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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur überlagerten Darstellung von Bildern, beispielsweise ein Roadmap-Verfahren, bei dem in einer ersten Phase Originalbilder während der Systemdosisregelungsphase und dann Röntgenbilder während einer zweiten Phase, beispielsweise einer Füllungsphase, bei der die Gefäße mit Kontrastmittel gefüllt werden, aufgenommen werden, aus denen nach gegebenenfalls weiterer Bildverarbeitung Roadmap-Bilder entstehen.
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Zur diagnostischen Untersuchung und für interventionelle Eingriffe beispielsweise in der Kardiologie, der Radiologie sowie der Neurochirurgie werden zur Bildgebung interventionelle Röntgensysteme eingesetzt, deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise ein robotergesteuerter C-Bogen, an dem eine Röntgenröhre und ein Röntgendetektor angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, eine Systemkontrolleinheit und ein Bildgebungssystem inklusive mindestens eines Monitors sein können. Eine derartige beispielsweise in der 1 dargestellte C-Bogen-Röntgenanlage weist beispielsweise einen an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 auf, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
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Mittels des beispielsweise aus der
US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters
1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen
2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler
3 und dem Röntgendetektor
4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgensystem
1 bis
4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors
4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 schneidende Drehachsen.
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Der bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
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Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
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Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
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Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf einem Monitor 9 betrachtet werden.
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In der interventionellen vaskulären Radiologie werden heute verschiedene bildgebende Verfahren verwendet, die das Bewegen oder Platzieren von interventionellen Objekten ”IOs”, wie beispielsweise Drähten, Coils, Ballons, Stents, Prothesen, Kathetern, etc. im Gefäßbaum unterstützen. Dies sind sogenannte Roadmap-Verfahren. Dabei wird der zu einem vorhergehenden Zeitpunkt aufgenommene Gefäßbaum mit der aktuellen Fluoroskopie bzw. Durchleuchtung, während derer das IO bewegt wird, überlagert. Dies können beispielsweise folgende Verfahren sein:
- – Klassische Roadmap:
Hier wird unter Fluoroskopie-Bedingungen der sich mit Kontrastmittel füllende Gefäßbaum aufgenommen und aus den einzelnen Originalbildern anschließend ein Maskenbild konstruiert. Dieses wird dann den aktuellen Fluoroskopiebildern überlagert.
- – DSA-basierte Roadmap:
Hier wird für die Maske ein geeignetes DSA-Bild verwendet.
- – 3-D-basierte Roadmap:
Hier wird eine geeignete Projektion eines 3-D-Gefäßbaumdatensatzes der aktuellen Fluoroskopie überlagert.
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All diese Verfahren haben eines gemein; die beiden Datensätze – mindestens das Maskenbild und das aktuelle Bild der aktiven Fluoroskopie-Serie – werden im Ortsraum, also durch Mischung der Grauwerte beider Datensätze erreicht. Dabei wird beispielsweise der dunkle Draht der aktuellen Fluoroskopie dem hellen Gefäßbaum des Maskenbildes überlagert. Bei der pixelweisen Überlagerung, der Beimischung des einen Originalbildes A zu einem gewissen Prozentsatz μ zu dem anderen Originalbild B, C(i, j) = μ·A(i, j) + (1 – μ)·B(i, j) geht dem neuen, überlagerten Roadmap-Bild C Kontrast in jedem Pixel (i, j) verloren. Der dunkle Draht wird weniger dunkel, das helle Gefäß verliert an Helligkeit.
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Dies gilt i. Allg. auch dann, wenn anschließend noch Grauwertanpassungen beim resultierenden Roadmap-Bild C, wie beispielsweise Grauwertfensterung, vorgenommen werden, oder auch wenn komplexere Überlagerungstechniken im Ortsraum (bzw. Grauwerteraum), die alternativ verwendet werden mögen, Anwendung finden. Derartige, heute übliche Verfahren werden anhand der 2 näher erläutert. In ihr ist ein bekanntes Roadmap-Verfahren dargestellt, bei dem ein erstes Originalbild A 10, beispielsweise ein Maskenbild, und ein zweites Originalbild B oder eine Originalbildsequenz Bn 11, beispielsweise ein aktuelles Fluoroskopiebild oder eine Fluoroskopie-Serie, durch ein bildgebendes Medizinsystem, beispielsweise die in 1 dargestellte C-Bogen-Röntgenanlage, erzeugt werden. Mittels einer Bildverarbeitung 12 werden die Originalbilder 10 und 11 oder die Originalbildsequenz Bn 11 zu einem Roadmap-Bild C oder Roadmap-Bildsequenz 13 überlagert und anschließend zur Darstellung 14 dem beispielsweise in 1 gezeigten Monitor 9 zugeführt.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die überlagerte Darstellung von Bildern gemäß dem Roadmap-Verfahren der eingangs genannten Art auf einfache Weise zu verbessern
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren durch die im Patentanspruch 1 und für eine Vorrichtung durch die im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren durch folgende Schritte gelöst:
- a) Erfassung wenigstens eines ersten Originalbildes und wenigstens eines zweiten Originalbildes mittels eines Detektors zur Erzeugung von Bildern mit matrixförmig angeordneten Pixeln,
- b) Verarbeitung wenigstens eines der Originalbilder zur Erzeugung von wenigstens zwei Roadmap-Bildern,
- c) wechselweise Erfassung der Roadmap-Bilder und
- d) alternierende Wiedergabe der wenigstens zwei Roadmap-Bilder.
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Dadurch wird eine zeitliche ”Überlagerung” erreicht, so dass keine aufwändigen Schaltungen erforderlich sind. Auch geht kein Kontrast der einzelnen Bilder verloren.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verarbeitung der einzelnen Originalbilder gemäß dem Schritt b) beinhaltet, dass eine Invertierung eines der Originalbilder, eine Schärfung und/oder eine generelle Grauwertanpassung durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß können das erste Originalbild ein Maskenbild und das zweite Originalbild ein aktuelles Fluoroskopiebild sein.
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In vorteilhafter Weise kann als zweites Originalbild wenigstens ein Originalbild aus einer Originalbildsequenz zur Darstellung geleitet werden.
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Erfindungsgemäß können mehrere Originalbilder zur aufeinanderfolgenden Darstellung geleitet werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Originalbilder mit wenigstens einem bildgebenden Medizinsystem aus der Gruppe von Röntgensystem, CT-System, MR-System, Ultraschallsystem und/oder PET-System erstellt werden, wobei die Originalbilder in ihrer Projektion übereinstimmen.
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Ein Flackern der Bilder wird vermieden, wenn die Darstellung mit gegenüber der Wiedergabefrequenz erhöhter Frequenz erfolgt.
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Gegebenenfalls ist der mittlere bzw. generelle Grauwert der beiden Originalbilder oder Originalbildsequenz n aufeinander abzustimmen, um den Eindruck des Flackerns weiter zu verringern.
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Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung erfindungsgemäß
- – mit einer Vorrichtung zur Erfassung von wenigstens zwei Originalbildern mit matrixförmig angeordneten Pixeln,
- – mit wenigstens einer Bildverarbeitung für die Originalbilder, so dass wenigstens zwei Roadmap-Bilder entstehen,
- – mit einem elektronischen Wechselschalter zur alternierenden Abfrage der wenigstens zwei Roadmap-Bilder und
- – einem Monitor zur wechselweisen Darstellung der wenigstens zwei Roadmap-Bilder gelöst.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bildverarbeitung derart ausgebildet ist, dass eine Invertierung eines der Originalbilder, eine Schärfung und/oder eine generelle Grauwertanpassung durchführbar sind.
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Erfindungsgemäß kann das bildgebende Medizinsystem aus der Gruppe von Röntgensystem, CT-System, MR-System, Ultraschallsystem und/oder PET-System gewählt sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein bekanntes Röntgen-C-Bogen-System für die Radiologie, Kardiologie oder Neurochirurgie mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
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2 das bisher übliche Verfahren zur überlagerten Darstellung zweier Bilder oder auch eines Bildes mit einer Bildsequenz,
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3 eine Ausführung der Roadmap nach dem neuen Überlagerungsverfahren, bei dem die zur Darstellung kommenden Bilder jeweils abwechselnd am Monitor dargestellt werden, und
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4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Roadmap mit Bildern von mehreren Modalitäten.
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Anhand der 3 wird nun das erfindungsgemäße Roadmap-Verfahren zur überlagerten Darstellung von Bildern näher erläutert. Auch bei diesem Verfahren werden ein erstes Originalbild A 10, beispielsweise ein Maskenbild, und ein zweites Originalbild B oder eine Originalbildsequenz Bn 11, beispielsweise ein aktuelles Fluoroskopiebild oder eine Fluoroskopie-Serie, durch ein bildgebendes Medizinsystem, beispielsweise die in 1 dargestellte C-Bogen-Röntgenanlage, erzeugt. Diese Originalbilder 10 und 11 werden getrennt je einer Bildverarbeitung 15 und 17 zugeführt, die Roadmap-Bilder A' 16 und B' bzw. eine Roadmap-Bildsequenz B' 18 generieren. Diese Roadmap-Bilder A' 16 und B' bzw. Roadmap-Bildsequenz B'n 18 werden von einem elektronischen Wechselschalter 19 alternierend abgefragt und zur Darstellung 14, beispielsweise dem Monitor 9, geleitet, die eine wechselweise Wiedergabe der Roadmap-Bilder A' 16 und B' bzw. Roadmap-Bildsequenz B'n 18 ermöglicht.
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Der wesentliche Gedanke war, zur Verbesserung der Überlagerung zweier Originalbilder (aktuelles Fluoroskopiebild und Maskenbild) nun eine zeitliche ”Überlagerung” vorzuschlagen. Dabei bleiben die Originalbilder A und B u. U. zunächst getrennt, um zu Roadmap-Bilder A' 16 und B' bzw. Roadmap-Bildsequenz B'n 18 verarbeitet zu werden. Dies kann beispielsweise durch Invertierung eines der Originalbilder A oder B, Schärfung, generelle Grauwertanpassung o. Ä. erfolgen. Dann werden die Roadmap-Bilder A' 16 und B' bzw. Roadmap-Bildsequenz B'n 18 abwechselnd nacheinander dargestellt, d. h. dem Auge mit hoher Frequenz abwechselnd präsentiert, wobei auf die richtige Lage auf dem Monitor durch die gewählte Projektion zu achten ist. Dabei bleibt im Wesentlichen der ursprüngliche Kontrast jedes Originalbildes erhalten. Die Überlagerung geschieht also hier im Gehirn und nicht schon auf der Ebene der Bildverarbeitung. Durch das abwechselnde Darstellen der Bilder können sie original verwendet werden, d. h. der volle Kontrast bleibt erhalten.
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Sollen jeweils Einzelbilder 10 und 11 (A und B) zeitlich überlagert dargestellt werden, werden einfach nacheinander die Roadmap-Bilder 16 und 18 (A' und B') (nach separater Bildverarbeitung) wiedergegeben. Unter Umständen geschieht dies bei höherer Frequenz als bei Darstellung nur eines Bildes üblich, um Flackern zu vermeiden.
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Sind ein einzelnes Originalbild A 10 und eine Originalbildsequenz Bn 11 oder Originalbildserie zu überlagern, wird jeweils zwischen einem Roadmap-Bild 18 (B') der Originalbildsequenz Bn(n = 1, N) 11 das Roadmap-Bild 16 (A') dargestellt. Um den Eindruck des Flackerns zu vermeiden, muss unter Umständen mit höherer als üblicher Bildwiedergabefrequenz gearbeitet werden. Heute werden z. B. Röntgenbilder, die mit einer Aufnahmefrequenz von 15 B/s oder auch nur 4 B/s aufgenommen werden, mit beispielsweise 30 B/s oder auch deutlich höher bei der Bildwiedergabe dargestellt. Dies führt i. A. zur wiederholten Bilddarstellung. Die Bilder werden, in diesem Beispiel dann jeweils 2- bzw. 8-mal pro Sekunde dargestellt. Dabei werden bei der Bildwiederholung das Roadmap-Bild A' 16 und das Roadmap-Bild B'n 18 immer abwechselnd dargestellt.
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Bei dem neuen Verfahren muss entweder wegen der ursprünglichen Akquisitionsfrequenz beispielsweise der Originalbildsequenz B oder aus sehphysiologischen Gründen mit höherer, eventuell doppelter Frequenz dargestellt werden, da ja zusätzlich noch das Maskenbild jeweils zwischendurch dargestellt werden muss.
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Gegebenenfalls ist der generelle Grauwert der beiden Originalbilder oder Originalbildsequenz n aufeinander abzustimmen, um den Eindruck des Flackerns weiter zu verringern.
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Flackern kann durch zwei Dinge entstehen:
- – Durch zu geringer Bildwiedergabefrequenz.
Dem kann durch eine genügend hohe Frequenz begegnet werden, wobei eventuell eine Repetition zu wählen ist.
- – Grauwerteunterschiede zwischen den einzelnen Bilddatensätzen (A, B, eventuell (C)).
Hier wären besonders vorteilhaft Bilddaten zu verwenden, deren Hintergrund im Wesentlichen schon flach ist (fester Grauwert) und in denen nur jeweils die Objekte dargestellt sind. Dies kann beispielsweise ein DSA-Bild (Gefäßbaum über grau) = A' oder eine Art Roadmap-Bild = Fluoroskopiebild (Draht mit Anatomie) minus Maskenbild (Anatomie) mit dem Resultat Draht über grau = B'(n) sein. Dann nämlich kann der mittlere Grauwert der Bilder A' und B'(n) sehr leicht angeglichen werden.
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Es müssen aber keine ”Subtraktionsbilder” sein. Wichtig ist grundsätzlich, dass die Bildwiedergabefrequenz so hoch gewählt wird, dass die ”Überlagerung” im Kopf passiert.
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Das Roadmap-Verfahren lässt sich für die Überlagerung beliebiger medizinischer Bilder ausweiten, die in ihrer Projektion übereinstimmen. Beispielsweise ist eine alternierende Darstellung 14 von Röntgen- und CT-Bilder, Röntgen- und MR-Bilder, CT- und Ultraschallbilder, MR- und Ultraschallbilder und/oder MR- und PET-Bilder etc. möglich.
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Statt jeweils zwei Bildern oder Bildsequenz n können auch gleichzeitig mehrere Bilder oder Bildsequenzen n verschiedener Modalitäten alternierend überlagert werden. Dann müssen die Bilder jeweils nacheinander dargestellt werden und eventuell die Frequenz weiter erhöht werden.
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Dies ist in 4 verdeutlicht, in der neben den aus der 3 bekannten vertikalen Input-Datensätzen mit den Bildern oder Bildsequenzen 10, 11, 16, 18 und Bildverarbeitungen 15, 17 ein weiterer vertikaler Input-Datensatz vorgesehen ist, der ein drittes Originalbild 20D oder Originalbildsequenz Dn und eine dritte Bildverarbeitung 21, so dass in bekannter Weise ein drittes Roadmap-Bild 22D' erzeugt wird. Die Bilder 10, 16 des ersten vertikalen Input-Datensatzes enthalten beispielsweise einen DSA-Gefäßbaum, die des zweiten vertikalen Input-Datensatzes ein Fluoroskopie-Lifebild, in dem beispielsweise ein zu verschiebendes Objekt wiedergegeben ist, und die des dritten vertikalen Input-Datensatzes ein Bild der funktionalen MR(fMR) – dieses fMR-Bild kann Farbinformationen enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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