DE102008057702B4 - Method and device for 3D visualization of a tissue section of a tissue - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur 3D-Visualisierung zumindest eines Gewebeabschnitts eines Gewebes eines Patienten (P) zur Unterstützung eines medizinischen Eingriffs an dem Gewebe, bei dem
– basierend auf mindestens zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen mit einer Röntgeneinrichtung (2) erzeugten 2D-Röntgenbildern (P1, P2) von dem das Gewebe des Patienten (P) aufweisenden Körperbereich des Patienten (P) eine bestimmte Stelle (S1) des Gewebeabschnitts ausgewählt wird,
– in jedem der mindestens zwei 2D-Röntgenbilder (P1, P2) ein Bereich (B1, B2) um die bestimmte Stelle (S1) des Gewebeabschnitts festgelegt wird,
– in jedem der mindestens zwei 2D-Röntgenbilder (P1, P2) der jeweils festgelegte Bereich (B1, B2) derart segmentiert wird, dass der in dem Bereich (B1, B2) abgebildete Gewebeabschnitt wenigstens als ein Segment definiert ist,
– der segmentierte Gewebeabschnitt mittels Triangulation unter Verwendung der bekannten Projektionsgeometrien der Röntgeneinrichtung (2) und unter Verwendung wenigstens einer vorgebbaren den Gewebeabschnitt betreffenden Geometrieinformation dreidimensional rekonstruiert wird, und
– bei dem der...Method for 3D visualization of at least one tissue section of a tissue of a patient (P) to assist a medical procedure on the tissue, in which
- Based on at least two mutually different projection directions with an X-ray device (2) generated 2D X-ray images (P1, P2) of the tissue of the patient (P) having body portion of the patient (P) a specific point (S1) of the tissue section is selected .
In each of the at least two 2D X-ray images (P1, P2) a region (B1, B2) is defined around the specific point (S1) of the tissue section,
In each of the at least two 2D X-ray images (P1, P2) the respectively defined region (B1, B2) is segmented in such a way that the tissue segment depicted in the region (B1, B2) is defined at least as a segment,
The segmented tissue section is reconstructed three-dimensionally by means of triangulation using the known projection geometries of the X-ray device (2) and using at least one specifiable geometry information relating to the tissue section, and
- where the ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur 3D-Visualisierung zumindest eines Gewebeabschnitts eines Gewebes zur Unterstützung eines medizinischen Eingriffs an dem Gewebe.The The invention relates to a method and a device for 3D visualization at least one tissue section of a tissue in support of a medical intervention on the tissue.
Bei minimal-invasiven medizinischen Eingriffen an einem Gewebe eines Patienten, z. B. dem Herzen, mit einem in den Körper des Patienten eingeführten medizinischen Instrument, z. B. einem Katheter oder einer Punktionsnadel, werden zur Navigation des Instrumentes häufig Röntgendurchleuchtungsbilder vom Körper des Patienten gewonnen, welche jeweils die Position und die Lage des Instrumentes während des jeweiligen Eingriffs relativ zu dem Gewebe zeigen. Verglichen mit 3D-Bildern von dem Gewebe des Patienten, wie sie beispielsweise mit einem Röntgencomputertomographen erzeugt werden können, zeigen die zweidimensionalen Durchleuchtungsbilder zwar keine räumlichen Details des Gewebes und des Instrumentes, sie haben jedoch den Vorteil, dass sie in Echtzeit zur Verfügung stehen und die Strahlenbelastung des Patienten und des den Eingriff durchführenden Arztes reduzieren.at minimally invasive medical procedures on a tissue of a Patients, e.g. As the heart, with a introduced into the body of the patient medical Instrument, z. As a catheter or a puncture needle, are For the navigation of the instrument often radiographic images from the body of the patient gained, which respectively the position and the location of the instrument during of the respective engagement relative to the tissue. Compared with 3D images of the patient's tissue, such as those with an X-ray computer tomograph can be generated Although the two-dimensional fluoroscopy images show no spatial Details of the tissue and the instrument, but they have the advantage that they are available in real time and the radiation exposure of the patient and the performer Reduce the doctor.
Um einem Arzt während des medizinischen Eingriffes eine räumliche Information zur Verfügung stellen zu können, wird zuweilen präoperativ ein 3D-Bild von dem Gewebe des Patienten erzeugt, welches mit den intraoperativ gewonnenen zweidimensionalen Durchleuchtungsbildern registriert wird. Die Durchleuchtungsbilder können dann dem 3D-Bild jeweils überlagert werden, so dass der den Eingriff vornehmende Arzt anhand der überlagerten Bilder bei der Navigation des Instrumentes eine bessere Orientierung im Körper bzw. dem Gewebe des Patienten hat. Die Erzeugung des 3D-Bildes ist jedoch mit einem nicht vernachlässigbaren zeitlichen Aufwand verbunden.Around a doctor during provide medical information spatial information to be able to sometimes becomes preoperative creates a 3D image of the tissue of the patient, which with the intraoperatively acquired two-dimensional fluoroscopic images is registered. The fluoroscopic images can then be superimposed on the 3D image so that the engaging doctor based on the superimposed Images in the navigation of the instrument a better orientation in the body or the tissue of the patient. The generation of the 3D image is however with a not negligible time required.
Eine andere Alternative 3D-Informationen von dem Gewebe oder dem in den Körper des Patienten eingeführten medizinischen Instrument verhältnismäßig schnell zu erhalten, besteht in der Gewinnung von zwei 2D-Röntgenprojektionen unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen von dem das Gewebe und das Instrument enthaltenden Köperbereich des Patienten, in denen das Gewebe und das Instrument automatisch mittels Software oder manuell lokalisiert werden. Sind die Projektionsgeometrien des für die Gewinnung der zwei 2D-Röntgenprojektionen verwendeten Röntgengerätes bekannt, können die 3D-Positionen des Gewebes und des Instrumentes durch Triangulation berechnet werden.A other alternative 3D information from the tissue or the in the body introduced by the patient medical instrument relatively quickly is to obtain two 2D X-ray projections under mutually different projection directions of the Tissue and instrument containing body region of the patient, in the tissue and the instrument automatically by software or be located manually. Are the projection geometries of for obtaining the two 2D X-ray projections used X-ray machine known can the 3D positions of the tissue and the instrument through triangulation be calculated.
Eine Anwendung dieses Vorgehens besteht in der Planung eines Punktionspfades für ein Gewebe mit Start- und Zielpunkt des Punktionspfades basierend auf zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen gewonnenen 2D-Röntgenprojektionen von dem Gewebe. Dabei wird in jeder der 2D-Röntgenprojektionen des Gewebes der Start- und Zielpunkt für eine Punktionsnadel lokalisiert, so dass mittels Triangulation die 3D-Position des Startpunktes sowie die 3D-Position des Zielpunktes der Punktionsnadel ermittelt werden können. Der Verlauf des Punktionspfades kann dann entsprechend in verschiedene Durchleuchtungsbilder von dem Gewebe, welche auch die real verwendete Punktionsnadel zeigen, eingeblendet werden.A Application of this procedure is the planning of a puncture path for a Tissue with start and end points of the puncture path based on two different directions of projection 2D x-ray projections from the tissue. This is done in each of the 2D X-ray projections the tissue localizes the start and end points of a puncture needle, so that by means of triangulation the 3D position of the starting point as well the 3D position of the target point of the puncture needle can be determined can. The course of the puncture path can then be divided into different Transillumination images of the tissue, which also used the real ones Puncture needle show, be displayed.
Der zeitliche Aufwand für die Gewinnung von 3D-Informationen basierend auf zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen gewonnenen 2D-Röntgenprojektionen ist dabei deutlich geringer als für die Akquisition eines Volumendatensatzes zur Erzeugung eines 3D-Bildes, worin die Attraktivität dieses Vorgehens liegt. Nachteilig ist jedoch, dass der Startpunkt und insbesondere der mit der Punktionsnadel zu treffende Zielpunkt des Punktionspfades einem in Echtzeit aufgenommenen Durchleuchtungsbild nur als Punkt überlagert werden können. Wünschenswert für eine die Punktion vornehmende Person wäre es jedoch, auch die nähere anatomische Umgebung des Zielpunktes besser visualisiert zu bekommen, um die Punktion zu erleichtern.Of the time required for the extraction of 3D information based on two under each other different 2D projection X-ray projections is significantly lower than for the acquisition of a volume data set for Creating a 3D image, which is the attractiveness of this approach. adversely However, that is the starting point and especially the one with the puncture needle target point of the puncture path to be taken in real time Transillumination image can only be superimposed as a point. Desirable for one However, it would be the puncture-inducing person, even the closer anatomical environment of the target point to get visualized better to the puncture to facilitate.
Aus
der Schrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass eine 3D-Visualisierung zumindest eines Gewebeabschnittes eines Gewebes eines Patienten in vereinfachter Weise erfolgen kann.Of the Invention is therefore the object of a method and a Specify device of the type mentioned above such that a 3D visualization at least one tissue section of a tissue of a patient can be done in a simplified manner.
Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10. Zur vereinfachten
3D-Visualisierung zumindest eines Gewebeabschnitts eines Gewebes
eines Patienten zur Unterstützung
eines medizinischen Eingriffs an dem Gewebe wird zunächst basierend
auf mindestens zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen
mit einer Röntgeneinrichtung
erzeugten 2D-Röntgenbildern
von dem das Gewebe des Patienten aufweisenden Körperbereich des Patienten eine
bestimmte Stelle des Gewebeabschnitts ausgewählt und in jedem der mindestens
zwei 2D-Röntgenbilder
wird ein Bereich um die bestimmte Stelle des Gewebeabschnitts festgelegt.
Der Bereich kann beispielsweise kreisförmig, quadratisch, rechteckförmig, ellipsenförmig etc.
festgelegt werden. In jedem der mindestens zwei 2D-Röntgenbilder
wird der jeweils festgelegte Bereich derart segmentiert, dass der
in dem Bereich abgebildete Gewebeabschnitt wenigstens als ein Segment
definiert ist. Dieser segmentierte Gewebeabschnitt wird mittels
Triangulation unter Verwendung der bekannten Projektionsgeometrien der
Röntgeneinrichtung
und unter Verwendung wenigstens einer vorgebbaren den Gewebeabschnitt betreffenden
Geometrieinformation dreidimensional beispielsweise als 3D-Gewebeabschnittsmodell
rekonstruiert. Diese dreidimensionale Rekonstruktion unter Verwendung
wenigstens einer vorgebbaren den Gewebeabschnitt betreffenden Geometrieinformation
wird auch als symbolische Rekonstruktion bezeichnet. Anschließend wird
der rekonstruierte Gewebeabschnitt bzw. das rekonstruierte 3D-Gewebeabschnittsmodell
entsprechend in ein 2D-Röntgenbild
von dem Gewebe dreidimensional eingeblendet.According to the invention, this object is achieved by a method according to
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass es zur 3D-Visualisierung eines bestimmten Gewebeabschnittes nicht erforderlich ist, aus einer Vielzahl von 2D-Röntgenbildern von dem Gewebeabschnitt ein exaktes 3D-Bild von dem Gewebeabschnitt zu rekonstruieren. Vielmehr kann die 3D-Visualisierung des Gewebeabschnittes vereinfacht derart erreicht werden, dass basierend auf beispielsweise genau zwei 2D-Röntgenbildern, welche unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden, und unter Heranziehung einer zusätzlichen vorgebbaren Geometrieinformation, die die Gewebestruktur betrifft, eine Art 3D-Modell des Gewebeabschnittes rekonstruiert wird. Es handelt sich bei der Rekonstruktion also nicht um eine exakte 3D-Rekonstruktion des Gewebeabschnittes, sondern um die Erzeugung einer Art 3D-Modell des Gewebeabschnittes. Demnach erhält man in verhältnismäßig einfacher und schneller Weise eine 3D-Visualisierung zumindest eines Gewebeabschnittes eines Gewebes eines Patienten, welche zur Unterstützung eines medizinischen Eingriffs in ein 2D-Röntgenbild, z. B. ein Durchleuchtungsbild intraoperativ eingeblendet werden kann und einer den Eingriff durchführenden Person eine bessere räumliche Vorstellung, insbesondere von dem Zielgebiet des Eingriffs gibt, wenn die bestimmte Stelle der Zielpunkt des Eingriffs ist.Of the Invention is the consideration that underlies it for 3D visualization a particular tissue section is not required, from a variety of 2D X-ray images from the tissue section, an accurate 3D image of the tissue section to reconstruct. Rather, the 3D visualization of the tissue section can be achieved in a simplified manner, for example, based on exactly two 2D x-ray images, which were recorded under mutually different directions of projection and using additional specifiable geometric information, which concerns the tissue structure, a kind of 3D model of the tissue section is reconstructed. It is the reconstruction so not about an exact 3D reconstruction of the tissue section, but about the creation of a kind of 3D model of the tissue section. Therefore receives one in relatively easier and quickly a 3D visualization of at least one tissue section a tissue of a patient, which in support of a medical intervention in a 2D X-ray image, z. B. a fluoroscopic image can be displayed intraoperatively and one performing the procedure Person a better spatial Presentation, in particular of the target area of the intervention gives, if the specific location is the target point of the procedure.
Durch dieses Vorgehen entfallen sowohl eine zeitaufwändige Erzeugung eines Volumendatensatzes von dem Gewebe des Patienten als auch eine damit verbundene Strahlenbelastung des Patienten.By This procedure eliminates both a time-consuming generation of a volume data set from the patient's tissue as well as an associated radiation exposure of the patient.
Die Segmentierung der festgelegten Bereiche erfolgt bevorzugt mittels eines adaptiven Schwellwertverfahrens oder mittels Region Growing.The Segmentation of the defined areas is preferably carried out by means of an adaptive threshold method or by means of region growing.
Nach einer Variante der Erfindung wird der jeweils festgelegte Bereich eines 2D-Röntgenbildes derart segmentiert, dass sich jeweils ein 2D-Binärbild des festgelegten Bereiches ergibt, in dem der in dem Bereich abgebildete Gewebeabschnitt als Segment definiert ist.To a variant of the invention is the respectively fixed area a 2D X-ray image such segments that each have a 2D binary image of the specified area results, in which the tissue section shown in the area as Segment is defined.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Geometrieinformation, dass die zu rekonstruierende Gewebestruktur röhrenförmig, kugelförmig, quaderförmig, würfelförmig oder ellipsoidenförmig ausgebildet ist. Die Geometrieinformation, welche sich auf das jeweils zu rekonstruierende Gewebe bzw. den jeweils zu rekonstruierenden Gewebeabschnitt bezieht, wird vor der Rekonstruktion des Gewebeabschnitts beispielsweise durch Eingabe seitens einer Person vorgegeben und liefert für die Rekonstruktion wichtige Informationen über das zu rekonstruierende Gewebe.To an embodiment The invention includes the geometry information that the Tissue structure tubular, spherical, cuboid, cubic or ellipsoidenförmig is trained. The geometry information, which refers to each to be reconstructed tissue or each to be reconstructed Tissue section is, before the reconstruction of the tissue section for example, given by input by a person and delivers for the reconstruction important information about the to be reconstructed Tissue.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird basierend auf den mindestens zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen mit der Röntgeneinrichtung erzeugten 2D-Röntgenbildern von dem das Gewebe des Patienten aufweisenden Körperbereich des Patienten ein Eingriffspfad für ein medizinisches Instrument festgelegt, welcher zusammen mit dem rekonstruierten Gewebeabschnitt entsprechend in ein 2D-Röntgenbild von dem Gewebe dreidimensional eingeblendet wird.To a further embodiment The invention is based on the at least two of each other generated different projection directions with the X-ray device 2D X-ray images from the body region of the patient having the tissue of the patient Intervention path for established a medical instrument, which together with the reconstructed tissue section corresponding to a 2D X-ray image of the tissue in three dimensions is displayed.
Dabei werden nach einer Variante der Erfindung ein erster Punkt, z. B. der Startpunkt, und der Zielpunkt des Eingriffspfades in den beiden 2D-Röntgenbildern festgelegt, wobei der Zielpunkt die bestimmte Stelle des Gewebeabschnitts ist. Nach der Erfindung wird also gerade der Gewebeabschnitt um den Zielpunkt dreidimensional dargestellt, wodurch eine den medizinischen Eingriff durchführende Person in die Lage versetzt wird, nicht notwendigerweise den ausgewählten Zielpunkt mit einem medizinischen Instrument treffen zu müssen, sondern aufgrund des rekonstruierten Zielgebietes bzw. Zielgewebeabschnitts praktisch jeden möglichen Punkt des Zielgewebeabschnitts treffen zu können.there According to a variant of the invention, a first point, z. B. the starting point, and the target point of the engagement path in the two 2D X-ray images determined, wherein the target point, the specific location of the tissue section is. According to the invention, so the tissue section is about the Target point shown in three dimensions, making a medical Performing intervention Person is not necessarily the selected target point to meet with a medical instrument, but because of the reconstructed target area or target tissue section practically any Point of the target tissue section to be able to meet.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist das Gewebe, an dem der Eingriff vorgenommen werden soll, die Leber, das Herz oder die Lunge. Bei dem zu visualisierenden Gewebeabschnitt kann es sich dabei um die Pfortadergabelung der Leber, ein Herzkranzgefäß oder einen Lungenast handeln.To Another variant of the invention is the tissue on which the Surgery should be performed on the liver, heart or lungs. The tissue section to be visualized may be the portal junction of the liver, a coronary artery or a Act on the lung.
Bei dem medizinischen Eingriff kann es sich um eine Punktion oder eine Katheteranwendung handeln.at The medical intervention may be a puncture or a Act catheter application.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:One embodiment the invention is in the attached schematic drawings shown. Show it:
In
Die
Vorrichtung umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine Angiographie-Röntgeneinrichtung
mit einem C-Bogen-Röntgengerät
Mit
dem C-Bogen-Röntgengerät
Das
C-Bogen-Röntgengerät
Die
Auswahl eines Organprogramms erfolgt über schematisch dargestellte,
an die Recheneinheit
Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Erfindung wird das Organprogramm „TIPS-Planung” angewählt, worauf
Einstellungen, z. B. die Einstellung der Röhrenspannung, für die Gewinnung
von Röntgenaufnahmen
von dem die Leber des Patienten P aufweisenden Körperbereich automatisch mittels
der Recheneinheit
Anschließend werden
unter zwei voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen eine
erste 2D-Röntgenprojektion
P1 und eine zweite 2D-Röntgenprojektion
P2 von dem die Leber aufweisenden Körperbereich des Patienten P
gewonnen, wozu der C-Bogen
Der
so ermittelte Punktionspfad PF als auch die Punkte S1' und S2' können schließlich in
unter verschiedenen Projektionsrichtungen mit dem C-Bogen-Röntgengerät
Daher wird vorgeschlagen, in möglichst einfacher und schneller Weise den Gewebeabschnitt um die Pfortadergabelung dreidimensional zu rekonstruieren und in entsprechender Weise in ein Durchleuchtungsbild von dem die Leber aufweisenden Körperbereich zusammen mit dem Punktionspfad dreidimensional einzublenden.Therefore is proposed in as possible easier and faster way the tissue section around the Pfortadricabelung reconstruct in three dimensions and in a corresponding manner in a fluoroscopic image of the body region containing the liver together with the puncture path three-dimensional display.
Erfindungsgemäß wird hierzu,
wie in
In
vergleichbarer Weise wird in der Röntgenprojektion P2, für deren
Gewinnung der O-Bogen
Die Bereiche B1 und B2 werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung dann derart unter Anwendung eines adaptiven Schwellwertverfahrens oder mittels Region Growing segmentiert, dass zwei binäre 2D-Darstellungen der Bereiche B1 und B2 erhalten werden, in denen der Gewebeabschnitt der Pfortadergabelung als Segment definiert ist.The Areas B1 and B2 become in the case of the present embodiment of the invention then using an adaptive threshold method or by Region Growing segmented that two binary 2D representations the areas B1 and B2 are obtained in which the tissue section the portal crosstalk is defined as a segment.
Aus
den segmentierten binären
2D-Ansichten der Pfortadergabelung wird nun unter Rückgriff auf
die bekannten Projektionsgeometrien des C-Bogen-Röntgengerätes
Um
einem die Punktion durchführenden
Arzt schließlich
eine bessere Vorstellung vom Zielgebiet der Punktion geben zu können, wird
das in
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Punktion an der Leber eines Patienten beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Geweben, beispielsweise dem Herzen oder der Lunge, und bei anderen medizinischen Eingriffen seien es Katheteranwendungen am Herzen oder der Lunge angewendet werden.The The invention has been described above with reference to a liver puncture Patients described. However, the invention can also be applied to other tissues, for example, the heart or the lungs, and other medical Interventions were applied to catheter applications on the heart or lungs become.
Bei dem Eingriffspfad muss es sich im Übrigen nicht notwendigerweise um einen linearen Eingriffspfad handeln. Der Eingriffspfad kann auch einen gekrümmten Verlauf aufweisen, wozu entsprechend mehr Punkte des Eingriffspfades festzulegen sind.at Incidentally, the intervention path does not necessarily have to to act on a linear intervention path. The intervention path can also a curved one Have course, including correspondingly more points of the intervention path are to be determined.
Die Segmentierung muss nicht notwendigerweise zu zwei 2D-Binärbildern führen. Der interessierende Gewebeabschnitt sollte nur als wenigstens ein Segment definiert sein.The Segmentation does not necessarily have to be two 2D binary images to lead. The tissue section of interest should only be considered at least one segment be defined.
Des Weiteren können für die Segmentierung andere Verfahren als das erwähnte adaptive Schwellwertverfahren oder das Region Growing verwendet werden.Of Further can for the Segmentation methods other than the mentioned adaptive threshold method or the region Growing can be used.
Die
Festlegung der Punkte S1 und S2, die Wahl der Bereiche B1 und B2
sowie die Segmentierung kann manuell mittels der erwähnten Eingabemittel
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DE10325003A1 (en) * | 2003-06-03 | 2004-12-30 | Siemens Ag | Visualization of 2D / 3D-merged image data for catheter angiography |
DE102006056679A1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Siemens Ag | Three-dimensional objects e.g. liver, visualizing method, involves utilizing coronary sinus as reference object during registering three-dimensional image data set with two-dimensional radioscopy images |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102008057702A1 (en) | 2010-05-20 |
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