DE102007028639A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Visualisierung von Objekten - Google Patents

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Abstract

Mit dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren wird ein Volumenbild, z. B. ein MR-, CT- oder 3-D-x-Ray-Bild, mit einem Oberflächenbild aufeinander abgestimmt und wahlweise abwechselnd oder korrespondierend Teile daraus visualisiert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erfassung und Visualisierung von Objekten.
  • In der plastischen Chirurgie, wie z. B. Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, der Kopf-Chirurgie oder der Orthopädie werden Aufnahmen vor und nach einem operativen Eingriff verglichen. Eine Methode zur Erfassung und Visualisierung von Objekten benützt das Lichtschnittverfahren. Das Lichtschnittverfahren beruht auf der optischen 3D-Messtechnik, das die Vermessung eines Höhenprofils entlang einer projizierten Lichtlinie ermöglicht. Diese Messung basiert auf dem Prinzip der Triangulation. Bei diesem Verfahren wird eine Lichtquelle, zumeist ein Laser, benutzt, der unter einem Winkel ein Objekt beleuchtet, dessen Oberfläche vermessen werden soll. Ein elektronischer Bildwandler zumeist eine CCD- oder eine CMOS-Kamera registriert das Streulicht. Bei Kenntnis der Strahlrichtung und des Abstandes zwischen Kamera und Lichtquelle kann damit der Abstand vom Objekt zur Kamera bestimmt werden. Wird die Abtastung rasterartig oder kontinuierlich durchgeführt, kann ein Oberflächenrelief, das heißt ein Abbild der Gesamtoberfläche erstellt werden. Diese Methode weist jedoch den Nachteil auf, dass sie durch Fremdlicht fehleranfällig sein kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Erfassung und Visualisierung eines Objektes anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 7 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei der Vorrichtung zum Erfassen und Visualisieren von Objekten ist eine Bildüberlagerungseinheit vorgesehen, wobei ein Volumenbild von einem Objekt aus einem ersten Zwischenspeicher und ein korrespondierendes Oberflächenbild des Objektes aus einem zweiten Zwischenspeicher ausgelesen und zur Deckung gebracht werden, sodass auf einem Bildschirm wahlweise jeweils ganz oder in Bruchstücken das Oberflächenbild oder das darunter liegende Volumenbild einzeln oder ergänzend abbildbar ist.
  • Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass in Verbindung mit einem hochauflösenden fremdlichtunabhängigen Oberflächenbild ein Volumenbild deckungsgleich abbildbar ist.
  • Die Erfindung bringt neben dem Vorteil, dass die Abbildung eines Objektes zur Ergebnissimulierung und Kontrolle eines Eingriffs heranziehbar ist, den weiteren Vorteil mit sich, dass neben Oberflächen auch darunter liegende Volumenstrukturen betrachtet werden können.
  • Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Oberflächenbildaufnahme mittels einer einfachen Integration einer Oberflächenbildaufnahmeeinheit in eine bestehende Geräteumgebung möglich wird.
  • Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass diese in der Gesichtschirurgie Anwendung finden kann, wobei die Abbildung einer Gesichtsoberfläche und die virtuelle Rekonstruktion eines zu ersetzenden Bereichs, z. B. durch Spiegelung der gesunden Gesichtsseite auf Knochen- und Hautebene, möglich ist.
  • Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine automatische Erkennung der Patientenlage zur Festlegung einer Orientierung bei mobiler Bildgebung möglich ist.
  • Die Erfindung soll im Folgenden mittels eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Als Ausführungsbeispiel ist eine schematische Darstellung zum Erfassen und Visualisieren eines Objektes wiedergegeben. Hierzu wird ein Volumenbild, das zum Beispiel während einer Magnetresonanzaufnahme, einer Computertomographieaufnahme CT oder einer 3D-x-Ray-Bildaufnahme entstanden ist, aus einer ersten Zwischenspeichereinheit ZE1 abgerufen. Die Bilddaten können z. B. in dem in der Medizin verwendeten Standard DICOM – Digital Imaging and Communications in Medicine – vorliegen.
  • Oberflächenbilder von dem gleichen Objekt werden aus einem zweiten Zwischenspeicher ZE2 abgerufen. Die in dem zweiten Zwischenspeicher ZE2 abgelegten Bilder oder Aufnahmesequenzen werden mit einem so genannten Phonetic Mixer Device PMD in Verbindung mit einer hoch auflösenden Charge Device CCD Kamerachiptechnologie erstellt. Ein geringer aufgelöstes Entfernungsbild wird dabei mit einer hoch aufgelösten Aufnahme eines Kamerabildes, wie z. B. einem Megabit CCD Chip alternativ CMOS Chip örtlich, überlagert. Die Entfernungsbilder werden pixelweise beispielsweise auf Basis von Infrarotlaufzeitmessungen ermittelt. Die Fusion des hoch auflösenden optischen CCD-Bildes mit dem PMD-Tiefenbild ergibt das oben angesprochene Oberflächenbild.
  • Deckungsgleiche Aufnahmen können durch Heranziehung der gleichen optischen Achse erzeugt werden. Ist eine derartige Ausrichtung nicht möglich so werden die zwischengespeicherten korrespondierenden Volumen- und Oberflächenbilder aus dem ersten und zweiten Zwischenspeicher ZE1, ZE2 ausgelesen und in einer Bildüberlagerungseinheit F aufeinander abgestimmt. Die Bildüberlagerungseinheit F weist unter anderem eine Registereinheit R zur Registrierung des Volumen- und Oberflächenbildes, eine Skalierungseinheit S zur Skalierung und eine Matchingeinheit zur Feinabstimmung bei der Überlagerung des Volumen- und Oberflächenbildes auf. Aufnahmen unterschiedlicher Aufnahmequellen werden durch ein Registrierungsverfahren zur Deckung gebracht. Durch ein Skalierungsverfahren werden das im ersten Zwischenspeicher ZE1 gespeicherte Volumenbild und das im zweiten Zwischenspeicher ZE2 gespeicherte Oberflä chenbild aufeinander abgestimmt und in einem anschließenden Matching- oder Korrelationsverfahren überlagert. Auf einem Bildschirm können dann das Volumenbild oder das deckungsgleiche Oberflächenbild hintereinander, oder Teile daraus einzeln oder jeweils korrespondierende Teile ganz oder partiell, abgebildet werden.
    • OB
    Objekt
    MR
    Magnetresonanz
    CT
    Computertomographie
    R
    Registrierungseinheit
    S
    Skalierungseinheit
    M
    Matching-/Überlagerungseinheit
    BW
    Bildwechseleinheit
    B
    Visualisierungseinheit
    F
    Bildüberlagerungseinheit/Fusionseinheit
    ZE1
    ersten Zwischenspeichereinheit
    ZE2
    zweite Zwischenspeichereinheit
    PMD
    Phonetic Mixer Device

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Erfassen und Visualisieren von Objekten (OB), dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildüberlagerungseinheit (F) vorgesehen ist, wobei ein Volumenbild (MR, CT, 3D-x-Ray) von einem Objekt (OB) aus einem ersten Zwischenspeicher (ZE1) und ein korrespondierendes Oberflächenbild (PMD) des Objektes (OB) aus einem zweiten Zwischenspeicher (ZE2) ausgelesen und zur Deckung gebracht werden, so dass auf einem Bildschirm (B) wahlweise jeweils ganz oder in Bruchstücken das Oberflächenbild oder das darunter liegende Volumenbild einzeln oder ergänzend abbildbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phonetic Mixer Devices (PMD) zur Abgabe eines Oberflächenbildes (PMD) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Registrierungseinheit (R) zur Registrierung des Volumenbildes und Oberflächenbildes vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Skalierungseinheit (S) zur Skalierung des Volumen- und Oberflächenbildes vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matchingeinheit (M) zur Feinabstimmung bei der Überlagerung des Volumen- und Oberflächenbildes vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildwechseleinheit (BW) zur wahlweisen Einzel- oder Verbunddarstellung von ganzen oder partiellen Teilen des Volumen- und Oberflächenbildes vorgesehen ist.
  7. Verfahren zum Erfassen und Visualisieren von Objekten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenbild (MR, CT, 3D-x-Ray) von einem Objekt (OB) und ein zugehöriges Oberflächenbild (PMD) des Objektes (OB) über einen Skalierungs- und Matchingprozess aufeinander abgestimmt zur Deckung gebracht werden und auf einer Visualisierungseinheit (B) wahlweise abwechselnd oder korrespondierende Teile daraus visualisiert werden.
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