DE102007051479A1

DE102007051479A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen Intervention

Info

Publication number: DE102007051479A1
Application number: DE102007051479A
Authority: DE
Inventors: Frederik Bender; Martin Groher; Nassir Prof. Navab; Marcus Dr. Pfister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: DE102007051479B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen, insbesondere abdominellen, Intervention. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: a) Verwendung zumindest eines vor der Intervention aufgenommenen, dreidimensionalen Bilddatensatzes (11) eines Zielbereiches (12) der Intervention, b) Aufnehmen zumindest eines zweidimensionalen Bilddatensatzes (13) des Zielbereiches, c) Registrierung des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt a) mit dem zweidimensionalen Bilddatensatz aus Schritt b), d) synchrone dreidimensionale Bilddarstellung (20), bei der zumindest eine Information (S) des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragen wird, wobei der Blickwinkel oder -abstand der integrierten Bilddarstellung auf den Zielbereich unterschiedlich vom Aufnahme-Blickwinkel oder Aufnahme-Abstand des zweidimensionalen Bilddatensatzes auf den Zielbereich eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird ein Dual-Monitor-System (8) zur synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen, insbesondere abdominellen, Intervention.
Während einer Intervention werden zur Navigation der Instrumente, beispielsweise im Abdomen, mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung Echtzeitbilder gewonnen. Verglichen mit dreidimensionalen (3-D) Angio(graphie)-Bildern zeigen diese Durchleuchtungs- oder zweidimensionalen (2-D) Bilder zwar keine räumlichen (3-D) Details, sie sind jedoch schneller verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung für Patient und Arzt. Idealerweise wird nun die räumliche Information dadurch zurückgewonnen, dass prä- oder intra-operativ aufgenommene 3-D-Bilder z. B. von CT-, 3-D-Angio-, C-Arm-CT- oder MR-Aufnahmen mit den zweidimensionalen Bildern registriert werden und diesen unterlegt werden. Die Kombination von co-registrierten 2-D- und 3-D-Bildern erlaubt dem Arzt nun eine bessere Orientierung im Volumen. Diese 2-D/3-D-Registrierung besteht aus zwei Schritten.
1. Bildregistrierung:
Zunächst muss bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3-D-Volumen projiziert werden muss, damit es mit dem 2-D-Bild in Deckung gebracht werden kann. Ein Ansatz der merkmalsbasierten Registrierung von 3-D-Bildern zu 2-D-Angiographie-Bildern ist beispielsweise in [1] beschrieben. Dabei werden Gefäßstrukturen extrahiert und 2-D/3-D-Korrespondenzen hergestellt.
2. Visualisierung:
Das zweite Problem ist die Visualisierung der registrierten Bilder, d. h. die gemeinsame Darstellung von 2-D-Bild und projiziertem 3-D-Bild. Die Standardmethode hierfür ist das soge nannte "Overlay" (Überlagerung), bei dem die beiden Bilder anhand verschiedener Methoden übereinander gelegt werden, wie dies beispielsweise schon in der älteren Patentanmeldung [7] DE 10 2006 003 126.1 vorgeschlagen ist.
Ein Problem der Visualisierung nach erfolgreicher 2-D/3-D-Registrierung ist die intuitive Darstellung und Kopplung beider Bildmodalitäten, insbesondere eine Beschränkung auf die interessanten Merkmale (z. B. Gefäße, Instrumente). Bei der oben beschriebenen Überlagerung kann der 3-D-Effekt (Tiefeninformation) der präoperativen Bilddaten nicht mehr genutzt werden, wenn das Volumen aus verschiedenen Perspektiven/Ansichten/Blickwinkel oder Abständen betrachtet werden soll. Bei Veränderung der Ansicht geht der Bezug zur intraoperativen 2-D-Aufnahme verloren.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich einer Perspektiven bzw. Ansichtenfreiheit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen Intervention eines Patienten angewendet wird. Erfindungsgemäß werden folgende Schritte durchgeführt:

a) Verwendung zumindest eines vor der Intervention (prä-operativ) aufgenommenen, dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Zielbereiches der Intervention,
b) Aufnehmen zumindest eines dreidimensionalen Bilddatensatzes des Zielbereiches,
c) Registrierung des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt a) mit dem zweidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt b),
d) synchrone dreidimensionale Bilddarstellung, bei der zumindest eine Information des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragen wird, wobei der Blickwinkel oder -abstand der integrierten Bilddarstellung auf den Zielbereich unterschiedlich vom Aufnahme-Blickwinkel oder Aufnahme-Abstand des zweidimensionalen Bilddatensatzes auf den Zielbereich eingestellt werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird also eine solche Information mindestens ein Bildmerkmal beispielsweise ein medizinisches Instrument oder anatomische Landmarken im zweidimensionalen Bilddatensatz identifiziert, das durch die Registrierung entsprechend einem Bildmerkmal im dreidimensionalen Bilddatensatz zugeordnet ist. Ein identifiziertes Bildmerkmal kann dazu verwendet, um dessen Rückprojektion bei einer veränderbaren bzw. veränderten Blickwinkel- oder Abstand-Einstellung der integrierten Bilddarstellung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß können die Bildmerkmale manuell gekennzeichnet oder automatisch ermittelt werden.
Vorzugsweise können der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung getrennt voneinander – vorzugsweise auf einem Dual-Monitor-System visualisiert, dargestellt werden.
Die Darstellung eines im Zielbereich eingeführten medizinischen Instrumentes erfolgt in der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung zweckmäßigerweise in 3D.
Vorzugsweise kann in die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung ein Schichtbild zur Orientierung integriert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze, insbesondere in Echtzeit, aufweisend folgende Merkmale: Ein Röntgengerät zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, ein Röntgenbilddetektor zur Erfassung von Röntgenbildern, einem Bildsystem und eine Wiedergabevorrichtung. Diese Vorrichtung umfasst des Weiteren:

– Eine Einrichtung im Bildsystem zum Bearbeiten zumindest eines dreidimensionalen Bilddatensatzes,
– eine Einrichtung zum Aufnehmen zumindest eines zweidimensionalen Bilddatensatzes,
– eine Einrichtung zum Registrieren des dreidimensionalen Bilddatensatzes mit dem zweidimensionalen Bilddatensatz,
– eine Einrichtung zur synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung, bei der zumindest eine Information des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragbar ist, wobei der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung getrennt von einander visualisierbar sind.

Vorzugsweise wird zur Visualisierung der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung ein so genanntes Dual-Monitor-System eingesetzt.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:

– Perspektivenfreiheit: Die Möglichkeit, dass 3-D-Gefäßmodell aus allen Blickwinkeln bzw. Abständen zu betrachten, ohne dabei die (zuvor rückprojezierte) Information, wie zum Beispiel Instrumente, Gefäßpfade, anatomische Landmarken, zu verlieren.
– Volumendatenintegration: Die Integration des vollen 3-Bildmaterials durch geeignete Visualisierungsverfahren (zum Beispiel Schichtdarstellung, direktes oder indirektes Volumenrendering).

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung:
1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Ansicht der Registrierung einer 3-D-Rekonstruktion eines Gefäß-Systems, z. B. der Leber und eines 2-D-Fluoroskopie-Bild eines medizinischen Instruments, z. B. eines Katheters in der Leber,
3 beispielhaft eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung auf einem so genannten Dual-Monitor-System, bei der links ein 3-D-Gefäßmodell mit integriertem Schichtbild und rechts ein Fluoroskopiebild gezeigt werden,
4 ein Beispiel für eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung wie in 3 mit dem Unterschied, dass die Perspektivenansicht auf das 3-Gefäßmodell verändert worden ist,
5 beispielhaft eine synchrone dreidimensionale Bilddarstellung ähnlich wie in 4 mit zusätzlicher Volumendatenintegration.
In 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung, zum Beispiel ein C-Bogen-System 1 dargestellt, die einen drehbaren gelagerten C-Bogen 2 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 und ein Röntgenbilddetektor 4 angebracht sind. Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium hergestellt ist. Im Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle 3 befindet sich ein Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme eines interessierenden Zielbereichs, zum Beispiel die Leber eines zu untersuchenden Patienten 9. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist ein Bildsystem 6 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgendetektors 4 empfängt und verarbeitet. Das Bildsystem 6 umfasst desweiteren einen Auswerterechner 7 und eine Wiedergabevorrichtung 8, vorzugsweise ausgebildet als ein Dual-Monitor-System.
Zur Erstellung von 3-D-Bilddatensätzen wird der drehbar gelagerte C-Bogen 2 mit Röntgenstrahler 3 und Bilddetektor 4 gedreht. Die Röntgenstrahlungsquelle 3 imitiert einen von einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle 3 ausgehendes Strahlenbündel 10, das auf den Röntgenbilddetektor 4 trifft. Die Röntgenstrahlungsquelle 2 und der Röntgenbilddetektor 4 laufen jeweils so um den interessierenden Zielbereich herum, dass sich die Röntgenstrahlungsquelle 2 und der Röntgenbilddetektor 4 auf entgegengesetzten Seiten des interessierenden Zielbereichs gegenüber liegen.
Aus der 2 wird nun die Registrierung nach dem Stand der Technik kurz erläutert. Ein dreidimensionales Bild 11 zeigt eine 3-D-Rekonstruktion eines Gefäß-Systems 12. In einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild 13 ist ein Katheter 14 dargestellt. Ein Pfeil 15 deutet eine Registrierung und Überlagerung beider Bilder 11 und 13 zu einem Überlagerungsbild 16 zum Zwecke der Navigation an, in dem der Katheter 14 sichtbar ist. Zur Registrierung können Bildmerkmale, wie zum Beispiel ein Katheter 14 oder ein Draht oder die Kanten der Rippen, Darmstrukturen und weitere anatomische Landmarken verwendet werden.
2 illustriert in Bild 11 mit a) bezeichnet ein 3-D-Computertomograph-Angiographie-Bild (CTA) und ein Gefäßmodell bzw. ein Gefäßsystem 12 sowie in Bild 13 mit b) bezeichnet ein 2-D-Digital-subtrahiertes-Angiographie-Bild (DSA) und in Bild 16 mit c) bezeichnet eine Überlagerung von a) und einer Fluorskopieaufnahme zum Zwecke der Navigation ohne erneute Kontrastmittelgabe. Das Fluoroskopiebild wurde dabei von der selben Perspektive wie b) aufgenommen.
In 3 wird beispielhaft eine synchrone 3-D-Bilddarstellung, vorzugsweise auf einen so genannten Dual-Monitor-System visualisiert gezeigt. Rechts wird ein Fluoroskopiebild 17 illustriert, das eine mit einem Kreuz markierte Katheterspitze S zeigt. Links wird ein 3-D-Bild 18 gezeigt, das ein 3-D-Gefäßmodell 12 mit integriertem Schichtbild SB illustriert. Dabei wird mit einem Pfeil die momentane Position der Katheterspitze S angedeutet.
In 4 wird eine ähnliche synchrone Bilddarstellung gezeigt wie in 3, mit dem Unterschied, dass in dem 3-D-Bild 19 die Ansicht auf das 3-D-Gefäßmodell verändert worden ist. Dabei bleibt die rückprojizierte Information erhalten. Jedoch die Registrierung (Stellung im Raum) ist verloren gegangen.
In 5 wird eine synchrone Bilddarstellung ähnlich wie in 4 gezeigt, mit dem Unterschied einer zusätzlichen Volumenintegration. Das heißt, im 3-D-Bild 20 wird automatisch die Schicht SB an der Stelle angezeigt, an der sich die Katheterspitze S befindet. Mit anderen Worten ausgedrückt, die Registrierung bleibt erhalten.
Im Folgenden wird der Vorgang im Einzelnen nochmals erläutert:
Ein 3-D-Bild wird aus einem Volumendatensatz, der beispielsweise von einer 3-D-Angiographie-, CD- oder MR-Diagnostikeinrichtung vor einer geplanten Intervention erzeugt wurde, mit einem interessierenden Zielbereich, zum Beispiel einem Gefäßbaum, erstellt. Dann werden zeitlich aufeinanderfolgende 2-D-Bilder erstellt, in denen beliebige Strukturen enthalten sind. Diese Strukturen werden in der Bildebene mittels so genanntem Tracken weiter verfolgt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren muss eine vorherige merkmalsbasierte 2-D-3-D-Registrierung die Korrespondenz zwischen Gefäß-Strukturen herstellen. Nach der Registrierung erhält man eine Menge von Punktkorrespondenzen {x(i)»X(i)} auf der Gefäß-Mittellinie. Dies ist beispielsweise in [4] beschrieben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein so genanntes Dual-Monitor-System bereitgestellt, das aus einer Ansicht für in Echtzeit erzeugte (Live) Angiographie- oder Fluorskopie-Bildern und einer Ansicht eines 3-D-Gefäßmodells (mit integrierten Volumendaten) besteht. Das Dual-Monitor-System ermöglicht nun zusammen mit den zuvor berechneten Punktkorrespondenzen die Durchführung folgender Verfahrensschritte:

1. Die Visualisierung (z. B. 3) eines korrespondierenden Punktes (Katheter, anatomische Landmarke) in der zweiten Ansicht (z. B. 18), wenn in der ersten Ansicht (z. B. 17) eine Landmarke im Gefäß durch eine geeignete Benutzerschnittstelle identifiziert wurde.
2. Die Visualisierung einer animierten "Roadmap", also eines Pfades durch das Gefäß-System von einer bestimmten Stelle (beispielsweise der momentanen Lage des Katheters 14) zu dem interessierendem Zielbereich. Die Bestimmmung des Pfades durch das Gefäß-System kann dabei automatisch geschehen. Falls der interessierende Zielbereich in einem vorherigen Planungsschritt vom Arzt identifiziert wurde, kann die Visualisierung ohne Benutzer-Interaktion erfolgen.
3. Die Echtzeitdarstellung von im Gefäß befindlichen Instrumenten (zum Beispiel Katheter 14) in 3-D durch Rückprojektion unter Verwendung der in der Registrierung errechneten Projektionsmatrix und des 3-D-Gefäßmodells. Dafür kann das Instrument in den Live-Fluoroskopie-Bildern getrackt werden. Ebenso kann die Atmungsbewegung im abdominellen Fall, zum Beispiel beschrieben in [6], und die Position durch die Korrespondenzinformation rückprojeziert werden.

Bei der Animation aus 2. bzw. der Echtzeitdarstellung aus 3. kann die Position des integrierten Bilddatensatzes zusammen mit der Position der Roadmap- bzw. der Instrument-Position aktualisiert werden und zum Beispiel ein Schichtbild nur an dieser Position visualisiert werden (siehe 5). Für die Schritte 2. und 3. können geeignete Interpolationsmethoden zu einer "flüssigen" Animation verwendet werden. Diese sind beispielsweise in [5] beschrieben.
Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei dem bildgebenden Gerät beispielsweise um Röntgen-C-Bogen-Systeme, Röntgen-Biplan-Geräte, Computertomographen, MR oder PET handeln. Der C-Bogen 2 kann auch durch einen so genannten elektronischen C-Bogen 2 ersetzt werden, bei dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 erfolgt. Die C-Bögen 2 können aber auch an Roboterarmen geführt sein, die an Decke oder Boden angebracht sind. Auch lässt sich das Verfahren mit Röntgengeräten durchführen, bei denen die einzelnen bilderzeugenden Komponenten 3 und 4 jeweils von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden angeordnet sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können aus dem Anhang entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind Änderungen ebenfalls vom Umfang der Erfindung umfasst, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.
Anhang
1 = 2
2 = 3
3 = 4
4 = 5
1. Beschreibung des technischen Problems, das durch die Erfindung gelöst werden soll
Während einer Intervention werden zur Navigation der Instrumente (z. B. im Abdomen) mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung Echtzeitbilder gewonnen. Durch Kontrastmittelgabe können auch Gefäße visualisieren werden (1). Verglichen mit 3D Angio oder präoperativ gewonnenen CTA Volumen (1) zeigen diese Durchleuchtungsbilder zwar keine räumlichen (3D) Details, sie sind jedoch schneller verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung für Patient und Arzt. Idealerweise wird nun die räumliche Information dadurch zurückgewonnen, dass prä-operativ aufgenommene 3D-Bilder (beispielsweise CT, 3D Angio oder MR) mit den zweidimensionalen Durchleuchtungsbildern registriert werden und wichtige Informationen aus dem 3D Datensatz in das 2D Durchleuchtungsbild projiziert werden. Die Kombination oder Fusion von co-registrierten 2D und 3D Bildern erlaubt dem Arzt nun eine bessere Orientierung im Patienten aufgrund verbesserter Tiefeninformation. Diese 2D–3D-Fusion besteht aus zwei Schritten:
1. Bildregistrierung: Zunächst muss bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3D Volumen projiziert werden soll, damit es mit dem 2D Bild in Deckung gebracht werden kann. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, u. a. merkmalsbasierte Registrierung, die im Falle von Angiographiebildern zumeist Gefäßstrukturen extrahiert und diese „Gefäßmodelle" zur Registrierung verwendet. Bei solchen Verfahren werden 2D–3D Korrespondenzinforma tionen hergestellt, d. h. eine Zuordnung, welcher 2D Gefäßpunkt im aufgenommenen Bild welchem 3D Gefäßpunkt im Volumen zuzuordnen ist.
2. Visualisierung: Das zweite Problem ist die Visualisierung der registrierten Bilder, d. h. die gemeinsame Darstellung von 2D- und projiziertem 3D-Bild. Üblich ist eine einfache justierbare Überblendung, also ein „Overlay".
Ein Problem der Visualisierung nach erfolgreicher 2D–3D Registrierung ist die intuitive Darstellung und Kopplung beider Bildmodalitäten, insbesondere eine Beschränkung auf die interessanten Merkmale (Gefäße, Pathologien, Instrumente). Wichtig ist eine Visualisierung, die es immer noch erlaubt den 3D Effekt der präoperativen Daten zu nutzen (d. h. zum Beispiel, das Volumen von verschiedenen Ansichten betrachten zu können), ohne dabei den Bezug zur intraopertiven 2D Aufnahme zu verlieren. Dies ist bei der Standardmethode, dem Overlay (1), nicht möglich.
Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, die aus der Registrierung hervorgegangenen Information zu benutzen, um eine Visualisierung anzubieten, die synchron zu jedem Punkt im 3D Gefäß den korrespondierenden Punkt im 2D Gefäß darstellen kann und durch geeignete Animationstechniken Gefäßpfade gleichzeitig in 2D und in 3D (von jeder Blickrichtung) abfahren kann. Darüber hinaus können Intrumentpositionen, die nur in 2D Fluoroskopiebildern sichtbar sind, durch Rückprojektion in Echtzeit im 3D Gefäß dargestellt werden.
2. Bisherige Lösung
Die merkmalsbasierte Registrierung von 3D-Bildern zu 2D Angiographiebildern ist Stand der Technik (s. [1]). Dabei werden Gefäßstrukturen extrahiert und 2D–3D Korrespondenzen hergestellt.
Die Aufrechterhaltung dieser Registrierung bei Atmungsbewegung in abdominellen Interventionen kann durch geeignete Atmungskorrektur gewährleistet werden [6].
Das Finden von Instrumenten in 2D Angiographiebildern zur erfolgreichen Rückprojektion ist ebenfalls Stand der Technik (s. [2, 3])
Die Standardmethode für die 2D–3D Visualisierung ist das „Overlay", d. h. die beiden Bilder werden (anhand verschiedener Methoden) übereinandergelegt (1).
Dabei ist jedoch die Möglichkeit zur Veränderung der Blickrichtung nicht gegeben, da sonst die zuvor bestimmte Registrierung zerstört wird.
3. Lösung des angegebenen technischen Problems
Für dieses Verfahren muss eine vorhergehende merkmalsbasierte 2D–3D Registrierung die Korrespondenz zwischen Gefäßstrukturen herstellen. Nach der Registrierung erhält man eine Menge von Punktkorrespondenzen {x(i) <-> X(i)} auf der Gefäßmittelinie, siehe dazu z. B. [4].
Das vorgeschlagene Verfahren besteht nun darin, ein Dual-Monitor-System bereitzustellen, das aus einer Ansicht für Live-Angiographie oder -Fluoroskopiebildern und einer Ansicht eines 3D Gefäßmodells (mit integrierten Volumendaten) besteht.
Das Dual-Monitor-System zusammen mit den zuvor berechneten Punktkorrespondenzen ermöglicht nun:

1) Die Visualisierung eines korrespondierenden Punktes (anatomische Landmarke) in der jeweils zweiten Ansicht, wenn in der ersten Ansicht eine Landmarke im Gefäß durch eine geeignete Benutzerschnittstelle spezifiziert wurde (2).
2) Die Visualisierung einer animierten "Roadmap", also eines Pfades durch das Gefäßsystem von einer bestimmten Stelle (beispielsweise der momentanen Lage des Katheters) zu dem ROI (Region of Interest). Die Bestimmung des Pfades durch das Gefäßsystem kann dabei automatisch realisiert werden. Falls die ROI in einem vorherigen Planungsschritt vom Arzt spezifiziert wurde, kann diese Visualisierung ohne jegliche Benutzerinteraktion erfolgen.
3) Die Echtzeitdarstellung von im Gefäß befindlichen Instrumenten (z. B. Katheter) in 3D durch Rückprojektion unter Verwendung der in der Registrierung errechneten Projektionsmatrix und des 3D Gefäßmodells. Dafür kann das Instrument in den Live-Fluoroskopiebildern getrackt werden (ebenso die Atmungsbewegung im abdominellen Fall, siehe [6], und die Position durch die Korrespondenzinformation rückprojiziert werden.

Der Vorteil dieser Visualisierungstechnik ist hierbei

• Perpektivenfreiheit: Die Möglichkeit, das 3D Gefäßmodell von allen Blickwinkeln zu betrachten (die Registrierung zu verlassen), ohne dabei die (zuvor rückprojizierte) Information wie Instrumente, Gefäßpfade, anatomische Landmarken zu verlieren. Dies steht im Gegensatz zum momentanen Stand der Technik, in dem das Verändern des Blickwinkels die Registrierung und damit das Overlay zerstört (3).
• Volumendatenintegration: Die Integration des vollen 3D Bildmaterials durch geeignete Visualisierungsverfahren (z. B. Schichtdarstellung, direktes oder indirektes Volumenrendering). Bei der Animationsdarstellung aus 2), bzw. der Echtzeitdarstellung aus 3) kann die Position des integrierten Bilddatensatzes zusammen mit der Position der Roadmap- bzw. der Instrumentposition aktualisiert werden und z. B. ein Schichtbild nur an dieser Position visualisiert werden (4).

Für 2) und 3) müssen geeignete Interpolationsmethoden zur flüssigen Animation verwendet werden. Diese sind Stand der Technik (s. [5], S. 105–129)
4. Kurzdarstellung der Erfindung
Das Verwenden von Punktkorrespondenzen aus der 2D–3D Registrierung zur Visualisierung von anatomischen Landmarken, Gefäßpfaden (Roadmaps), und Intrumenten in 3D in einem Dual-Monitor-System.
Die Ermöglichung der Perspektivenfreiheit durch rückprojizierte Informationen basierend auf Korrespondenzen und 3D Gefäßmodelle.
Die Volumendatenintegration in dieser Ansicht zur besseren Orientierung für den Arzt, ohne dabei die rückprojizierten Informationen zu verlieren (verbesserte 3D Tiefenwahrnehmung).
Literatur

[1] M. Groher, N. Padoy, T. F. Jakobs, N. Navab New CTA Protocol and 2D–3D Registration Method for Liver Catheterization Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Copenhagen, Denmark, October 2006
[2] Erik Franken, Peter Rongen, Markus van Almsick, Bart M. ter Haar Romeng: Detection of Electrophysiology Catheters in Noisy Fluoroscopy Images. Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Copenhagen, Denmark, October 2006
[3] Jolly B., Van Horn M., Aylward S., Bullitt E.: Needle tracking and detection in the TIPS endovascular procedure Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Montreal, Canada, October 2003
[4] M. Groher, F. Bender, R. T. Hoffmann, N. Navab Segmentation-driven 2D-3D Registration for Abdominal Catheter Interventions, accepted at Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Brisbane, Australia, October 2007
[5] William H. Press, Brian P. Flannery, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing Cambridge University Press, 1988
[6] DE 10 2007 015 792.6
[7] DE 10 2006 003 126.1

1: C-Bogen-System
2: C-Bogen
3: Röntgenstrahlungsquelle
4: Röntgenbilddetektor
5: Patientenlagerungstisch
6: Bildsystem
7: Auswerterechner
8: Wiedergabevorrichtung
9: Patient
10: Strahlenbündel
11: 3-D-Bild
12: Gefäßsystem
13: 2-D-Fluoroskopie-Bild (DSA)
14: Katheter
15: Pfeil
16: Überlagerungsbild
17: 2-D-Bild
18: 3-D-Bild mit Schichtbild
19: 3-D-Bild mit Perspektivenfreiheit
20: 3-D-Bild mit Volumenintegration
S: Katheterspitze
SB: Schichtbild

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006003126 [0004, 0057]
- DE 102007015792 [0057]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- M. Groher, N. Padoy, T. F. Jakobs, N. Navab New CTA Protocol and 2D–3D Registration Method for Liver Catheterization Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Copenhagen, Denmark, October 2006 [0057]
- Erik Franken, Peter Rongen, Markus van Almsick, Bart M. ter Haar Romeng: Detection of Electrophysiology Catheters in Noisy Fluoroscopy Images. Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Copenhagen, Denmark, October 2006 [0057]
- Jolly B., Van Horn M., Aylward S., Bullitt E.: Needle tracking and detection in the TIPS endovascular procedure Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Montreal, Canada, October 2003 [0057]
- M. Groher, F. Bender, R. T. Hoffmann, N. Navab Segmentation-driven 2D-3D Registration for Abdominal Catheter Interventions, accepted at Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), Brisbane, Australia, October 2007 [0057]
- William H. Press, Brian P. Flannery, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing Cambridge University Press, 1988 [0057]

Claims

Verfahren zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze während einer medizinischen Intervention eines Patienten (9), aufweisend folgende Schritte: a) Verwendung zumindest eines vor der Intervention aufgenommen, dreidimensionalen Bilddatensatzes (11) eines Zielbereiches (12) der Intervention, b) Aufnehmen zumindest eines zweidimensionalen Bilddatensatzes (13) des Zielbereiches, c) Registrierung des dreidimensionalen Bilddatensatzes aus Schritt a) mit dem zweidimensionalen Bilddatensatz aus Schritt b), gekennzeichnet durch d) ein synchrone dreidimensionale Bilddarstellung (20), bei der zumindest eine Information (S) des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragen wird, wobei der Blickwinkel oder -abstand der integrierten Bilddarstellung auf den Zielbereich unterschiedlich vom Aufnahme-Blickwinkel oder Aufnahme-Abstand des zweidimensionalen Bilddatensatzes auf den Zielbereich eingestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als eine solche Information mindestens ein Bildmerkmal im zweidimensionalen Bilddatensatz identifiziert wird, das durch die Registrierung entsprechend einem Bildmerkmal im dreidimensionalen Bilddatensatz zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein identifiziertes Bildmerkmal dazu verwendet wird, um dessen Rückprojektion bei einer veränderbaren und/oder veränderten Blickwinkel- oder Abstand-Einstellung der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung zu ermöglichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Bildmerkmal manuell gekennzeichnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Bildmerkmal automatisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung getrennt von einander, vorzugsweise auf einem Dual-Monitor-System (8) visualisiert, dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Darstellung eines in den Zielbereich eingeführten medizinischen Instrumentes (14) dreidimensional in der synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung (20) ein Schichtbild (SB) zur Orientierung integriert wird.
Vorrichtung zur Darstellung von Bilddaten mehrerer Bilddatensätze insbesondere in Echtzeit mit einem Röntgengerät (1) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, einem Röntgenbilddetektor (4) zur Erfassung von Röntgenbildern, einem Bildsystem (6) und umfassend eine Wiedergabevorrichtung (8), gekennzeichnet durch – eine Einrichtung im Bildsystem (6) zum Bearbeiten zumindest eines dreidimensionalen Bilddatensatzes, – eine Einrichtung (2, 3, 4) zum Aufnehmen zumindest eines zweidimensionalen Bilddatensatzes, – eine Einrichtung (7) zum Registrieren des dreidimensionalen Bilddatensatzes mit dem zweidimensionalen Bilddatensatz, – eine Einrichtung (8) zur synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung (20), bei der zumindest eine Information (S) des zweidimensionalen Bilddatensatzes in den dreidimensionalen Bilddatensatz mittels der Registrierung übertragbar ist, wobei der zweidimensionale Bilddatensatz und die synchrone dreidimensionale Bilddarstellung getrennt von einander visualisierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung (8) zur synchronen dreidimensionalen Bilddarstellung ein Dual-Monitor-System ist.