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Die Erfindung betrifft ein angiographisches Untersuchungsverfahren eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten mit einer Selektion einer für die Untersuchung relevanten 3-D-Schicht aus einem Schichtvolumen zur Überlagerung auf 2-D-Projektionsbilder.
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Ein derartiges angiographisches Untersuchungsverfahren kann mit einem Angiographiesystem durchgeführt werden, das beispielsweise aus der
US 7,500,784 B2 bekannt ist und anhand der
1 erläutert wird.
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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 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, 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 Röntgenbilddetektor
4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße angiographische 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 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 einer Tischplatte 5 eines Patientenlagerungstisches 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 Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden.
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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 Röntgensystem auch eine normale decken- oder bodenmontierte Halterung für den C-Bogen 2 aufweisen.
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Anstelle des beispielsweise dargestellten C-Bogens 2 kann das angiographische Röntgensystem auch getrennte decken- und/oder bodenmontierte Halterungen für den Röntgenstrahler 3 und den Röntgenbilddetektor 4 aufweisen, die beispielsweise elektronisch starr gekoppelt sind.
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Traditionelles Roadmapping in endovaskulären Interventionen besteht normalerweise aus einer überlagerten Darstellung einer invertierten zweidimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie(DSA) mit einem Live-Fluoroskopiebild, dem sogenannten 2-D-Roadmapping oder 2-D-Roadmap-Verfahren, wie es beispielsweise in der 2 dargestellt ist.
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Für ein derartiges Roadmap-Verfahren, einem speziellen DSA-Verfahren, das sich mit dem in 1 dargestellten Röntgensystem durchführen lässt und anhand der 2 erläutert wird, wird ein Nativbild aus der Füllungsphase als Maskenbild 10 erzeugt, in dem die Anatomie beispielsweise eines Kopfes 11 sowie ein mit einem Kontrastmittel gefüllter Gefäßbaum 12 zu erkennen sind. Anschließend wird eine Bildserie 13 von Nativbildern generiert, in der unter Fluoroskopie ein Objekt 14, beispielsweise ein Draht oder Katheter, im Gefäßbaum 12 bewegt wird.
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Von der Bildserie 13 von Fluoroskopiebildern, in der das Objekt 14 zu sehen ist, wird das Maskenbild 10 mit kontrastmittelgefülltem Gefäßbaum 12 in einer Subtraktionsstufe 15 abgezogen und ggf. in einer Additionsstufe eine Konstante K zur mittleren Grauwerteinstellung addiert. Weitere Bildverarbeitungsschritte wie Kontrasteinstellung, Kantenanhebung (Edge Enhancement), etc. können folgen, bis man eine aktuelle Bildsequenz von Subtraktionsbildern, eine Subtraktionsserie 16, erhält, in der nur noch das bewegte Objekt 14 im "eingefrorenen" Gefäßbaum 12 (Roadmap) gut zu erkennen ist, wobei die Darstellung derart erfolgt, dass der Gefäßbaum 12 hell gegenüber dem dunklen Hintergrund erscheint.
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In der 3 ist ein Monitorbild einer derartigen 2-D-Roadmap 17 dargestellt, die Informationen über die Anatomie der Gefäße 18 des Gefäßbaums 12 liefert, die den Arzt bei der Navigation und Platzierung eines Katheters 19 unterstützt. Informationen zur momentanen Lage des Katheters 19 und seiner Katheterspitze 20 gewinnt der Arzt aus den in Echtzeit aufgenommenen Fluoroskopiebildern 13. Die Kombination aus beidem führt Informationen zur Anatomie der Gefäße 17 und über den Katheter 18 in einem Bild zusammen. Da es sich bei den DSA-Aufnahmen um Projektionsbilder handelt, kann die aufgenommene 2-D-Roadmap 17 nur für eine bestimmte Angulierung bzw. Winkelstellung des C-Bogens 2 benutzt werden. Sobald eine Bewegung des C-Bogens 2 notwendig wird oder der Patient 6 sich bewegt, muss eine neue 2-D-Roadmap 17 angefertigt werden, um eine akkurate Überlagerung gewährleisten zu können. Diese Mehrfachaufnahmen können im Laufe einer Intervention zu einer großen Menge an notwendigem Kontrastmittel sowie zu einer starken Strahlenbelastung führen.
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Alternativ zur traditionellen Methode wurde vor einiger Zeit ein Roadmap-Verfahren für neuroradiologische Interventionen vorgestellt, die auf der Überlagerung einer dreidimensionalen Subtraktionsangiographie basiert, wie dies beispielsweise von
Sandro Rossitti et al. in "3D Road-Mapping in the Endovascular Treatment of Cerebral Aneurysms and Arteriovenous Malformations" und von
Michael Södermann et al. in "3D Roadmap in Neuroangiography: Technique and Clinical Interest" beschrieben ist. Zu diesem sogenannten 3-D-Roadmapping, das in der
4 veranschaulicht dargestellt ist, wird zuerst einmalig eine 3-D-Rotationsaufnahme
21 des Kopfes
11 unter Zugabe von Kontrastmittel angefertigt und daraus ein Modell eines 3-D-Gefäßbaumes
22 rekonstruiert. Aus vorhandenen winkelabhängigen Kalibrierungsdaten kann so zu jeder möglichen Winkelposition α des C-Bogens
2, die der 3-D-Rotationsaufnahme
21 zugeführt wird, eine passende Projektionsmatrix berechnet werden, die eine akkurate Überlagerung des 3-D-Gefäßbaumes
22 auf ein in dieser Winkelposition α des C-Bogens
2 erstelltes Live-Fluoroskopiebild der Bildserie
13 erlaubt. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist zum Einen der entstehende räumliche Eindruck der Roadmap und zum Anderen die dynamische Anpassung des überlagerten 3-D-Gefäßbaumes
22 an den C-Bogen
2 und Bewegungen der Tischplatte
5 des Patientenlagerungstisches, was eine regelmäßige Erneuerung der Roadmap unnötig macht, und somit die benötigte Kontrastmittelmenge verringert werden kann. Bei dieser dynamischen Anpassung werden die Position des C-Bogens
2, der Tischplatte
5, sowie die SID des Röntgenbilddetektors
4 berücksichtigt – (SID = Source Image Distance, Abstand vom Blendenausgang des Röntgenstrahlers
3 zum Bildeingang des Röntgenbilddetektors
4).
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Als Ergebnis wird die in 5 dargestellte 3-D-Roadmap 23 als Monitorbild auf dem Display der Monitorampel 9 wiedergegeben, das wiederum die Anatomie der Gefäße 18 des 3-D-Gefäßbaumes 22 und den Katheter 19 mit seiner Katheterspitze 20 aus dem Live-Fluoroskopiebild der Bildserie 13 zeigt.
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Je nach Indikation kann es sinnvoll sein, zusätzliche Informationen auf das Live-Fluoroskopiebild der Bildserie 13 zu überlagern. Insbesondere Schichtbilder aus MRT (Magnetresonanztomographie) oder funktionaler CT/MRT (Computertomographie/Magnetresonanztomographie) können hilfreich sein. Dies ist mit der heutigen Technik, dem sogenannten Embedded MPR Overlay, bereits möglich, wie dies anhand der 6 gezeigt wird, in der ein 2-D-Überlagerungsbild 24 aufgrund einer Überlagerung eines fusionierten MRT/3-D-Angio-Datensatzes auf eine 2-D-DSA (Embedded MPR Overlay) wiedergegeben ist. Dabei wird das Schichtvolumen mit einer 3-D-Rotationsaufnahme registriert und kann so mit der bekannten Projektionsmatrix der 3-D-Rotationsaufnahme 21 auf das 2-D-Fluoroskopiebild 13 überlagert werden.
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Das Schichtvolumen ist der vollständige 3-D-Datensatz eines aus einer Vielzahl von Schicht- bzw. Schnittbildern bestehenden, mittels CT und/oder MRT erstellten Volumens.
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Da bei dieser Technik allerdings Schnittbilder, d. h. nur bestimmte Ebenen und nicht das gesamte 3-D-Volumen bzw. Schichtvolumen, auf Projektionsbilder überlagert werden, ist es wichtig, die zu jedem Zeitpunkt jeweils relevante Schicht des Schichtvolumens zu überlagern.
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Die oben genannte MPR (multi planar reformat) ist eine sogenannte multiplanare Reformatierung oder multiplanare Rekonstruktion, ein in der Computertomographie (CT), der Nuklearmedizin, aber auch in der Kernspintomographie (MRT) verwendetes Verfahren der zweidimensionalen Bildrekonstruktion. Zunächst werden aus den Rohdaten des bildgebenden Systems transversale Schnitte erzeugt. Bei der MPR werden aus diesen transversalen Schnitten frontale, sagittale, schräge oder kurvenförmige Schnitte errechnet und dargestellt, um dem Betrachter bei der anatomischen Orientierung zu helfen (siehe auch "Multiplanare Reformation" aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie, vom 19.01.2012).
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Um dem Arzt jeweils die Informationen zur Verfügung zu stellen, die er zu jedem Zeitpunkt benötigt, ist für eine optimale Überlagerung eines sogenannten "Embedded MPRs" eine manuelle Selektion der passenden Schicht aus dem Schichtvolumen notwendig. Da sich die relevante Schicht im Laufe der Intervention immer wieder ändert, da beispielsweise der Katheter 19 immer weiter vorgeschoben wird, kann die manuelle Selektion sehr zeitaufwändig und umständlich sein. Zudem ist es für den Arzt nicht einfach, anhand eines Projektionsbildes die passende Schicht im 3-D-Schichtbild bzw. Schichtvolumen auszuwählen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die interessierende, für eine überlagerte Darstellung relevante Schicht automatisch ausgewählt, aktualisiert und überlagert wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein angiographisches Untersuchungsverfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird für ein angiographisches Untersuchungsverfahren erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
- S1 Erstellung des Schichtvolumens des Untersuchungsobjekts,
- S2 Akquirierung einer 3-D-Rotationsaufnahme des Untersuchungsobjekts,
- S3 3-D/3-D-Registrierung des Schichtvolumens mit der 3-D-Rotationsaufnahme,
- S4 Erstellung der 2-D-Projektionsbilder des Untersuchungsobjekts,
- S5 Detektion eines Details eines Objekts in den 2-D-Projektionsbildern,
- S6 Berechnung einer 3-D-Korrespondenz des Details des Objekts in den 2-D-Projektionsbildern zu der 3-D-Rotationsaufnahme mittels eines Algorithmus,
- S7 Bestimmung einer interessierenden Schicht aus dem mit der 3-D-Rotationsaufnahme registrierten Schichtvolumen aufgrund der gemäß Verfahrensschritt S6 ermittelten 3-D-Korrespondenz und
- S8 Überlagerung und Wiedergabe der gemäß Verfahrensschritt S7 bestimmten 3-D-Schicht mit dem 2-D-Projektionsbild.
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Dadurch wird eine automatische Auswahl der für eine Überlagerung relevante 3-D-Schicht aus einem mit einer 3-D-Rotationsaufnahme fusionierten Schichtvolumen ohne manuelle Selektion durch eine Bedienperson erreicht, so dass sich der Arzt voll auf die Intervention und den Patienten konzentrieren kann, dennoch aber alle relevanten Informationen in Echtzeit zur Verfügung hat.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für die Überlagerung gemäß Schritt S8 diejenige Schicht aus dem Schichtvolumen bestimmt wird, in der die berechnete 3-D-Korrespondenz des Details liegt und deren Ausrichtung der des C-Bogens entspricht.
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Eine dynamische Anpassung bei Bewegungen des interessierenden Details wird erreicht, wenn eine Bewegung des Details des Objekts im 2-D-Projektionsbild detektiert wird und bei erfolgter Bewegung die 3-D-Korrespondenz des Details gemäß Schritt S6 neu berechnet sowie die Schicht zur Überlagerung gemäß Schritt S7 entsprechend gewählt wird.
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Die dynamische Anpassung kann auch erfolgen, wenn nach Detektion des Details des Objekts in den 2-D-Projektionsbildern gemäß Schritt S5 dieses Detail in den nachfolgenden 2-D-Projektionsbildern mit einem Tracking-Algorithmus verfolgt, die 3-D-Korrespondenz des Details gemäß Schritt S6 neu berechnet und die 3-D-Schicht zur Überlagerung gemäß Schritt S7 entsprechend gewählt wird.
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In vorteilhafter Weise kann das Detail eine Objektspitze des Objekts, insbesondere eine Katheterspitze eines Katheters, sein.
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Als erfindungsgemäße Weiterbildung kann die interessierende Schicht des Schichtvolumens eine für die Überlagerung relevante 3-D-Schicht sein.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die interessierende Schicht des Schichtvolumens die 3-D-Schicht ist, in der sich die Katheterspitze befindet.
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In vorteilhafter Weise kann bei Verwendung eines Biplansystems mit zwei Ebenen der Detektionsschritt S5 an beiden Ebenen gleichzeitig durchgeführt und durch eine Triangulierung eine 3-D-Korrespondenz gemäß Schritt S6 berechnet werden.
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In erfindungsgemäßer Weiterbildung kann das Schichtvolumen des Untersuchungsobjekts gemäß Schritt S1 mittels einer Magnetresonanztomographie oder einer Computertomographie erstellt sein.
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Erfindungsgemäß kann die Berechnung der 3-D-Korrespondenz des Details des Objekts gemäß Schritt S6 durch Triangulierung mittels eines Triangulations-Algorithmus erfolgen.
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Zweckmäßigerweise kann das Objekt ein Katheter und die Objektspitze eine Katheterspitze 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 C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
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2 ein bekanntes 2-D-Roadmap-Verfahren,
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3 ein mit dem 2-D-Roadmap-Verfahren gemäß 2 erstellte 2-D-Roadmap,
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4 ein bekanntes 3-D-Roadmap-Verfahren,
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5 ein mit dem 3-D-Roadmap-Verfahren gemäß 4 erstellte 3-D-Roadmap,
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6 eine Überlagerung eines fusionierten MRT/3-D-Angio-Datensatzes auf 2-D-DSA (Embedded MPR Overlay),
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7 ein erfindungsgemäßes Verfahren und
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8 erfindungsgemäße Verfahrensschritte.
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In der 7 ist nun ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt, bei dem ein Schichtvolumen 25 beispielsweise des Kopfes 11 mittels MRT oder CT akquiriert wird. In einem anderen Verfahrensschritt, der vor oder nach der Akquirierung des Schichtvolumens 25 durchgeführt werden kann, wird wie beim Verfahren gemäß 4 einmalig eine 3-D-Rotationsaufnahme 21 des Kopfes 11 unter Zugabe von Kontrastmittel angefertigt und daraus ein Modell eines 3-D-Gefäßbaumes 22 rekonstruiert. Durch eine 3-D/3-D-Registrierung 26 der 3-D-Rotationsaufnahme 21 mit dem Schichtvolumen 25 wird erreicht, dass die Positionen einzelner Punkte im Schichtvolumen 25 denen der gleichen Punkte in der 3-D-Rotationsaufnahme 21 entsprechen, so dass eine akkurate (punkt- und lagegenaue) Überlagerung beider Schichtbilder erfolgen kann.
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Nachfolgend werden in einer Winkelposition α des C-Bogens 2 Live-Fluoroskopiebilder der Bildserie 13 (2-D-Projektionsbilder) monoplan erstellt, in denen das Objekt 14, der Katheter 19 mit seiner Katheterspitze 20, sowie der Kopf 11 als Untersuchungsobjekt des Patienten 6 zu erkennen sind. Zu diesem Punkt in den 2-D-Projektionsbildern 13, der Position der Katheterspitze 20, wird eine 3-D-Korrespondenz 27 zur 3-D-Rotationsaufnahme 21 ermittelt. Aufgrund dieser 3-D-Korrespondenz 27 sowie der 3-D/3-D-Registrierung 26 lässt sich auch eine 3-D-Schicht in dem Schichtvolumen 25 ermitteln oder bestimmen, in der sich die Katheterspitze 20 befindet und deren Ausrichtung der Blickrichtung des C-Bogens 2 entspricht, so dass das 2-D-Projektionsbild 13, das Bild der 3-D-Rotationsaufnahme 21 und das Schichtbild des Schichtvolumen 25 deckungsgleich sind.
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In einer Additionsstufe 28 können nun die in Lage, Blickrichtung und Größe übereinstimmenden Bilder, die Live-Fluoroskopiebilder der Bildserie 13, die Schichtbilder der zur 3-D-Rotationsaufnahme 21 registrierten interessierenden 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25 sowie ggf. die Schichtbilder der 3-D-Rotationsaufnahme 21 fusioniert bzw. überlagert werden, so dass man 2-D-Überlagerungsbilder 29 erhält, in denen der Kopf 11, der 2-D-Gefäßbaum 30 mit eingeführtem Katheter 19 (zur besseren Erkennbarkeit gestrichelt dargestellt) mit seiner Katheterspitze 20 und zusätzliche MPR-Informationen (nicht dargestellt, siehe 6) zu sehen sind.
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Anstelle der additiven Überlagerung kann auch eine subtraktive Überlagerung insbesondere der Schichtbilder der 3-D-Rotationsaufnahme 21 erfolgen, so dass man eine Roadmap-Darstellung erhält.
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Die Katheterspitze 20 wir in zwei verschiedenen 2-D-Projektionsbildern detektiert. Wird ein Biplan-System verwendet, erhält man für jedes C-Bogen-System unmittelbar einen 2-D-Punkt für die Position der Katheterspitze 20. Aus diesen beiden 2-D-Punkten wird die entsprechende 3-D-Korrespondenz 27 berechnet. Anschließend wird über die 3-D/3-D-Registrierung 26 die zugehörige 3-D-Schicht aus dem 3-D-Schichtvolumen 25 ermittelt, die diesen 3-D-Punkt schneidet und mit der aktuellen Winkelposition des C-Bogens übereinstimmt (bzw. falls man für Ebene A und B des Biplansystems eine Schicht überlagern will, sind das entsprechend zwei unterschiedliche Schichten, die diesen 3-D-Punkt mit unterschiedlichen Winkeln schneiden).
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Zur Bestimmung der 3-D-Korrespondenz 27 kann der C-Bogen 2 einer Monoplananlage auch in zwei unterschiedlichen Winkelpositionen α1 und α2 2-D-Projektionsbilder 13 erzeugen.
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In der 8 sind die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wiedergegeben. In einem ersten Schritt S1 wird ein Schichtvolumen 25 mittels MRT oder CT erstellt. In einem Schritt S2 wird eine 3-D-Rotationsaufnahme 21 akquiriert. Dieser zweite Schritt S2 kann vor oder nach der Akquirierung des Schichtvolumens 25 gemäß Schritt S1 durchgeführt werden, da sie gleichwertig sind, wie dies in 8 durch die Anordnung nebeneinander signalisiert wird.
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Ein dritter Schritt S3 bewirkt die 3-D/3-D-Registrierung 26 des Schichtvolumens 25 mit der 3-D-Rotationsaufnahme 21. Nachfolgend werden in einem Schritt S4 ein oder mehrere 2-D-Projektionsbilder 13 des Untersuchungsobjekts 11 erstellt, in dem der Katheters 19 eingeführt ist, so dass er mit seiner Katheterspitze 20 zu erkennen ist. Gemäß einem fünften Verfahrensschritt S5 wird dann die Katheterspitze 20 des Katheters 19 in den 2-D-Projektionsbildern 13 detektiert. In einem sechsten Verfahrensschritt S6 wird zu der Katheterspitze 20 des Katheters 19 die 3-D-Korrespondenz 27 durch einen Algorithmus berechnet. In einem weiteren Verfahrensschritt S7 erfolgt eine Bestimmung der 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25, in der die berechnete 3-D-Korrespondenz 27 der Katheterspitze 20 liegt. Nun kann gemäß Verfahrensschritt S8 die gemäß Verfahrensschritt S7 bestimmte 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25 mit dem 2-D-Projektionsbild 13 fusioniert werden, so dass man das 2-D-Überlagerungsbild 29 erhält. Ebenfalls kann die aufgrund der Winkelposition α des C-Bogens 2 festgelegte 3-D-Rotationsaufnahme 21 additiv oder subtraktiv überlagert werden, so dass auch der 2-D-Gefäßbaum 30 zusammen mit dem Katheter 19 zu erkennen ist. Diese Überlagerung der in den Verfahrensschritten S1, S2 und S4 erstellten Bilder ist durch gestrichelte Linien angedeutet.
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In den fortlaufend erzeugten 2-D-Projektionsbildern 13 wird gemäß einem Verfahrensschritt S9 eine Bewegungsdetektion durchgeführt, die eine Bewegung der Katheterspitze 20 des Katheters 19 aufgrund beispielsweise eines weiteren Vorschubs des Katheters 19 erkennt und daraufhin eine Neuberechnung der 3-D-Korrespondenz gemäß Schritt S6 anstößt. Daraufhin wird die 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25 gemäß Schritt S7 entsprechend neu bestimmt und dann zur Überlagerung gemäß Verfahrensschritt S8 neu ausgewählt. Die Auswertung der Bewegung der Katheterspitze 20 in den 2-D-Projektionsbildern 13 ist durch die gepunktete Linie veranschaulicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren führt also die Auswahl der zu jedem Zeitpunkt relevanten 3-D-Schicht automatisch und dynamisch durch. Bei diesem Verfahren wird von der Annahme ausgegangen, dass jeweils die 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25 von Interesse ist, in der sich die Katheterspitze 20 befindet. Es kann jedoch jedes andere Detail als Ausgangspunkt zur Bestimmung der 3-D-Korrespondenz 27 genommen werden.
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Im ersten Schritt dieses dynamischen Vorgangs wird im 2-D-Projektionsbild 13 die Katheterspitze 20 detektiert und in den folgenden Projektionsbildern 13, beispielsweise mit einem Tracking-Algorithmus, verfolgt. Arbeitet der Arzt an einem Biplansystem, kann dieser Detektionsschritt an beiden Ebenen gleichzeitig durchgeführt und durch Triangulierung eine 3-D-Korrespondenz 27 berechnet werden. Da die Projektionsmatrix der 3-D-Rotationsaufnahme 21 bekannt ist, entspricht der berechnete 3-D-Punkt der 3-D-Position der Katheterspitze 20 in der 3-D-Rotationsaufnahme 21. Da zur Fusionierung von 3-D-Rotationsaufnahme 21 und Schichtvolumen 25 eine 3-D/3-D-Registrierung 26 durchgeführt werden muss, kann daraus auch die 3-D-Position der Katheterspitze 20 im Schichtvolumen 25 berechnet werden.
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Triangulierung oder Triangulation ist ein bekanntes Grundkonzept im Bereich der Computer Vision. Es bedeutet: aus zwei bekannten 2-D-Projektionen eines Punktes (in zwei Ebenen) die 3-D-Koordinaten des Punktes zurückzurechnen. Eine derartige Triangulierung zur Berechnung der 3-D-Korrespondenz 27 ist beispielsweise bei "Triangulation (computer vision)" von Wikipedia, the free encyclopedia, vom 13 November 2011, beschrieben (http://en.wikipedia.org/wiki/Triangulation_(computer_vision)).
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Bei nur einer verfügbaren Ebene müssen komplexere Algorithmen zur Berechnung des korrespondierenden 3-D-Punktes angewandt werden, wie dies beispielsweise von
Frederik Bender, et al. in "3D Dynamic Roadmapping for Abdominal Catheterizations", MICCAI 2008, Part II, LNCS 5242, Seiten 668 bis 675, beschrieben ist.
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Für die Überlagerung wird nun diejenige 3-D-Schicht aus dem Schichtvolumen 25 gewählt, in der die berechnete 3-D-Korrespondenz 27 der Katheterspitze 20 liegt. Bewegt sich die Katheterspitze 20 im 2-D-Projektionsbild 13, wird deren 3-D-Korrespondenz 27 neu berechnet und die 3-D-Schicht zur Überlagerung entsprechend neu gewählt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zusammenfassend folgende Schritte zur automatischen Auswahl der für eine Überlagerung relevanten 3-D-Schicht aus einem mit einer 3-D-Rotationsaufnahme 21 fusionierten Schichtvolumen 25 (Embedded MPR Overlay):
- 1) Voraussetzung:
Das Schichtvolumen 25 ist mit einer 3-D-Rotationsaufnahme 21 registriert.
- 2) Annahme:
Die Katheterspitze 20 liegt in der relevanten 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25.
- 3) Eine Detektion der Katheterspitze 20 erfolgt in den 2-D-Projektionsbildern 13.
- 4) Eine Berechnung der 3-D-Korrespondenz 27 des Katheters wird durch Triangulierung oder alternativem Algorithmus durchgeführt.
- 5) Eine Auswahl der 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25, in der die 3-D-Korrespondenz 27 der Katheterspitze 20 liegt, wird getroffen.
- 6) Eine Überlagerung der gewählten 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25 auf ein 2-D-Projektionsbild 13
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Die Vorteile der vorliegenden Patentanmeldung sind:
- – Automatische Auswahl der relevanten 3-D-Schicht des Schichtvolumens 25,
- – dynamische Anpassung bei Bewegungen der Katheterspitze 20 (des interessierenden Details) und
- – keine manuelle Selektion mehr notwendig, d. h., der Arzt kann sich voll auf die Intervention und den Patienten konzentrieren und hat dennoch alle relevanten Informationen in Echtzeit zur Verfügung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7500784 B2 [0002, 0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Sandro Rossitti et al. in "3D Road-Mapping in the Endovascular Treatment of Cerebral Aneurysms and Arteriovenous Malformations" [0015]
- Michael Södermann et al. in "3D Roadmap in Neuroangiography: Technique and Clinical Interest" [0015]
- http://en.wikipedia.org/wiki/Triangulation_(computer_vision) [0056]
- Frederik Bender, et al. in "3D Dynamic Roadmapping for Abdominal Catheterizations", MICCAI 2008, Part II, LNCS 5242, Seiten 668 bis 675 [0057]
