DE102011076811A1

DE102011076811A1 - Verfahren zum Abbilden des Inneren eines Körpers

Info

Publication number: DE102011076811A1
Application number: DE102011076811A
Authority: DE
Inventors: Yung Lin Lin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-06
Also published as: DE102011076811A8

Abstract

Mithilfe eines Endoskops lässt sich eine innere Oberfläche in einem Patientenkörper betrachten. Verborgen sind die Strukturen hinter dieser inneren Oberfläche. Informationen über diese Strukturen lassen sich jedoch mit nicht-invasiver Bildgebung gewinnen, und das Endoskopbild S14 kann mit nichtinvasiv gewonnenen Bilddaten überlagert werden (S20, S26), sodass der behandelnde Arzt sehr schnell über die gewünschte Information verfügt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbilden des Inneren eines Körpers, z. B. des Magens eines Patienten von innen. Insbesondere gastroenterologische Eingriffe werden zunehmend minimalinvasiv mithilfe von Endoskopen durchgeführt. Das Endoskop wird in den Körper eingeführt, sendet elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, Infrarotlicht oder Ultraviolettlicht aus, und diese Strahlung (dieses Licht) wird von der inneren Oberfläche des Körpers zurückreflektiert und von dem Endoskop wieder empfangen und, z. B. über einen Lichtleiter, an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet, sodass man ein Oberflächenbild einer inneren Oberfläche des Körpers erhält.
Ein behandelnder Arzt kann bei einem gastroenterologischen Eingriff somit den Magen von innen sehen und mittels eines chirurgischen Geräts an dem Endoskop dann behandeln.
Das Blickfeld des behandelnden Arztes durch das Endoskop ist auf ein kleines, typischerweise rundes Gebiet eingeschränkt. Es fehlt jegliche Information über Strukturen unterhalb der Oberfläche des Magens. Will der behandelnde Chirurg Schnitte in den Magen vornehmen, so bedeutet dies, dass er nicht exakt weiß, was sich hinter der Magenwand befindet, und was somit bei einem solchen Schnitt möglicherweise beschädigt werden könnte.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abbilden des Inneren eines Körpers bereitzustellen, durch das, insbesondere bei einer chirurgischen Behandlung, der behandelnde Arzt, besser über die physiologischen Gegebenheiten eines Patienten informiert ist als bisher.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt auch eine nicht-invasive Bildgebung des Körperinneren. Hierbei gewonnene Bilddaten werden mit dem durch das Endoskop gewonnenen Oberflächenbild zu einer Darstellung verarbeitet, bei der man neben der inneren Oberfläche des Körpers auch darunter bzw. dahinterliegende Strukturen erkennt, welche mithilfe des Endoskops alleine nicht sichtbar sind.
Durch die Erfindung werden dem behandelnden Arzt somit bei beispielsweise einem gastroenterologischen Eingriff Strukturen dargestellt, die er bisher nicht sehen konnte, z. B. bei dem Magen dasjenige, was sich jenseits der Außenwand des Magens befindet oder gegebenenfalls in der Magenwand verlaufende Blutgefäße etc.
Auf diese Weise wird der behandelnde Arzt darin unterstützt, eine möglichst optimale Diagnose zu stellen und eine möglichst gute Behandlung durchzuführen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die nicht-invasive Bildgebung mithilfe von Röntgenstrahlung. In Röntgenbildern sind insbesondere solche Strukturen sichtbar, die durch Endoskope nicht abgebildet werden, sodass Röntgenbildgebung zur endoskopischen Bildgebung in vorteilhafter Weise hinzutritt.
Genauso kann die nicht-invasive Bildgebung auch mithilfe eines Kernspintomographen erfolgen. Auch ein Kernspintomograph ermöglicht es, durch ein invasives Instrument nicht zugängliche Strukturen abzubilden.
Schließlich kann die nicht-invasive Bildgebung auch noch mithilfe Ultraschall erfolgen. Ultraschall ist ein besonders schonendes und schnell durchführbares Verfahren.
Andere Arten von nicht-invasiver Bildgebung sind denkbar, die vorliegend eingesetzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die nicht-invasive Bildgebung zumindest teilweise vor dem Abbilden mithilfe des Endoskops, also insbesondere auch vor dem Einführen des Endoskops in den Körper. Insbesondere bei einer präinterventionellen Bildgebung können solche bildgebenden Systeme genutzt werden, die während eines Eingriffs störend wären; dies gilt z. B. für eine Röntgen-Computertomographie-Anlage oder auch für einen Kernspintomographen.
Genauso kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die nicht-invasive Bildgebung zumindest teilweise bei eingeführtem Endoskop erfolgt. Dann ist insbesondere eine Zuordnung von Strukturen erleichtert, es kann während der Intervention durch die Bildgebung ein sich geändert habender Zustand dargestellt werden etc.
Im Einzelnen wird es jeweils auf die Art des Eingriffs und den Zustand des Patienten ankommen, ob die nicht-invasive Bildgebung vollständig vor dem Einführen des Endoskops, während des Eingriffs mit dem Endoskop, also bei eingeführtem Endoskop, oder teilweise davor und teilweise währenddessen erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in einem Schritt des Abgleichens, den man aus bildgebenden Verfahren unter dem Begriff des Registrierens kennen kann, in dem Oberflächenbild enthaltene Abbildungen von Körperstrukturen solchen Abbildungen derselben Körperstruktur zugeordnet, die mithilfe der nicht-invasiven Bildgebung gewonnen werden. Im Beispiel eines gastroenterologischen Eingriffs kann beispielsweise das Mageninnere als solches im Schritt des Abgleichens erkannt werden, damit die Magenwand oder außerhalb der Magenwand liegende Objekte in dem Körper dann zusätzlich zur von dem Endoskop abgebildeten Mageninnenwand sichtbar gemacht werden können.
Alternativ zum Abgleichen anhand der in der Darstellung zusammenzufassenden Bildelemente kann vorgesehen sein, dass das Endoskop einen Sensor umfasst, der drei Raumkoordinaten und zumindest in zwei Richtungen die Ausrichtungen des Endoskops misst, ggf. auch in eine dritte Richtung. Anhand der Messwerte des Sensors werden dann Abbildungen von Körperstrukturen in dem Oberflächenbild solchen Abbildungen derselben Körperstrukturen zugeordnet, die mithilfe der nicht-invasiven Bildgebung gewonnen werden. Somit kann mithilfe der Sensorwerte eine Zuordnung der Bildelemente des Oberflächenbilds zu Bilddaten, die bei der nicht-invasiven Bildgebung gewonnen werden, ständig und immer wieder erfolgen, damit z. B. bei einem Verschieben oder einem Drehen des Endoskops in dem Körper die Darstellung jedes Mal aktualisiert werden kann.
Die Zuordnung erfolgt hierbei bevorzugt aufgrund einer Eichung mithilfe von Patientenbildern, insbesondere von Röntgenbildern. Insbesondere kann das Endoskop mit dem Sensor abgebildet werden, sodass dann das Koordinatensystem des bildgebenden Systems, das die Röntgenbilder gewinnt, in Bezug zum Koordinatensystem des Sensors gesetzt werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das Gewinnen von Oberflächenbildern und das Durchführen der nichtinvasiven Bildgebung sowie das Verarbeiten der Bilddaten und der Oberflächenbilder wiederholt durchgeführt: Es wird somit ständig oder wiederholt ein neues Endoskopbild aufgenommen, und es erfolgt anhand wiederholt gewonnener Bilder, z. B. Röntgen-Fluroskopiebilder oder Ultraschallbilder, jedes Mal eine neue überlagerte Darstellung. Der behandelnde Arzt kann daher während der Behandlung seine Schritte ständig kontrollieren, sodass in erhöhtem Maße für einen Erfolg der Behandlung gesorgt ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der die einzige Figur, 1, ein Flussschaubild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Vorliegend soll ein gastroenterologischer Eingriff an einem Patienten durchgeführt werden.
Optional wird in Schritt S10 vor dem Eingriff ein 3D-Bilddatensatz des Patienten bzw. seines Magens gewonnen, z. B. mithilfe eines Röntgen-Computertomographen, eines Kernspintomographen etc. Typischerweise wird der Patient sodann in einen Behandlungsraum verlegt, sodass der 3D-Bilddatensatz auf eine geeignete Datenverarbeitungseinrichtung zu überspielen ist.
Alternativ oder zusätzlich kann in Schritt S12 im Behandlungsraum, in dem der Eingriff erfolgt, ein 3D-Bilddatensatz des Patienten gewonnen werden, z. B. kann mithilfe eines Röntgenangiographiesystems der Firma Siemens mit dem Namen DynaCT^® ein 3D-Bilddatensatz nach Art eines Computertomographie-Bilddatensatzes gewonnen werden, auch wenn es sich im strengen Sinn nicht um eine Computertomographieanlage handelt. Das Röntgenangiographiesystem erlaubt es, zudem einzelne Bilddatensätze zu späteren Zeitpunkten zu gewinnen. Bei niedriger Röntgendosis bezeichnet man diese als Fluroskopiebilder.
In Schritt S14 wird von einem in den Magen des Patienten eingeführten Endoskop ein Endoskopbild gewonnen.
Nun steht entweder der Bilddatensatz gemäß Schritt S10’ oder der Bilddatensatz gemäß Schritt S12 zur Verfügung, gegebenenfalls stehen beide zur Verfügung. Es kann somit ein Schritt des Zuordnens der Bilddaten zueinander erfolgen, nämlich der Bilddaten des Endoskopbilds S14 einerseits zu einem 3D-Bilddatensatz. Unter dem Namen des Registrierens ist dieses Zuordnen, also das Angeben einer Abbildung von einem 3D-Datensatz auf einen anderen Datensatz bekannt, in einer Ausführungsform als bildbasiertes Registrieren bekannt, das in Schritt S16a durchgeführt werden kann. Alternativ hierzu kann in Schritt S16b ein sensorbasiertes Registrieren durchgeführt werden: An dem Endoskop befinden sich ein oder mehrere Sensoren, die die Koordinaten z. B. des Endoskopkopfes messen, genauso wie auch seine Ausrichtung. Ergänzend können in Schritt S18 einzelne Aufnahmen mit dem Röntgenangiographiesystem gewonnen werden (einzelne DynaCT^®-Aufnahmen), in denen das Endoskop und der Sensor sichtbar sind. Auf diese Weise lässt sich eine Eichung vornehmen, es lässt sich also zu den Koordinaten des Sensors und zu den Informationen über seine Ausrichtung zuordnen, welche Perspektive durch das Endoskopbild gezeigt wird. Dann lässt sich eine entsprechende Perspektive zum 3D-Bilddatensatz berechnen. Somit kann in Schritt S20 eine überlagerte Darstellung bereitgestellt werden. Das Endoskopbild zeigt lediglich ein Oberflächenbild der Mageninnenwand. Durch die zusätzlichen Bilddaten aus dem 3D-Bilddatensatz stehen Informationen zum Inneren der Mageninnenwand, etwa zu Blutgefäßen in selbiger, sowie zu Organ- und Blutgefäßen außerhalb des Magens zur Verfügung. Mithilfe einer geeigneten Bildverarbeitungseinrichtung lässt sich dann das Oberflächenbild derart ergänzen, dass man gewissermaßen hinter der Oberfläche noch die hinter der Mageninnenwand befindlichen Strukturen „durchscheinen“ sieht. Derartige Darstellungen lassen sich einfach aus einem Datensatz berechnen. Zum Beispiel bei einem Röntgenbilddatensatz lässt sich eine virtuelle Lichtquelle an einen bestimmten Ort platzieren und berechnen, welche Objekte dann wie aussehen und welchen Schatten sie werfen.
Im Laufe der Behandlung des Patienten kann in Schritt S22 abermals ein Endoskopiebild gewonnen werden, sofern nicht ohnehin die Bildgebung fortlaufend erfolgt. In Schritt S24 kann sodann zudem ein Fluroskopiebild gewonnen werden; dies gilt insbesondere bei vorheriger Durchführung des Schrittes S12, bei der das Röntgenangiographiesystem durch das Registrieren in Schritt S16a und S16b den Endoskopkoordinaten zuordenbar ist. Alternativ kann in Schritt S24 auch ein Ultraschallbild bereitgestellt werden. Es erfolgt sodann in Schritt S26 eine abermalige überlagerte Darstellung.
Die Schritte S22, S24, S26 können beliebig oft wiederholt werden. Der behandelnde Arzt sieht somit in ständiger Folge um durch das Endoskop nicht zugängliche Informationen ergänzte Endoskopbilder und kann daher seinen Patienten optimal behandeln.

Claims

Verfahren zum Abbilden des Inneren eines Körpers, bei dem ein Endoskop in den Körper eingeführt wird, welches elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, Infrarotlicht oder Ultraviolettlicht, aussendet und die rückreflektierte Strahlung empfängt, sodass man ein Oberflächenbild einer inneren Oberfläche des Körpers erhält, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine nicht-invasive Bildgebung zum Körperinneren durchgeführt wird, wobei hierbei gewonnene Bilddaten mit dem Oberflächenbild zu einer Darstellung verarbeitet werden, sodass ein Betrachter neben der inneren Oberfläche des Körpers auch darunter- bzw. dahinterliegende Strukturen erkennt, die mithilfe des Endoskops alleine nicht sichtbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-invasive Bildgebung mithilfe von Röntgenstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-invasive Bildgebung mithilfe eines Kernspintomographen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-invasive Bildgebung mithilfe von Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-invasive Bildgebung zumindest teilweise vor dem mithilfe des Endoskops erfolgenden Abbilden erfolgt (S10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-invasive Bildgebung zumindest teilweise bei in den Körper eingeführtem Endoskop erfolgt (S12).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schritt (S16a) des Abgleichens in dem Oberflächenbild enthaltene Abbildungen von Körperstrukturen solchen Abbildungen derselben Körperstrukturen zugeordnet werden, die mithilfe der nicht-invasiven Bildgebung gewonnen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop zumindest einen Sensor umfasst, der drei Koordinaten und zumindest in zwei Richtungen die Ausrichtung des Endoskops misst, wobei anhand der Messwerte des zumindest einen Sensors Abbildungen von Körperstrukturen in dem Oberflächenbild solchen Abbildungen derselben Körperstrukturen zugeordnet werden (S16b), die mithilfe der nicht-invasiven Bildgebung gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung aufgrund einer Eichung mithilfe eines Röntgenbildes (S18) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinnen von Oberflächenbildern (S14, S22) und das Durchführen der nicht-invasiven Bildgebung (S12, S24) wie das Verarbeiten (S20, S26) der bei der nicht-invasiven Bildgebung gewonnenen Bilddaten und des jeweiligen Oberflächenbildes wiederholt durchgeführt wird.