DE102011005777A1

DE102011005777A1 - Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Patienten und angiographisches Untersuchungsverfahren

Info

Publication number: DE102011005777A1
Application number: DE102011005777A
Authority: DE
Inventors: Dr. Pfister Marcus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-03-19
Also published as: US8880153B2; DE102011005777B4; US20120238871A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Organs, Gefaßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten (6) mit einem Röntgenstrahler (3), einem Rontgenbilddetektor (4), die an den Enden eines C-Bogens (2) angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte (5) zur Lagerung des Patienten (6), einer Systemsteuerungseinheit (7), einem Bildsystem (8) und einem Monitor (9). In der Systemsteuerungseinheit (7) ist eine Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines Maskenbildes vorgesehen, die derart ausgebildet ist, – dass sie ein adaptives Referenzbild (35, 37) erfasst, – dass sie eine Registrierung des Referenzbildes (35, 37) zum C-Bogen (2) bewirkt, wobei gegebenenfalls eine Segmentierung (33, 36) des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild durchgeführt wird, – dass sie innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegende Bildbereiche zur Erzeugung eines Maskenbildes (20, 40) kontrastiert und – dass sie dieses Maskenbild (20, 40) von durch das Angiographiesystem ohne Kontrastmittel akquirierten Fluoroskopie-Livebildern (23) zu einem Roadmap-Bild (25, 43) subtrahiert, und dass das Bildsystem (8) eine Wiedergabe der Roadmap-Bilder (25, 43) auf dem Monitor (9) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung oder Intervention eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Korperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten mit einem Röntgenstrahler, einem Rontgenbilddetektor, die an den Enden eines C-Bogens angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte zur Lagerung des Patienten, einer Systemsteuerungseinheit, einem Bildsystem und einem Monitor sowie ein angiographisches Untersuchungsverfahren fur das Angiographiesystem. Ein derartiges Angiographiesystem ist beispielsweise aus der US 7,500,784 B2 bekannt, das anhand der 1 erläutert ist.
Die 1 zeigt ein als Beispiel dargestelltes monoplanes Röntgensystem mit einem von einem Ständer 1 in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters gehaltenen C-Bogen 2, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenrohre und Kollimator, und ein Rontgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
Mittels des beispielsweise aus der US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters, 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 Rontgenbilddetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße angiographische Röntgensystem 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Rontgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Rontgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Rontgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen.
Der bekannte Knickarmroboter 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 funfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Gerate Verwendung finden.
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 zahlende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
Im Strahlengang des Rontgenstrahlers 3 befindet sich auf einer Tischplatte 5 eines Patientenlagerungstisches ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Rontgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Rontgenbilddetektors 4 empfangt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Rontgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden. In der Systemsteuerungseinheit 7 ist weiterhin ein bekannter Kollisionsrechner 10 vorgesehen, dessen Funktion noch genauer beschrieben wird.
Anstelle des in 1 beispielsweise dargestellten Röntgensystems mit dem Ständer 1 in Form des sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters kann, wie in 2 vereinfacht dargestellt, das angiographische Rontgensystem auch eine normale decken- oder bodenmontierte Halterung fur den C-Bogen 2 aufweisen.
Anstelle des beispielsweise dargestellten C-Bogens 2 kann das angiographische Röntgensystem auch getrennte decken- und/oder bodenmontierte Halterungen für den Röntgenstrahler 3 und den Rontgenbilddetektor 4 aufweisen, die beispielsweise elektronisch starr gekoppelt sind.
Mittels des aus der oben genannten US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters lassen sich Rotationsangiographien, sogenannte DynaCTs, zur Erzeugung von 3-D-Bildaufnahmen beispielsweise eines Aneurysmas erstellen.
Derartige Angiographiesysteme werden in dem Gebiet der Fluoroskopie-gesteuerten, interventionellen Reparatur von abdominalen Aortenaneurysmen eingesetzt.
Ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) ist eine Gefaßaussackung an der abdominalen Aorta. Behandelt wird dies durch Einsetzen eines Stent-Grafts. Uber die beiden Leisten werden Fuhrungsdrahte und Katheter in die Aorta eingebracht, über die ein oder mehrere Stent-Grafts, also Gefaßplastiken, eingebracht werden (siehe 3), wie sie beispielsweise in Cardiology today, January 2011, Seite 36, gezeigt sind. Ziel beim Einsetzen dieser Stent-Grafts ist es, die ”Landungszone” der Gefäßprothese so weit wie möglich im gesunden Gefäßwandbereich zu platzieren, dabei aber keine wichtigen Gefäßabgange zu überdecken. Insbesondere sind die Abgange der Nierenarterien, der oberen Eingeweidearterie (Arteria Mesenterica Superior), des Truncus coeliacus, und der internen Beckenarterien (A. iliaca interna) freizuhalten. Ein sensibler Punkt ist das Absetzen des ”Hauptstents” in der Aorta, bei dem die genannten Gefäßabgange nicht verschlossen werden dürfen. Bei komplexen Stents, die die Beinarterien mit umfassen, muss der endgültige Stent manchmal aus ”Teilstents” zusammengesetzt werden (zum Beispiel einem Aortenstent, an den Stents fur die Beinarterien angesetzt werden).
Zum prazisen Platzieren der Stents wird haufig die sogenannte ”Roadmapping”-Technik verwendet, wie sie beispielsweise anhand der 4 bis 9 beispielhaft noch beschrieben wird. Idee hierbei ist, dem Arzt durch standige Einblendung der Gefäße eine Art ”Landkarte” zum Navigieren der Instrumente bereitzustellen. Hierbei wird zunächst unter Kontrastmittelgabe ein Maskenbild erzeugt. Die anschließend aufgenommenen Fluoroskopie-Livebilder werden nun ohne Kontrastmittel, aber mit eingebrachtem Instrument aufgenommen. Zieht man von den Livebildern das Maskenbild ab, erhalt man die Roadmap-Bilder, auf denen der anatomische Hintergrund ”wegsubtrahiert” wurde, die Gefäße hell und das eingebrachte Instrument dunkel erscheinen. Problem ist, dass fur jede neue Angulation ein neues Maskenbild erzeugt werden muss.
Um zur Kontrolle wahrend der komplexen Stent-Positionierung nicht zur ständigen Gefäßdarstellung Kontrastmittel injizieren zu müssen, kann zur Positionierungshilfe auch ein Referenzbild anatomisch korrekt überlagert werden, dass die Gefäße – in dem Falle Aorta und abgehende Gefaße – darstellt. Dieses Referenzbild kann entweder eine 2-D-Angiographie (DSA – digitale Subtraktionsangiographie) sein oder, was zweckmäßiger ist, ein vorher aufgenommener 3-D-Datensatz, beispielsweise eine CT-Angiographie, des Aneurysmas. Diese zeigen mehr Details und konnen unter beliebigen Angulationen des C-Bogens überlagert werden (siehe 4 bis 9). Mitunter sind solche Referenzvolumen oder -bilder auch vorsegmentiert (siehe 10 und 11).
Diese Darstellung kann jedoch fur den Arzt ungewohnt sein; außerdem kann das überlagerte Referenzbild u. U. wichtige Details des Fluoroskopiebildes uberdecken.
Allgemein bekannt sind zusammenfassend:

• Die manuelle oder automatische Segmentierung von AAAs und die entsprechende Berechnung der Centerlines,
• die (flexible) 2-D/3-D- oder 3-D/3-D-Registrierung, beispielsweise von 2-D- und 3-D-Angiographien,
• die Roadmap-Technik und
• die adaptive 2-D-Referenzuberlagerung, wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 023 918 A1 beschrieben ist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Patienten und angiographisches Untersuchungsverfahren zur Untersuchung des Patienten der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass derartige Maskenbilder auch aus beliebigen Angulationen ohne die wiederholte Gabe von Kontrastmitteln generiert werden, so dass der Arzt seine gewohnte Roadmap-Darstellung erhalten kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß fur ein Angiographiesystem der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhangigen Patentanspruchen angegeben.
Die Aufgabe wird für ein Angiographiesystem erfindungsgemäß dadurch gelost, dass in der Systemsteuerungseinheit eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Maskenbildes vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist,

– dass sie ein adaptives Referenzbild erfasst,
– dass sie eine Registrierung des Referenzbildes zum C-Bogen bewirkt, wobei gegebenenfalls eine Segmentierung des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild durchgeführt wird,
– dass sie innerhalb der Segmentierung liegende Bildbereiche zur Erzeugung eines Maskenbildes kontrastiert und
– dass sie dieses Maskenbild von durch das Angiographiesystem ohne Kontrastmittel akquirierten Fluoroskopie-Livebildern zu einem Roadmap-Bild subtrahiert und

Werden pra-interventionelle, segmentierte 3-D-Daten verwendet, braucht keine Segmentierung des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild durchgeführt zu werden. Anderenfalls muss nach der Registrierung des Referenzbildes zum C-Bogen das Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild segmentiert werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die innerhalb der Segmentierung liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie auf schwarz gesetzt, um einen bestimmten Offset-Wert, entsprechend der lokalen Dicke des Gefaßes verdunkelt oder homogen eingefärbt werden. Alternativ kann die lokale Dicke des Gefaßes aus den Abständen der mittels der Segmentierung erfassten Gefäßränder errechnet oder gemaß einer mathematischen Vorwartsprojektion der Segmentierung (DRR) ersetzt, eingefärbt bzw. verdunkelt werden.
In vorteilhafter Weise kann das zum C-Bogen registrierte adaptive Referenzbild ein 2-D-Referenzbild sein, das sich verschiedenen Einstellungen des Angiographiesystems anpasst, wobei die verschiedenen Einstellungen Veranderungen des Zooms, der SID und/oder von Tischeinstellungen sein konnen.
Erfindungsgemäß kann das zum C-Bogen registrierte adaptive Referenzbild ein 3-D-Datensatz einer vor einer Intervention durchgeführten CT-Angiographie oder einer während der Intervention aufgenommenen C-Bogen-CT-Angiographie sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorrichtung zur Erzeugung eines Maskenbildes eine Einblendung von Zusatzinformationen bewirkt, wobei diese Zusatzinformationen durch Aussparungen von Maskenteilen eingeblendet werden können.
Die Zusatzinformationen können erfindungsgemäß Informationen uber Gefäßverlaufe, Gefäßverdeckungen, Ostien und/oder Thromben sein.
Die Aufgabe wird für ein angiographisches Untersuchungsverfahren zur Untersuchung eines Organs, Gefaßsystems oder anderer Korperregionen eines Patienten mit einer oben genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelost:

S1) Erfassung eines Referenzbildes,
S2) Registrierung des Referenzbildes zum C-Bogen, wobei gegebenenfalls eine Segmentierung des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild durchgefuhrt wird,
S3) Erstellung eines Maskenbildes aus dem Referenzbild für ein Roadmap-Bild bei unterschiedlichen Ausrichtungen des C-Bogens, ohne Gabe von Kontrastmittel,
S4) Erstellung eines Maskenbildes aus dem Referenzbild für ein Roadmap-Bild bei unterschiedlichen Ausrichtungen des C-Bogens, ohne Gabe von Kontrastmittel,
S5) Erzeugung von Fluoroskopie-Livebildern,
S6) Subtraktion des Maskenbildes von den Fluoroskopie-Livebildern zur Erzeugung von Roadmap-Bildern und
S7) Wiedergabe der Roadmap-Bilder.

Werden prä-interventionelle 3-D-Daten beispielsweise einer Computertomographie zur Erfassung eines Referenzbildes herangezogen, können diese bereits segmentiert sein. Dann erfolgt lediglich eine Registrierung des Referenzbildes zum C-Bogen. Die Segmentierung kann also auch als erster Schritt vor der Registrierung passieren.
Wird dagegen ein 3-D-Datensatz mittels DynaCT erstellt, können erst eine Registrierung des Referenzbildes zum C-Bogen und dann die Segmentierung des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild erfolgen.
Die Erzeugung einer Maske vereinfacht sich, wenn zur Erstellung eines Maskenbildes aus dem Referenzbild gemäß Schritt S4) die innerhalb der Segmentierung des Aneurysmas liegenden Bildbereiche kontrastiert werden. Dies kann erfindungsgemaß dadurch erreicht werden, wenn sie auf schwarz gesetzt oder dass sie entsprechend der lokalen Dicke des Gefaßes ”verdunkelt” werden.
In vorteilhafter Weise kann zur Segmentierung gemaß Schritt 3) ein Aneurysma eines Patienten segmentiert werden.
Die Navigation von Instrumenten wird durch bessere Sichtbarkeit der Gefaße vereinfacht, wenn Zusatzinformationen in das Maskenbild und/oder das Roadmap-Bild eingeblendet werden. Diese konnen erfindungsgemaß durch Aussparungen von Maskenteilen eingeblendet werden, wobei die Zusatzinformationen Informationen über Gefaßverlaufe, Gefaßverdeckungen, Ostien und/oder Thromben sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
2 eine abdominale Aorta mit einem Aortenaneurysma,
3 die Aorta gemäß 2 mit eingeführtem Stent-Graft,
4 bis 6 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Roadmappings,
7 bis 9 Roadmapping am Beispiel eines abdominalen Aortenaneurysmas,
10 ein Prinzip einer 2-D/2-D-Uberlagerung,
11 ein Prinzip einer 2-D/3-D-Uberlagerung,
12 eine Segmentierung für eine ”virtuelle Roadmap-Maske”,
13 eine Erzeugung einer ”virtuellen Roadmap-Maske”,
14 eine ”virtuelle Roadmap-Maske” mit Zusatzinformationen,
15 und 16 Roadmaps mit Zusatzinformationen,
17 eine Segmentierung für eine ”virtuelle Roadmap-Maske”,
18 eine Erzeugung einer ”virtuellen Roadmap-Maske” und
19 eine erfindungsgemäße Roadmap mit einer Vielzahl von Zusatzinformationen.
In der 2 ist eine abdominale Aorta 11 dargestellt, die ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) 12 aufweist. Ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) 12 ist eine Gefaßaussackung an der abdominalen Aorta 11.
Behandelt wird das Aortenaneurysma 12 durch Einsetzen eines Stent-Grafts, also einer Gefäßplastik, wie dies in 3 dargestellt ist. Dazu werden über die beiden Leisten durch die Beinarterien 13 Führungsdrähte 14 und Katheter 15 in die Aorta 11 eingebracht, uber die die Stent-Grafts 16 eingebracht werden.
Bei komplexen Stent-Grafts 16, die die Beinarterien 13 mit umfassen, muss der endgültige Stent manchmal aus ”Teilstents” zusammengesetzt werden, wobei zum Beispiel an einem Aortenstent 17, der durch das AAA in eine der Beinarterien 13 ragt, durch ein sogenanntes Fenster ein Teilstent 18 für die andere Beinarterie 13 ”angeflanscht” wird.
Das Prinzip der Roadmapping-Technik wird nun anhand einer schematischen Darstellung in den 4 bis 6 aufgezeigt. Der Grundgedanke der Roadmapping Technik ist, dem Arzt bei der Untersuchung und Interventionen vor allem in Körperregionen, die wenig Bewegung unterworfen sind, wie der Aorta oder dem Schadel, durch standige Einblendung der Gefäße eine Art ”Landkarte” zum Navigieren von Instrumenten bereitzustellen. Hierbei wird zunachst unter Kontrastmittelgabe ein Maskenbild 20 (4) erzeugt, das beispielsweise einen anatomischen Hintergrund 21 mit einer Kontrastmittel-gefullten Aorta 22 zeigt. Anschließend akquirierte Fluoroskopie-Livebilder 23 (5) werden nun ohne Kontrastmittel aber mit einem eingebrachten Instrument 24 aufgenommen. Zieht man von diesen Fluoroskopie-Livebildern 23 gemäß 5 das Maskenbild 20 gemaß 4 ab, erhält man Roadmap-Bilder 25 (6), auf denen der anatomische Hintergrund 21 ”wegsubtrahiert” wurde. Die Gefäße 26 erscheinen beispielsweise hell, das eingebrachte Instrument 24 dunkel und der wegsubtrahierte anatomische Hintergrund 27 grau.
Anhand der 7 bis 9 wird nun das Prinzip der Roadmapping-Technik gemaß den 4 bis 6 in realen Röntgenbildern am Beispiel eines Aortenaneurysmas 28 gezeigt, das in dem Maskenbild 20 (7) aufgrund von Kontrastmittelgabe vor dem anatomischen Hintergrund 21 zu sehen ist. In den anschließend aufgenommenen Fluoroskopie-Livebildern 23 gemäß 8 ist nun zusätzlich das eingefuhrte Instrument 24 zu erkennen; das Aortenaneurysma 28 ist aber aufgrund des fehlenden Kontrastmittels, wenn überhaupt, nur sehr undeutlich sichtbar.
Durch Subtraktion des Maskenbildes 20 gemaß 7 und dieser Fluoroskopie-Livebilder 23 gemäß 8 erhält man die in 9 gezeigten Roadmap-Bilder 25, auf denen der anatomische Hintergrund 21 nahezu vollständig eliminiert wurde. Die ehemals mit Kontrastmittel gefullten Gefäße 26 und das Aortenaneurysma 28 erscheinen heller als der graue wegsubtrahierte anatomische Hintergrund 27 und das schwarz wiedergegebene Instrument 24. Nun erkennt der Arzt, wohin er das Instrument 24 navigieren muss.
Anhand der 10 und 11 wird nun das Prinzip der 2-D/2-D- sowie der 2-D/3-D-Überlagerung näher erlautert.
Um dem Arzt auch heute schon zusatzliche Informationen zur Unterstützung beim Setzen von AAA-Stents zu geben, wird dem Durchleuchtungsbild ein vorher aufgenommenes Referenzbild anatomisch korrekt überlagert. Dieses Referenzbild kann entweder gemäß 10 eine 2-D-Angiographie 30 (DSA) des abdominalen Aortenaneurysmas 31 oder zweckmaßiger gemaß 11 ein 3-D-Datensatz, beispielsweise eine Computertomographie, des Aortenaneurysmas 31 sein, wie dies symbolisch angedeutet ist.
In 11 ist als Voraussetzung eine 3-D-Segmentierung der Aorta mit dem abdominalen Aortenaneurysma 31 aus dem prainterventionell erzeugten 3-D-Datensatz durchgefuhrt worden, das beispielsweise als 3-D-Gittermodell 32 berechnet werden kann, wie dies in dem Würfel exemplarisch dargestellt ist. Das 3-D-Gittermodell 32 wird in das Durchleuchtungsbild als Segmentierung 33 projiziert, wie dies durch die gepunkteten Linien 34 symbolisiert wird, und man erhalt ein 2-D/3-D-Überlagerungsbild 35 oder Referenzbild.
Für diese 3-D-Überlagerung wird beispielsweise eine vorsegmentierte, pra-operative Computertomographie verwendet. Hier ist also tatsächlich auch kein zusatzliches Kontrastmittel nötig.
In der 10 dagegen liegt kein 3-D-Gittermodell 32 vor, sondern nur die 2-D-Angiographie 30. Das abdominale Aortenaneurysma 31 in der 2-D-Angiographie 30 wird segmentiert und diese 2-D-Segmentierung 36 ins Durchleuchtungsbild projiziert (wenn auch nur aus genau dieser Ansicht) und man erhalt ein 2-D/2-D-Uberlagerungsbild 37 oder Referenzbild.
Fur diese 2-D-Uberlagerung mittels einer DSA ist eine zwar einmalige Kontrastmittelgabe nötig, der Vorteil zur ”normalen” Roadmap ist allerdings, dass gewisse Veränderungen des C-Bogens 2 wie Zoom, SID und/oder kleine Tischbewegungen mitverfolgt werden können.
Dargestellt ist in den Fällen der beiden 10 und 11 immer nur der Umriss der 2-D-Projektion, nicht das volle Modell.
Von der 2-D-Angiographie 30 zum 2-D-Uberlagerungsbild 35 kommt man mit den Schritten

– Segmentierung der Aorta mit dem abdominalen Aortenaneurysma 31 in der 2-D-Angiographie 30 und
– Einblenden der Umrisse der segmentierten Aorta als 2-D-Segmentierung 36 in das native Durchleuchtungsbild.

Prinzipielle Voraussetzung zur erfindungsgemäßen Darstellung ist ein zum C-Bogen registriertes adaptives Referenzbild, wie das anhand der 10 und 11 weiter erlautert wird. Dies kann entweder

– ein zum C-Bogen registrierter 3-D-Datensatz sein, beispielsweise eine vorher durchgeführte CT-Angiographie oder ein während der Intervention aufgenommenes C-Bogen-CT oder
– ein zum C-Bogen registriertes 2-D-Referenzbild (beispielsweise eine DSA), die sich z. B. den verschiedenen Zoom-, SID-, Tischeinstellungen etc. anpasst. (siehe DE 10 2008 023 918 A1 ) SID = Source Image Distance/Rontgenstrahler-Rontgendetektor-Abstand

Im Folgenden wird das Prinzip der erfindungsgemaßen Erzeugung virtueller Roadmap-Maskenbilder der Einfachheit halber anhand eines Aortenaneurysmas beschrieben. Weitere Ausfuhrungs- oder Anwendungsbeispiele finden sich dann unten.
Zweckmäßig ist der zum C-Bogen registrierte 3-D-Datensatz vorsegmentiert. Dabei ist es unerheblich, auf welche Weise dies geschieht, also ob die Aorta beispielsweise

– durch ein mathematisches Verfahren automatisch segmentiert oder
– durch einen Benutzer manuell ”ausgeschnitten” wurde.

Unerheblich fur die erfindungsgemaße Vorrichtung und das erfindungsgemaße Verfahren ist auch, wie diese Segmentierung repräsentiert wird, also beispielsweise

– als Maske, die die nicht zur Segmentierung gehörenden Bereiche ausblendet,
– als Oberflächengitter, das beispielsweise die Wand der segmentierten Aorta umspannt, oder als
– mathematisches Modell, wie beispielsweise eine Kodierung der Centerlines und Oberflächen der Segmentierung als 2-D-Splines oder nicht-uniforme rationale B-Splines (NURBS).

Ziel für das erfindungsgemaße Verfahren ist es, beispielsweise für sich ändernde Angulationen, Tischpositionen etc., ein Maskenbild fur eine Roadmap ohne die erneute oder wiederholte Gabe von Kontrastmittel zu erzeugen. Wird dieses Maskenbild wie bei der konventionellen Roadmap von den Fluoroskopie-Livebildern subtrahiert, ergibt sich wieder die gewohnte Roadmap-Darstellung. Deshalb konzentriert sich die nachfolgende Beschreibung auf die Erzeugung des Maskenbildes.
Fur die Erzeugung des Referenzbildes wird das registrierte und uberlagerte Referenzbild – in diesem Falle also die in das Fluoroskopiebild projizierte 3-D-Segmentierung – verwendet (siehe 12). Vor allem bei segmentierten Referenzbildern ist die genaue Projektion des Gefäßumrisses auf das 2-D-Bild bekannt. Das Maskenbild 25 wird nun einfach dadurch erzeugt, dass die innerhalb der Segmentierung liegenden Bildbereiche des initialen Fluoroskopiebildes ”künstlich” kontrastiert werden (13). Dabei gibt es mehrere Moglichkeiten. Die Pixel-Bereiche innerhalb der Gefäßumrisse können beispielsweise

– einfach auf schwarz gesetzt werden,
– um einen bestimmten ”Offset” (beispielsweise 100 Graustufen in einem 256-stufigen Bild) verdunkelt werden,
– gemäß der (durch die Segmentierung bekannten) lokalen Dicke des Gefäßes ”verdunkelt” werden oder
– gemaß einer mathematischen Vorwärtsprojektion der Segmentierung (DRR) ersetzt, eingefärbt bzw. verdunkelt werden.

Resultat ist in allen Fallen ein Maskenbild 25, dessen Subtraktion von den Fluoroskopie-Livebildern 23 wieder das in den 10 und 11 gezeigte Roadmap-Bild ergibt, allerdings ohne Kontrastmittel geben zu mussen.
Mit Hilfe der 12 und 13 wird nun das Prinzip der Erzeugung einer ”virtuellen Roadmap-Maske” anhand der 2-D/3-D- bzw. 2-D/2-D-Uberlagerung naher erläutert.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ein Maskenbild für eine Roadmap ohne Kontrastmittelgabe erzeugt, wie dies anhand der 12 und 13 verdeutlicht wird. Dafür wird eines der Uberlagerungsbilder 35 oder 37 als Referenzbild verwendet. Aus diesem werden die Aorta und das Aneurysma 38 segmentiert, da vor allem bei segmentierten Referenzbildern 39 die genaue Projektion des Gefaßumrisses auf das 2-D-Bild bekannt ist. Ein Maskenbild 40 wird nun einfach dadurch erzeugt, dass die innerhalb der Segmentierung des Aneurysmas liegenden Bildbereiche als Maske 41 ”künstlich” kontrastiert werden, also beispielsweise auf schwarz gesetzt werden, wie dies in 13 zu sehen ist.
Eine Subtraktion dieses Maskenbildes ergibt nun wieder das in den 10 und 11 gezeigte Roadmap-Bild, allerdings ohne Kontrastmittel geben zu mussen.
Während in ”normalen” Maskenbildern die kontrastierten Gefaße nur flächig gezeigt werden können, konnen in den ”virtuellen” Maskenbildern 40 Zusatzinformationen eingeblendet werden.
So können beispielsweise in der Maske 41 Gefäßverdeckungen 42 beispielsweise durch Aussparungen der Maskenteile hervorgehoben werden, wie dies anhand der 14 gezeigt ist, so dass sich ein quasi-plastischer Eindruck ergibt. Die Gefaßverdeckungen 42 sind lediglich in der Figur zu Demonstrationszwecken der besseren Erkennbarkeit durch Kreise markiert; im Maskenbild 40 müssen sie nicht vorhanden sein, wie dies in 19 dargestellt ist.
Im entsprechenden in 15 gezeigten Roadmap-Bild 43 sind die Gefaßverläufe 44 dann deutlich zu erkennen, was die Navigation beispielsweise des Instruments 24 erheblich erleichtert.
Weiterhin können beispielsweise in der Maske 41 Ostien 45 (einfach durch Aussparen von Maskenteilen) hervorgehoben werden. Im zugehörigen Roadmap-Bild 43 sind die Ostien 45 dann deutlich zu erkennen, wodurch die Navigation betrachtlich erleichtert wird, wie dies anhand der 16 veranschaulicht dargestellt ist. Die Ostien 45 sind ebenfalls zur besseren Erkennbarkeit in der Figur durch Kreise markiert.
Als weitere Zusatzinformationen in der ”virtuellen Roadmap-Maske” kann beispielsweise ein Thrombus hervorgehoben werden. Anhand der 17 ist veranschaulicht dargestellt, wie in dem segmentierten Referenzbild 39 ein Thrombus 46 eingeblendet wird. Im entsprechenden Roadmap-Bild 40 gemäß 18 ist dieser segmentierte Thrombus 46 dann deutlich zu erkennen, was die Navigation erheblich vereinfacht.
In der 19 ist dann das vollstandige erfindungsgemaße Maskenbild 43 mit den zusatzlichen Informationen uber die Gefaßverläufe 44, Gefaßverdeckungen 42, Ostien 45 und den segmentierten Thrombus 46 wiedergegeben. In den deutlich zu erkennenden Gefäßverlaufen 44 kann dann beispielsweise das Instrument 24 sicher navigiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wird dem Arzt für eine komplexe Intervention die für ihn gewohnte Roadmap-Darstellung ermöglicht, ohne wiederholt beispielsweise bei Angulations-Änderungen Kontrastmittel injizieren zu müssen.
Die vorliegende Erfindung schlagt die Erzeugung von Maskenbildern aus den uberlagerten Referenzbildern vor, so dass der Arzt seine gewohnte Roadmap-Darstellung (auch aus beliebigen Angulationen) ohne die wiederholte Gabe von Kontrastmitteln erhalten kann.
Weiterhin ermöglicht diese ”virtuelle” Roadmap-Darstellung, Zusatzinformation einzubringen, die in ”normalen” Roadmap-Darstellungen nicht wiedergegeben werden konnen.
In anderen Ausfuhrungsformen bzw. Erweiterungen konnen erfindungsgemaß in dieser ”virtuellen” Roadmap auch Zusatzinformationen kodiert werden, die eine normale Roadmap-Darstellung nicht bietet.

• Anatomische Referenz: Aufgrund der Segmentierungsinformation kann das Maskenbild so gestaltet werden, dass nach der Subtraktion die Bereiche außerhalb der Aorta nicht ”wegsubtrahiert” werden, sondern weiterhin dargestellt werden. Somit ergibt sich der Vorteil, dass innerhalb der Aorta die Roadmap-Darstellung gilt, wahrend außerhalb die komplette anatomische Referenz mit Wirbeln, Becken, Darm, etc. sichtbar ist.
• Gefäßüberdeckungen (14 und 15): Während in ”normalen” Maskenbildern die kontrastierten Gefäße nur flächig gezeigt werden können, kann in dem ”virtuellen” mehr Information gezeigt werden. So konnen z. B. in der Maske Gefaßverdeckungen (einfach durch Aussparen von Maskenteilen) hervorgehoben werden (14). Im entsprechenden Roadmap-Bild (15) sind die Gefäßverläufe dann deutlich zu erkennen, was die Navigation erheblich erleichtert.
• Gefäßabgange (Ostien, 16): Auch können beispielsweise in der Maske Gefäßabgange oder Ostien hervorgehoben werden. Im entsprechenden Roadmap-Bild sind die Ostien dann deutlich zu erkennen, was die Navigation erheblich erleichtert.
• Weitere Zusatzinformation, beispielsweise Aortenthrombus (19): Wahrend in ”normalen” Maskenbildern nur die tatsächlich kontrastierten Gefaße gezeigt werden können, kann in dem ”virtuellen” Maskenbild auch Zusatzinformation gezeigt werden. Liegt beispielsweise eine Segmentierung eines Thrombus vor, so kann z. B. der entsprechende Umriss in der Maske hervorgehoben werden (17). Im entsprechenden Roadmap-Bild (18) ist der Thrombusverlauf dann deutlich zu erkennen, was die Navigation und das Absetzen eines Stents erheblich erleichtern kann.

Prinzipiell kann das Verfahren auf alle Prozeduren erweitert werden, die von der Uberlagerung (vorsegmentierter) Referenzbilder profitieren, und bei denen üblicherweise die Roadmap-Technik zur Darstellung verwendet wird. Dies sind beispielsweise

• der Austausch von Aortenklappen,
• Interventionen in der Neuroradiologie,
• Interventionen in der Peripherie (Arme, Beine) sowie
• Interventionen in der thorakalen Aorta.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7500784 B2 [0001, 0003, 0010]
DE 102008023918 A1 [0016, 0061]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Cardiology today, January 2011, Seite 36 [0012]

Claims

Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Korperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten (6) mit einem Röntgenstrahler (3), einem Rontgenbilddetektor (4), die an den Enden eines C-Bogens (2) angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte (5) zur Lagerung des Patienten (6), einer Systemsteuerungseinheit (7), einem Bildsystem (8) und einem Monitor (9), dadurch gekennzeichnet, dass in der Systemsteuerungseinheit (7) eine Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines Maskenbildes vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, – dass sie ein adaptives Referenzbild (35, 37) erfasst, – dass sie eine Registrierung des Referenzbildes (35, 37) zum C-Bogen (2) bewirkt, wobei gegebenenfalls eine Segmentierung (33, 36) des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild durchgeführt wird, – dass sie innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegende Bildbereiche zur Erzeugung eines Maskenbildes (20, 40) kontrastiert und – dass sie dieses Maskenbild (20, 40) von durch das Angiographiesystem ohne Kontrastmittel akquirierten Fluoroskopie-Livebildern (23) zu einem Roadmap-Bild (25, 43) subtrahiert, und dass das Bildsystem (8) eine Wiedergabe der Roadmap-Bilder (25, 43) auf dem Monitor (9) bewirkt.
Angiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie auf schwarz gesetzt werden.
Angiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie um einen bestimmten Offset-Wert ”verdunkelt” werden.
Angiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie entsprechend der lokalen Dicke des Gefaßes ”verdunkelt” werden.
Angiographiesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Dicke des Gefaßes aus den Abstanden der mittels der Segmentierung erfassten Gefaßrander errechnet wird.
Angiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie homogen eingefarbt werden.
Angiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie gemäß einer mathematische Vorwartsprojektion der Segmentierung (DRR) ersetzt, eingefärbt bzw. verdunkelt werden.
Angiographiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zum C-Bogen (2) registrierte adaptive Referenzbild ein 2-D-Referenzbild ist, das sich verschiedenen Einstellungen des Angiographiesystems anpasst.
Angiographiesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Einstellungen Veränderungen des Zooms, der SID und/oder von Tischeinstellungen sind.
Angiographiesystem nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zum C-Bogen registrierte adaptive Referenzbild ein 3-D-Datensatz einer vor einer Intervention durchgeführten CT-Angiographie oder einer wahrend der Intervention aufgenommenen C-Bogen-CT-Angiographie ist.
Angiographiesystem nach einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines Maskenbildes eine Einblendung von Zusatzinformationen bewirkt.
Angiographiesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines Maskenbildes durch Aussparungen von Maskenteilen eine Einblendung der Zusatzinformationen bewirkt.
Angiographiesystem nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen Informationen uber Gefaßverlaufe (44), Gefäßverdeckungen (42), Ostien (45) und/oder Thromben (46) sind.
Angiographisches Untersuchungsverfahren eines Organs, Gefaßsystems oder anderer Körperregionen eines Patienten (6) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte: S1) Erfassung eines Referenzbildes (35, 37), S2) Registrierung des Referenzbildes (35, 37) zum C-Bogen (2), wobei gegebenenfalls eine Segmentierung (33, 36) des Untersuchungsobjekts in dem Referenzbild (35, 37) durchgefuhrt wird, S3) Erstellung eines Maskenbildes (20, 40) aus dem Referenzbild (35, 37) für ein Roadmap-Bild (25, 43) bei unterschiedlichen Ausrichtungen des C-Bogens (2), ohne Gabe von Kontrastmittel, S4) Erzeugung von Fluoroskopie-Livebildern (23), S5) Subtraktion des Maskenbildes (20, 40) von den Fluoroskopie-Livebildern (23) zur Erzeugung von Roadmap-Bildern (25, 43) und S6) Wiedergabe der Roadmap-Bilder (25, 43).
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung eines Maskenbildes (20, 40) aus dem Referenzbild (35, 37) gemäß Schritt S4) die innerhalb der Segmentierung (33, 36) des Aneurysmas liegenden Bildbereiche kontrastiert werden.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Segmentierung (33, 36) des Aneurysmas liegenden Bildbereiche dadurch kontrastiert werden, dass sie auf schwarz gesetzt oder dass sie entsprechend der lokalen Dicke des Gefäßes ”verdunkelt” werden.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach einem der Anspruche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Segmentierung gemäß Schritt 3) ein Aneurysma eines Patienten (6) segmentiert wird.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzinformationen (42, 44 bis 46) in das Maskenbild (40) und/oder das Roadmap-Bild (43) eingeblendet werden.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen (42, 44 bis 46) durch Aussparungen von Maskenteilen eingeblendet werden.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen Informationen uber Gefäßverläufe (44), Gefäßverdeckungen (42), Ostien (45) und/oder Thromben (46) sind.