DE102011005438B4 - A method for generating a fluoroscopic image of a patient - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Durchleuchtungsbildes (8) eines Körperbereiches (3) eines Patienten (2), wobei ein 3D-Bilddatensatz (4) und eine in einer Aufnahmerichtung (14) aufgenommene 2D-Aufnahme (6) des Körperbereiches (3) vorliegen, bei dem: – eine zur Aufnahmerichtung (14) schräg, doppelschräg oder gekrümmt verlaufende Schicht (12) des 3D-Bilddatensatzes (4) ausgewählt wird, – ein 2D-DRR-Bild (16) der Schicht (12) entlang der Aufnahmerichtung (14) erzeugt wird, – die 2D-Aufnahme (6) und das 2D-DRR-Bild (16) ortsrichtig zum Durchleuchtungsbild (8) überlagert werden.Method for producing a fluoroscopic image (8) of a body region (3) of a patient (2), wherein a 3D image data record (4) and a 2D image (6) of the body region (3) recorded in a recording direction (14) are present in that: - a layer (12) of the 3D image data record (4) extending at an oblique, double sloping or curved position relative to the recording direction (14) is selected, - a 2D DRR image (16) of the layer (12) along the recording direction (14) is generated, - the 2D image (6) and the 2D-DRR image (16) are spatially superimposed on the fluoroscopic image (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Durchleuchtungsbildes eines Körperbereiches eines Patienten.The invention relates to a method for generating a fluoroscopic image of a body region of a patient.

Insbesondere im Bereich komplexer medizinischer Eingriffe werden häufig verschiedene bildgebende Verfahren verwendet, um einen Körperbereich eines Patienten in Form eines Durchleuchtungsbildes abzubilden. Bekannt ist die Aufnahme eines herkömmlichen 2D-Durchleuchtungsbildes des Körperbereiches. Bekannt ist auch die Anfertigung eines 3D-Bilddatensatzes, welches den Körperbereich volumenhaft wiedergibt darstellt. Da die Aufnahme eines 3D-Bilddatensatzes zeit- und kostenintensiv ist, werden derartige 3D-Bilddatensätze in der Regel seltener aufgenommen als 2D-Röntgenbilder. Z. B. wird einmal ein 3D-Bilddatensatz von einem Patienten aufgenommen und später weitere 2D-Durchleuchtungsbilder des Patienten aufgenommen, um deren Bildinhalte mit dem des 3D-Bilddatensatzes zu vergleichen.Especially in the field of complex medical procedures, various imaging techniques are often used to image a body region of a patient in the form of a fluoroscopic image. The recording of a conventional 2D fluoroscopic image of the body region is known. Also known is the preparation of a 3D image data set, which represents the body area voluminous. Since the acquisition of a 3D image data set is time-consuming and expensive, such 3D image data records are usually recorded less frequently than 2D X-ray images. For example, once a 3D image data set is taken by a patient and later taken further 2D fluoroscopic images of the patient to compare their image content with that of the 3D image data set.

Die Bildgebung kann neben der Hauptanwendung Röntgen auch z. B. MR-Bildgebung oder ähnliche Verfahren umfassen.The imaging can in addition to the main application X-ray also z. B. MR imaging or similar methods.

Die Visualisierung von 3D-Bilddatensätzen ist u. U. schwierig. Bekannt ist es, den 3D-Bilddatensatz entlang einer Projektionsrichtung virtuell zu projizieren. So entsteht ein digital rekonstruiertes 2D-Röntgenbild (2D-DRR-Bild), vergleichbar einem herkömmlichen 2D-Röntgenbild.The visualization of 3D image data sets is u. U. difficult. It is known to virtually project the 3D image data record along a projection direction. This results in a digitally reconstructed 2D X-ray image (2D DRR image), comparable to a conventional 2D X-ray image.

Häufig ist es wünschenswert, das Bildmaterial von 3D-Bilddatensatz und 2D-Durchleuchtungsbild ein und desselben Körperbereiches eines Patienten gleichsam darzustellen, z. B. um diese zu vergleichen. So können z. B. Veränderungen am Patienten, die in einem später aufgenommenen 2D-Durchleuchtungsbild zu sehen sind, gegenüber einer früheren, in einem 3D-Bilddatensatz festgehaltenen Situation des Patienten festgestellt werden.Often, it is desirable to display the footage of the 3D image data set and 2D fluoroscopic image of one and the same body region of a patient, e.g. B. to compare these. So z. B. changes in the patient, which are seen in a later recorded 2D fluoroscopic image, compared to a previous, recorded in a 3D image data set situation of the patient can be determined.

Hierzu wird dann die Projektionsrichtung der DRR gleich der Aufnahmerichtung des 2D-Durchleuchtungsbildes gewählt und die Bildinhalte ortsrichtig einander zugeordnet (registriert, Bildfusion), sowie das 2D-DRR-Bild dem 2D-Durchleuchtungsbild überlagert. Dies führt zu einer überlagerten Darstellung des 2D-Röntgenbildes mit dem 2D-DRR-Bild des 3D-Bilddatensatzes nach der Durchführung einer Registrierungsprozedur. So entsteht durch die Überlagerung ein einziges Durchleuchtungsbild des Körperbereiches des Patienten, welches sowohl die gesamte Bildinformation aus dem 3D-Bilddatensatz als auch aus dem 2D-Durchleuchtungsbild enthält.For this purpose, the projection direction of the DRR is then selected equal to the recording direction of the 2D fluoroscopic image and the image contents are assigned to one another in the correct position (registered, image fusion) and the 2D DRR image is superimposed on the 2D fluoroscopic image. This leads to a superimposed representation of the 2D X-ray image with the 2D DRR image of the 3D image data record after a registration procedure has been carried out. As a result of the superimposition, a single fluoroscopic image of the body region of the patient, which contains both the entire image information from the 3D image data record and from the 2D fluoroscopy image, is produced.

Die gemeinsame Visualisierung von 2D- und 3D-Bildmaterial nach einer Bildfusion, d. h. ortsrichtiger Zuordnung der jeweiligen Bildinhalte zueinander ist wegen der Überlagerungsproblematik bei Projektionsbildern nach wie vor nur unzureichend gelöst. Bei der Berechnung der DRR werden die einzelnen Voxel des 3D-Bilddatensatzes entsprechend ihrer Dichte in Blickrichtung zu einem virtuellen Detektor hin aufsummiert. Die einzelnen Bilder, also 2D-Durchleuchtungsbild und 2D-DRR-Bild können hierbei z. B. in unterschiedlichen Grauwertbereichen oder auch Farben dargestellt werden.The joint visualization of 2D and 3D imagery after image fusion, d. H. Location-correct assignment of the respective image content to each other is still insufficiently solved because of the overlay problem in projection images. When calculating the DRR, the individual voxels of the 3D image data set are added up according to their density in the viewing direction to form a virtual detector. The individual images, so 2D fluoroscopic image and 2D DRR image can here z. B. in different gray scale ranges or colors are displayed.

Aus WO 2010/039404 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein 2D-DRR Bild von einem 2D-Durchleuchtungsbild subtrahiert wird.Out WO 2010/039404 For example, a method is known in which a 2D DRR image is subtracted from a 2D fluoroscopic image.

Im Folgenden soll das vom Patienten angefertigte Bild „Aufnahme” und das nach dessen Fusion mit der 3D-DRR-Projektion entstehende Ergebnisbild ”Durchleuchtungsbild” heißen.In the following, the patient-generated image "image" and the resulting image after its fusion with the 3D-DRR projection "fluoroscopic image" should be called.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen eines Durchleuchtungsbildes anzugeben.The object of the present invention is to provide an improved method for generating a fluoroscopic image.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Gemäß der Erfindung wird eine zur Aufnahmerichtung schräg, doppelschräg oder gekrümmt verlaufende Schicht des 3D-Bilddatensatzes ausgewählt. Anschließend wird ein 2D-DRR-Bild der Schicht entlang der Aufnahmerichtung als Projektionsrichtung erzeugt. Abschließend werden 2D-Aufnahme und 2D-DRR-Bild ortsrichtig zum Durchleuchtungsbild überlagert.The object is achieved by a method according to claim 1. According to the invention, an oblique, double-skewed or curved slice of the 3D image data set is selected for the recording direction. Subsequently, a 2D DRR image of the layer along the recording direction is generated as a projection direction. Finally, the 2D image and 2D DRR image are superimposed in the correct location to the fluoroscopic image.

Mit anderen Worten wird zusammen mit der 2D-Aufnahme erfindungsgemäß nicht der gesamte 3D-Bilddatensatz projiziert und abgebildet, sondern nur ein echter Teilbereich dessen. Der Rest des 3D-Bilddatensatzes, der nicht der Schicht entspricht, wird ignoriert, d. h. fließt in die virtuelle Projektion der 3D-Daten auf das DRR-Bild nicht ein. Dieser Teil der 3D-Daten wird also weggelassen und aus dem DRR-Bild sowie damit auch dem sich ergebenden Durchleuchtungsbild ausgeblendet.In other words, according to the invention, not the entire 3D image data set is projected and imaged together with the 2D image, but only a genuine subregion thereof. The remainder of the 3D image dataset that does not match the layer is ignored, i. H. does not flow into the virtual projection of the 3D data onto the DRR image. This part of the 3D data is thus omitted and hidden from the DRR image and thus also the resulting fluoroscopic image.

Die Erfindung beruht mit anderen Worten auf der Berechnung eines DRR-Bildes aus einem echten Teilbereich des 3D-Bilddatensatzes und dessen Überlagerung mit der 2D-Aufnahme. So können im DRR-Bild besonders interessierende Bereiche der 3D-Daten, z. B. anatomische Strukturen, besonders gut visualisiert werden, ohne den Rest des 3D-Bilddatensatzes mit abbilden zu müssen. Das Verfahren kann insbesondere zum Vergleich von Strukturen aus aktuellem Bildmaterial und Prä-OP-Bildmaterial oder für die Begutachtung von OP-Ergebnissen verwendet werden. Es ergibt sich eine Verbesserung und Flexibilisierung der Visualisierung von 2D-3D-fusionierten Durchleuchtungsbildern. Das Verfahren kann insbesondere in Echtzeit durchgeführt werden.In other words, the invention is based on the calculation of a DRR image from a real subarea of the 3D image data set and its superposition with the 2D image. Thus, in the DRR image particularly interesting areas of the 3D data, eg. As anatomical structures, are particularly well visualized without having to map the rest of the 3D image data set with. The method can in particular be used to compare structures from current image material and pre-surgical image material or for the assessment of surgical results. The result is an improvement and flexibilization of the visualization of 2D-3D-fused fluoroscopic images. The method can be carried out in particular in real time.

Gemäß der Erfindung wird als Teilbereich eine Schicht des 3D-Bilddatensatzes gewählt. Die Schicht kann hierbei eine schräge oder doppelschräge Schicht des 3D-Bilddatensatzes sein, d. h. zur Aufnahmerichtung der 2D-Aufnahme hin quer oder in beliebig schräger Orientierung verlaufen. Die Schicht muss nicht eben sein, kann also auch gekrümmt sein oder sonst eine beliebige Form aufweisen. So werden bekannte Visualisierungen dahingehend erweiter, dass in Echtzeit auch Überlagerungen zwischen der 2D-Aufnahme und beliebigen einzelnen Schichten des 3D-Volumens möglich sind.According to the invention, a slice of the 3D image data set is selected as the subregion. The layer may in this case be an oblique or double-beveled layer of the 3D image data set, i. H. to the recording direction of the 2D recording out across or in any oblique orientation. The layer need not be flat, so it may be curved or otherwise have any shape. Thus, known visualizations are extended to the effect that in real time overlays between the 2D image and any single layers of the 3D volume are possible.

In einer bevorzugten Variante der oben genannten Ausführungsform ist die Schicht so gewählt, dass diese ein anatomisches Objekt des Patienten enthält. Beispielsweise wird eine Schicht des 3D-Bilddatensatzes so gewählt, dass ein interessierender Knochen des Patienten im entsprechenden Teilbereich vollständig enthalten ist. Im Durchleuchtungsbild wird dann nur die Schicht, also im Wesentlichen nur der DRR-projizierte Knochen mit dem 2D-Durchleuchtungsbild zusammen dargestellt.In a preferred variant of the above-mentioned embodiment, the layer is selected such that it contains an anatomical object of the patient. For example, a layer of the 3D image data set is selected such that a bone of interest of the patient is completely contained in the corresponding partial area. In the fluoroscopic image, only the layer, that is, essentially only the DRR-projected bone with the 2D fluoroscopic image is displayed together.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Teilbereich interaktiv durch einen Nutzer ausgewählt.In a preferred embodiment of the method, the subarea is selected interactively by a user.

In einer weiteren Variante des Verfahrens werden die Grauwertbereiche von 2D-Aufnahme und 2D-DRR-Bild aneinander angepasst. Zum Beispiel können so verschiedene Grauwertbereiche für 2D-DRR-Bild und 2D-Aufnahme gewählt werden, um diese gut unterscheiden zu können oder aber die Grauwerte können einander angepasst werden, um auch farblich vergleichbare Bildinhalte im DRR-Bild und der 2D-Aufnahme zu schaffen.In a further variant of the method, the gray value ranges of the 2D image and the 2D DRR image are adapted to one another. For example, different gray scale ranges can be selected for 2D DRR image and 2D image to distinguish them well, or the gray values can be adjusted to each other to create color-comparable image content in the DRR image and the 2D image ,

In einer weiteren Variante des Verfahrens werden 2D-Aufnahme und 2D-DRR-Bild unterschiedlich eingefärbt. Durch eine farblich unterschiedliche Darstellung der beiden Bildanteile im Durchleuchtungsbild können dort die einzelnen, zu dem jeweiligen Bildanteil zugehörigen Bildinhalte besonders gut voneinander unterschieden werden.In a further variant of the method, the 2D image and the 2D DRR image are colored differently. By a differently colored representation of the two image components in the fluoroscopic image, the individual image contents belonging to the respective image portion can there be distinguished particularly well from one another.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:For a further description of the invention reference is made to the embodiments of the drawing. It shows in a schematic outline sketch:

1 einen Patienten mit 3D-Bilddatensatz, 2D-Aufnahme und Durchleuchtungsbild. 1 a patient with 3D image data set, 2D image and fluoroscopic image.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Patienten 2. Von einem Körperbereich 3 dessen wurde mittels Röntgen ein 3D-Bilddatensatz 4 sowie ein 2D-Durchleuchtungsbild in Form der 2D-Aufnahme 6 aufgenommen. Die Bildinhalte beider eben genannter Patientenaufnahmen sollen nun in einem gemeinsamen Durchleuchtungsbild 8 dargestellt werden. 1 shows a section of a patient 2 , From a body area 3 this became a 3D image data record by means of X-rays 4 and a 2D fluoroscopic image in the form of the 2D image 6 added. The image contents of both just mentioned patient recordings should now be in a common fluoroscopic image 8th being represented.

Gemäß der Erfindung wird hierzu aus dem 3D-Bilddatensatz 4 ein Teilbereich 10a (gestrichelt dargestellt), in Form einer Schicht 12, ausgewählt. Eine Aufnahmerichtung 14 der 2D-Aufnahme 6 (Richtung des Zentralstrahls der Röntgenaufnahme) wird als Projektionsrichtung für eine DRR gewählt. In Aufnahmerichtung 14 wird nun von der Schicht 12, also dem Teilbereich 10 ein 2D-DRR-Bild 16 erzeugt. Das 2D-DRR-Bild 16 wird ortsrichtig der 2D-Aufnahme 6 zugeordnet. Dies ist in 1 dadurch angedeutet, dass bereits der 3D-Bilddatensatz 4 bezüglich der 2D-Aufnahme 6 ortsrichtig zugeordnet ist. 2D-DRR-Bild 16 und 2D-Aufnahme 6 werden nun zusammen in einem gemeinsamen Durchleuchtungsbild 8 dargestellt.According to the invention, this is done from the 3D image data set 4 a subarea 10a (shown in dashed lines), in the form of a layer 12 , selected. A recording direction 14 the 2D recording 6 (Direction of the central ray of the X-ray image) is selected as the projection direction for a DRR. In recording direction 14 is now from the layer 12 that is the subarea 10 a 2D DRR image 16 generated. The 2D DRR image 16 will be the 2D recording location 6 assigned. This is in 1 indicated that already the 3D image data set 4 regarding the 2D-recording 6 is assigned correctly. 2D DRR image 16 and 2D recording 6 will now be together in a common fluoroscopic image 8th shown.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Schicht 12 so gewählt, dass diese ein anatomisches Objekt 18a des Patienten 2, im Beispiel eine in dessen Knochen eingesetzte Schraube enthält. Hierdurch wird zusammen mit der Schicht 12 auch das Objekt 18a im 2D-DRR-Bild 16 und damit auch im Durchleuchtungsbild 8 abgebildet.In an alternative embodiment, the layer is 12 chosen so that this is an anatomical object 18a of the patient 2 , In the example contains a screw inserted in the bone. This will work together with the layer 12 also the object 18a in the 2D DRR image 16 and therefore also in the fluoroscopic image 8th displayed.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird die entsprechende Auswahl der Teilbereiche 10a, b durch einen Nutzer 20 interaktiv ausgewählt, in 1 angedeutet durch einen Doppelpfeil.In an alternative embodiment of the method, the corresponding selection of the subregions 10a , b by a user 20 interactively selected, in 1 indicated by a double arrow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Patientpatient
33
Körperbereichbody area
44
3D-Bilddatensatz3D image data set
66
2D-Aufnahme2D receiving
88th
Durchleuchtungsbildfluoroscopic image
10a, b10a, b
Teilbereichsubregion
1212
Schichtlayer
1414
Aufnahmerichtungshooting direction
1616
2D-DRR-Bild2D DRR image
18a, b18a, b
Objektobject
2020
Nutzeruser

Claims (5)

Verfahren zum Erzeugen eines Durchleuchtungsbildes (8) eines Körperbereiches (3) eines Patienten (2), wobei ein 3D-Bilddatensatz (4) und eine in einer Aufnahmerichtung (14) aufgenommene 2D-Aufnahme (6) des Körperbereiches (3) vorliegen, bei dem: – eine zur Aufnahmerichtung (14) schräg, doppelschräg oder gekrümmt verlaufende Schicht (12) des 3D-Bilddatensatzes (4) ausgewählt wird, – ein 2D-DRR-Bild (16) der Schicht (12) entlang der Aufnahmerichtung (14) erzeugt wird, – die 2D-Aufnahme (6) und das 2D-DRR-Bild (16) ortsrichtig zum Durchleuchtungsbild (8) überlagert werden.Method for generating a fluoroscopic image ( 8th ) of a body region ( 3 ) of a patient ( 2 ), wherein a 3D image data set ( 4 ) and one in a recording direction ( 14 ) recorded 2D image ( 6 ) of the body area ( 3 ), in which: - one of the direction of exposure ( 14 ) inclined, double-beveled or curved layer ( 12 ) of the 3D image data set ( 4 ) is selected, A 2D DRR image ( 16 ) of the layer ( 12 ) along the recording direction ( 14 ), - the 2D image ( 6 ) and the 2D DRR image ( 16 ) orthogonal to the fluoroscopic image ( 8th ) are superimposed. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht (12) so gewählt wird, dass diese ein anatomisches Objekt (18a, b) des Patienten (2) enthält.Method according to Claim 1, in which the layer ( 12 ) is selected such that it is an anatomical object ( 18a , b) the patient ( 2 ) contains. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht (12) interaktiv durch einen Nutzer (20) ausgewählt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the layer ( 12 ) interactively by a user ( 20 ) is selected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Grauwertbereiche von 2D-Aufnahme (6) und 2D-DRR-Bild (16) aneinander angepasst werden.Method according to one of the preceding claims, in which the gray scale ranges of 2D recording ( 6 ) and 2D DRR image ( 16 ) are adapted to each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 2D-Aufnahme (6) und 2D-DRR-Bild (16) unterschiedlich eingefärbt werden.Method according to one of the preceding claims, in which 2D recording ( 6 ) and 2D DRR image ( 16 ) are colored differently.
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