DE102007034210B4

DE102007034210B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Zusammensetzung von Bildern

Info

Publication number: DE102007034210B4
Application number: DE102007034210.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Graumann Rainer; Sorin-Alexandru Neagu; Sven-Martin Sutter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: US20090028296A1; DE102007034210A1; US7634056B2

Abstract

Vorrichtung mit einer Diagnostikeinheit (C, Q, AP) und einer Aufnahmeeinheit (AE) zur Aufnahme von ersten und zweiten Bildern (Bn, RBn), wobei durch die Aufnahmeeinheit (AE) während einer Abtastung eines Objektes (OB) eine Abfolge von ersten Bildern (Bn) und parallel zu mindestens einem ersten Bild (Bn) an ausgewählten Stellen des Objektes (OB) jeweils ein zweites Bild (RBn) erstellt wird, wobei eine Transformationskette entlang von erkannten Positionen von gleichen Markern (M) in der Abfolge der ersten Bilder (Bn) abgeleitet und auf die den ersten Bildern (Bx, By, ...) zugeordneten zweiten Bilder (RBn) angewendet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Zusammensetzung eines aus mehreren Einzelbildern bestehenden Gesamtbildes.
Zur ärztlichen Diagnose müssen z. B. Röntgenaufnahmen angefertigt werden. Mit den Röntgenbildern können abschnittsweise Gewebe-, Gefäß- und insbesondere Knochenstrukturen von Körperteilen näher betrachtet werden. Sind zu diagnostischen, therapeutischen oder operativen Maßnahmen partielle Betrachtungen nicht ausreichend, so sind bei einer röntgenologischen Abbildung z. B. der Wirbelsäule, eines Beines oder Armes eine Vielzahl von Röntgenaufnahmen mit einer vorgebbaren Auflösung des zu betrachtenden Objektes anzufertigen, da Röntgenbilder aufgrund einer limitierten Detektorgröße in ihrer Ausdehnung eingeschränkt sind. Länge Röhrenknochen, die Wirbelsäule oder auch die Abbildung eines Hüftgelenks einschließlich des Oberschenkelknochens und des Kniegelenks, z. B. zur Bestimmung der Beinachsen, sind mittels einer einzigen Röntgenaufnahme nicht abbildbar. Daher ist es erforderlich, dass mehrere, ggf. eine Vielzahl von Röntgenbildern aufgenommen werden müssen, um dann diese entsprechend dem abgebildeten Objekt exakt aneinander zu fügen bzw. zueinander in räumliche Beziehung zu setzen. Die Bildzusammensetzung kann z. B. durch die Aufnahme mehrerer sich überlappender Röntgenaufnahmen realisiert werden, die dann z. B. mittels Korrelationsverfahren einander räumlich exakt zugeordnet werden können. Um Korrelationsverfahren erfolgreich durchzuführen, müssen aber geeignet große überlappende Bereiche vorhanden sein. Die Nachteile, die sich für das Objekt ergeben, liegen in der Vielzahl von Röntgenaufnahmen und damit einer signifikanten Erhöhung der Strahlendosis. Darüber hinaus bedarf es aufwendiger Korrelationsverfahren, da wenig überlappende Bildteile von Röntgenaufnahmen oft kaum geeignete Strukturen aufweisen.
In der Patentschrift DE 100 49 103 B4 ist ein Gegenstand sowie ein Verfahren zur Korrelation eines optischen Bildes mit einem Röntgenbild beschrieben. Dabei werden zur Erreichung einer Überlagerung eines optischen Bildes mit einem Röntgenbild ausgehend von einer gemeinsamen Bildebene beide Bilder durch Drehen derart überlagert, so dass die beiden Bilder in ihrer Vergrößerung übereinstimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Erstellung eines Gesamtbildes anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 oder 6 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren ist dabei derart ausgebildet, dass eine Röntgen-Diagnostikeinheit und eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme von ersten und zweiten Bildern vorgesehen ist, wobei durch die Aufnahmeeinheit während einer Abtastung von einem mit natürlichen Landmarken, anatomischen Strukturen oder mit Markern versehenen Objekt eine Abfolge von ersten Bildern liefert und parallel zu mindestens einem ersten Bild an ausgewählten Stellen des Objektes jeweils ein zweites Bild von der Diagnostikeinheit erstellt wird. Eine aufgrund der Abfolge von ersten Bildern erstellte Transformationskette wird dann auf die Abfolge von zweiten Bildern angewendet.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Strahlenbelastung durch Röntgenaufnahmen für ein Objekt auf die zur ärztlichen Diagnose unvermeidlichen Röntgenaufnahmen reduziert wird.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Bildzusammensetzung schnell, präzise und reproduzierbar ist.
Falls zusätzliche optische Marker wegen der sterilen Abdeckung des OP-Feldes erforderlich sind, bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, dass die zur Bildzusammensetzung nötigen optischen Marker keine Schwächung der Röntgenstrahlen bewirken.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine einfache Korrelationsberechnung mit einfach gestalteten Markern oder anatomischen Strukturen verwendet werden kann, da sich bei der optischen Abbildung der Marker sehr hohe Kontraste ergeben.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass einfache auf einer über das Objekt gelegten Abdeckung oder direkt auf dem Objekt aufgetragene Marker oder Markerstrukturen zur Ermittlung von Transformationsvektoren verwendbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung soll im Folgenden mittels des in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Anordnung, und
2 eine Transformationskette.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in 1 ist eine Röntgenquelle Q mit einer zu dieser korrespondierenden Detektoreinheit AP abgebildet. Die Quelle Q sowie die Detektoreinheit AP sind jeweils an den Enden eines C-Bogens C angeordnet. Die für eine oder mehrere Röntgenaufnahmen RBn erforderlichen Einstellungen können in der zu einem C-Bogen-System gehörenden Beistelleinheit BE oder einer Hostrechnereinheit HRE vorgenommen werden.
Die Aufnahmeeinheit AE zur Aufnahme von optischen Bildern Bn ist derart angeordnet, dass die Aufnahmegeometrie des Röntgenbündels mit der der optischen Kamera exakt übereinstimmt. Eine Überlagerung des Zentralstrahls Z des Röntgenbündels RB mit dem Zentralstrahl des optischen Bildes kann beispielsweise mittels eines Umlenkspiegels US erreicht werden. Eine Registrierung der beiden Bildtypen kann einmalig während der Installation vorgenommen werden. Die Registrierung muss erneut vorgenommen werden, wenn sich die Anordnung Röntgenquelle/optische Bildaufnahmeeinheit verändert.
Werden direkt oder indirekt optische Marker verwendet, dann kann das Objekt OB oder ein das Objekt abdeckende Tuch in Form einer Abdeckung mit einfachen Mustern/Markern M versehen werden. Diese Abdeckung AD kann ein steriles Tuch AD sein, das bei einem operativen Eingriff über den Patienten OR gelegt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass Markerstrukturen auf dem Objekt OB oder dem Tuch aufgetragen werden. Die Aufnahmeeinheit AE kann als Videokamera ausgebildet sein, die mit einer vorgebaren Aufnahmefrequenz die Oberfläche eines mit Markern M versehenen Objektes OB abtastet. Der Röntgenapparat mit der damit verbundenen Videokamera kann per Hand oder motorisch kontinuierlich über das interessierte Areal des Objektes bewegt werden. Während der kontinuierlichen optischen Abtastung des Objektes werden eine Vielzahl von optischen Bildern Bn aufgenommen. Aufgrund der hohen Bildaufnahmefrequenz (z. B. 30 Bilder/sec) in Verbindung mit einer geringen Verschiebegeschwindigkeit des C-Bogens ergeben sich jeweils große Überlappungsbereiche zwischen zwei benachbarten optischen Bildern.
Die auf dem Tuch aufgetragenen Marker oder Markerstrukturen M werden durch eine nachgeordnete Recheneinheit HRE prozessorgesteuert in einem optischen Bild erkannt und Zuordnungen zu erkannten identischen Strukturen, Markern oder Markerstrukturen M in einem Folgebild hergestellt. Aufgrund der Überlappung der optischen Bilder wird eine kontinuierliche Transformationskette mittels Korrelationsverfahren berechnet.
Röntgenbilder RBn bzw. zweite Bilder werden nur in den Bereichen aufgenommen, die für eine ärztliche Diagnose zwingend nötig sind. Die Röntgenaufnahmen sind jeweils zu den zugehörigen optischen Bildern bzw. ersten Bildern eindeutig zuordenbar. Die Auslösung eines zu einem optischen Bild zeit- und deckungsgleich aufgenommenen Röntgenbildes kann mit speziell vorgebbaren anatomischen oder Markerstrukturen ausgelöst werden. Wird beispielsweise eine Markerstruktur von einem in Realzeit mitlaufenden Bildverarbeitungsprogramm erkannt, so ermittelt eine Auslöseeinheit den Zeitpunkt der Auslösung. Ein möglicher Auslösezeitpunkt kann beispielsweise eintreten, wenn die erkannte Markerstruktur in der Bildmitte geortet wird.
Eine in einer Beistelleinheit BE oder einem Hostrechner HRE angeordnete Verarbeitungseinheit CP bildet aufgrund von erkannten Positionen von gleichen Markern M in einer Abfolge von ersten Bildern Bn eine Transformationskette. Diese Transformationskette wird auf die zu einzelnen jeweils ersten Bildern Bx, By, ... zugeordneten zweiten Bildern RBn angewendet. Damit kann eine Beinachse, beginnend am Oberschenkelknochen einschließlich Kniegelenk, ermittelt werden.
Diese geometrische Beziehung, wie in 2 gezeigt, kann auch auf vereinzelt aufgenommene Röntgenbilder RBn angewendet werden, da diese jeweils einem optischen Bild zugeordnet ist. Aufgrund der eindeutigen Zuordnung des Röntgenbildes zum optischen Bild kann die aus der Vielzahl der optischen Bilder gebildeten Transformationskette ebenso auf die Röntgenbilder angewendet werden.
Die optischen Bilder sind untereinander durch eine Transformationskette, wie in 2 dargestellt, verbunden. Die optischen Bilder, die auch als erste Bilder Bn bezeichnet werden können, sind in 2 abgebildet. Zu der Vielzahl von ersten Bildern Bi, Bi + 1, ..., Bj, Bk – 1, Bk sind beispielsweise zum optischen Bild Bi, Bj und Bk – 1 Röntgenbilder RBi, RBj und Rk – 1 erstellt worden. Durch eine Vielzahl von Projektionen bzw. Transformationen Ti, Ti + 1 zwischen den optischen Bildern gelangt man zu einer Transformation Ti, j sowie Tj, k. Diese Transformationsgleichung wird auf die Röntgenbilder, wie in 2 angedeutet, angewendet.
Im Falle der Verwendung einer tuchartigen Abdeckung AD mit Marker oder Markerstrukturen M kann dieses auch seitlich am Objekt oder Patienten OB das Objekt verdecken. Hier ist auch eine Aufnahme unter beliebigen Aufnahmewinkeln AW zum Objekt OB möglich.
Bei dieser Anordnung ist auch die Gesamtbilderstellung für eine 2D oder 3D Bilderstellung gleichermaßen geeignet. Im Falle der 3D-Abbildung könnte die Videobildüberlagerung zwischen den 3D-Akquisitionen erfolgen, selbst bei der 3D-Bildgebung können parallel geeignete Videobilder aufgenommen werden.
Durch die Möglichkeit eines optischen Zooms der Videokamera kann man den optischen Bereich stark vergrößern, die Korrelation mit den Röntgenbildern aber beibehalten. Dies kann die Korrelation weiter vereinfachen und die Möglichkeit schaffen, dem größeren Videobild mehrere Röntgenbilder gleichzeitig zu überlagern. Bei einer möglichen Zusammenfügung der ersten Bilder werden überlappende Bereiche nur einmal abgebildet.
Bezugszeichenliste

C

C-Bogen

Q

Quelle/Röntgenquelle

AP

Detektoreinheit

AE

Bildaufnahmeeinheit/Videokamera

OB

Objekt

AB

Abdeckung

US

Umlenkspiegel

Bn

optische Bildaufnahme/Videobilder

B

Visualisierungseinheit

BE

Beistelleinheit

HRE

Hostrechner

BR

Bewegungsrichtung

L

Liege

AW

Aufnahmewinkel

M

Marker/Muster

AD

Abdeckung

Z

Zentralstrahl

RB

Röntgenbündel

RE

Röntgeneinrichtung

RBn

Röntgenbilder

CP

Verarbeitungseinheit

Claims

Vorrichtung mit einer Diagnostikeinheit (C, Q, AP) und einer Aufnahmeeinheit (AE) zur Aufnahme von ersten und zweiten Bildern (Bn, RBn), wobei durch die Aufnahmeeinheit (AE) während einer Abtastung eines Objektes (OB) eine Abfolge von ersten Bildern (Bn) und parallel zu mindestens einem ersten Bild (Bn) an ausgewählten Stellen des Objektes (OB) jeweils ein zweites Bild (RBn) erstellt wird, wobei eine Transformationskette entlang von erkannten Positionen von gleichen Markern (M) in der Abfolge der ersten Bilder (Bn) abgeleitet und auf die den ersten Bildern (Bx, By, ...) zugeordneten zweiten Bilder (RBn) angewendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnostik- (C, Q, AP) und Aufnahmeeinheit (AE) entlang einer vorgebbaren Bewegungsrichtung (BR) erste und zweite Bilder (Bn, RBn) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (OB) mit einer mit optischen Markern (M) versehenen Abdeckung (AD) bedeckbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Beistelleinheit (BE) oder einem Hostrechner (HRE) angeordnete Verarbeitungseinheit (CP) Positionen von gleichen Markern (M) in einer Abfolge von ersten Bildern (Bn) erkennt und daraus eine Transformationskette entlang der Abfolge der ersten Bilder (Bn) ableitet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verarbeitungseinheit (CP) gebildete Transformationskette auf die zu einzelnen jeweils ersten Bildern (Bx, By, ...) zugeordneten zweiten Bilder (RBn) angewendet wird.
Verfahren zur Aufnahme von ersten und zweiten Bildern (Bn, RBn), wobei eine Abfolge von ersten Bildern (Bn) von einem mit Markern (M) versehenem Objekt (OB) und parallel zu mindestens einem ersten Bild (Bn), an ausgewählten Stellen des Objektes (OB), jeweils ein zweites Bild (RBn) erstellt wird, wobei eine Transformationskette entlang der erkannten Positionen von gleichen Markern (M) in der Abfolge der ersten Bilder (Bn) abgeleitet und auf die den ersten Bildern (Bx, By, ...) zugeordneten zweiten Bilder (RBn) angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildete Transformationskette auf die zu einzelnen ersten Bildern (Bx, By, ...) zugeordneten zweiten Bilder (RBn) angewendet wird.