DE102007021061A1 - Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs-sowie intraoperativer Ultraschallbilder in der medizinischen Bildgebung - Google Patents

Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs-sowie intraoperativer Ultraschallbilder in der medizinischen Bildgebung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs- sowie intraoperativen Ultraschallbildern (US) in der medizinischen Bildgebung. Sie weist folgende Schritte auf: Aufnehmen eines Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) oder einer Bildfolge von Röntgen-Durchleuchtungsbildern eines interessierenden Bereiches eines Patienten, - Aufnehmen eines intraoperativen Ultraschallbildes (US) des interessierenden Bereiches, - Durchführen einer Registrierung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes mit dem intraoperativen Ultraschallbild, - Darstellung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) und Überlagerung des intraoperativen Ultraschallbildes (US) über das Röntgen-Durchleutungsbild (R) an einem Bildschirm. Die Erfindung umfasst ebenfalls eine medizinische Vorrichtung, insbesondere ein Untersuchungs- bzw. Behandlungsgerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs- sowie intraoperativer Ultraschallbilder in der medizinischen Bildgebung. Dabei wird ein Röntgen-Durchleuchtungsbild oder eine Bildfolge von Röntgen-Durchleuchtungsbildern (Fluoro-Modus) eines interessierenden Bereiches eines Patienten aufgenommen. Des Weiteren wird ein intraoperatives Ultraschallbild des interessierenden Bereiches aufgenommen.
  • Im Zusammenhang mit medizinischen interventionellen Eingriffen werden sowohl Röntgengeräte als auch Ultraschallgeräte benutzt, deren bildgebender Ultraschallkopf sich im Körper des Patienten befindet und somit indirekt bewegt werden muss. Solche Ultraschallgeräte sind zum Beispiel ICE (Intra-Cardiac-Echo – ein Katheter mit Ultraschallkopf zur Anwendung im Herzbereich), IVUS (Intra-Vascular-Ultraschall – ein Katheter mit Ultraschallkopf zur Anwendung im Koronarbereich) und TEE (Trans-Esophageal-Echo – ein Katheter mit Ultraschallkopf zur Einführung in die Speiseröhre). Das Röntgengerät ist typischer Weise ein C-Bogen-Gerät, das sowohl Einzelbilder, als auch in Folge bzw. Serie aufgenommene Bilder hintereinander zur Bewegungsanalyse (Fluoro-Modus mit bis zu 60 Bildern/Sekunde) aufnehmen kann. Beide Bildmodalitäten (Ultraschall- und Röntgendurchleuchtungsbild) dienen der Bildgebung zur Platzierung oder Anwendung von Instrumenten und zur Erfolgskontrolle. Aufgrund der unterschiedlichen bildgebenden Eigenschaften zeigen beide Modalitäten verschiedene Aspekte des Eingriffs.
  • Beispielsweise gibt es die Anwendung in der Elektrophysiologie: Die Ablation mit Hilfe eines Ablationskatheters im Herzen. Mit dem C-Bogen-Röntgengerät kann das Einführenen und die Position der verschiedenen Katheter im Körper des Patienten kontrolliert werden. Mit Hilfe des Ultraschallbildes kann die patientenindividuelle Anatomie des Herzens erkannt werden und die genaue Positionierung des Ablationskatheters bezüglich des zu behandelnden Gewebes.
  • Die beschriebene Vorgehensweise weist folgende Nachteile auf:
    • – Durch die indirekte Steuerung des Ultraschallkopfes ist die Orientierung für den Arzt schwierig. Der Arzt ist von der Bildinformation im Ultraschallbild abhängig. Im Röntgenbild ist zwar die Katheterspitze zu sehen, jedoch die Richtung und die Ausdehnung des Ultraschallbildes sind nicht zu sehen.
    • – Normaler Weise interessiert sich der Arzt beim Ultraschallbild (neben der Position der zu behandelnden Stelle) für die Position eines in den Patientenkörper eingebrachten Instrumentes, zum Beispiel bei der Vorhofablation für die Position der Ablationskatheterspitze. Jedoch sieht er nicht dieses Instrument im Ultraschallbild, sondern nur einen Schnittpunkt mit dem Ablationskatheter. Daraus ist die Position der Spitze nicht ersichtlich.
  • Bisher kann sich der Arzt bezüglich der Position des Ultraschallbildes nur durch die im Ultraschallbild gezeigte anatomische Information orientieren. Um Instrumentenspitze und Behandlungsgewebe gleichzeitig sehen zu können, muss der Arzt das Ultraschallbild hin und her bewegen. Das kann kompliziert sein (zusätzliche Bedienung eines Gerätes). Des Weiteren kann es die Orientierung durch Änderung des Bildinhaltes und der Bewegung schwieriger machen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungsbildern sowie intraoperativer Ultraschallbilder in der medizinischen Bildgebung so auszubilden, dass das oben dargestellten Problem überwunden wird.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs- sowie intraoperativer Ultraschallbilder in der medizinischen Bildgebung aufweisend folgende Schritte:
    • – Aufnehmen eines Röntgen-Durchleuchtungsbildes oder einer Bildfolge von Röntgen-Durchleuchtungsbildern eines interessierenden Bereiches eines Patienten,
    • – Aufnehmen eines intraoperativen Ultraschallbildes des interessierenden Bereiches,
    • – Durchführen einer Registrierung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes mit dem intraoperativen Ultraschallbild,
    • – Darstellung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes und Überlagerung des intraoperativen Ultraschallbildes über das Röntgen-Durchleuchtungsbild an einem Bildschirm.
  • Dabei wird die Überlagerung vorzugsweise in Echtzeit durchgeführt. Des Weiteren kann das Röntgen-Durchleuchtungsbild zeitlich vor dem intraoperativen Ultraschallbild aufgenommen werden.
  • Vorzugsweise wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer Bilddarstellung zumindest eines in einem Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments im Rahmen einer Untersuchung oder Behandlung angewendet. Diese Untersuchung ist vorzugsweise eine kardiologische Untersuchung oder Behandlung.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine medizinische Vorrichtung, insbesondere ein Untersuchungs- bzw. Behandlungsge rät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
    • – Sie ermöglicht eine bessere (räumliche) Orientierung eines Ultraschallkatheters durch Vergleich mit den Bildinformationen des Röntgen-Durchleuchtungsbildes.
    • – Durch geeignete Überlagerung kann der Ultraschallkatheter sowohl im Röntgen-Durchleuchtungsbild (bzw. in der Bildfolge der Röntgen-Durchleuchtungsbilder = Fluoro-Modus) als auch als Schnittpunkt im intraoperativen Ultraschallbild erkannt werden. Damit ist die Position der Katheterspitze relativ zum Ultraschallbild erkennbar (ohne den Ultraschallkatheter zu bewegen).
  • Vorzugsweise ist sowohl das Röntgen-Durchleuchtungsbild als auch das intraoperative Ultraschallbild ein zweidimensionales Bild. Es ist günstig, wenn zur Überlagerung beide Bilder die gleiche Dimension aufweisen.
  • Zur Registrierung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes mit dem intraoperativen Ultraschallbild, welche eine relative (zeitlich variable) Position zwischen Röntgenbild und Ultraschallbild über die Zeit bestimmbar macht, sollte die Position des Ultraschallbildes relativ zum Koordinatensystem des Röntgensystems bekannt sein. Hierfür kann ein so genannter Positionssensor im oder in der Nähe des Ultraschallsensors verwendet werden. Bekannt für solche Positionsbestimmungsverfahren ist zum Beispiel das so genannte "Magnetic Tracking" (beispielsweise CARTO-System der Firma Biosense Webster, Diamond Bar, CA, USA, http://www.biosensewebster.com/products/navigation/cartoxp.as px).
  • Dabei werden vom Positionssensor die von einem Transmitter gesendeten elektromagnetischen Signale ausgewertet und somit sechs Freiheitsgrade für Position und Orientierung des Ultraschallsensors ermittelt. Da der Transmitter fest an der Röntgenanlage angebracht ist (beispielsweise unter der Patientenliege montiert), ist die Beziehung des Koordinatensystems des magnetischen Tracking-Systems zum Koordinatensystem des Röntgensystems durch Kalibrierung bekannt.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass zumindest ein Teil eines eingebrachten Instruments aus dem intraoperativen Ultraschallbild segmentiert wird und nur der zumindest eine Teil des Instruments über das Röntgen-Durchleuchtungsbild überlagert wird.
  • Es ist weiterhin denkbar, dass bei der Überlagerung des intraoperativen Ultraschallbildes über das Röntgen-Durchleuchtungsbild eine Grauwert-Abbildungsfunktion verwendet wird, um eine Sichtbarkeit beider Bilder gleichzeitig am Bildschirm zu ermöglichen. Durch eine solche Grauwert-Abbildungsfunktion können einzelne Bilder so verändern, dass sie transparent werden.
  • Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung der Erfindung ist, dass das Röntgen-Durchleuchtungsbild überlagernde intraoperative Ultraschallbild anstatt bildlich symbolisch am Bildschirm dargestellt wird. Für beide Varianten einer Überlagerung, sei es bildlich oder symbolisch, ist es günstig, wenn am Bildschirm die Position, die Orientierung bzw. die Tiefe des intraoperativen Ultraschallbildes relativ zum Röntgen-Durchleuchtungsbild wiedergegeben wird.
  • Um zusätzlich eine räumliche Darstellung des intraoperativen Ultraschallbildes in der Tiefe im Röntgen-Durchleuchtungsbild zu illustrieren, wird eine Schattendarstellung des Ultraschallbildes auf einer ggf. virtuelle Ebene am Rande des Röntgen-Durchleuchtungsbildes erzeugt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird dadurch angedeutet, inwieweit das Ultraschallbild im Röntgenbild räumlich gekippt ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt die Zeichnung:
  • 1 eine Überlagerung eines Röntgen-Durchleuchtungsbildes mit einem Ultraschallbild,
  • 2 eine Überlagerung eines Röntgen-Durchleuchtungsbildes mit einer symbolischen Darstellung eines Ultraschallbildes, wobei zusätzlich ein Schattenwurf des Ultraschallbildes auf einer Ebene am Rand des Röntgen-Durchleuchtungsbildes visualisiert wird.
  • 1 zeigt ein Röntgen-Durchleuchtungsbild R. Im Röntgen-Durchleuchtungsbild R ist ein Instrument I, vorzugsweise ein Katheter mit Ultraschallkopf positioniert. Des Weiteren wird eine Überlagerung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes R mit dem mit dem Instrument I erzeugten Ultraschallbild US überlagert dargestellt.
  • In 2 wird das Ultraschallbild nicht als Bild, sondern symbolisch durch Andeutung der Ränder mit gestrichelten Linien gezeigt (auch als symbolisches Ultraschallbild S-US bezeichnet). Die linke Spitze des symbolischen Ultraschallbildes S-US zeigt die Position P des Instruments I an. Die gerade gestrichelten Schenkel des symbolischen Ultraschallbildes deuten die Orientierung O an. Der rechte angedeutete Bogen des symbolischen Ultraschallbildes deutet die Tiefe T des Ultraschallbildes an. Des Weiteren kann ein Schatten SA auf eine ggf. virtuelle Ebene vorzugsweise am Rand des Röntgen-Durchleuchtungsbildes R – in der Figur ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet – projiziert werden. Dieser Schattenwurf stellt zusätzlich die räumliche Tiefe bzw. Kippstellung des Ultraschallbildes dar. In der Figur werden beispielsweise die angedeutete Punkte A und B des bildlichen US bzw. symbolisch gezeigten Ultraschallbildes S-SU auf die dun kel dargestellte Ebene am unteren Rand des Röntgen-Durchleuchtungsbildes R projiziert. Im Beispiel ist der Punkt A aus der Sicht des Betrachters, der das Röntgen-Durchleuchtungsbild mit dem überlagerten Ultraschallbild beispielsweise auf einem Bildschirm ansieht, weiter entfernt als der Punkt B. Eine solche Projektion kann auch an einer anderen Stelle dargestellt werden.
  • Vorzugsweise sind sowohl das Röntgen-Durchleuchtungsbild als auch das überlagerte Ultraschallbild zweidimensionale Bilder, jedoch ist die Erfindung auf zweidimensionale Bilder nicht eingeschränkt. Günstig ist es, wenn sowohl das Röntgen-Durchleuchtungsbild R und das Ultraschallbild US die gleiche Dimension aufweisen.
  • Die vorstehend erwähnten Figuren zeigen Darstellungen beispielsweise an einem Bildschirm eines medizinischen Untersuchungs- bzw. Behandlungsgerätes.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - http://www.biosensewebster.com/products/navigation/cartoxp.as px [0014]

Claims (13)

  1. Verfahren zur gekoppelten Darstellung von Röntgen-Durchleuchtungs- (R) sowie intraoperativer Ultraschallbilder (US) in der medizinischen Bildgebung aufweisend folgende Schritte: – Aufnehmen eines Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) oder einer Bildfolge von Röntgen-Durchleuchtungsbildern eines interessierenden Bereiches eines Patienten, – Aufnehmen eines intraoperativen Ultraschallbildes (US) des interessierenden Bereiches, – Durchführen einer Registrierung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) mit dem intraoperativen Ultraschallbild (US), – Darstellung des Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) und Überlagerung des intraoperativen Ultraschallbildes (US) über das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) an einem Bildschirm.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung in Echtzeit erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) zeitlich vor dem intraoperativen Ultraschallbild (US) aufgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) und das intraoperative Ultraschallbild (US) die gleiche Dimension aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überlagerung des intraoperativen Ultraschallbildes (US) über das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) eine Grauwert-Abbildungsfunktion verwendet wird, die eine Sichtbarkeit beider Bilder gleichzeitig am Bildschirm bewirkt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) überlagernde intraoperative Ultraschallbild (S-US) anstatt bildlich symbolisch am Bildschirm dargestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des bildlich oder symbolisch am Bildschirm dargestellten intraoperativen Ultraschallbildes (US, S-US) über dem Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) die Position (P), die Orientierung (O) und/oder die Tiefe (T) des intraoperativen Ultraschallbildes (US, S-US) wiedergibt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche Darstellung der Tiefe des intraoperativen Ultraschallbildes (US, S-US) im Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) mit Hilfe einer Schattenprojektion (SA) auf eine Ebene an einem Rand des Röntgen-Durchleuchtungsbildes (R) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Zusammenhang mit einer Bilddarstellung zumindest eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments (I) im Rahmen einer Untersuchung oder Behandlung angewendet wird.
  10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine kardiologische Untersuchung oder Behandlung durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme des intraoperativen Ultraschallbildes durch einen Positionssensor des eingebrachten Instruments (I) unterstützt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, bei dem zumindest ein Teil eines eingebrachten Instruments aus dem intraoperativen Ultraschallbild (US, S-US) segmentiert und nur der zumindest eine Teil des Instruments über das Röntgen-Durchleuchtungsbild (R) überlagert wird.
  13. Medizinische Vorrichtung, insbesondere ein Untersuchungs- und/oder Behandlungsgerät, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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