DE102007029888B4 - Bildgebendes Verfahren für die medizinische Diagnostik und nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein bildgebendes Verfahren für die medizinische Diagnostik sowie auf eine nach diesem Verfahren arbeitende bildgebende Einrichtung.
- In der medizinischen Diagnostik werden in einer Reihe von Anwendungsfällen gleichzeitig oder nacheinander unterschiedliche bildgebende Verfahren eingesetzt, um die Diagnose zu erleichtern oder Fehldiagnosen zu vermeiden. So ist es in der Urologie beispielsweise bekannt, sowohl eine endoskopische Untersuchung als auch eine Röntgenuntersuchung durchzuführen. Bei einem endoskopischen Verfahren werden in Echtzeit hochaufgelöste farbige optische Bilder in Blickrichtung des Endoskops erzeugt. Jedes Bild bietet jedoch nur eine zweidimensionale Information der Beschaffenheit eines Ausschnitts der Innenoberfläche des Hohlraums und keine Information aus tieferen Schichten oder in anderen Blickrichtungen. Um eine möglichst lückenlose Erfassung des Hohlorgans zu ermöglichen, schlägt beispielsweise
US 2004/0210105 DE 10 2005 056 080 A1 bekannt, den zur Bestrahlung vorgesehene Bereich in einem während des Eingriffs erfassten Bildes anzuzeigen. - Demgegenüber werden bei einem Röntgenverfahren auch Informationen aus Bereichen erhalten, die in einem Endoskopiebild nicht sichtbar sind. Die Verknüpfung von einzelnen oder mehreren endoskopischen Bildern mit einem oder mehreren Röntgenbildern derselben Körperregion erfordern beim Betrachter nicht nur eine genaue Kenntnis der Anatomie sondern auch ein ausgeprägtes dreidimensionales Vorstellungsvermögen, das erst erlernt werden muss und häufig zu Fehlinterpretationen führt. Darüber hinaus weichen pathologische Strukturen oft in komplexer Weise vom Standard ab, so dass eine Verknüpfung von Endoskopiebildern und Röntgenbildern zusätzlich erschwert ist.
- Eine der Ursachen für diese Schwierigkeiten liegt auch darin, dass die in der Regel zusätzlich zur Endoskopie eingesetzten Verfahren, beispielsweise neben den bereits erwähnten Röntgenverfahren auch Magnetresonanzverfahren oder Ultraschallverfahren, Schnittbilder des Untersuchungsobjekts bereitstellen, während im Endoskopiebild lediglich eine einer Grenzfläche zwischen einem optisch durchlässigen und einem optisch undurchlässigen Medium auf eine zweidimensionale Bildebene dargestellt ist.
-
DE 100 15 826 A1 schlägt in diesem Zusammenhang vor, Bilddaten, die von den unterschiedlichen Bildgebungsmodalitäten erfasst werden, in einem gemeinsamen Bild überlagert bzw. fusioniert darzustellen. - Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein bildgebendes Verfahren für die medizinische Diagnostik anzugeben, das dem Nutzer die Interpretation von mit endoskopischen Verfahren und nichtendoskopischen Verfahren gewonnenen Bilddaten erleichtert. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung anzugeben.
- Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem bildgebenden Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß dieser Merkmale wird während einer endoskopischen Untersuchung einer Körperregion eines Patienten von dieser ein Bild mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugt, und es wird das Bildfeld des Endoskops ermittelt und positions- und orientierungsgetreu im Bild wiedergegeben.
- Durch diese Maßnahme ist es dem Nutzer möglich, die im Endoskopiebild oder im Bild identifizierten Strukturen einander zuzuordnen und hinsichtlich ihrer diagnostischen Relevanz zu beurteilen.
- Der Begriff „Bild” wird in der vorliegenden Beschreibung ausschließlich verwendet für Bilder, die mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugt worden sind, beispielsweise Röntgenbilder, Magnetresonanzbilder oder Ultraschallbilder.
- Eine besonders einfache Ermittlung der Lage und Orientierung des Bildfeldes des Endoskops ist durch Vergleich des mit dem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren vom Endoskop erzeugten Bildes, d. h. im Bild wiedergegebenen Endoskops mit einem für das nichtendoskopische Verfahren gespeicherten dreidimensionalen Modell des Endoskops möglich. Bei diesem Modell handelt es sich um ein dreidimensionales Bild des Endoskops, das mit diesem Verfahren bei einer Kalibrierung erzeugt worden ist. Bei einem solchen Mustervergleich wird das Modell mit entsprechenden Koordinatentransformationen solange gedreht und verschoben, bis das Bild des Endoskops und das auf die Bildebene nach den Koordinatentransformationen projizierte Modell maximale Übereinstimmung zeigen. Mit dem Modell verknüpft ist auch dessen Bildfeld, das ebenso wie das Modell in die Bildebene projiziert wird.
- Alternativ hierzu werden die Bildkoordinaten des Bildes in einem ortsfesten Koordinatensystem bestimmt und die Lage und Orientierung des Bildfeldes des Endoskops wird mit einer Positionserfassungseinrichtung in diesem ortsfesten Koordinatensystem gemessen. Durch diese Maßnahme ist ein Mustervergleich nicht erforderlich und das Bildfeld kann rein rechnerisch in das Bild auch dann projiziert werden, wenn das Endoskop selbst im Bild nicht sichtbar ist.
- Die Zuordnung einer im Endoskopiebild wiedergegebenen Struktur zu einer im Bild wiedergegebenen Struktur ist für den Betrachter erleichtert, wenn das wiedergegebene Bildfeld durch im Bild erkennbare, optisch undurchlässige Strukturen begrenzt wird.
- Eine zusätzliche Erleichterung für den Nutzer wird erzielt, wenn eine vom Nutzer im Endoskopiebild gesetzte Marke im Bild als vom Endoskop ausgehender Strahl oder als Endpunkt an einer optisch undurchlässigen Struktur angezeigt wird.
- Alternativ oder ergänzend hierzu wird ein vom Nutzer im Endoskopiebild ausgewähltes Gebiet im Bild als vom Endoskop ausgehendes Strahlbündel oder als Endfläche an einer optisch undurchlässigen Struktur angezeigt.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Marke bzw. Fläche mit Methoden der Bildverarbeitung automatisch segmentiert.
- Wenn das mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugte Bild ein 3D-Bild ist, kann das Bildfeld des Endoskops besonders anschaulich in räumlicher Darstellung visualisiert werden.
- Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8, deren Vorteile sinngemäß den zu den 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 bis4 jeweils ein mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugtes Bild eines Untersuchungsobjekts und ein Endoskopiebild. - Gemäß
1 umfasst eine Einrichtung gemäß der Erfindung ein Endoskopiegerät2 sowie ein nach einem nichtendoskopischen Verfahren arbeitendes Bilderzeugungssystem4 , im Beispiel ein C-Bogen-Röntgengerät mit einer Röntgenquelle6 und einem Röntgenempfänger8 , die an einem gestrichelt in der Figur dargestellten C-Bogen9 angeordnet sind. Der C-Bogen9 kann um ein Isozentrum10 geschwenkt werden, so dass ein zweidimensionales Bild (Schnittbild) aus einer Körperregion eines Patienten12 erzeugt werden kann. Diese Schwenkbewegung um eine senkrecht zur vom C-Bogen9 aufgespannte Ebene (in der Figur die Zeichenebene) ist durch einen Doppelpfeil14 veranschaulicht. Wenn außerdem der C-Bogen5 um eine Achse geschwenkt werden kann, die in einer von ihm aufgespannten Ebene liegt und durch den Doppelpfeil16 veranschaulicht ist, ist es möglich, aus der Körperregion des Patienten12 auch einen 3D-Bilddatensatz zu erstellen. - Über eine Körperöffnung ist in einen Hohlraum
18 des Körpers12 ein Endoskop20 eingeführt, mit dem es möglich ist, einen Ausschnitt der inneren Oberfläche einer Wand30 des Hohlraums18 optisch zu betrachten. In der Figur ist der seitliche Rand19 eines vom Endoskop20 erfassten Bildfeldes22 gestrichelt eingezeichnet. - Ausgehend von der Wand
30 des Hohlraums18 erstreckt sich im Beispiel eine pathologische Gewebezone24 , beispielsweise ein Tumor, in einen hinter der Wand30 , d. h. außerhalb des Hohlraumes18 liegenden Bereich. Diese pathologische Gewebezone24 liegt im dargestellten Beispiel im Bildfeld22 des Endoskops20 und ist in einem in dieser Position des Endoskops20 aufgenommen Endoskopiebild26 als flächige Struktur240 der Innenoberfläche zu erkennen, die sich zwar von der Umgebung abhebt, aber deren eindeutige Befundung nicht ohne weiteres möglich ist. - In einem mit dem Bilderzeugungssystem
4 erzeugten Bild28 , im Beispiel ein zweidimensionales Röntgenschnittbild, sind nun unter anderem die eine optisch undurchlässige Struktur bildende Kontur der Wand30 des Hohlraums18 sowie weitere in der Schnittebene liegende Strukturen32 erkennbar. In diesem Bild28 ist nun für den Nutzer eine Struktur242 zu erkennen, die sich in das Innere des Gewebes ausdehnt und die pathologischen Gewebezone24 wiedergibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem das Endoskop20 im Bild28 sichtbar. - Anhand eines in einem Speicher
40 des Bilderzeugungssystems4 abgelegten dreidimensionalen Modells des Endoskops20 wird nun durch Vergleich des Bildes vom Endoskop20 mit diesem Modell die Lage des Endoskops20 und damit des Bildfeldes22 relativ zu einem dem Bilderzeugungssystem4 zugeordneten Bildkoordinatensystem xB, yB ermittelt. Mit einer in einer Steuer- und Auswerteeinrichtung42 des Bilderzeugungssystems4 implementierten Bildverarbeitungssoftware wird das Bildfeld22 positions- und orientierungsgetreu in das Bild28 eingeblendet, d. h. für den Nutzer sichtbar hervorgehoben. Hierzu wird beispielsweise das gesamte Bildfeld22 eingefärbt. Alternativ ist es auch möglich, ausschließlich den Rand19 des Bildfeldes22 als Randstrahlen im Bild28 anzuzeigen. - Im dargestellten Beispiel enden außerdem sowohl der Rand
19 als auch das Bildfeld22 an der im Bild28 erkennbaren Kontur der Wand30 des Hohlraums18 , um dem Betrachter zu visualisieren, dass nur ein dieser Kontur entsprechender Flächenbereich im Endoskopiebild26 sichtbar ist. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die Endfläche des Bildfeldes22 an der optisch undurchlässigen Struktur (Wand30 ) hervorzuheben. - Der Betrachter erkennt nun durch Vergleich von Endoskopiebild
26 und Bild28 unmittelbar, dass die im Endoskopiebild26 sichtbare flächige Struktur240 zu der sich tief in das Gewebe erstreckenden Struktur242 im Bild28 gehört und kann auf diese Weise beide Strukturen240 ,242 eindeutig einander zuordnen und beispielsweise deren Volumenausdehnung besser beurteilen, da ihm das Endoskopiebild26 und das Bild28 Größenvorstellungen in zueinander senkrechten Schnittebenen vermitteln. - Im dargestellten Beispiel ist dem Endoskop
20 außerdem eine Positionserfassungseinrichtung50 zugeordnet, mit der mit Hilfe von in der Figur nicht näher dargestellten, im Bereich der Endoskopspitze angeordneten Sensoren die Lage und Orientierung des Endoskops20 und damit auch die Lage und Orientierung des Bildfeldes22 in einem ortfesten Koordinatensystem x, y, z ermittelt werden kann. Bei bekannter Beziehung zwischen den Bildkoordinatensystem xB, yB des Bildes28 und dem ortsfesten Koordinatensystem x, y, z, ist es möglich, das Bildfeld22 in das Bild28 lagerichtig einzutragen, ohne dass es notwendig ist, ein Modell des Endoskops20 zu speichern Der Betrachter hat nun seinerseits die Möglichkeit, im Endoskopiebild ein ihn interessierendes Gebiet52 zu markieren, das im Beispiel die Struktur240 umfasst. Dieses Gebiet52 wird von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung54 des Endoskopiegerätes2 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung42 des Bilderzeugungssystems4 weitergeleitet und mit der Bildverarbeitungssoftware im Bild28 , beispielsweise in Form eines schraffiert dargestellten eingeschränkten Bildfeldes56 oder in Form von gestrichelt eingezeichneten Randstrahlen58 eingeblendet, wie dies in2 veranschaulicht ist. - Alternativ hierzu kann der Betrachter im Endoskopiebild
26 auch an einem einzelnen, ihn interessierenden Punkt eine Marke60 setzen, der dann gemäß3 entweder eine an der Wand30 endende, gestrichelt eingezeichnete Sichtlinie oder Strahl62 oder ebenfalls als Endpunkt61 dieses Strahls62 an der Wand30 , d. h. der optisch undurchlässigen Struktur im Bild28 , dargestellt wird. - Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass das interessierende Gebiet
52 oder die Marke mit Methoden der Bildverarbeitung automatisch segmentiert wird. - In den
1 bis3 sind Situationen dargestellt, in denen das Endoskop20 im Bild (Schnittbild)28 sichtbar ist. Dies ist nicht notwendig der Fall, da sich die Spitze des Endoskops auch in einer außerhalb der Schnittebene liegenden Ebene befinden kann. - In
4 ist eine nicht erfindungsgemäße Situation dargestellt, bei der die Spitze des Endoskops außerhalb der in1 dargestellten Zeichenebene (die Bildebene des Bildes28 ) angeordnet ist und die optische Achse der im Endoskop integrierten Videokamera senkrecht zur Schnittebene ausgerichtet ist. In diesem Fall ist das Bildfeld22 des Endoskops eine Kreisfläche (bei schräger Orientierung der optischen Achse eine Ellipse), und der Betrachter kann bei Betrachtung des von Endoskopiebildes26 und des Bildes28 allenfalls die Information entnehmen, dass eine Synthese beider Bilder nicht möglich ist. - Im Ausführungsbeispiel werden vom Bilderzeugungssystem
4 zweidimensionale Schnittbilder erzeugt. Das Verfahren lässt sich jedoch mit besonders großen Vorteil auch dann einsetzen, wenn das Bilderzeugungssystem4 vom Untersuchungsobjekt12 einen dreidimensionalen Bilddatensatz erzeugt. Dann lässt sich das in der Regel kegelförmige Bildfeld22 des Endoskops räumlich in den 3D-Datensatz einblenden und die Orientierung des Nutzers ist erheblich erleichtert. - Die Erfindung ist auch nicht auf das im Ausführungsbeispiel dargestellte flexible Endoskop beschränkt. Grundsätzlich kann das Endoskop auch starr oder als Endoskopkapsel ausgeführt sein.
Claims (10)
- Bildgebendes Verfahren für die medizinische Diagnostik, bei dem während einer endoskopischen Untersuchung einer Körperregion eines Patienten (
12 ) mit einem Endoskop (20 ) von dieser ein Bild (28 ), in dem das Endoskop (20 ) zumindest zum Teil gezeigt ist, mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugt wird, und bei dem das Bildfeld (22 ) des Endoskops (20 ) ermittelt und positions- und orientierungsgetreu im Bild (28 ) wiedergegeben wird, wobei anhand eines für das nichtendoskopische Verfahren gespeicherten dreidimensionalen Modells des Endoskops (20 ) die Lage und Orientierung des Bildfeldes (22 ) des Endoskops (20 ) durch Vergleich des mit dem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren vom Endoskop (20 ) erzeugten Bildes und im Bild (28 ) wiedergegebenen Endoskops (20 ) mit dem Modell ermittelt wird oder die Bildkoordinaten des Bildes (28 ) in einem ortsfesten Koordinatensystem (x, y, z) bestimmt werden und die Lage und Orientierung des Bildfeldes (22 ) des Endoskops (20 ) mit einer Positionserfassungseinrichtung (50 ) in diesem ortsfesten Koordinatensystem (x, y, z) gemessen wird. - Bildgebendes Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wiedergegebene Bildfeld (
22 ) durch im Bild (28 ) erkennbare optisch undurchlässige Strukturen begrenzt wird. - Bildgebendes Verfahren nach einem der vorhergehenden An spräche, bei dem eine vom Nutzer im Endoskopiebild (
26 ) gesetzte Marke (60 ) im Bild (28 ) als vom Endoskop (20 ) ausgehender Strahl (62 ) oder als Endpunkt an einer optisch undurchlässigen Struktur angezeigt wird. - Bildgebendes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein vom Nutzer im Endoskopiebild (
26 ) ausgewähltes Gebiet (52 ) im Bild (28 ) als vom Endoskop (20 ) ausgehendes Strahlbündel oder als Endfläche an einer optisch undurchlässigen Struktur angezeigt wird. - Bildgebendes Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Marke bzw. Fläche mit Methoden der Bildverarbeitung automatisch segmentiert wird.
- Bildgebendes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugte Bild (
28 ) ein 3D-Bild ist. - Bildgebendes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren erzeugte Bild (
28 ) ein Röntgenbild ist. - Bildgebende Einrichtung mit einem Endoskopiegerät (
2 ) zum Erzeugen eines Endoskopiebildes (26 ) aus einer Körperregion eines Patienten (12 ) und mit einem Bilderzeugungssystem (4 ) zum Erzeugen eines Bildes (28 ) dieser Körperregion mit einem nichtendoskopischen bildgebenden Verfahren, mit einer Auswerteeinrichtung, die die vom Endoskopiegerät (2 ) und Bilderzeugungssystem (4 ) jeweils erzeugten Endoskopiebilder (26 ) bzw. Bilder (28 ) mit einer in ihr implementierten Software zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verarbeitet. - Bildgebende Einrichtung nach Anspruch 8, bei der das Bilderzeugungssystem (
4 ) ein C-Bogen-Röntgengerät ist. - Bildgebende Einrichtung nach Anspruch 8, bei der dem Endoskop (
20 ) eine Positionserfassungseinrichtung (50 ) zum Messen seiner Position in einem ortsfesten Koordinatensystem zugeordnet ist.
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