DE102007030960A1 - Verfahren zur Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern - Google Patents

Verfahren zur Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern, bei dem die 3-D-Strukturen als einzelne volumetrische Grauwerte vorliegen, wie diese insbesondere als Ergebnis volumetrischer Scans mit mehreren Schnittebenen von medizinischen Tomographen geliefert werden, bei dem Änderungen der 3-D-Strukturen in der Richtung der Oberflächennormalen der 3-D-Strukturen bezüglich der Betrachtungsrichtung der 2-D-Projektionsbilder durch Änderungen der Eigenschaften der dargestellten 3-D-Strukturen gekennzeichnet werden. Derartige Verfahren dienen zur Darstellung von beispielsweise sogenannten Gefäßbäumen oder Gefäßstrukturen aus einem 3-D-Datensatz.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern, bei dem die 3-D-Strukturen als einzelne volumetrische Grauwerte vorliegen, wie diese insbesondere als Ergebnis volumetrischer Scans mit mehreren Schnittebenen von medizinischen Tomographen geliefert werden. Derartige Verfahren dienen zur Darstellung von beispielsweise sogenannten Gefäßbäumen oder Gefäßstrukturen aus einem 3-D-Datensatz.
  • Eine Röntgendiagnostikeinrichtung, ein medizinischer Tomograph, zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ist aus der DE 10 2004 057 308 A1 bekannt und beispielsweise in der 1 dargestellt, die einen an einem Ständer 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden ein Röntgenstrahler 3 und ein Röntgenbilddetektor 4 angebracht sind.
  • Anstelle des dargestellten Ständers 1 können auch Boden- und/oder Deckenstative Verwendung finden. Der C-Bogen 2 kann auch durch einen sogenannten elektronischen C-Bogen 2 ersetzt werden, bei dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 erfolgt. Auch können die beweglichen Komponenten 2 bis 5 einzeln oder gemeinsam an Roboterarmen gelagert sein.
  • Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (aSi) erstellt ist.
  • Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich ein Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Patienten zur Untersuchung seines Herzen. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist ein Bildsystem 6 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet.
  • Als medizinische Tomographen zur Erzeugung volumetrischer Scans mit mehreren Schnittebenen können neben dem beschriebenen C-Bogen-Röntgengerät aber auch beispielsweise Computertomographen oder Magnetresonanztomographen Verwendung finden.
  • In zunehmendem Maße erfolgen Eingriffe an Patienten minimalinvasiv, indem beispielsweise ein Katheter oder ein anderes medizinisches Instrument unter Röntgenkontrolle über die Blutbahn an die erkrankte Körperstelle gebracht wird. Behandelt werden damit unter anderem Tumore, Aneurysmen, AVMs (Arterien-Venen-Fehlbildung (Arterio Venous Malformatio)) und Stenosen. Die Navigation des Katheters vom Eintrittspunkt in den Körper bis zum Krankheitsort stellt dabei auch für erfahrene Mediziner eine große Herausforderung dar. Hervorzuheben ist dabei die Navigation im Neuro-Bereich, da die gezielte Steuerung im filigran verzweigten Gefäßsystem des Gehirns hohe Anforderungen stellt.
  • Das Problem dabei ist, dass zwar der Katheter während der Röntgendurchleuchtung deutlich sichtbar ist, die Anatomie des Patienten, insbesondere seine Gefäßstruktur, dagegen aber kaum oder gegebenenfalls nur nach Injektion von Kontrastmittel. Das größte Problem bei dieser Vorgehensweise beispielsweise durch den Einsatz der sogenannten "Roadmap"- bzw. DSA-Funktionalität ist, dass keine räumliche Tiefeninformationen vorhanden sind, wie dies beispielsweise der 2 zu entnehmen ist, die ein klassisches "Roadmap"-Bild einer C-Bogen-Anlage gemäß 1 zeigt, bei der jegliche Tiefeninformation fehlt. Es ist nicht ersichtlich, ob ein Gefäß parallel zum Betrachter verläuft, "in das Bild hineingeht" oder "aus dem Bild herauskommt". "Roadmap"-Bilder entstehen bekanntermaßen durch Subtraktion von sogenannten Füllungsaufnahmen, d.h. Aufnahmen mit Kontrastmittel, von sogenannten Leeraufnahmen, d.h. Aufnahmen ohne Kontrastmittel. Sie zeigen lediglich die mit Kontrastmittel gefüllten Adern, so dass sich der Arzt an ihnen orientieren kann, wenn die "Roadmap"-Bilder mit Durchleuchtungs-Bildern überlagert werden.
  • Nachdem in den letzten Jahren die Verwendung von 3-D-Bilddatensätzen, wie beispielsweise in dem Prospekt "LEONARDO – Intelligent Postprocessing/Intelligent Investment./Reliable Planning./Efficient Usage.", der Firma Siemens Medical Solutions, 2004, Order No.: A91100-M2040-B142-1-7600, beschrieben ist, zum Stand der Technik wurde und allgemein verfügbar sind, ist es das Ziel, den 3-D-Datensatz des Patienten zur Navigation heranzuziehen. In den 3 und 4 ist ein derartiges 3-D-Volumen aus zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Bild in 4 ist ein seitlicher Blick von rechts relativ zur Blickrichtung des Bildes gemäß 3. Die markierten Bereiche weisen auf besondere Stellen hin, auf die in Zusammenhang mit den 11 und 12 Bezug genommen wird.
  • Mit Hilfe der klassischen "Roadmap"-Funktionalität und einer Bi-Plan-C-Bogen-Anlage, beispielsweise Siemens Artis dBA, beschrieben in der Broschüre "AXIOM Artis dBA/The soloist's duet for neuroradiology and universal angiography" der Firma Siemens Medical Solutions, 2004, Order No. A91100-M1400-C824-1-7600, erhält man simultan zwei Roadmap/DSA-Bilder, die unter einem Winkel zueinander stehen. Der behandelnde Arzt ist nun auf Grund seiner Erfahrung in der Lage, aus diesen zwei Bildern ohne Tiefeninformation zumindest in dem Bereich, an dem er aktuell interessiert ist, räumliche 3-D-Informationen zu extrahieren. Letztendlich sind aber die Möglichkeiten, sich ein Bild von der Gefäßstruktur im Dreidimensionalen zu machen, sehr begrenzt.
  • Mit Hilfe eines 3-D-Datensatzes hat er nun die Möglichkeit, sich die dreidimensionale Gefäßstruktur anzusehen, indem er den 3-D-Datensatz auf seiner 3-D-Workstation rotieren lässt und damit aus unterschiedlichen Blickrichtungen betrachtet (siehe 3 und 4). Dabei fehlt ihm aber erst einmal die direkte Korrespondenz zwischen dem aktuellen Röntgenbild mit der ihn interessierenden Region und der entsprechenden Stelle im 3-D-Volumen.
  • Ein derartiges Verfahren, das diese Korrespondenzen wieder herstellt, ist beispielsweise in der älteren Patentanmeldung DE 10 2006 020 398.4 beschrieben.
  • Eine weitere Alternative ist, dass man dem Röntgenbild eine entsprechende Projektion des 3-D-Datensatzes überlagert, wie dies beispielsweise in 5 dargestellt ist. Dies ist ein großer Fortschritt; allerdings löst es das Problem, ob ein Gefäß an einer spezifischen Stelle parallel zum Betrachter verläuft, "in das Bild hineingeht" oder "aus dem Bild herauskommt", nur ungenügend. Es ist auch in 5 nur schwer ersichtlich, wie ein Gefäß in der Tiefe, d.h. senkrecht zur Betrachtungsebene verläuft. Der Grund für diese Beobachtung ist, dass man als Mensch erst durch die Rotation des 3-D-Datensatzes die benötigte Tiefeninformation erfassen kann. Und dieser Freiheitsgrad der Rotation steht bei der Überlagerung des Röntgenbildes mit einer Projektion des 3-D-Datensatzes nicht zur Verfügung. Die Projektion des 3-D-Datensatzes ist durch die aktuelle Stellung der C-Bogen-Anlage, gekennzeichnet durch Angulation, Zoom, SID (Source-Image-Distanz), Tischposition, etc., fest vorgegeben.
  • Dieses Argument veranschaulicht, dass man eine Möglichkeit benötigt, aus der Betrachtung einer feststehenden Projektion, die nötigen Tiefeninformationen ziehen zu können. Auch dazu gibt es Ansätze, die im Wesentlichen auf Stereo-Sehen hinauslaufen:
    • • Man kann spezielle Bilder auf einem 3-D-Monitor anzeigen. Damit erhält man auch bei einer feststehenden Projektion einen Stereoeindruck. Allerdings ist dieser weder ausgeprägt genug, noch erfüllen heutige 3-D-Monitore die gestellten Anforderungen, z.B. an die benötigte Auflösung.
    • • Man kann die projizierten Bilder mit speziellen Farbbrillen (grün/rot) oder Polarisationsbrillen, sogenannten Ana glyphenbrillen, betrachten. Die Brillen scheiden aber beim Einsatz im OP aus.
  • Aus der US 2003/0156747 A1 ist ein Verfahren zur Darstellung von Projektions- oder Schnittbildern aus 3D-Volumendaten eines Untersuchungsvolumens, bei dem aus den 3D-Volumendaten ein aus einzelnen Pixeln zusammengesetztes Grauwertbild einer vorgebbaren Projektion oder eines vorgebbaren Schnittes berechnet wird. Dabei wird für jedes Pixel des Grauwertbildes eine Entfernung eines durch das Pixel dargestellten Voxels des Untersuchungsvolumens zu einer Referenzebene bestimmt, jedem Pixel des Grauwertbildes ein der Entfernung entsprechender Farbwert zugeordnet und ein Projektions- bzw. Schnittbild durch Überlagerung oder Einfärbung des Grauwertbildes mit den für jedes Pixel zugeordneten Farbwerten dargestellt, so dass man eine farbliche Tiefeninformation erhält. Das bedeutet jedoch, dass benachbarte Punkte auf einem Gefäß beispielsweise eine Farbe aufweisen, die nur von der Entfernung zum Betrachter abhängt, aber nicht von der Ausrichtung des Gefäßes. D.h. Gefäße, die in gleicher Richtung laufen, sich aber in unterschiedlicher Tiefe befinden, haben unterschiedliche Farben.
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass eine Untersuchende Person aus der Betrachtung einer feststehenden Projektion die nötigen Tiefeninformationen und Ausrichtungen einzelner Gefäße senkrecht zur Betrachtungsrichtung ohne weitere Hilfsmittel zu ziehen vermag.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Änderungen der 3-D-Strukturen in der Richtung der Oberflächennormalen der 3-D-Strukturen bezüglich der Betrachtungsrichtung der 2-D-Projektionsbilder durch Änderungen der Eigenschaften der dargestellten 3-D-Strukturen gekennzeichnet werden. Durch die beispielsweise farbbasierte Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern über Oberflächennormale erkennt der geübte Beobachter, wie die Struktur senkrecht zur Be trachtungsrichtung verläuft. Dadurch ist es möglich, darzustellen, in welche Richtung ein Gefäß an einer bestimmten Stelle verläuft. Es genügt nicht, die Tiefe wie beim Stand der Technik zu visualisieren, da dadurch keine Richtung angegeben wird.
  • Erfindungsgemäß können die zu ändernden Eigenschaften der 3-D-Strukturen Änderungen in Musterungen, Farben und/oder Schraffierungen der 3-D-Strukturen sein.
  • In vorteilhafter Weise kann das Verfahren folgende Schritte aufweisen:
    • a) Bestimmung der Oberfläche der 3-D-Strukturen aus den einzelnen volumetrischen Grauwerten,
    • b) Durchführung einer Oberflächensegmentierung des 3-D-Datensatzes zur Ermittlung der benötigten Oberflächennormalen für jeden Oberflächenpunkt,
    • c) Berechnung des Winkels jeder Oberflächennormale gegen die Horizontale einer Ebene, die senkrecht auf der Bildebene steht,
    • d) Verwendung der berechneten Winkel, die immer im Bereich von –90° bis 90° liegen, zur Markierung der zugehörigen Oberflächenpunkte und
    • e) Wiederholung der Schritte b) und c) bei jeder Änderung an der Projektion des 3-D-Datensatzes.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bildebene gemäß Schritt b) derart gewählt wird, dass sie zusätzlich senkrecht auf der X-Achse des Projektionsbildes steht.
  • Da der entstehende Winkel abhängig von der Projektion ist, so dass sich dadurch dieser Winkel bei einer Rotation des 3-D-Datensatzes verändert, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn nach einer Rotation des 3-D-Datensatzes der Winkel neu berechnet wird. Es gibt außer der Rotation noch andere Translationen als möglichen Auslöser für die Neuberechnung der Winkel.
  • Der Grund ist, dass die Projektion des 3-D-Datensatzes gegebenenfalls perspektivisch erfolgen muss, da der Entstehungsprozess eines Röntgenbildes auf der C-Bogenanlage auch eine perspektivische Projektion ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft im Neurobereich einsetzen, wenn die 3-D-Strukturen Gefäßstrukturen in medizinischen 3-D-Datensätzen sind.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem C-Bogen,
  • 2 ein Roadmap-Bild einer C-Bogen-Anlage gemäß 1,
  • 3 ein 3-D-Volumen aus einer ersten Ansicht,
  • 4 ein 3-D-Volumen aus einer zweiten Ansicht, seitlich von rechts zur ersten Ansicht gemäß 3,
  • 5 eine Überlagerung eines Röntgenbildes und eines projizierten 3-D-Datensatzes, bei dem der Eindruck räumlicher Tiefe, den man erzielen kann, nicht sehr ausgeprägt ist,
  • 6 eine Darstellung der Problematik, dass die Tiefenrichtungsinformation eines Gefäßes in einem 3-D-Datensatz bei der Projektion verloren geht,
  • 7 eine Zuordnung von Winkeln zu Farben und Schraffuren,
  • 8 eine erfindungsgemäße Darstellung eines Gefäßes parallel zur Projektionsebene,
  • 9 eine erfindungsgemäße Darstellung eines aus der Projektionsebene kommenden Gefäßes,
  • 10 eine erfindungsgemäße Darstellung eines in die Projektionsebene gehenden Gefäßes,
  • 11 Darstellungen des markierten Ausschnitts des 3-D-Datensatzes gemäß 3 zur Gegenüberstellung des Volume-Rendering und des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 12 Darstellungen des markierten Ausschnitts des 3-D-Datensatzes gemäß 11 mit Farbangaben zur Veranschaulichung einer Variation des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In der vorliegenden Patentanmeldung wird eine Lösung vorgeschlagen, wie eine feststehende Projektion mit den benötigten Tiefeninformationen angereichert werden kann, ohne auf spezielle Hardware, wie 3-D-Monitore oder Stereobrillen, zurückgreifen zu müssen.
  • Betrachtet man das Problem der Orientierung eines Gefäßes im Speziellen oder einer sonstigen beliebigen Oberfläche im Allgemeinen näher, so erkennt man, dass die Richtung eines Gefäß- bzw. Oberflächenpunktes an jeder beliebigen Stelle durch zwei Freiheitsgrade ("Richtungen") bestimmt ist (vgl. Pfeile in 3 und 4):
    • • Ein Freiheitsgrad ist die Richtung des Gefäßes nach links bzw. rechts. Dies ist aus den Bildern klar ersichtlich und bedarf keiner speziellen Visualisierung. Dieser Freiheitsgrad ist im Bild direkt ersichtlich.
    • • Der zweite Freiheitsgrad ist die Richtung des Gefäßes in die Tiefe. Diese Richtung gibt an, ob ein Gefäß parallel zum Betrachter verläuft, "in das Bild hineingeht" oder "aus dem Bild herauskommt". Dies ist aus den Bildern trotz aufwändiger Computergrafik mit Beleuchtungseffekten kaum ersichtlich. Dies wird auch permanent gerade von Neuroradiologen bestätigt. Am Beispiel von 3, das kann man für die mit den Pfeilen markierten Gefäßteile aus dieser Projektion nicht sagen, ob das Gefäß parallel zum Betrachter verläuft, "in das Bild hineingeht" oder "aus dem Bild herauskommt". In der Projektion gemäß 4 wäre dies natürlich möglich; aber diese Projektion mag aus anderen, beispielsweise oben erwähnten Gründen für den Arzt nicht verwendbar sein.
  • Die nötige und bisher fehlende Tiefeninformation kann man dann erhalten, wenn man eine Möglichkeit findet, jeden Punkt der Oberfläche so zu visualisieren, dass die Richtung seiner Oberflächen-Normalen, d.h. der Vektor, der senkrecht auf diesem Oberflächenpunkt steht und damit die "Richtung" dieses Punktes angibt, klar ersichtlich wird. An Hand der 6 wird dieses Prinzip verdeutlicht:
    • • Man betrachtet beispielsweise einen 3-D-Datensatz 10 mit einem einzelnen, stabförmigen Gefäß 11.
    • • Man sieht letztendlich eine Projektion 12 mit einer Abbildung 13 des Gefäßes 11, aus der keine Tiefeninformationen mehr ersichtlich sind.
    • • Mit diesem Bild wären fast alle möglichen Lagen des Gefäßes denkbar:
    • – Ein zu einer Bildebene 14 vom Betrachter 15 aus gesehen paralleles Gefäß 16,
    • – ein aus der Bildebene 14 herauskommendes Gefäß 17 mit einem Winkel α von beispielsweise +30° und
    • – ein in die Bildebene unter einem Winkel α von beispielsweise –60° hineingehendes Gefäß 18.
    • • Um die Richtung des Gefäßes erfassen zu können, muss nun eine Möglichkeit gefunden werden, den dargestellten Winkel α zu visualisieren.
  • Für diese Visualisierung lässt sich eine farbliche Darstellung jedes einzelnen Punktes des 3-D-Volumendatensatzes in Abhängigkeit seiner Normalen relativ zum Betrachter verwen den. Das bedeutet, dass jeder der möglichen eindeutigen Winkel von –90° bis 90° eine eindeutige Farbe zugewiesen bekommt, z.B. 0° = Gelb, 30° = Grün, –30° = Rot usw. mit allen möglichen Zwischenfarbtönen. Diese Zuordnung von Winkeln zu Farben ist in 7 exemplarisch verdeutlicht. Der Farbverlauf ergibt sich hier beispielhaft aus einer Änderung des Farbton-Winkels im HSV-Farbraum.
  • Anstelle der farbigen Zuordnung, die beispielsweise auf einem monochromen Monitor nicht sichtbar ist, kann auch die 3-D-Struktur durch Schraffierungen oder Musterungen markiert sein, wie dies ebenfalls der 7 zu entnehmen ist. Dabei kann der Winkel der Schraffur den Winkel α kennzeichnen. Eine waagerechte Schraffur bedeutet einen Winkel α von 0°, eine nach rechts aufsteigende Schraffur bedeutet einen Winkel α von < 0° und eine nach links aufsteigende Schraffur bedeutet einen Winkel α von > 0°.
  • Wendet man diese Zuordnung nun auf das Beispiel in der 6 an, so ergibt sich die durch Schraffur kodierte Darstellung des Gefäßes in den 8 bis 10. Hier ist nun an Hand der Schraffur eindeutig die Richtung des Gefäßes in die Tiefe gekennzeichnet.
  • Nach diesen einführenden Erläuterungen stellt sich nun die Frage, wie sich dieses Vorgehen bei realen Datensätzen auswirkt. Die 11 zeigt die gleiche Ansicht des 3-D-Datensatzes mit den markierten Positionen gemäß 3, wobei der untere Ausschnitt aus 3 in der 11 sowohl nach den heutigen Volume-Rendering-Verfahren (links) als auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (rechts) dargestellt ist. Zum besseren Verständnis sollen die in 3 markierten Punkte (a) bis (d) und die Bedeutung der jeweils lokalen Tiefenrichtung/Schraffur und einer erfindungsgemäß möglichen Einfärbung (siehe auch 12) erläutert werden. Es stellt dar:
    • (a) einen Wendepunkt von "in die Bildebene" hinein mit ansteigender Schraffur (Rot, darüber) über "in der Bildebene" mit waagerechter Schraffur (Gelb) nach "aus der Bildebene" heraus mit abfallender Schraffur (Grün, unterhalb),
    • (b) einen Bereich, der stark "aus der Bildebene" heraus geht mit abfallender Schraffur (Blau, d.h. ca. 60°),
    • (c) einen zum Betrachter parallelen Wendepunkt mit waagerechter Schraffur im Übergang von ansteigender Schraffur nach abfallender Schraffur (Gelb im Übergang von Grün nach Rot) und
    • (d) einen Bereich, der stark "in die Bildebene" hinein geht mit stark ansteigender Schraffur (Rot bis Violett).
  • Die Schraffuren und Farben in den 11 und 12 sind natürlich nur für genau diese eine Ansicht gültig. Rotiert man den 3-D-Datensatz, so ändern sich natürlich auch die Merkmale der Strukturen, die Schraffuren oder Farben entsprechend; schließlich ändert sich auch die Tiefenrichtung der Gefäße.
  • Dem Ablauf nach gliedert sich das erfindungsgemäße Verfahren in folgende Schritte:
    • 1) Führe eine Oberflächensegmentierung des 3-D-Datensatzes durch. Dazu eignet sich beispielsweise der Marching-Cubes Algorithmus, wie er von William E. Lorensen and Harvey E. Cline in "Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm", Maureen C. Stone (eds), Computer Graphics (SIGGRAPH '87 Proceedings), 1987, beschrieben ist, oder der Ansatz nach U. Labsik, K. Hormann, M. Meister, G. Greiner " Hierarchical Iso-Surface Extraction" Journal of Computing and Information Science in Engineering, December 2002, Volume 2, Issue 4, Seiten 323 bis 329. Der 3-D-Datensatz wird beispielsweise als Ergebnis volumetrischer Scans mit mehreren Schnittebenen von medizinischen Tomographen geliefert, wobei die 3-D-Strukturen als einzelne volumetrische Grauwerte vorliegen. Allerdings haben diese Volumendaten keine Oberfläche, es ist eine Menge einzelner Punkte im 3-D-Raum. Die für das vorliegende Verfahren benötigten Oberflächeninformationen sowie die benö tigten Oberflächennormalen für jeden Oberflächenpunkt werden durch die vorgenannten Verfahren zur Konstruktion von Iso-Surfaces aus Volumendaten erzeugt.
    • 2) Berechne den Winkel jeder Oberflächennormale gegen die Horizontale einer Ebene, die senkrecht auf der Bildebene steht. Diese Ebene kann man beispielsweise so wählen, dass sie zusätzlich senkrecht auf der X-Achse (rechts-links) des Projektionsbildes steht. Der entstehende Winkel ist abhängig von der Projektion; dadurch verändert sich dieser Winkel bei einer Rotation des 3-D-Datensatzes.
    • 3) Verwende die berechneten Winkel, die immer im Bereich von –90° bis 90° liegen, um die zugehörigen Oberflächenpunkte einzufärben, bis alle sichtbaren Punkte farblich dargestellt sind. Entsprechendes gilt auch für die Schraffur.
    • 4) Die Punkte 2) und 3) werden bei jeder Änderung der Projektion des 3-D-Datensatzes ausgeführt.
  • Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Richtungsinformationen in Volumendatensätzen über Farben oder Schraffuren zu modellieren. Dies bietet eine Vielzahl von Vorteilen:
    Überlagert man ein derartig markiertes Volumenbild einem echten Röntgenbild, bekommt der Arzt ganz neue Möglichkeiten zur Katheternavigation. Man kann sich das dadurch vorstellen, indem man in 5 die dortige Überlagerung des schwarzweißen 3-D-Datensatzes durch die gemäß vorliegender Patentanmeldung gefärbte Variante ersetzt. Damit ist der Arzt erstmals in der Lage, aus einer einzelnen Projektion ganz genau zu erkennen, in welche Richtung er seinen Katheter bzgl. der Tiefenrichtung zu steuern hat. Passt man die Projektion des 3-D-Volumendatensatzes kontinuierlich der der C-Bogen-Anlage an, so erhält der Arzt kontinuierlich die Tiefeninformation, die zu seinem aktuellen Röntgenbild passt. Er erhält damit durch die Überlagerung des farbigen 3-D-Datensatzes die im Röntgenbild fehlende Tiefeninformation für die ihn interessierenden Gefäße.
  • Damit ist dieser Ansatz erstmals in der Lage, den lang gehegten Wunsch vieler Ärzte zu erfüllen, sich im komplexen Gefäßsystem des Gehirns ohne zwingenden Einsatz einer Bi-Plan-Anlage zu bewegen. Das wird Eingriffe beschleunigen und bedeutet damit für den Patienten nicht nur eine Einsparung an Röntgendosis, sondern auch einen schonenderen Eingriff im Allgemeinen.
  • Der Fokus dieser vorliegenden Patentanmeldung liegt auf dem Einsatz im Neurobereich mit dem Einsatz von 3-D-Angio-Datensätzen. Es sind aber noch weitere Anwendungsgebiete denkbar, die davon profitieren, dass man beliebige Oberflächenstrukturen in Projektionsbildern gezielt darstellen kann.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Darstellung von 3-D-Strukturen in 2-D-Projektionsbildern, bei dem die 3-D-Strukturen als einzelne volumetrische Grauwerte vorliegen, wie diese insbesondere als Ergebnis volumetrischer Scans mit mehreren Schnittebenen von medizinischen Tomographen geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungender3-D-Strukturen in der Richtung der Oberflächennormalen der3-D-Strukturen bezüglich der Betrachtungsrichtung der 2-D-Projektionsbilder durch Änderungen der Eigenschaften der dargestellten 3-D-Strukturen gekennzeichnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ändernden Eigenschaften der 3-D-Strukturen die Musterungen der 3-D-Strukturen sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ändernden Eigenschaften der 3-D-Strukturen die Farbe der 3-D-Strukturen sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ändernden Eigenschaften der 3-D-Strukturen die Schraffierungen der 3-D-Strukturen sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bestimmung der Oberfläche der 3-D-Strukturen aus den einzelnen volumetrischen Grauwerten, b) Durchführung einer Oberflächensegmentierung des 3-D-Datensatzes zur Ermittlung der benötigten Oberflächennormalen für jeden Oberflächenpunkt, c) Berechnung des Winkels jeder Oberflächennormale gegen die Horizontale einer Ebene, die senkrecht auf der Bildebene steht, d) Verwendung der berechneten Winkel, die immer im Bereich von –90° bis 90° liegen, zur Markierung der zugehörigen Oberflächenpunkte und e) Wiederholung der Schritte b) und c) bei jeder Änderung an der Projektion des 3-D-Datensatzes.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene gemäß Schritt b) derart gewählt wird, dass sie zusätzlich senkrecht auf der X-Achse des Projektionsbildes steht.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Rotation des 3-D-Datensatzes der Winkel neu berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-D-Strukturen Gefäßstrukturen in medizinischen 3-D-Datensätzen sind.
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