DE102008033021A1 - Method for image representation of interesting examination area, particularly for medical examination or treatment, involves applying pre-operative three dimensional image data set of examination area - Google Patents

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Abstract

The method involves applying a pre-operative three dimensional image data set of an examination area, and producing a three dimensional reconstruction image of the examination area. An intra-operatively adjusting two dimensional image of the examination area is applied, and the three dimensional reconstruction image relative to the two dimensional image is registered. An independent claim is included for an imaging device, which comprises an image representation unit for image representation of an interesting examination area, particularly for a medical examination or treatment.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung.The The invention relates to methods and a device method for Image representation of an investigation area of interest in Frame of a medical examination or treatment.

Die Erfindung wird beispielsweise bei der intra-operativen Bildgebung während einer medizinischen Intervention angewendet. Während einer medizinischen Intervention werden zur Navigation von medizinischen Instrumenten Echtzeitbilder (Live-Bilder) z. B. mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung gewonnen. Verglichen mit 3-D-Angiographie-Bildern zeigen diese Durchleuchtungs- oder 2-D-Akquisitions-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 erzeugte 3-D-Bilder z. B. von CT-, 3-D-Angio-, C-Arm-CT- oder MR-Aufnahmen mit den zweidimensionalen Bildern registriert werden. Die Kombination von co-registrierten oder fusionierten 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.The Invention is used, for example, in intra-operative imaging while applied to a medical intervention. During a medical intervention Real-time images are used to navigate medical instruments (Live pictures) z. B. obtained by means of fluoroscopic fluoroscopy. Compared with 3-D angiography images show these transillumination or 2-D acquisition images although no spatial (3-D) details, but they are faster available and minimize radiation exposure for patient and doctor. Ideally, the spatial information is now recovered that or intraoperatively generated 3-D images z. From CT, 3-D angio, C-arm CT or MR images with the two-dimensional ones Pictures are registered. The combination of co-registered or fused 2-D and 3-D images now allows the doctor one better orientation in volume. This 2-D / 3-D registration exists in two steps.

1. Bildregistrierung:1st picture registration:

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. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, die beispielsweise in Penney [1] beschrieben sind.First of all must determine from which direction a 3-D volume must be projected so that it can be brought into line with the 2-D image. There are for this different approaches, which are described for example in Penney [1].

2. Visualisierung:2. Visualization:

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 die sogenannte Überlagerung, auch ”Overlay” genannt, bei dem die beiden Bilder anhand verschiedener Methoden übereinander gelegt werden, wie dies beispielsweise schon in der älteren Patentanmeldung [2] vorgeschlagen worden ist.The second problem is the visualization of the registered images, d. H. the joint representation of 2-D image and projected 3-D image. The standard method for this is the so-called overlay, also called "overlay", in which the two images on each other using different methods be laid, as for example, already in the earlier patent application [2] has been proposed.

Durch die Überlagerung zweier Röntgenbilder können Unterschiede dargestellt werden. Solche Unterschiede können Transformationen sein, d. h. die beiden Röntgenbilder sind gegeneinander verschoben und/oder rotiert (das bei einer Patientenbewegung häufig geschehen kann). Die aus der Patientenbewegung resultierende Transformation (Verschiebung und/oder Rotation) zwischen den beiden Bildern sollte in der Überlagerung erkennbar sein. Dann ist es möglich die Orientierung des 3D-Datensatzes so zu verändern, dass die Patientenbewegung kompensiert wird und keine Unterschiede mehr in der Überlagerung zu erkennen sind. Anschließend sind der 3D-Datensatz und das Live-2D-Röntgenbild wieder korrekt registriert.By the overlay two x-rays can Differences are presented. Such differences can transformations be, d. H. the two x-rays are shifted against each other and / or rotated (that in a patient movement often can happen). The transformation resulting from the patient movement (Shift and / or rotation) should be between the two pictures in the overlay be recognizable. Then it is possible to change the orientation of the 3D dataset so that the patient movement is compensated and no longer in the overlay can be seen. Then are the 3D data set and the live 2D X-ray image correctly registered again.

Um auch anatomische Veränderungen, wie z. B. Embolisation von zugeführenden Gefäßen bei einer Tumorbehandlung, eingebrachte Coils oder Stents bei einer Aneurysma- bzw. Stenosebehandlung zu erkennen, sind post-interventionelle 3D-Hochkontrastkontrollaufnahmen erforderlich. Ein Vergleich (vorher/nachher) ist zum Beispiel mit einer Funktion möglich, welche zwei 3D-Hochkontrstaaufnahmen zusammengefügt, so dass beide Hochkontrastaufnahmen gleichzeitig angezeigt werden können. Mit einer derartigen Funktion ist es beispielsweise möglich, sowohl die prä-interventionelle Hochkontrastaufnahme einer Stenose, als auch die post-interventionelle Hochkontrastaufnahme dieser Stenose inklusive der eingebrachten Coils in einem 3D Bild dazustellen.Around also anatomical changes, such as B. embolization of supplying Vessels at one Tumor treatment, inserted coils or stents in an aneurysm or stenosis treatment are post-interventional 3D-Hochkontrastkontrollaufnahmen required. A comparison (before / after) is for example with a function possible, which combines two 3D high-contrast images, so that both high-contrast images can be displayed at the same time. With such a function, it is possible, for example, both the pre-interventional High contrast image of a stenosis, as well as the post-interventional High-contrast image of this stenosis including the introduced To present coils in a 3D image.

Solche post-interventionellen 3D-Aufnahmen sind dahingehend ungünstig, dass sie eine zusätzliche Dosis- /Kontrastmittelapplikation erfordern, die interventionelle Prozedur in die Länge (erneute 3D-Rekonstruktion) ziehen und den Patienten z. B. durch Atemkontrolle unnötig belasten.Such Post-interventional 3D images are unfavorable in that she an extra Dose / contrast application require lengthening the interventional procedure (re-3D reconstruction) pull and the patient z. B. unnecessarily burden by breathing control.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung so auszugestalten, dass die Bilddarstellung von Unterschieden bzw. Abweichungen während einer medizinischen Intervention verbessert und gleichzeitig die Strahlendosis bzw. Kontrastmittelanwendungen verringert wird.It Now is an object of the invention, a method and a device in such a way that the image representation of differences or Deviations during a medical intervention improves while the Radiation dose or contrast agent applications is reduced.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.These The object is achieved by the specified in the independent claims Characteristics solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:

  • a) Verwenden eines präoperativen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs,
  • b) Verwenden wenigstens eines intraoperativ aufgenommenen 2D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds des Untersuchungsbereichs
  • c) Registrieren des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich des 2D-Durchleuchtungsbilds, – Überlagern des 2D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds über das 3D-Rekonstruktionsbild,
  • d) Detektieren von Abweichungen in Strukturen des Untersuchungsbereichs bei der Überlagerung und Kennzeichnen derer in einer Darstellung des Rekonstruktionsbildes an einer Anzeigevorrichtung.
The invention relates to a method for imaging a region of interest in the context of a medical examination or treatment. The method according to the invention has the following steps:
  • a) using a preoperative 3D image data set of the examination area and generating a 3D reconstruction image of the examination area,
  • b) using at least one intraoperatively recorded 2D fluoroscopic image or acquisition image of the examination region
  • c) registering the 3D reconstruction image with respect to the 2D fluoroscopic image, overlaying the 2D fluoroscopic image or acquisition image via the 3D reconstruction image,
  • d) Detecting deviations in structures of the examination area in the superimposition and marking of them in a representation of the reconstruction image on a display device.

Solche Strukturen können beispielsweise Gefäße, Knochen, Organe, Implantate (Stents, Coils) und evtl. Tumore etc. sein.Such Structures can for example, vessels, bones, Organs, implants (stents, coils) and possibly tumors etc.

Zweckmäßigerweise wird die Kennzeichnung der Abweichungen mit einer Farbe oder mit einem sich von den Strukturen unterscheidenden Grauwert dargestellt.Conveniently, is the marking of deviations with a color or with a gray value different from the structures.

In vorteilhafter Weise wird das 2D-Durchleuchtungsbild bzw. Akquisitionsbilds in die Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 überlagert eingeblendet, wobei das 2D-Durchleuchtungsbild in der Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) auch ausblendbar ist.In Advantageously, the 2D fluoroscopic image or acquisition image in the representation of the reconstructed image after step d) of claim 1 superimposed with the 2D fluoroscopic image displayed of the reconstructed image after step d) can also be faded out.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine bildgebende Vorrichtung, ausgebildet mit Mitteln zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung gemäß den Schritten des vorstehend erläuterten Verfahrens.One Another aspect of the invention is an imaging device, formed with means for displaying a picture of interest Investigation area as part of a medical examination or treatment according to the steps of explained above Process.

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Durch die erfindungsgemäß gegebenenfalls farbig visualisierte Darstellung von Unterschieden bei der Überlagerung von Röntgenbildern, können die Abweichungen bzw. Unterschiede den Ausgangsröntgenbildern leicht zugeordnet werden.The invention has the following advantages:
The representation of differences in the superimposition of x-ray images, which may be visualized in color in accordance with the invention, may easily be attributed to the deviations or differences from the initial x-ray images.

Anstatt ursprünglich mehrerer 3D-Aufnahmen reicht nun eine initiale 3D-Aufnahme aus, welche regelmäßig an Veränderungen angepasst werden kann. Dadurch wird dem Patienten Strahlung, Kontrastmittel und das Ausführen von Atemkommandos erspart.Instead of originally several 3D shots, an initial 3D image is enough which regularly changes can be adjusted. This will give the patient radiation, contrast medium and the running saves breathing commands.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung noch näher beschrieben.below is an embodiment of Invention with reference to a drawing described in more detail.

In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:

1 eine initiale 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen, 2 und 3 eine 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen mit aktualisierter Darstellung nach zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahmen und 1 an initial 3D image of a liver tumor and supplying vessels, 2 and 3 a 3D image of a liver tumor and supplying vessels with updated representation after additional intraoperative 2D images and

4 eine bildgebende Vorrichtung, vorzugsweise eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 an imaging device, preferably an X-ray diagnostic device for carrying out the method according to the invention.

In 4 wird beispielhaft eine Röntgendiagnostikeinrichtung gezeigt, die einen an einem nicht dargestellten Ständer drehbar gelagerten C-Bogen bzw. C-Arm 4 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle 6, beispielsweise ein Röntgenstrahler, und ein Röntgenbilddetektor 5 angebracht sind.In 4 By way of example, an X-ray diagnostic device is shown which comprises a C-arm or C-arm rotatably mounted on a stand (not shown) 4 has at its ends an X-ray source 6 , For example, an X-ray source, and an X-ray image detector 5 are attached.

Der Röntgenbilddetektor 5 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (aSi) erstellt ist.The X-ray image detector 5 may be a rectangular or square semiconductor flat detector, preferably made of amorphous silicon (aSi).

Im Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle 6 befindet sich ein Patientenlagerungstisch 3 zur Aufnahme eines zu untersuchenden Bereichs eines Patienten 7. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist ein Bildsystem 2 angeschlossen, dass die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 5 empfängt und verarbeitet. Die verarbeiteten Bildsignale können dann an einer am Bildsystem 2 angeschlossenen Anzeigevorrichtung 1 angezeigt werden.In the beam path of the X-ray source 6 there is a patient table 3 for receiving an area of a patient to be examined 7 , At the X-ray diagnostic device is an image system 2 connected that the image signals of the X-ray image detector 5 receives and processes. The processed image signals may then be applied to one of the image system 2 connected display device 1 are displayed.

Die Röntgenstrahlungsquelle 6 emittiert einen von einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle 6 ausgehendes Strahlenbündel, das auf den Röntgenbilddetektor 5 trifft.The X-ray source 6 emits one of a beam focus of the X-ray source 6 outgoing beam pointing to the x-ray image detector 5 meets.

Die Röntgenstrahlungsquelle 6 und der Röntgenbilddetektor 5 laufen jeweils so um den zu untersuchenden Bereich herum, dass sich die Röntgenstrahlungsquelle 6 und der Röntgenbild detektor 5 auf entgegengesetzten Seiten des Bereichs gegenüberliegen.The X-ray source 6 and the X-ray image detector 5 each run around the area to be examined so that the X-ray source 6 and the X-ray image detector 5 on opposite sides of the area.

Zur Erstellung von 3-D-Datensätzen wird der drehbar gelagerte C-Bogen 4 mit Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor 5 derart gedreht, dass sich auf einer Umlaufbahn der Röntgenstrahlungsquelle 6 sowie einer Umlaufbahn der Röntgenbilddetektor 5 um ein zu untersuchenden Bereich (z. B. Leber) des Patienten 7 bewegen. Die Umlaufbahnen können zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden.For the creation of 3-D data records, the rotatably mounted C-arm 4 with X-ray and X-ray image detector 5 rotated in such a way that in an orbit of the X-ray source 6 as well as an orbit of the X-ray image detector 5 around an area to be examined (eg liver) of the patient 7 move. The orbits can be traversed completely or partially to create a 3-D data set.

1 zeigt eine initiale 3D-Aufnahme bzw. Rekonstruktionsbild eines Tumors T einer Leber L und Tumor versorgenden Gefäßen G1, G2, G3. 1 shows an initial 3D image or reconstruction image of a tumor T of a liver L and tumor-supplying vessels G1, G2, G3.

2 zeigt eine 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen mit einer ersten aktualisierten Darstellung nach einer zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahme. 2 shows a 3D image of a liver tumor and supplying vessels with a first updated representation after an additional intraoperative 2D recording.

Auf die einmalig erstellte 3D-Darstellung werden Informationen der 2D-Aufnahmen, die während der Intervention (z. B. Kontrollaufnahme nach einer Embolisation, oder Aufdehnung und Stentung einer Stenose) entstehen, zugeordnet.On the one-off 3D rendering becomes information of the 2D images, the while intervention (eg, follow-up after embolization, or distension and stenting of a stenosis).

Abweichungen in Gefäßen z. B. durch deren Veränderung nach einer Embolisation des Untersuchungsbereichs, z. B. Leber L, können bei der Überlagerung detektiert werden.deviations in vessels z. B. through their change after embolization of the examination area, z. B. Liver L, can in the overlay be detected.

Die Daten können aufgrund der bekannten 2D-Projektionsebene auf das 3D-Rekonstruktionsbild übertragen und dort z. B. farblich oder mit einem speziellen Grauton eingespeichert werden. Die 2D-Informationen können nach Belieben ein, bzw. ausgeblendet werden. Veränderungen der Gefäße können dadurch z. B. auf einer Anzeigevorrichtung 8, z. B. auf einem Monitor, dargestellt werden. In 2 sind mit G1' und G2' aktualisier te Darstellungen der Tumor versorgenden Gefäße G1 und G2 nach einer Veränderung z. B. einer Embolisation farblich bzw. mit einem Grauton, verstärkt „dunkel” oder gegebenenfalls ”gestrichelt” gekennzeichnet.The data can be transmitted to the 3D reconstruction image due to the known 2D projection plane and z. B. color or stored with a special shade of gray. The 2D information can be turned on or off as desired. Changes in the vessels can z. B. on a display device 8th , z. On a monitor. In 2 are with G1 'and G2' updated te representations of tumor-supplying vessels G1 and G2 after a change z. As an embolization color or with a gray tone, reinforced "dark" or optionally "dashed" marked.

In 4 wird die 3D-Aufnahme des Lebertumors und der versorgenden Gefäße mit einer weiteren aktualisierten Darstellung nach einer weiteren zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahme wiedergegeben. Mit G3' ist eine weitere Aktualisierung des Tumor versorgenden Gefäßes G3 nach der Ebolisation farblich bzw. mit einem Grauton verstärkt „dunkel” oder gegebenenfalls ”gestrichelt” gekennzeichnet.In 4 the 3D image of the liver tumor and the supplying vessels is reproduced with a further updated representation after a further additional intraoperative 2D acquisition. With G3 ', a further update of the tumor-supplying vessel G3 after the ebolization is marked in color or intensified with a shade of gray "dark" or optionally "dashed".

Demnach ist auch ohne Kontroll-3D Aufnahme sichergestellt, dass z. B. bei einer Embolisation kein tumorversorgendes Gefäß aus Versehen vergessen werden kann.Therefore is ensured even without control 3D recording that z. B. at embolization, no tumor-supplying vessel accidentally forgotten can.

Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei der tomographischen bildgebenden Vorrichtung beispielsweise um Röntgen-C-Bogen-Systeme, Röntgen-Biplan-Geräte, Computertomographen, MR oder PET handeln. Der C-Bogen 4 kann auch durch einen so genannten elektronischen C-Bogen ersetzt werden, bei dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor 5 erfolgt. Der C-Bogen kann 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 5 und 6 jeweils von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden angeordnet sind.In the context of the invention, the tomographic imaging device can be, for example, X-ray C-arm systems, X-ray biplane devices, computer tomographs, MR or PET. The C-arm 4 can also be replaced by a so-called electronic C-arm, in which an electronic coupling of X-ray and X-ray image detector 5 he follows. The C-arm can also be guided on robot arms which are attached to the ceiling or floor. Also, the method can be performed with X-ray machines, in which the individual image-forming components 5 and 6 are each held by a robot arm, which are arranged on the ceiling and / or floor.

Literaturliterature

  • [1] Graeme Patrick Penney, Registration of Tomographic Images to X-ray Projections for Use in Image Guided Interventions Phd thesis, University College London, CISG, Division of Radiological Sciences, Guy's Hospital, King's College London, London SE1 9RT England, 2000, Seiten 36 bis 58 und 97 bis 160 [1] Graeme Patrick Penney, Registration of Tomographic Images to X-ray Projections for Use in Image Guided Intervention PhD thesis, University College London, CISG, Division of Radiological Sciences, Guy's Hospital, King's College London, London SE1 9RT England, 2000, pages 36 to 58 and 97 to 160
  • [2] DE 10 2006 003 126.1 [2] DE 10 2006 003 126.1

Claims (5)

Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs (L) im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung, aufweisend folgende Schritte: a) Verwenden eines präoperativen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs, b) Verwenden wenigstens eines intraoperativ aufgenommenen 2D-Bilds des Untersuchungsbereichs c) Registrieren des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich des 2D-Bilds, – Überlagern des 2D-Bilds über das 3D-Rekonstruktionsbild, d) Detektieren von Abweichungen (G1', G2', G3') in Strukturen (G1, G2, G3) des Untersuchungsbereichs (L) bei der Überlagerung und Kennzeichnen derer in einer Darstellung des Rekonstruktionsbildes an einer Anzeigevorrichtung (8).A method of displaying an examination area of interest (L) as part of a medical examination or treatment, comprising the following steps: a) using a preoperative 3D image data set of the examination area and generating a 3D reconstruction image of the examination area, b) using at least one intraoperatively recorded 2D image the examination area c) registering the 3D reconstruction image with respect to the 2D image, overlaying the 2D image on the 3D reconstruction image, d) detecting deviations (G1 ', G2', G3 ') in structures (G1, G2, G3 ) of the examination area (L) in the overlaying and marking those in a representation of the reconstruction image on a display device ( 8th ). Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kennzeichnung der Abweichungen mit einer Farbe oder mit einem sich von den Strukturen unterscheidenden Grauwert dargestellt wird.A method according to the preceding claim, wherein the marking of the deviations with a color or with a is represented by the gray value different from the structures. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 2D-Bild in die Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 überlagert eingeblendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the 2D image into the representation of the reconstruction image after step d) of claim 1 superimposed is displayed. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das 2D-Bild in der Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 ausgeblendet werden kann.A method according to the preceding claim, wherein the 2D image in the Representation of the reconstructed image after step d) of claim 1 can be hidden. Bildgebende Vorrichtung, ausgebildet mit Mitteln (1, 2, 4, 5, 6, 8) zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereich (L) im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung gemäß der Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Imaging device formed with means ( 1 . 2 . 4 . 5 . 6 . 8th ) for imaging a region of interest (L) in the context of a medical examination or treatment according to the steps of the method according to one of the preceding claims.
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