrichtung implementierten Software die Lage und Ausrichtung der Endoskopspitze im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts berechnet.
  • Anschließend können vom Arzt durch Auswahl eines entsprechenden vorprogrammierten Ablaufmenüs eine Vielzahl von 2D-Röntgenbildern aus unterschiedlichen Richtungen mit höherer Dosis erzeugt werden, aus denen ein 3D-Röntgenbild (ein 3D-Bilddatensatz) von einem Volumenbereich des Patienten 14 rekonstruiert wird, dessen Lage relativ zur Endoskopspitze 18 festgelegt ist, und der die Endoskopspitze enthält. Der Arzt kann nun je nach Bedarf entweder eine räumliche 3D-Darstellung des 3D-Bildes im Monitor 24 eine Darstellung in Form von 2D-Schichtbildern in unterschiedlichen Schnittebenen auswählen.
  • 2 zeigt nun ein konventionelles 2D-Röntgenbild 27 aus der Umgebung eines in einen Körperhohlraum 30 eingeführten Endoskops 16. Dieses konventionelle 2D-Röntgenbild 27 wird in einem Initalisierungsmodus mit einer niedrigen Dosis erzeugt. Diese niedrige Dosis ist so bemessen, dass das Endoskops 16 gut erkennbar und mit Bildsegmentierungsverfahren automatisch lokalisierbar ist. Mit einer anderen Ausrichtung des C-Bogens 4 wird ein weiteres 2D-Röntgenbild erzeugt. Mit den beiden 2D-Röntgenbildern wird der Ort der Endoskopspitze 18 und deren Ausrichtung im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengerätes bestimmt. Die Ausrichtung der Endoskopspitze 18 ist in der Fig. durch einen Pfeil 32 veranschaulicht. Sowohl Ort der Endoskopspitze 18 als auch deren Ausrichtung liegen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengerätes fest. Im optischen Sichtfeld des Endoskops 16 befindet sich ein Polyp 34, der im endoskopischen Bild sichtbar ist, aber im mit einer niedrigen Dosis aufgenommenen 2D-Röntgenbild 27 möglicherweise nicht oder nur bedingt diagnostisch verwertbar wiedergegeben wird.
  • Für einen Volumenbereich in der Umgebung der Endoskopspitze 18 wird nun während der endoskopischen medizinischen Maßnahme aus einer Serie von aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommenen 2D-Röntgenbildern ein aktueller 3D-Bilddatensatz bzw. ein aktuelles 3D-Röntgenbild rekonstruiert, das die Endoskopspitze 18 enthält. In diesem 3D-Röntgenbild ist der Polyp 34 hinsichtlich seiner Lage und Abmessungen gut zu erkennen. Falls dessen Wiedergabe im mit niedriger Dosis aufgenommenen 2D-Röntgenbild unzureichend ist, kann er mit Hilfe des 3D-Bilddatensatzes ortsgenau in das im mit niedriger Dosis erzeugt 2D-Röntgenbild eingeblendet werden, um dem Arzt die weitere Navigation des Endoskops zu erleichtern.
  • Der Arzt kann nun aus dem aus der Umgebung der Endoskopspitze 18 erzeugten 3D-Röntgenbild ein Schichtbild 35 in einer Koronalebene 36, die im dargestellten vereinfachten Beispiel senkrecht zur Zeichenebene verläuft und sich in einem vom Arzt wählbaren Abstand a von der Endoskopspitze 18 befindet und einen vor dieser befindlichen und in Richtung des Pfeiles 32 (Ausrichtung Endoskopspitze 18) liegenden Fixpunkt F, auswählen und erhält eine Ansicht, wie sie vereinfacht in 3 wiedergeben ist. In dieser Ansicht sieht der Arzt nicht nur die Innenfläche der den Hohlraum begrenzenden Wand und die äußere Oberfläche des Polypen 34 sondern zusätzliche Details über Ausdehnung und Form des Polypen 34 in einer für ihn als Radiologen vertrauten Darstellungsart.
  • 4 zeigt ein Schichtbild 38 in einer Sagittalebene, d. h. in einer Ebene, die parallel zur Zeichenebene der 2 verläuft.
  • Durch die mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes erzeugten Schichtbilder 35, 38 erhält der Arzt aussagekräftige Informationen über Lage, Form und Ausdehnung des Polypen 34, die ihn sowohl die Diagnosestellung als auch einen gegebenenfalls erforderlichen therapeutischen Eingriff erleichtern.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Unterstützung der Durchführung einer endoskopischen medizinischen Maßnahme, bei dem während der Maßnahme ergänzend zu einem endoskopischen Bild, das von einem in den Körper eines Patienten (14) eingeführten Endoskop (16) übertragen wird, mit einer tomographiefähigen bildgebenden Röntgeneinrichtung (2) ein aktuelles 3D-Röntgenbild aus der Umgebung der Endoskopspitze (18) erzeugt wird, deren Position im Koordinatensystem der zum Erzeugen des aktuellen 3D-Röntgenbildes verwendeten bildgebenden Röntgeneinrichtung (2) automatisch mittels eines Segmentierungsverfahrens bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Erzeugen des 3D-Röntgenbildes ein C-Bogen-Röntgengerät verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Position der Endoskopspitze (18) im Koordinatensystem der zum Erzeugen des aktuellen 3D-Röntgenbildes verwendeten Röntgeneinrichtung mit Hilfe einer Mehrzahl von aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommenen 2D-Röntgenbildern (27) automatisch bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem automatisch die Richtung der Endoskopspitze (18) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem aus dem 3D-Bild 2D-Schichtbilder (35, 38) erzeugt werden, die senkrecht (koronal) oder parallel (axial oder sagittal) zur Richtung der Endoskopspitze (18) orientiert sind und die Endoskopspitze (18) oder einen Fixpunkt (F) vor der Endoskopspitze (18) enthalten.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem aus dem 3D-Bild ein virtuelles endoskopisches Bild erzeugt wird, in dem die Lage und Richtung (32) der Endoskopspitze (18) angezeigt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in das während der Maßnahme erzeugte aktuelle 3D-Bild ein gespeichertes 3D-Bild eingeblendet wird, das mit einer anderen tomographiefähigen bildgebenden Einrichtung erzeugt worden ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem endoskopischen Bild ein aus dem 3D-Bild abgeleitetes Bild überlagert wird.
  9. Einrichtung zur Unterstützung einer endoskopischen medizinischen Maßnahme, mit einer tomographiefähigen bildgebenden Einrichtung (2) zum Erzeugen eines 3D-Bildes aus der Umgebung der Endoskopspitze (18) eines in den Körper eines Patienten (14) eingeführten Endoskops sowie mit einer in einer Steuereinrichtung (22) implementierten Software zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, bei dem als bildgebende Einrichtung eine Röntgeneinrichtung vorgesehen ist.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, bei dem die Röntgeneinrichtung ein C-Bogen-Röntgengerät ist.
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