DE102007032786A1

DE102007032786A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fusion oder Überlagerung eines 3D-Bildes und eines 2D-Bildes von einem bewegten Gewebebereich eines Lebewesens

Info

Publication number: DE102007032786A1
Application number: DE102007032786A
Authority: DE
Inventors: Andreas Meyer; Anton Nekovar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-14
Also published as: DE102007032786B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fusion oder Überlagerung eines 3-D-Bildes und eines 2-D-Bildes von einem bewegten Gewebebereich (H) eines Lebewesens (P) zur Unterstützung einer Navigation, bei dem ein bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) erzeugte 3-D-Bild von dem Gewebebereich (H) und wenigstens ein erstes zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase aufgenommenes 2-D-Bild von dem mit einer Marker aufweisenden Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) miteinander registriert werden, die Positionen der wenigstens zwei Marker (21-23, 51-53) des wenigstens einen ersten 2-D-Bildes in einem dem 3-D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden, wenigstens ein zweites 2-D-Bild von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase aufgenommen wird, die Positionen der wenigstens zwei Marker (21-23, 51-53) des wenigstens einen zweiten 2-D-Bildes in dem dem 3-D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden und bei dem bei einer Positionsänderung wenigstens eines der wenigstens zwei Marker (21-23, 51-53) das 3-D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des 3-D-Bildes und des wenigstens einen zweiten 2-D-Bildes miteinander wenigstens der Positionsänderung des wenigstens einen Markers entsprechend nachgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fusion oder Überlagerung eines 3D-Bildes und eines 2D-Bildes von einem bewegten Gewebebereich eines Lebewesens, wie z. B. dem Herzen oder einem Gefäß oder Gefäßabschnitt des Herzens eines Patienten.
Bei minimal-invasiven Eingriffen in der Medizintechnik wird ein medizinisches Instrument oder eine medizinische Vorrichtung, wie ein Katheter, ein Stent oder eine Biopsienadel, in den Körper eines Patienten für diagnostische oder therapeutische Zwecke eingeführt. So ist es beispielsweise üblich, zur Behandlung oder Beseitigung von Gefäßverschlüssen oder Gefäßverengungen, insbesondere von Herzgefäßen oder Herzgefäßabschnitten, einen Behandlungskatheter in das entsprechend zu behandelnde Herzgefäß einzuführen. Bei minimal-invasiven Eingriffen erfolgt dies zumeist über Arterien oder Venen, die zu dem jeweiligen Herzgefäß des Patienten führen. Die Einführung des Behandlungskatheters in den Körper des Patienten bzw. in das Herzgefäß erfolgt in der Regel unter Röntgenkontrolle, d. h. mit Hilfe von 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbildern, auf denen sowohl das üblicherweise mit einem Kontrastmittel versehene Herzgefäß als auch der Behandlungskatheter sichtbar sind.
Um einem behandelnden Arzt den Eingriff zu erleichtern bzw. besser mit Bildinformationen zu unterstützen, wurde bereits vorgeschlagen, intraoperativ aufgenommene Durchleuchtungsbilder oder 2D-Röntgenprojektionen von dem relevanten Herzgefäß mit einem präoperativ aufgenommenen 3D-Bild von dem Herzgefäß nach einer Registrierung der Bilder zu fusionieren oder das präoperativ aufgenommene 3D-Bild und das intraoperativ aufgenommene Durchleuchtungsbild einander zu überlagern. Aufgrund des qualitativ hochwertigen und Gewebedetails zeigenden 3D-Bildes, in dem nunmehr der Behandlungskatheter abgebildet ist, erhält der behandelnde Arzt einen besseren Eindruck von dem Behandlungsgebiet und kann den Behandlungskatheter besser und zielgenauer navigieren.
Das 3D-Bild vom Herzen bzw. dem Herzgefäß des Patienten wird in der Regel präoperativ mit einem Röntgencomputertomographen gewonnen, wobei die dem mit dem Röntgencomputertomographen rekonstruierten 3D-Bild zugrundeliegenden 2D-Röntgenprojektionen oder Schichtbildaufnahmen EKG-getriggert aufgenommen werden. Dieses Vorgehen ermöglicht es, nur Röntgenprojektionen für die Rekonstruktion des 3D-Bildes heranzuziehen, die zu einer bestimmten Herzphase des Herzzyklus des Patienten aufgenommen wurden. Auf diese Weise lässt sich ein qualitativ hochwertiges, im Wesentlichen von Bewegungsartefakten freies 3D-Bild vom Herzen des Patienten rekonstruieren. Üblicherweise erfolgt der sogenannte Scan, also die Aufnahme der der Rekonstruktion zugrundeliegenden Schichtbilder bei angehaltener Atmung des Patienten.
Die Durchleuchtungsbilder oder 2D-Röntgenprojektionen, die zur Aktualisierung des 3D-Bildes dienen, insbesondere zur Einblendung des Behandlungskatheters in das 3D-Bild, werden zur Vermeidung von Bewegungsartefakten in der Regel ebenfalls zu der Herzphase des Herzens des Patienten aufgenommen, zu der auch die Schichtbilder für die Rekonstruktion des 3D-Bildes aufgenommen wurden. Des Weiteren sollten auch die Durchleuchtungsbilder oder 2D-Projektionen bei angehaltener Atmung des Patienten aufgenommen werden, um atembedingte Bewegungsartefakte möglichst auszuschließen.
In der Praxis lässt es sich häufig jedoch nicht vermeiden, dass insbesondere die zur Aktualisierung des 3D-Bildes dienenden Durchleuchtungsbilder oder 2D-Röntgenprojektionen unter Atembewegungen oder auch unter anderen Bewegungen des Patienten gewonnen werden, wodurch die Registrierung der Durchleuchtungsbilder oder 2D-Röntgenprojektionen mit dem 3D-Bild nicht mehr gegeben ist bzw. ungenau wird, so dass die Überlagerung oder die Fusion des 3D-Bildes und eines Durchleuchtungsbildes oder einer 2D-Röntgenprojektion miteinander ungenau wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Fusion oder Überlagerung eines 3D-Bildes und eines 2D-Bildes miteinander möglichst verbessert wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Fusion oder Überlagerung eines 3D-Bildes und eines 2D-Bildes von einem bewegten Gewebebereich eines Lebewesens, welcher Gewebebereich zumindest teilweise mit einer wenigstens zwei Marker aufweisenden Vorrichtung versehen ist, bei dem

– ein bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereichs erzeugtes 3D-Bild von dem noch nicht mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich und wenigstens ein erstes, zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs aufgenommenes 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich miteinander registriert werden,
– die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen ersten 2D-Bildes ermittelt werden,
– die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen ersten 2D-Bildes basierend auf der Registrierung in einem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden,
– zeitlich später wenigstens ein zweites 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs aufgenommen wird,
– die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes ermittelt werden,
– die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes basierend auf der Registrierung in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden und
– bei dem das 3D-Bild bei einer Positionsänderung wenigstens eines der wenigstens zwei Marker zwischen der Aufnahme des wenigstens einen ersten 2D-Bildes und des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes für die Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes miteinander wenigstens der Positionsänderung des wenigstens einen Markers entsprechend nachgeführt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also zunächst ein präoperativ gewonnenes 3D-Bild von dem Gewebebereich und ein intraoperativ gewonnenes 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich miteinander registriert, was in konventioneller Art und Weise beispielsweise mit Hilfe von in dem 3D-Bild und in dem 2D-Bild abgebildeten anatomischen Landmarken manuell oder automatisiert erfolgen kann. Es werden die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des 2D-Bildes bestimmt und basierend auf der Registrierung des 3D-Bildes und des 2D-Bildes miteinander die Positionen der wenigstens zwei Marker in einem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt. Während des Fortgangs des medizinischen Eingriffs kann dann wenigstens ein zweites 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich, vorzugsweise in gleicher Weise wie das erste 2D-Bild aufgenommen werden, wobei die Positionen der wenigstens zwei Marker der Vorrichtung zum Zeitpunkt der Aufnahme des zweiten 2D-Bildes bestimmt werden. Basierend auf der bekannten Registrierung werden wiederum die Positionen der wenigstens zwei Marker zum Zeitpunkt der Aufnahme des zweiten 2D-Bildes in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem bestimmt. Hat sich die Position wenigstens eines der wenigstens zwei Marker in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem beispielsweise in Folge einer Bewegung, sei es durch eine Atembewegung, eine Organbewegung oder eine andere Bewegung des Patienten, von dem ersten 2D-Bild zu dem zweiten 2D-Bild ver ändert, so wird die Positionsänderung des jeweiligen Markers ermittelt und das 3D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und des zweiten 2D-Bildes miteinander der Positionsänderung des oder der Marker entsprechend nachgeführt. Die Nachführung des 3D-Bildes erfolgt dabei derart, dass die jeweiligen Marker übereinander zum Liegen kommen. Anschließend findet die Fusion oder die Überlagerung des 3D-Bildes und des zweiten 2D-Bildes statt, so dass das 3D-Bild um aktuelle Informationen, beispielsweise um die Lage eines medizinischen Instruments wie eines Behandlungskatheters, eines Stents oder einer Biopsienadel ergänzt wird. Auf diese Weise können also z. B. Atembewegungen des Patienten bei der Fusion oder Überlagerung von Bildern berücksichtigt bzw. korrigiert werden, wobei eine Korrektur einer z. B. atembedingten Verschiebung und nicht einer Verformung erfolgt. Die mit Markern versehene Vorrichtung dient dabei in erster Linie der Fusion oder der Überlagerung des 3D-Bildes und des zweiten 2D-Bildes, was jedoch nicht ausschließt dass die Vorrichtung selbst ein medizinisches Instrument sein kann.
Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Marker voneinander unterscheidbar oder derart in der Vorrichtung angeordnet, dass eine Verwechslung der Marker praktisch ausgeschlossen ist. Demnach kann bei einer Positionsänderung wenigstens eines der Marker das 3D-Bild eindeutig in seiner Orientierung und/oder Ausrichtung relativ zu dem zweiten 2D-Bild derart nachgeführt werden, das der erste aus dem ersten 2D-Bild in das 3D-Bild rückprojizierte Marker über dem ersten aus dem zweiten 2D-Bild in das 3D-Bild rückprojizierten Marker und der zweite aus dem ersten 2D-Bild in das 3D-Bild rückprojizierte Marker über dem zweiten aus dem zweiten 2D-Bild in das 3D-Bild rückprojizierten Marker zum Liegen kommt. Die Nachführung entspricht dabei einer Art zweiten Registrierung. Dieses Vorgehen bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder auch in diskreten zeitlichen Abständen wiederholt werden, so dass sich quasi eine dynamische Registrierung bzw. eine dynamische Nachführung einer 2D-3D-Registrierung ergibt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also jeweils basierend auf wenigstens einem aktuell aufgenommenen 2D-Bild die Positionsänderungen der Marker der Vorrichtung ermittelt und das 3D-Bild den Positionsänderungen der Marker entsprechend nachgeführt. Mit Hilfe der Marker und insbesondere der Positionsbestimmung der Marker können also Bewegungen des Patienten, des Gewebes oder des Gewebebereichs erkannt und die Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und des aktuell aufgenommenen 2D-Bildes entsprechend angepasst werden, wobei das präoperativ aufgenommene 3D-Bild der veränderten Situation des 2D-Bildes entsprechend angepasst, d. h. der Situation des 2D-Bildes entsprechend orientiert und/oder ausgerichtet wird.
Nach einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Gewebebereich um das Herz oder einen Gefäßabschnitt des Herzens eines Lebewesens. Das 3D-Bild vom Herzen oder einem Gefäßabschnitt des Herzens des Lebewesens wird dabei vorzugsweise bezüglich einer bestimmten Herzphase präoperativ erzeugt, um ein qualitativ hochwertiges, möglichst bewegungsartefaktfreies 3D-Bild vom Herzen zu erhalten.
Nach Varianten der Erfindung wird das 3D-Bild mit einem Röntgencomputertomographen, einem Magnetresonanzgerät oder mit einem Ultraschallgerät erzeugt. Bevorzugt erfolgt die der Rekonstruktion des 3D-Bildes von dem noch nicht mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich vorausgehende Aufnahme und/oder Auswahl von Einzelbildern oder Projektionen EKG- oder IKG-getriggert. Bei Verwendung eines Röntgencomputertomographen werden also basierend auf einem EKG (Elektrokardiogramm) oder einem IKG (Impedanzkardiogramm) beispielsweise nur zu einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereiches, bezüglich der das 3D-Bild rekonstruiert werden soll, Schichtbildaufnahmen bzw. 2D-Röntgenprojektionen von dem Gewebebereich unter verschiedenen Projektionsrichtungen gewonnen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, retrospektiv basierend auf einem EKG (Elektrokardiogramm) oder einem IKG (Impedanzkardiogramm) aus einem Volumenscan von dem Gewebebereich diejenigen Schichtbildaufnahmen für die Rekonstruktion des 3D- Bildes auszuwählen, zu denen sich der Gewebebereich in einer bestimmten Bewegungsphase befunden hat. Auf diese Weise kann, wie bereits erwähnt, bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereiches ein qualitativ hochwertiges, detailliertes 3D-Bild von dem Gewebebereich präoperativ gewonnen werden, wobei der Gewebebereich noch nicht mit der wenigstens zwei Marker aufweisenden Vorrichtung versehen ist. Dieses 3D-Bild wird während des medizinischen Eingriffs jeweils mit einem aktuell aufgezeichneten 2D-Bild fusioniert oder die Bilddaten des 3D-Bildes und des aktuell aufgezeichneten 2D-Bildes werden einander überlagert, insbesondere um in das 3D-Bild ein in dem 2D-Bild abgebildetes medizinisches Instrument, beispielsweise einen Behandlungskatheter, möglichst exakt einblenden zu können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die der Rekonstruktion des 3D-Bildes von dem noch nicht mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich vorausgehende Aufnahme und/oder Auswahl von Einzelbildern oder Projektionen zudem während bzw. bezüglich einer bestimmten Atemphase des Lebewesens. Vorzugsweise hält das Lebewesen während der Aufnahme der Einzelbilder oder Projektionen den Atem an. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit beispielsweise unter Verwendung eines sogenannten Atemgürtels zur Messung von atmungsbedingten Bewegungen und Brustumfangsveränderungen, nur zu einer bestimmten Atemphase des Lebewesens Einzelbilder oder Projektionen aufzunehmen oder auszuwählen, die für die Rekonstruktion des 3D-Bildes herangezogen werden.
Nach einer Variante der Erfindung handelt es sich bei der die wenigstens zwei Marker aufweisenden Vorrichtung um einen Katheter, mit dem der Gewebebereich während des medizinischen Eingriffs versehen ist. Beispielsweise kann der Katheter über Arterien oder Venen in ein Herzgefäß eingeführt sein. Der Katheter wird dabei möglichst nahe an dem zu behandelnden Gewebebereich angeordnet, um eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und des 2D-Bildes miteinander erreichen zu können. Ist der Katheter nicht gleichzeitig ein Behandlungskatheter so ist in der Regel zusätzlich zu dem Katheter ein medizinisches Instrument, beispielsweise ein Behandlungskatheter in den Gewebebereich eingeführt, der sich vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zu dem Katheter befindet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem wenigstens einen ersten und/oder bei dem wenigstens einen zweiten 2D-Bild jeweils um eine 2D-Röntgenprojektion oder ein Röntgendurchleuchtungsbild, welche unter einem bestimmten Röntgenprojektionswinkel aufgenommen werden, um die 2D-Röntgenprojektion oder das Röntgendurchleuchtungsbild mit dem präoperativ erzeugten 3D-Bild fusionieren oder die Bilder einander überlagern zu können. Vorzugsweise werden die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite 2D-Röntgenprojektion bzw. das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite Röntgendurchleuchtungsbild wenigstens im Wesentlichen unter dem gleichen Projektionswinkel aufgenommen. Somit ist für die wenigstens eine zweite 2D-Röntgenprojektion oder das wenigstens eine zweite Röntgendurchleuchtungsbild keine konventionelle z. B. Landmarken basierte Registrierung mit dem 3D-Bild erforderlich.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird auch das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild EKG- oder IKG-getriggert aufgenommen, so dass das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild wenigstens im Wesentlichen zu der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs aufgenommen werden kann wie die dem 3D-Bild zugrundeliegenden Einzelbilder oder Projektionen, um ein möglichst gutes Fusions- oder Überlagerungsergebnis erreichen zu können.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild auch wenigstens im Wesentlichen zu der gleichen Atemphase aufgenommen wird wie die dem 3D-Bild zugrundeliegenden Einzelbilder oder Projektionen. Für das wenigstens eine zwei te 2D-Bild ist dies allerdings nur eine Option und nicht unbedingt erforderlich, da, wie bereits erwähnt, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem atembedingte Bewegungen des Patienten durch Nachführung des 3D-Bildes bei der Fusion oder Überlagerung berücksichtigt werden können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens eine Serie von ersten und/oder zweiten 2D-Bildern von dem mit der Vorrichtung versehenen Gewebebereich aufgenommen, wobei die 2D-Bilder einer Serie unter verschiedenen Perspektiven gewonnen werden. Handelt es sich bei den ersten und/oder zweiten 2D-Bildern um 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbilder, so werden die 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbilder einer Serie unter voneinander verschiedenen Projektionswinkeln gewonnen. Der Gewebebereich ist dabei vorzugsweise mit einem Kontrastmittel versehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die wenigstens eine Serie von 2D-Bildern über wenigstens einen Bewegungszyklus des Gewebebereichs und/oder während der Atemphase des Lebewesens aufgenommen, die im Wesentlichen der Atemphase entspricht, zu der die Einzelbilder oder Projektionen für die Rekonstruktion des 3D-Bildes aufgenommen wurden. Somit besteht die Möglichkeit, wenigstens ein möglichst geeignetes, beispielsweise kontrastreiches, sowie der Bewegungs- und der Atemphase des 3D-Bildes entsprechendes 2D-Bild aus der aufgenommenen Serie von 2D-Bildern für die Registrierung mit dem 3D-Bild und/oder für die Fusion oder die Überlagerung mit dem 3D-Bild auszuwählen.
Nach einer Variante der Erfindung handelt es sich bei den wenigstens zwei Markern der Vorrichtung um röntgenpositive Marker, die in einer 2D-Röntgenprojektion oder in einem Röntgendurchleuchtungsbild abgebildet werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Position eines Markers dabei basierend auf zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen gewonnenen 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbildern mittels Triangulierung ermittelt. Bei dieser Variante der Erfindung werden daher jeweils zwei erste 2D-Bilder in Form von 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbildern unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen als Bildpaar aufgenommen. Vorzugsweise werden das Bildpaar mit einer Biplan-Röntgenanlage, also einer Röntgenanlage mit zwei relativ zueinander ausrichtbaren C-Bögen im Wesentlichen gleichzeitig aufgenommen und basierend auf den 2D-Bildern die Positionen der Marker ermittelt. Basierend auf der Registrierung mit dem 3D-Bild können schließlich die Positionen der Marker in einem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden und für einen Vergleich hinsichtlich der Positionsänderung der Marker zumindest zwischengespeichert werden. Ist die Aufnahme einer Serie von ersten 2D-Bildern von dem Gewebebereich zur Auswahl eines für die Registrierung geeigneten 2D-Bildes vorgesehen, so können im Falle dieser Ausführungsform zwei Serien von ersten 2D-Röntgenprojektionen oder Durchleuchtungsbildern möglichst gleichzeitig mit der Biplan-Röntgenanlage aufgenommen und ein Bildpaar aus den zwei Serien für die Registrierung mit dem 3D-Bild ausgewählt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens zwei Marker der Vorrichtung Marker eines Trackingsystems. Bevorzugt handelt es sich bei dem Trackingsystem dabei um ein elektromagnetisches Trackingsystem, z. B. das MPS System der Firma MediGuide, und bei den Markern um elektromagnetische Positionssensoren. Bei dieser Variante der Erfindung werden zum Zeitpunkt der Aufnahme eines 2D-Bild, beispielsweise in Form einer 2D-Röntgenprojektion oder eines Röntgendurchleuchtungsbildes, die Positionen der Positionssensoren mit dem elektromagnetischen Trackingsystem ermittelt und jeweils dem 2D-Bild, sei es einem ersten oder einem zweiten 2D-Bild zugeordnet. Auch in diesem Fall können die Positionen der Marker basierend auf der Registrierung des ersten 2D-Bildes mit dem 3D-Bild in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt und für einen Vergleich hinsichtlich einer Positionsänderung der Marker bzw. der Positionssensoren zumindest zwischengespeichert werden.
Nach einer Variante der Erfindung wird das Verfahren bezüglich verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Bewegungsphasen des Gewebebereiches quasi gleichzeitig durchgeführt, wobei die jeweiligen nachgeführten, mit einem jeweiligen zweiten 2D-Bild fusionierten oder überlagerten, zu den verschiedenen Bewegungsphasen des Gewebebereiches gehörigen 3-Bilder von dem Gewebebereich zeitlich aufeinanderfolgend dargestellt werden. Handelt es sich bei dem Gewebebereich beispielsweise um das Herz, so werden zu verschiedenen zeitlich aufeinanderfolgenden Herzphasen des Herzzyklus 3D-Bilder vom Herzen erzeugt. Diese zu den verschiedenen Herzphasen gehörigen 3D-Bilder werden dann, wie zuvor beschrieben, z. B. im Zuge eines medizinischen Eingriffs zur Korrektur einer atembedingten Bewegung oder auch einer anderen Bewegung des Patienten nachgeführt. Dabei wird jedes 3D-Bild jeweils mit wenigstens einem zu im Wesentlichen der gleichen Herzphase wie das jeweilige 3D-Bild aufgenommenen ersten 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Herzen registriert, zu jedem 3D-Bild wird jeweils wenigstens ein zweites 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung versehenen Herzen zu im Wesentlichen der gleichen Herzphase wie das jeweilige 3D-Bild aufgenommen und bei einer Positionsänderung wenigstens eines der Marker zwischen der Aufnahme des jeweiligen ersten 2D-Bildes und des jeweiligen zweiten 2D-Bildes wird das jeweilige 3D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des jeweiligen 3D-Bildes und des jeweiligen zweiten 2D-Bildes miteinander wenigstens der Positionsänderung des wenigstens einen Markers entsprechend nachgeführt. Die nachgeführten, mit einem zweiten zu der jeweiligen Herzphase gehörigen 2D-Bild fusionierten oder überlagerten 3D-Bilder vom Herzen werden vorzugsweise kontinuierlich auf einem Sichtgerät dargestellt. Somit erhält man eine Art 4D-Darstellung des schlagenden Herzens, wobei das Herz selbst dreidimensional dargestellt wird und die Zeit die vierte Dimension bildet.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung aufweisend wenigstens eine Recheneinrichtung, welche zur Durchführung bzw. Ausführung eines der vorstehenden Verfahren eingerichtet ist, d. h. ein entsprechend ausführbares Programm oder Programmmodule aufweist. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Röntgeneinrichtung in Form einer Biplan-Röntgenanlage oder einer Monoplan-Röntgenanlage mit Trackingsystem.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Monoplan-Röntgenanlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 in schematischer Darstellung einen drei Marker aufweisenden Markierungskatheter,
3 eine 2D-Röntgenprojektion von einem mit einem Markierungskatheter versehenen Herzen eines Patienten,
4 eine Überlagerung eines präoperativ aufgenommenen 3D-Bildes vom Herzen des Patienten mit einer intraoperativ aufgenommenen 2D-Röntgenprojektion, und
5 eine Biplan-Röntgenanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Monoplan-Röntgenanlage nach 1 umfasst ein C-Bogen-Röntgengerät 1 mit einem C-Bogen 2, an dem einander gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 3 und ein Röntgenstrahlenempfänger 4 angeordnet sind. Ein Zentralstrahl ZS eines von der Röntgenstrahlenquelle 3 ausgehenden kegelförmigen Röntgenstrahlenbündels verläuft dabei wenigstens im Wesentlichen durch das Isozentrum IZ des C-Bogens 2 und trifft wenigstens annähernd mittig auf das Eingangsfenster des Röntgenstrahlenempfängers 4 auf. Der C-Bogen 2 ist an einer Halterung 5 um seine Orbitalachse O in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar gelagert. Die Halterung 5 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an einem Deckenstativ 6 angeordnet, welches die in 1 mit Doppelpfeilen c, d, e und f gekennzeichneten Verstellmöglichkeiten der mit dem C-Bogen 2 versehenen Halterung 5 bietet. Außerdem ist der C-Bogen 2 mit der Halterung 5 um seine Angulationsachse A in die Richtungen des Doppelpfeils b verstellbar.
Das C-Bogen-Röntgengerät 1 weist eine Vielzahl nicht dargestellter Positionsgeber auf, von denen Positionsänderungen von Komponenten des C-Bogen-Röntgengeräts 1 erfasst werden, wobei eine jeweils aktuelle Position einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1 im Bildrechner 8 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 vorliegt. Wird beispielsweise der C-Bogen 2 um seine Orbitalachse O in einer Richtung des Doppelpfeils a verstellt, so wird dies durch die Positionsgeber erfasst und die aktuelle Position des C-Bogens 2 liegt im Bildrechner 8 vor. Ebenso verhält es sich bei Verstellungen der Halterung 5, des Deckenstativs 6 oder anderer Komponenten des C-Bogen-Röntgengeräts 1.
Mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 können in an sich bekannter Weise von einem auf einem Patientenlagerungstisch 7 gelagerten Patienten P 2D-Röntenprojektionen oder Durchleuchtungsbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden, die auf einem Sichtgerät 9 darstellbar sind. Im Folgenden wird in diesem Zusammenhang stellvertretend nur von 2D-Röntgenprojektionen gesprochen. Das C-Bogen-Röntgengerät 1 und der Patientenlagerungstisch 7 sind definiert relativ zueinander angeordnet bzw. ausgerichtet und miteinander registriert. Positionsänderungen des Patientenlagerungstisches 7, seien es Höhenverstellungen oder horizontale Verschwenkungen um eine nicht dargestellte vertikal verlaufende Achse des Patientenlagerungstisches 7, werden ebenfalls beispielsweise über Positionsgeber erfasst und stehen dem Bildrechner 8 über eine nicht dargestellte Verbindung zur Verfügung. Das C-Bogen-Röntgengerät 1 und der mit dem Patienten P versehene Patientenlagerungstisch 7 werden zur Gewinnung von 2D- Röntgenprojektionen von einem interessierenden Gewebebereich des Patienten P vorzugsweise derart relativ zueinander ausgerichtet, dass der interessierende Gewebebereich wenigstens annähernd im Isozentrum IZ des C-Bogen-Röntgengeräts 1 zu liegen kommt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels soll mit Hilfe der Monoplan-Röntgenanlage eine Katheternavigation am Herzen H des Patienten P unterstützt werden, um eine Läsion L an einem Gefäßabschnitt des Herzens H zu behandeln. Die Navigation eines in 3 schematisch gezeigten Behandlungskatheters 11 relativ zu der Läsion L soll intraoperativ mit Hilfe von mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 erzeugten 2D-Röntgenprojektionen erfolgen. Um einem die Behandlung durchführenden Arzt den Eingriff zu erleichtern, sollen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die intraoperativ aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen mit einem präoperativ aufgenommenen 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P fusioniert werden. Auf diese Weise wird der in einer aktuellen, intraoperativ aufgenommenen 2D-Röntgenprojektion enthaltene Behandlungskatheter 11 in die detaillierte Darstellung des Herzens H des Patienten P im 3D-Bild eingeblendet, wodurch die Navigation des Behandlungskatheters 11 für den Arzt erleichtert wird.
Da es sich beim Herzen H des Patienten P um ein bewegtes Organ handelt, das zudem noch von den Atembewegungen des Patienten P beeinflusst ist, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, neben dem Behandlungskatheter 11 eine Marker aufweisende Vorrichtung, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Markierungskatheter 10 (Fusions- oder Überlagerungskatheter) mit wenigstens zwei Markern, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit drei Markern zu verwenden. Ein derartiger Markierungskatheter 10 mit drei Markern ist in 2 schematisch dargestellt.
Zunächst wird im Zuge des Verfahrens präoperativ ein 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P erzeugt, was beispielsweise mit einem Röntgencomputertomographen, einem Magnetresonanzgerät oder mit einem Ultraschallgerät erfolgen kann. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein derartiges 3D-Bild vom Herzen H mit einem nicht expliziten dargestellten, aber an sich bekannten Röntgencomputertomographen erzeugt und im Bildrechner 8 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 abgelegt worden. Die Aufnahme der Schichtbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen vom Herzen H des Patienten P mit dem Röntgencomputertomographen erfolgte dabei EKG- oder IKG-getriggert, so dass nur 2D-Schichtbildaufnahmen einer bestimmten Herzphase, z. B. 70% vor der R-Zacke des EKG des Patienten P, zur möglichst bewegungsartefaktfreien Rekonstruktion des 3D-Bildes vom Herzen H herangezogen wurden. Zudem wurden die der Rekonstruktion des 3D-Bildes vom Herzen H zugrundeliegenden 2D-Schichtbildaufnahme während einer bestimmten Atemphase des Patienten P aufgenommen. Dies kann derart geschehen, dass der Patient P während des Volumenscans vom Herzen H des Patienten P den Atem anhält, also keine Atembewegungen vollzieht, oder dass dem Patienten P zusätzlich ein so genannter Atemgürtel angelegt wird, mit dem der Atemzyklus des Patienten P aufgezeichnet wird, so dass für die Rekonstruktion des 3D-Bildes nur 2D-Schichtbildaufnahmen einer bestimmten Atemphase herangezogen werden können. Die Gewinnung der 2D-Schichtbildaufnahmen mit dem Röntgencomputertomographen kann, wie bereits erwähnt, derart erfolgen, dass nur zu einer bestimmten Herz- und zu einer bestimmten Atemphase 2D-Schichtbildaufnahmen aufgenommen werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen Volumenscan vom Herzen H des Patienten P durchzuführen und retrospektiv nur diejenigen 2D-Schichtbildaufnahmen für die Rekonstruktion des 3D-Bildes heranzuziehen, die während der bestimmten Herzphase und der bestimmten Atemphase des Patienten P aufgenommen wurden. Durch Aufzeichnung der EKG-Signale sowie des Atemzyklus des Patienten P kann eine derartige Auswahl retrospektiv erfolgen. Wie bereits erwähnt, werden das rekonstruierte 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P nebst der zusätzlichen Informationen in Bezug auf die relevante Herzphase und die relevante Atemphase im Bildrechner 8 oder einem Daten- oder Bildspeicher des C- Bogen-Röntgengeräts 1 abgespeichert. Das 3D-Bild kann zusätzlich segmentiert werden.
Anschließend wird vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der in 2 dargestellte Markierungskatheter 10 in einem Gefäßabschnitt des Herzens H möglichst nahe an der zu behandelnden Läsion L angeordnet, was dadurch geschieht, dass der Markierungskatheter 10 über Arterien oder Venen oder andere Gefäße bis zur Läsion L unter Röntgenkontrolle, beispielsweise basierend auf mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnenen 2D-Projektionen, vorgeschoben wird. Wie bereits erwähnt, umfasst der Markierungskatheter 10 drei Marker, bei denen es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels um drei Positionssensoren 21 bis 23 eines elektromagnetischen Trackingsystems 20 handelt.
Das Trackingsystem 20 umfasst neben den drei elektromagnetischen Positionssensoren 21 bis 23 eine im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels definiert an dem Patientenlagerungstisch 7 angeordnete Transmittereinheit 24 mit im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels drei Transmittern 25, die jeweils ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Alternativ kann die Transmittereinheit 24 auch an dem C-Bogen 2 in definierter Weise angeordnet sein. Die Transmittereinheit 24 und die elektromagnetischen Positionssensoren 21 bis 23 sind an einer Recheneinrichtung 26 des elektromagnetischen Trackingsystems 20 angeschlossen. Die Positionssensoren 21 bis 23 werden in den elektromagnetischen Feldern der Transmitter 25 detektiert. Insbesondere sind deren Positionen in einen dem elektromagnetischen Trackingsystem 20 zugeordneten Koordinatensystem CM mit der Recheneinrichtung 26 ermittelbar. Wie bereits erwähnt ist die Transmittereinheit 24 definiert am Patientenlagerungstisch 7 oder alternativ definiert am C-Bogen 2 und der Patientenlagerungstisch 7 ist in definierter Weise relativ zu dem C-Bogen-Röntgengerät 1 angeordnet. Somit besteht eine Registrierung des elektromagnetischen Trackingsystems 20 und des C-Bogen-Röntgengerätes 1, so dass die Positionen der Positionssensoren 21 bis 23 bezüglich des Koor dinatensystem CM in Koordinaten eines dem C-Bogen-Röntgengerät 1 zugeordneten Koordinatensystems CB transformiert werden können. Das elektromagnetische Trackingsystem 20 ist also quasi in die Monoplan-Röntgenanlage integriert, so dass einer mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 aufgenommenen 2D-Röntgenprojektion vom mit dem Markierungskatheter 10 versehenen Herzen H eindeutig die Positionen der Positionssensoren 21 bis 23 zugeordnet werden können, die die Positionssensoren 21 bis 23 bei der Aufnahme der 2D-Röntgenprojektion eingenommen haben.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist am Patientenlagerungstisch 7 zusätzlich eine EKG-Vorrichtung 30 mit angeschlossenen EKG-Elektroden 31 angeordnet, welche EKG-Vorrichtung 30 mit dem Bildrechner 8 verbunden ist. Demnach können mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 EKG-getriggert 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen H des Patienten P aufgenommen werden, wobei für die Durchführung der Katheternavigation insbesondere für die Fusion der 2D-Röntgenprojektionen mit dem 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P nur 2D-Röntgenprojektionen verwendet werden, die im Wesentlichen zu der gleichen Herzphase aufgenommen wurden, wie die der Rekonstruktion des 3D-Bildes zugrundeliegenden 2D-Schichtbildaufnahmen.
Des Weiteren ist der Patient P im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einem Atemgürtel 40 zur Erfassung der Atembewegungen des Patienten P versehen, welcher Atemgürtel 40 ebenfalls mit dem Bildrechner 8 zur Aufzeichnung des Atemzyklus des Patienten P verbunden ist. Auf diese Weise kann des Weiteren sichergestellt werden, dass insbesondere für eine Registrierung und/oder für eine Fusion von 2D-Röntgenprojektionen mit dem 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P nur solche 2D-Röntgenprojektionen herangezogen werden, welche wenigstens im Wesentlichen zur der gleichen Atemphase aufgezeichnet wurden, wie die der Rekonstruktion des 3D-Bildes zugrundeliegende 2D-Schichtbildaufnahmen.
Nachdem der Patient P, insbesondere das Herzgefäß des Patienten P, mit dem Markierungskatheter 10, der Patient P mit den EKG-Elektroden 31 und dem Atemgürtel 40 versehen sind, wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen H des Patienten P unter Verstellung des C-Bogens 2 um seine Orbitalachse O oder seine Angulationsachse A über mindestens einen Herzzyklus des Herzens H des Patienten P mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 aufgenommen. Die relevanten Herzgefäße des Herzens H des Patienten P sind dabei vorzugsweise mit einem Kontrastmittel versehen. Die Atemphase während der Gewinnung der Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen entspricht dabei im Wesentlichen der Atemphase während der Aufnahme der 2D-Schichtbildaufnahmen zur Rekonstruktion des 3D-Bildes. Darüber hinaus werden während der Aufnahme der Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen synchronisiert mit der Aufnahme einer jeden 2D-Röntgenprojektion die Positionen der Positionssensoren 21 bis 23 mit dem elektromagnetischen Trackingsystem 20, insbesondere mit der Recheneinrichtung 26, ermittelt und der jeweiligen ersten 2D-Röntgenprojektion zugeordnet. Nach der Aufnahme der Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen wird eine erste 2D-Röntgenprojektion der Serie ausgewählt, welche wenigstens im Wesentlichen zu der Herzphase aufgenommen wurde, die dem 3D-Bild des Herzens H entspricht. Die Auswahl der ersten 2D-Röntgenprojektion aus der Serie erfolgt dabei u. a. basierend auf einer kontrastreichen Darstellung des relevanten Herzgefäßes sowie des Markierungs- und des Behandlungskatheters. Eine derartige erste 2D-Röntgenprojektion ist in 3 exemplarisch dargestellt, welche die mit Kontrastmittel versehenen Gefäße G des Herzens H, den die Positionssensoren 21 bis 23 aufweisenden Markierungskatheter 10 sowie den Behandlungskatheter 11 oberhalb der Läsion L zeigt. Diese ausgewählte erste 2D-Röntgenprojektion wird nun auf konventionelle Art und Weise beispielsweise anhand von anatomischen Landmarken manuell oder automatisch mit dem 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P registriert. Durch die Registrierung der ausgewählten ersten 2D-Röntgenprojektion mit dem 3D-Bild können die Positionssensoren 21 bis 23, deren Positionen mittels des elektromagnetischen Trackingsystems 20 ermittelt und der ausgewählten ersten 2D-Röntgenprojektion zugeordnet wurden, in das 3D-Bild eingeblendet werden, was in 4 schematisch dargestellt ist, und deren Positionen durch manuelle oder automatische Markierung in einem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden. Darüber hinaus erfolgt die Bildfusion derart, dass zumindest der Behandlungskatheter 11 entsprechend in das 3D-Bild eingeblendet wird.
Wird nun im Zuge der Katheternavigation nach einer gewissen Zeit eine zweite 2D-Röntgenprojektion unter wenigstens im Wesentlichen dem gleich Projektionswinkel wie die ausgewählte erste, mit dem 3D-Bild registrierte 2D-Röntgenprojektion von dem mit dem Markierungskatheter 10 versehenen Herzen H des Patienten P aufgenommen, so können basierend auf der bekannten Registrierung die Positionssensoren 21 bis 23, deren Positionen mit Hilfe des elektromagnetischen Trackingsystems 10 zum Zeitpunkt der Aufnahme der zweiten 2D-Röntgenprojektion ermittelten wurden, in das 3D-Bild eingeblendet, manuell oder automatisch markiert und deren Positionen in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem bestimmt werden. Ebenso können die Positionsänderungen der Positionssensoren 21 bis 23 im Vergleich zu den bei der ausgewählten ersten 2D-Röntgenprojektion eingenommenen Positionen ermittelt werden und das 3D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und der zweiten 2D-Röntgenprojektion der Positionsänderung der Marker entsprechend nachgeführt werden. Erfindungsgemäß werden also die Positionsänderungen der Positionssensoren 21 bis 23 zwischen einer ausgewählten ersten und einer zweiten 2D-Röntgenprojektion ermittelt und das 3D-Bild hinsichtlich seiner Orientierung und/oder Ausrichtung relativ zu der zweiten 2D-Röntgenprojektion basierend auf den ermittelten Positionsänderungen so nachgeführt, dass sich eine möglichst optimale Fusion des 3D-Bildes und der zweiten 2D-Röntgenprojektion ergibt. Durch diese dynamische Nachführung des 3D-Bildes können zusätzlich Bewegungen des Patienten P bei der Fusion des 3D-Bildes mit einer 2D-Röntgenprojektion berücksichtigt werden und eine möglichst gute Fusion des 3D- Bildes mit einer 2D-Röntgenprojektion erreicht werden. Die zweite 2D-Röntgenprojektion wird dabei ebenfalls bevorzugt EKG-getriggert, also zur im Wesentlichen der gleichen Herzphase wie das 3D-Bild aufgenommen.
Auf diese Weise können bei fortschreitender Katheternavigation jeweils 2D-Röntgenprojektionen unter im Wesentlichen dem gleichen Projektionswinkel wie die ausgewählte erste, für die erste Registrierung verwendete 2D-Röntgenprojektion EKG-getriggert, also zur im Wesentlichen der gleichen Herzphase des Patienten P wie bei der Gewinnung des 3D-Bildes aufgenommenen und unter Berücksichtigung der Positionsänderungen der Positionssensoren 21 bis 23 und unter Nachführung des 3D-Bildes jeweils mit dem 3D-Bild fusioniert und auf dem Sichtgerät 9 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 dargestellt werden.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lässt sich dies auch bewerkstelligen, wenn die Marker des Markierungskatheters 10 röntgenpositiv Marker 51 bis 53 sind.
In diesem Fall kann auf das elektromagnetische Trackingsystem 20 zur Bestimmung der Positionen der Marker verzichtet werden und stattdessen zu jeder ersten 2D-Röntgenprojektion eine zweite erste 2D-Röntgenprojektion unter einem anderen Projektionswinkel aufgenommen werden, um die Positionen der röntgenpositiven Marker 51 bis 53 bei Aufnahme der ersten 2D-Röntgenprojektionen zu bestimmen. Bevorzugt wird für dieses Verfahren eine Biplan-Röntgeneinrichtung verwendet, die neben einem ersten C-Bogen 2 einen weiteren in 5 strichliert angedeuteten C-Bogen 62 aufweist, an dem einander gegenüberliegend eine Röntgenstrahlenquelle 63 und ein in 5 nicht gezeigter Röntgenstrahlenempfänger angeordnet sind.
Wie zuvor beschrieben, wird auch bei diesem Verfahren zunächst präoperativ ein 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P erzeugt und im Bildrechner 8 zur weiteren Verwendung abgelegt. Des Weiteren wird der Patient P, insbesondere das Herz H des Patienten P, mit dem nunmehr die röntgenpositiven Marker 51 bis 53 aufweisenden Markierungskatheter 10 versehen. Anschließend werden nach Gabe eines Kontrastmittels EKG-getriggert und unter Berücksichtigung der Atemphase des Patienten P gleichzeitig zwei Serien, eine erste und eine zweite Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen mit dem C-Bogen 2 und dem C-Bogen 62 von dem mit dem Markierungskatheter 10 versehenen Herzen H aufgenommen, welche C-Bögen 2, 62 möglichst synchron um ihre Angulations- bzw. Orbitalachse verschwenkt werden. Vorzugsweise fallen dabei die Isozentren der beiden C-Bögen 2 und 62 zusammen. Somit existiert pro Aufnahmezeitpunkt jeweils ein Paar von unter voneinander verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommenen ersten 2D-Röntgenprojektionen, wobei die eine erste 2D-Röntgenprojektion aus der ersten Serie und die andere erste 2D-Röntgenprojektion eines Paares aus der zweiten Serie stammt.
Die erste und die zweite Serie von ersten 2D-Röntgenprojektionen werden wiederum über mindestens einen Herzzyklus des Herzens H des Patienten P und im Wesentlichen während der gleichen Atemphase aufgenommen, wie sie bei Akquisition der dem 3D-Bild zugrunde liegenden 2D-Schichtbildaufnahmen vorgelegen hat. Anschließend wird aus den zwei Serien von ersten 2D-Röntgenprojektionen ein Bildpaar ausgewählt, das wenigstens im Wesentlichen zu der gleichen Herzphase wie das 3D-Bild aufgenommen wurde und eine möglichst gute Kontrastierung zeigt. Danach werden die ersten 2D-Röntgenprojektion des ausgewählten Bildpaares auf konventionelle Art und Weise, beispielsweise mittels anatomischer Landmarken, mit dem präoperativ erzeugten und im Bildrechner 8 abgelegten 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P registriert.
Des Weiteren werden basierend auf dem ausgewählten Bildpaar von ersten 2D-Röntgenprojektionen die Positionen der röntgenpositiven Marker 51 bis 53 zum Zeitpunkt der Aufnahme des ausgewählten Bildpaares von ersten 2D-Röntgenprojektionen in dem der Biplan-Röntgenanlage zugeordneten Koordinatensystem CB mittels Triangulation ermittelt. Basierend auf der Registrierung werden die drei röntgenpositiven Marker 51 bis 52 in das 3D-Bild eingeblendet, manuell oder automatisch markiert und deren Positionen in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt. Schließlich erfolgt die Fusion des 3D-Bildes mit wenigstens einer der zwei ersten 2D-Röntgenprojektionen des ausgewählten Bildpaares.
Während der Durchführung der Katheternavigation können mit der Biplan-Röntgenanlage ein Bildpaar von zweiten 2D-Röntgenprojektionen vorzugsweise unter den gleichen Projektionsrichtungen wie das ausgewählte Bildpaar von ersten 2D-Röntgenprojektionen sowie wenigstens im Wesentlichen zu der gleichen Herzphase wie das 3D-Bild aufgenommen werden und basierend auf dem Bildpaar von zweiten 2D-Röntgenprojektionen die Positionen der röntgenpositiven Marker 51 bis 53 in dem Koordinatensystem CB bestimmt werden. Aufgrund der bekannten Registrierung ist es wiederum möglich, die röntgenpositiven Marker 51 bis 53 in das 3D-Bild einzublenden, manuell oder automatisch zu markieren, deren Positionen in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem zu bestimmen und Positionsänderungen der röntgenpositiven Marker 51 bis 53 in Bezug auf das ausgewählte Bildpaar der ersten 2D-Röntgenprojektionen festzustellen. Basierend auf den festgestellten Positionsänderungen der röntgenpositiven Marker 51 bis 53 ist es schließlich möglich, die Orientierung bzw. Ausrichtung des 3D-Bildes derart zu ändern bzw. anzupassen, dass dieses zumindest bezüglich einer der zweiten 2D-Röntgenprojektionen, die mit dem 3D-Bild fusioniert werden soll, möglichst genau für die Fusion ausgerichtet ist. Anschließend erfolgt die Fusion, so dass das 3D-Bild um aktuelle Bilddaten zumindest des Behandlungskatheters 11 und der Läsion L vorzugsweise auch des Markierungskatheters 10 ergänzt wird.
Auch auf diese Weise kann also unter Verwendung einer Biplan-Röntgenanlage das 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P derart nachgeführt werden, dass sich eine möglichst gute Fusion des 3D-Bildes und einer aktuell aufgenommenen zweiten 2D-Röntgenprojektion ergibt, wobei zumindest die aktuelle Lage des Behandlungskatheters und der Läsion L in das 3D-Bild eingeblendet wird, wodurch sich für einen behandelnden Arzt ein so genannter "endoskopischer Blick" in das Körperinnere des Patienten P ergibt.
Um die Erkennbarkeit des Markierungskatheters 10 sowie des Behandlungskatheters 11 in den ersten oder auch zweiten 2D-Röntgenprojektionen zu erhöhen, kann bei der EKG-getriggerten Aufnahme der Serien von 2D-Röntgenprojektionen jede x-te, z. B. jede 5-te 2D-Röntgenprojektion mit einer höheren Röntgendosis aufgenommen werden. Mit den erfassten Positionen und den erfassten Verläufen der Katheter können auch mit relativer hoher Genauigkeit die Katheter in weniger kontrastreichen 2D-Röntgenprojektionen verfolgt werden.
Solange der Markierungskatheter 10 seine Position in dem Herzgefäß nicht verändert, kann die beschriebene dynamische Nachführung des 3D-Bildes kontinuierlich oder auch diskret basierend auf der Ermittlung der aktuellen Markerpositionen erfolgen. Hat sich die Position des Markierungskatheters 10 geändert, beispielsweise weil bei einer längeren Läsion der Behandlungskatheter vorgeschoben und der Markierungskatheter nachgeschoben wurde, ist das Verfahren neu zu starten.
Die beschriebenen Verfahren können bezüglich verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Herzphasen des Herzzyklus des Herzens quasi gleichzeitig kontinuierlich durchgeführt werden, wobei die jeweiligen nachgeführten, mit einem jeweiligen zweiten 2D-Bild fusionierten oder überlagerten, zu den verschiedenen Herzphasen gehörigen 3-Bilder vom Herzen zeitlich aufeinanderfolgend vorzugsweise kontinuierlich auf dem Sichtgerät 9 dargestellt werden. Somit erhält man eine Art 4D-Darstellung des schlagenden Herzens, wobei das Herz selbst dreidimensional dargestellt wird und die Zeit die vierte Dimension bildet. Je mehr Herzphasen einbezogen sind, desto realistischer ist die Darstellung des schlagenden Herzens.
Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen müssen das 3D-Bild und ein aktuell aufgenommenes 2D-Bild nicht notwendigerweise miteinander fusioniert werden. Vielmehr können die Bilddaten des 3D-Bildes und des 2D-Bildes auch einander überlagert werden.
Des Weiteren muss es sich bei dem Gewebebereich nicht notwendigerweise um das Herz oder einen Gefäßabschnitt des Herzens eines Lebewesens handeln. Vielmehr kann es sich bei dem Gewebebereich auch um ein anderes bewegtes Organ wie die Lunge oder auch einen anderen Gewebebereich, der indirekt durch ein bewegtes Organ bewegt wird, handeln.
Darüber hinaus muss die wenigstens zwei Marker aufweisende Vorrichtung nicht notwendigerweise ein Katheter sein. Des Weiteren kann die Vorrichtung auch zwei, drei oder mehr Marker aufweisen.
Die erste 2D-Röntgenprojektion, welche mit dem 3D-Bild registriert wird, muss nicht notwendigerweise aus einer Serie von 2D-Röntgenprojektionen ausgewählt werden. Vielmehr kann im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens auch gezielt eine erste 2D-Röntgenprojektion aufgenommen werden, die mit dem präoperativ erzeugten 3D-Bild registriert wird.
Bei den 2D-Bildern muss es sich nicht unbedingt um 2D-Röntgenprojektionen handeln. Vielmehr kann es sich auch um Ultraschallbilder handeln.

Claims

Verfahren zur Fusion oder Überlagerung eines 3D-Bildes und eines 2D-Bildes von einem bewegten Gewebebereich (H) eines Lebewesens (P), welcher Gewebebereich (H) zumindest teilweise mit einer wenigstens zwei Marker (21–23, 51–53) aufweisenden Vorrichtung (10) versehen ist, bei dem – ein bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) erzeugtes 3D-Bild von dem noch nicht mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) und wenigstens ein erstes, zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) aufgenommenes 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) miteinander registriert werden, – die Positionen der wenigstens zwei Marker (21–23, 51–53) zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen ersten 2D-Bildes basierend auf der Registrierung in einem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden, – wenigstens ein zweites 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) aufgenommen wird, – die Positionen der wenigstens zwei Marker (21–23, 51–53) zum Zeitpunkt der Aufnahme des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes basierend auf der Registrierung in dem dem 3D-Bild zugeordneten Koordinatensystem ermittelt werden und – bei dem bei einer Positionsänderung wenigstens eines der wenigstens zwei Marker (21–23, 51–53) zwischen der Aufnahme des wenigstens einen ersten 2D-Bildes und des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes das 3D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des 3D-Bildes und des wenigstens einen zweiten 2D-Bildes miteinander wenigstens der Positionsänderung des wenigstens einen Markers entsprechend nachgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gewebebereich das Herz (H) oder ein Gefäßabschnitt des Herzens (H) eines Lebewesens (P) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das 3D-Bild mit einem Röntgencomputertomographen, einem Magnetresonanzgerät oder mit einem Ultraschallgerät erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das 3D-Bild bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase des Gewebebereiches (H) rekonstruiert wird, wobei die der Rekonstruktion des 3D-Bildes von dem noch nicht mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) vorausgehende Aufnahme und/oder Auswahl von Einzelbildern oder Projektionen EKG (Elektrokardiogramm) oder IKG (Impedanzkardiogramm) getriggert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das 3D-Bild bezüglich einer bestimmten Atemphase des Lebewesens (P) rekonstruiert wird, wobei die der Rekonstruktion des 3D-Bildes von dem noch nicht mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) vorausgehende Aufnahme und/oder Auswahl von Einzelbildern oder Projektionen während bzw. bezüglich einer bestimmten Atemphase des Lebewesens (P) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Vorrichtung ein wenigstens zwei Marker (21–23, 51–53) aufweisender Katheter (10) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild jeweils eine 2D-Röntgenprojektion oder jeweils ein Röntgendurchleuchtungsbild ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild EKG oder IKG getriggert aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite 2D-Bild im Wesentlichen zu der gleichen Atemphase aufgenommen wird wie das 3D-Bild.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem wenigstens eine Serie von ersten und/oder zweiten 2D-Bildern von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die wenigstens eine Serie von 2D-Bilder über wenigstens einen Bewegungszyklus des Gewebebereiches (H) und/oder während der Atemphase des Lebewesens (P) aufgenommen wird, die im Wesentlichen der Atemphase entspricht, zu der die Einzelbilder oder Projektionen für die Rekonstruktion des 3D-Bildes aufgenommen wurden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das wenigstens eine erste 2D-Bild für die Registrierung mit dem 3D-Bild aus der wenigstens einen Serie von ersten 2D-Bildern ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die wenigstens zwei Marker der Vorrichtung (10) röntgenpositive Marker (51–53) sind.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Position eines röntgenpositiven Markers (51–53) basierend auf zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen gewonnenen 2D-Röntgenprojektionen oder Röntgendurchleuchtungsbildern ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die wenigstens zwei Marker der Vorrichtung (10) Marker (21–23) eines Trackingsystem (20) sind.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Marker elektromagnetische Positionssensoren (21–23) eines elektromagnetischen Trackingsystems (20) sind.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem jeweils die Positionen der Positionssensoren (21–23) bei Aufnahme eines ersten und/oder zweiten 2D-Bildes ermittelt und jeweils dem ersten und/oder dem zweiten 2D-Bild zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welches bezüglich verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Bewegungsphasen des Gewebebereiches (H) durchgeführt wird, wobei die jeweiligen nachgeführten, mit einem jeweiligen zweiten 2D-Bild fusionierten oder überlagerten, zu den verschiedenen Bewegungsphasen des Gewebebereiches (H) gehörigen 3-Bilder von dem Gewebebereich (H) zeitlich aufeinanderfolgend dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem bezüglich verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Bewegungsphasen des Gewebebereiches (H) jeweils ein 3-Bild von dem noch nicht mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) erzeugt wird, jedes 3D-Bild jeweils mit wenigstens einem zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) wie das jeweilige 3D-Bild aufgenommenen ersten 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebereich (H) registriert wird, zu jedem 3D-Bild jeweils wenigstens ein zweites 2D-Bild von dem mit der Vorrichtung (10) versehenen Gewebebereich (H) zu im Wesentlichen der gleichen Bewegungsphase des Gewebebereichs (H) wie das jeweilige 3D-Bild aufgenommen wird und bei einer Positionsänderung wenigstens eines der Marker zwischen der Aufnahme des jeweiligen ersten 2D-Bildes und des jeweiligen zweiten 2D-Bildes das jeweilige 3D-Bild für die Fusion oder Überlagerung des jeweiligen 3D-Bildes und des jeweiligen zweiten 2D-Bildes miteinander wenigstens der Positionsänderung des wenigstens einen Markers entsprechend nachgeführt wird.
Vorrichtung aufweisend wenigstens eine Recheneinrichtung (8, 26), welche zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 eingerichtet ist.