DE102011003984A1

DE102011003984A1 - Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers

Info

Publication number: DE102011003984A1
Application number: DE102011003984A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers (8), wobei von dem Fremdkörper (8) ein virtuelles 3D-Modell (10) vorhanden ist, mit folgenden Schritten: — es wird ein ein Abbild (6) des Fremdkörpers (8) enthaltendes 2D-Röntgenbild (2) des Patienten in einer Aufnahmegeometrie erzeugt, — im 2D-Röntgenbild (2) wird die Lage des Abbildes (6) des Fremdkörpers (8) ermittelt, — anhand der Lage des Abbildes (6) und des vorhandenen 3D-Modells (10) wird die Lage des Fremdkörpers (8) im Raum bestimmt, indem das 3D-Modell (10) so im Raum ausgerichtet wird, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild (2) entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells (10) mit dem Abbild (6) des Fremdkörpers (8) übereinstimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers.
In der Medizin werden Fremdkörper, wie Implantate beispielsweise zu therapeutischen Zwecken in einen Körper eines Patienten eingebracht. Einen Anwendungsfall stellt hierzu die Brachytherapie dar. Hierbei werden radioaktiv strahlende Implantate, sogenannte Seeds als Fremdkörper in ein zu behandelndes Organ des Patienten entweder dauerhaft oder zeitlich begrenzt implantiert, um eine Gewebeerkrankung wie beispielsweise einen Tumor direkt im Körperinneren lokal zu bestrahlen. Zunächst werden in einem Planungsschritt z. B. auf Basis von CT-Daten eine erforderliche Anzahl und auch eine räumliche Anordnung und Verteilung der in den Körper des Patienten einzuführenden Seeds ermittelt. Um danach eine gewünschte Lage der einzelnen Seeds im Körper des Patienten zu erreichen, werden diese beispielsweise unter Verwendung einer mechanischen 2D-Matrix implantiert.
Zur Durchführung einer optimalen Therapie ist nach der Implantierung eine Kontrolle der gewünschten Lage mit der tatsächlichen Lage der in den Körper des Patienten eingebrachten Seeds erforderlich. Bisher wird dazu die Lage der einzelnen Seeds mittels eines 2D-Röntgenbildes und Ultraschall ermittelt, was jedoch aufwändig und fehleranfällig ist.
Des Weiteren wird auch versucht, die Lage und die Verteilung der Fremdkörper mittels eines 3D-fähigen C-Bogens direkt nach der Implantierung zu bestimmen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass zusätzliche applizierte Röntgenstrahlung notwendig und eine eine 3D-Rotation des C-Bogens ermöglichende Patientenlagerung sehr aufwändig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers vorzuschlagen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers gemäß Patentanspruch 1. Danach findet ein von dem Fremdkörper vorhandenes virtuelles 3D-Modell bei den folgenden Schritten Verwendung:

– Es wird ein ein Abbild des Fremdkörpers enthaltendes 2D-Röntgenbild des Patienten in einer Aufnahmegeometrie erzeugt,
– im 2D-Röntgenbild wird die Lage des Abbildes des Fremdkörpers ermittelt,
– anhand der Lage des Abbildes und des vorhandenen 3D-Modells wird die Lage des Fremdkörpers im Raum bestimmt, indem das 3D-Modell so im Raum ausgerichtet wird, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells mit dem Abbild des Fremdkörpers übereinstimmt.

Für die Lagebestimmung des Fremdkörpers muss lediglich ein einziges 2D-Röntgenbild in einer bestimmten Aufnahmegeometrie erzeugt werden. Anschließend wird die Lage des Abbilds des Fremdkörpers, also dessen Projektion im 2D-Röntgenbild gesucht. Zur Lagebestimmung des Fremdkörpers wird dann auf die vorhandenen 3D-Modelldaten zurückgegriffen. Das Modell wird dann so ausgerichtet, dass eine virtuelle Projektion des 3D-Modells in der vorher verwendeten Aufnahmegeometrie mit dem Abbild, also der tatsächlichen Projektion des Fremdkörpers auf dem 2D-Röntgenbild übereinstimmt. Die somit erfolgte Ausrichtung des virtuellen 3D-Modells des Fremdkörpers entspricht dann der tatsächlichen Lage des Fremdkörpers im Raum. Durch die Verwendung der bekannten 3D-Modelldaten wird also erreicht, dass anhand eines einzelnen 2D-Röntgenbildes die Lage des Fremdkörpers im Raum ermittelt werden kann. Somit werden explizite 3D-Messungen wie beispielsweise durch einen C-Bogen vermieden, wodurch die applizierte Röntgenstrahlung vermindert wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Lage mehrerer Fremdkörper bestimmt, wodurch eine 3D-Verteilung der Fremdkörper im Körper des Patienten ermittelt wird.
Wenn die oben bestimmte Lage des Fremdkörpers mit einer Soll-Lage verglichen wird, die beispielsweise aus einem vorhergehenden Planungsschritt bekannt ist, kann aus der Soll-Lage und der bestimmten Lage eine Abweichung ermittelt werden, die wiederum als Grundlage für Korrekturmaßnahmen dienen kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Fremdkörper in seiner zuvor bestimmten Lage in ein virtuelles Modell eines Organs eingeblendet. Dazu wird ein zumindest grobes 3D-Modell des zu behandelnden Organs ebenfalls derart ausgerichtet, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells des Organs mit dem in dem 2D-Röntgenbild enthaltenen Abbild des Organs übereinstimmt. Werden nun diese beiden Lageinformationen des Fremdkörpers sowie des Organs in ein einziges Bild eingeblendet, so wird die Lage des Fremdkörpers im Organ dargestellt.
Als Fremdkörper wird vorzugsweise ein Seed verwendet, der beispielsweise bei der Brachytherapie zum Einsatz kommt. Ein derartiger Seed ist im Röntgenbild relativ gut erkennbar, so dass das Verfahren weitestgehend automatisch und sehr schnell ablaufen kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
1 ein 2D-Röntgenbild mit in einen Körper eines Patienten eingebrachten Fremdkörpern,
2 ein 3D-Modell eines Fremdkörpers,
3 eine Darstellung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Lage der Fremdkörper
4 eine Darstellung, bei der die Fremdkörper in ein Organ eingeblendet sind.
In 1 ist ein 2D-Röntgenbild 2 dargestellt, das das Abbild eines Organs 4 sowie jeweils die Abbilder 6 von in dieses Organ eingebrachten Fremdkörpern 8, in diesem Fall Seeds, zeigt. Dieses in einer bekannten Aufnahmegeometrie erzeugte 2D-Röntgenbild 2 dient als Grundlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, um die Lage der Fremdkörpers 8 zu bestimmen.
Um die weiteren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen zu können, muss von den Fremdkörpern 8 jeweils ein virtuelles 3D-Modell 10 vorhanden sein, welches in 2 dargestellt ist. Dieses virtuelle 3D-Modell 10 eines Seeds enthält dessen geometrische Informationen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Anfertigung des in 1 dargestellten 2D-Röntgenbildes 2 nun die Lage der einzelnen Abbilder 6 der Fremdkörper 8 ermittelt. Dies kann z. B. automatisch mittels einer Bilderkennungssoftware geschehen.
Anhand der Lage des Abbildes 6 eines Fremdkörpers 8 im 2D-Röntgenbild 2 und des vorhandenen 3D-Modells 10 wird die Lage des Fremdkörpers 8 im Raum bestimmt, indem das 3D-Modell 10 so im Raum ausgerichtet wird, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild 2 entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells 10 mit dem Abbild 6 des Fremdkörpers 8 übereinstimmt. Das 3D-Modell 10 des Fremdkörpers 8 wird also an das Abbild 6 des Fremdkörpers 8 im 2D-Röntgenbild angepasst, so dass die Lage des 3D-Modells mit der Lage des Abbilds 6 konform ist. Eine entsprechende Lagebestimmung wird dann für sämtliche in dem 2D-Röntgenbild enthaltenen Abbilder 6 von Fremdkörpern 8 durchgeführt.
Als Ergebnis wird eine Darstellung der Lage der einzelnen Fremdkörper 8 im Raum und somit eine 3D-Verteilung erzielt, welche in 3 dargestellt ist.
In einem weiteren Schritt wird dann die Lage der Fremdkörper 8 in einem Organ bestimmt. Dazu muss zunächst auch die Lage des Organs 4 im Raum bestimmt werden, was ebenfalls mit Hilfe des 2D-Röntgenbildes 2 und eines 3D-Modells des betreffenden Organs 4 geschieht. Das 3D-Modell des Organs 4 wird ebenfalls ausgerichtet, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild 2 entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells des Organs 4 mit dem in den 2D-Röntgenbild enthaltenen Abbild des Organs 4 übereinstimmt. Anschließend wird dann die im oben beschriebenen Schritt zuvor bestimmte Lage der Fremdkörper 8 in das Organ 4 eingeblendet, sodass eine 3D-Verteilung im Organ 4 wie in 4 ersichtlich ist.
Somit wird nun erreicht, dass mittels der Anfertigung eines einzigen 2D-Röntgenbildes 2 und der durch das 3D-Modell 10 entnehmbaren Informationen die Lage der Fremdkörper 8 im Raum und sogar im Organ 4 ermittelt werden kann. Eine weitere Anfertigung von Röntgenbildern ist daher nicht erforderlich.
Die somit erhaltene tatsächliche Lage und 3D-Verteilung der Fremdkörper 8 kann dann mit einer Soll-Lage bzw. Soll-Verteilung verglichen werden, welche beispielsweise aus einem vorhergehenden Planungsschritt bekannt ist. Aus der Soll-Lage bzw. Soll-Verteilung und der bestimmten tatsächlichen Lage bzw. Verteilung der Fremdkörper 8 kann eine Abweichung ermittelt werden, die wiederum als Grundlage für Korrekturmaßnahmen, beispielsweise eine erneute Implantierung der Fremdkörper 8 in korrigierter Lage oder eine Implantierung von zusätzlichen Fremdkörpern 8, dienen kann.
Bezugszeichenliste

2: 2D-Röntgenbild
4: Organ
6: Abbild
8: Fremdkörper
10: 3D-Modell

Claims

Verfahren zur Lagebestimmung eines in einen Körper eines Patienten zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme eingebrachten Fremdkörpers (8), wobei von dem Fremdkörper (8) ein virtuelles 3D-Modell (10) vorhanden ist, mit folgenden Schritten: – es wird ein ein Abbild (6) des Fremdkörpers (8) enthaltendes 2D-Röntgenbild (2) des Patienten in einer Aufnahmegeometrie erzeugt, – im 2D-Röntgenbild (2) wird die Lage des Abbildes (6) des Fremdkörpers (8) ermittelt, – anhand der Lage des Abbildes (6) und des vorhandenen 3D-Modells (10) wird die Lage des Fremdkörpers (8) im Raum bestimmt, indem das 3D-Modell (10) so im Raum ausgerichtet wird, dass eine mit der dem 2D-Röntgenbild (2) entsprechenden Aufnahmegeometrie erzeugte virtuelle Projektion des 3D-Modells (10) mit dem Abbild (6) des Fremdkörpers (8) übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Lage mehrerer Fremdkörper (8) bestimmt wird, wodurch eine 3D-Verteilung der Fremdkörper (8) im Körper des Patienten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lage des Fremdkörpers (8) mit einer Soll-Lage verglichen und eine Abweichung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fremdkörper (8) in der bestimmten Lage in ein virtuelles Modell eines Organs (4) eingeblendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Fremdkörper (8) ein Seed verwendet wird.