DE102014110570A1 - An imaging apparatus and method combining functional imaging and ultrasound imaging - Google Patents

An imaging apparatus and method combining functional imaging and ultrasound imaging Download PDF

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Abstract

Ein System zur medizinischen Bildgebung umfasst eine funktionellen Detektor, eine Ultraschallsonde, eine optische Kamera, und eine Kontrolleinheit, wobei die optische Kamera an einem von dem funktionellen Detektor und der Ultraschallsonde angebracht ist, und die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, die Position der von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von der funktionellen Detektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen, das ortsfest zur Kamera ist. Weiter wird ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.A medical imaging system includes a functional detector, an ultrasound probe, an optical camera, and a control unit, wherein the optical camera is attached to one of the functional detector and the ultrasound probe, and the control unit is configured to detect the position of the optical Camera detected each other from the functional detector and the ultrasonic probe in a coordinate system that is fixed to the camera. Furthermore, a corresponding method is proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bilderzeugung und Methoden zur Bilderzeugung, speziell auf ein entsprechendes System aus Nuklearbild-gebenden Geräten oder anderen funktionalen Detektoren mit Ultraschallsonden.The present invention relates to an image forming apparatus and methods, especially to a corresponding system of nuclear imaging devices or other functional detectors with ultrasonic probes.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Qualitativ hochwertige Bilderzeugung ist von großem Interesse für einen weiten Bereich von Anwendungen. Insbesondere im medizinischen Bereich, wo die Gesundheit eines Patienten davon abhängen kann, ist eine bestmögliche Bilderzeugung beispielsweise als Basis für Operationen am Patienten wünschenswert.High quality imaging is of great interest to a wide range of applications. Particularly in the medical field, where the health of a patient may depend on it, the best possible imaging, for example, as a basis for operations on the patient is desirable.

Für gewöhnlich werden medizinische Bilder entweder präoperativ erzeugt, wie etwa durch Computertomographie (CT), Kernspintomographie (NMR, MR, MRI, MRT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Einzelphotonen-Emissions-Tomographie (SPECT), Ultraschall (US) – oder andererseits intraoperativ erzeugt, wie etwa durch CT, MRI, Ultraschall oder Freihand-SPECT. Auch ein Registrieren von Bildern ist bekannt, beispielsweise das Registrieren eines anatomischen Bildes, wie etwa eines CT-, MRI- oder Ultraschallbilds mit einem funktionellen Bild wie etwa einem PET- oder SPECT-Bild, d. h. einem Bild, das die örtliche Verteilung einer Funktion bzw. einer Körperaktivität sichtbar macht. Solche registrierten Bilder können beispielsweise bei Tumoroperationen helfen zu entscheiden, welche Gewebeteile aus der anatomischen und funktionellen Information herauszuschneiden sind. Wünschenswert sind möglichst aktuelle und hochwertige Bilder, da so vermieden werden kann, gesundes Gewebe zu schädigen oder krankes aus Versehen nicht zu entfernen.Usually, medical images are either generated preoperatively, such as computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (NMR, MRI, MRI), positron emission tomography (PET), single-photon emission tomography (SPECT), ultrasound (US) Or otherwise generated intraoperatively, such as by CT, MRI, ultrasound or freehand SPECT. It is also known to register images, for example registering an anatomical image, such as a CT, MRI or ultrasound image, with a functional image, such as a PET or SPECT image, i. H. an image that visualizes the spatial distribution of a function or body activity. Such registered images may, for example, help in tumor surgery to decide which tissue pieces to excise from the anatomical and functional information. It is desirable to have the most up-to-date and high-quality images, as this can avoid harming healthy tissue or accidentally removing it by accident.

Aus dem Stand der Technik ist die Kombination von nuklearbildgebenden Verfahren mit anatomischen Bilddaten bekannt. Zu nennen sind etwa die Produkte BrightView XCT des Unternehmens Philips, bei dem Daten aus SPECT und CT kombiniert werden, oder das Siemens Biograph TruePoint zur Kombination von PET-Daten mit CT-Daten. Bei solchen Systemen ist eine Registrierung zwischen den Daten aus anatomischer Bildgebung und funktioneller (nuklearbildgebender) Bildgebung durch Nutzung der konstruktiv bedingten, bekannten geometrischen Zusammenhänge zwischen den beiden Detektortypen möglich.From the prior art, the combination of nuclear imaging methods with anatomical image data is known. These include BrightView XCT from Philips, which combines data from SPECT and CT, and Siemens Biograph TruePoint, which combines PET data with CT data. In such systems, registration between the anatomical imaging and functional (nuclear imaging) imaging data is possible by utilizing the constructive, known geometric relationships between the two types of detectors.

Bei anderen Systemen erfolgt die Fusion durch Registrierung der beiden Bildarten. Die Registrierung kann dabei Punkt-basiert, Punkt/Ebene-basiert, oder Bild-basiert durchgeführt werden. Funktionelle Informationen sind dabei generell nicht in Echtzeit verfügbar. Bekannt ist insbesondere das Tracking, also die Nachverfolgung, von oft handgehaltenen freibeweglichen Nuklearsonden bzw. -Detektoren, insbesondere während eines chirurgischen Eingriffs, durch Trackingsysteme (Nachverfolgungssysteme) zur Bestimmung der Position und Orientierung von Operationsinstrumenten und Bildgebungsgeräten. Dies ist etwa in dem Artikel von T. Oliveira-Santos et al.: ”A navigation system for percutaneous needle interventions based on PET/CT images: Design, workflow and error analysis of soft tissue and bone punctures”, in: Computer Aided Surgery, 2011, Vol. 16, No. 5, Seiten 203–219 beschrieben. Realisiert ist dies etwa in dem Produkt CAS-One IR des Unternehmens Cascination.Other systems merge by registering the two types of images. The registration may be point-based, point / level-based, or image-based. Functional information is generally not available in real time. In particular, the tracking, ie the tracking, of often hand-held freely movable nuclear probes or detectors, in particular during a surgical procedure, by tracking systems (tracking systems) for determining the position and orientation of surgical instruments and imaging devices is known. This is about in the Article by T. Oliveira-Santos et al .: "A navigation system for percutaneous needle intervention based on PET / CT images: Design, workflow and error analysis of soft tissue and bone punctures", in: Computer Aided Surgery, 2011, Vol. 16, no. 5, pages 203-219 described. This is realized, for example, in the CAS-One IR product from Cascination.

Bei der Kombination von Bildern aus funktionalen Daten von Nukleardetektoren mit anderen bildgebenden Verfahren, insbesondere Ultraschall, wird die Positionsbestimmung des Nukleardetektors und der weiteren bildgebenden Sonden oder Detektoren im allgemeinen über ein externes Trackingsystem durchgeführt. Dazu sind meist optische Tracking-Marker auf einer Nuklearsonde bzw. dem Nukleardetektor, sowie auf den weiteren bildgebenden Sonden wie etwa einer einzelnen Ultraschallsonde angebracht, wie dies in der WO 2014 080013 A1 gezeigt ist. Das Trackingsystem ist dabei als externes Gerät ausgeführt, das etwa über einen optischen Bildsensor die Position der Trackingmarker detektiert. Die gewonnenen Daten werden dabei in einer Kontrolleinheit verarbeitet und so die Position der einzelnen Sonden bestimmt, etwa im Operationsfeld. Bekannt sind zudem funkgestützte bzw. elektromagnetische Trackingverfahren, die etwa in den Produkten Aurora des Unternehmens Northern Digital sowie DriveBAY von Ascension realisiert sind.When combining images of functional data from nuclear detectors with other imaging methods, in particular ultrasound, the position of the nuclear detector and the other imaging probes or detectors is generally carried out via an external tracking system. For this purpose, optical tracking markers are usually mounted on a nuclear probe or the nuclear detector, as well as on the other imaging probes such as a single ultrasound probe, as shown in the WO 2014 080013 A1 is shown. The tracking system is designed as an external device that detects the position of the tracking markers via an optical image sensor, for example. The data obtained are processed in a control unit and thus determines the position of the individual probes, such as in the surgical field. Also known are radio-based or electromagnetic tracking methods, which are implemented in the products Aurora of the company Northern Digital and DriveBAY from Ascension.

Es ist zudem auch eine Kombination eines SPECT-Systems mit einem Ultraschall-System bekannt, wobei die beiden Sonden jeweils von eigenen Tracking-Systemen nachverfolgt werden. Mittels einer gemeinsamen kalibrierten Referenz wird die Transformation zwischen den Koordinatensystemen der beiden Tracking-Geräte ermittelt. Die Fusion der beiden Bildsignale kann somit registrierungsfrei erfolgen, jedoch stehen keine funktionalen Informationen in Echtzeit zur Verfügung. Dies ist etwa aus der WO 2014 080013 A1 bekannt. Weitere Ansätze umfassen in Ultraschall-Sonden integrierte Gammakameras, wobei jedoch durch die Orthogonalität der Ebenen des Gamma-Kamera-Bilds und des Ultraschall-Bilds eine Fusion erschwert wird. Dies wurde etwa gezeigt in R. Pani, R. Pellegrini et al.: ”Dual Modality Ultrasound-SPECT Detector for Molecular Imaging” .It is also known a combination of a SPECT system with an ultrasound system, wherein the two probes are each tracked by their own tracking systems. By means of a common calibrated reference, the transformation between the coordinate systems of the two tracking devices is determined. The fusion of the two image signals can thus be registration-free, but no functional information is available in real time. This is about from the WO 2014 080013 A1 known. Other approaches include gamma cameras built into ultrasound probes, but the orthogonality of the planes of the gamma camera image and the ultrasound image makes fusion more difficult. This was shown in about R. Pani, R. Pellegrini et al .: "Dual Modality Ultrasound-SPECT Detector for Molecular Imaging" ,

Zudem gibt es einen Trend, funktionale Nuklearbildgebung durch weniger Patienten-belastende, alternative funktionale Bildgebung zu ersetzen, z. B. in der Tumordiagnostik.In addition, there is a trend to replace functional nuclear imaging with less patient-burdening, alternative functional imaging, e.g. B. in tumor diagnostics.

Nachteile der bekannten Ansätze sind zum Beispiel ein komplizierter Aufbau, großer Platzbedarf, hohe Kosten und eine generelle Inflexibilität in Bezug auf die Verwendung von Standard-Ultraschallsonden bzw. -geräten. Disadvantages of the known approaches are, for example, a complicated structure, large space requirements, high costs and a general inflexibility with respect to the use of standard ultrasound probes or devices.

Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Verfahren zur fusionierten Bildgebung bereitzustellen, das die Nachteile der bekannten Ansätze vermeidet.Against this background, the object of the present invention is to provide a system and method for fused imaging that avoids the disadvantages of the known approaches.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die oben angesprochenen Probleme werden zumindest teilweise gelöst durch Systeme zur medizinischen Bildgebung gemäß Anspruch 1 und 16, und ein Verfahren gemäß Anspruch 7.The above-mentioned problems are at least partially solved by medical imaging systems according to claims 1 and 16, and a method according to claim 7.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein System zur medizinischen Bildgebung vorgeschlagen. Es umfasst einen Nukleardetektor, eine Ultraschallsonde, eine optische Kamera, und eine Kontrolleinheit, wobei die optische Kamera an einem von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde angebracht ist, und die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, die Position der von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen, das ortsfest zur Kamera ist.In one embodiment, a medical imaging system is proposed. It comprises a nuclear detector, an ultrasound probe, an optical camera, and a control unit, wherein the optical camera is mounted on one of the nuclear detector and the ultrasound probe, and the control unit is adapted to detect the position of the others detected by the optical camera Nuclear detector and the ultrasonic probe in a coordinate system that is fixed to the camera.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung vorgeschlagen. Es umfasst das Bereitstellen eines Nukleardetektors, Bereitstellen einer Ultraschallsonde, Bereitstellen einer optischen Kamera, wobei die optische Kamera an einem von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde angebracht ist, das Bereitstellen einer Kontrolleinheit, Aufnehmen von Daten des Nukleardetektors, Aufnehmen von Ultraschalldaten, Aufnehmen von Daten der optischen Kamera, und das Errechnen der Position der von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde, in einem Koordinatensystem, das ortsfest zur Kamera ist, sowie das Projizieren von Bilddaten des Nukleardetektors auf die Ultraschallbilddaten.In a further embodiment, a method for medical imaging is proposed. It comprises providing a nuclear detector, providing an ultrasound probe, providing an optical camera, wherein the optical camera is attached to one of the nuclear detector and the ultrasound probe, providing a control unit, acquiring data of the nuclear detector, acquiring ultrasound data, taking data of the optical camera, and calculating the position of the other of the nuclear detector and the ultrasonic probe detected by the optical camera, in a coordinate system fixed to the camera, and projecting image data of the nuclear detector onto the ultrasonic image data.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein System zur medizinischen Bildgebung vorgeschlagen. Es umfasst einen funktionalen Detektor, eine Ultraschallsonde, eine optische Kamera, eine Kontrolleinheit, wobei die optische Kamera an einem von dem funktionalen Detektor und der Ultraschallsonde angebracht ist, und die Kontrolleinheit dazu eingerichtet ist, die Position des von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem funktionalen Detektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen, das ortsfest zur Kamera ist.In a further embodiment, a system for medical imaging is proposed. It comprises a functional detector, an ultrasound probe, an optical camera, a control unit, wherein the optical camera is mounted on one of the functional detector and the ultrasound probe, and the control unit is adapted to detect the position of the other of each detected by the optical camera the functional detector and the ultrasonic probe in a coordinate system that is fixed to the camera.

Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zur Bildgebung mittels eines Systems mit einem funktionalen Detektor.Further embodiments relate to a method for imaging by means of a system with a functional detector.

Weitere Merkmale, Aspekte und Details, die mit hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, werden in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Abbildungen offenbart.Other features, aspects, and details that may be combined with embodiments described herein are disclosed in the dependent claims, the description, and the drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Damit die zuvor aufgeführten Merkmale im Detail besser verstanden werden können, wird eine speziellere Beschreibung mit Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung gegeben. Die beigefügten Abbildungen beziehen sich auf Ausführungsformen der Erfindung und werden im folgenden kurz beschrieben:In order that the features listed above may be better understood in detail, a more particular description with respect to embodiments of the invention will be given. The attached figures relate to embodiments of the invention and are briefly described below:

1 zeigt ein System gemäß Ausführungsformen; 1 shows a system according to embodiments;

2 zeigt ein weiteres System gemäß Ausführungsformen; 2 shows another system according to embodiments;

3 zeigt schematisch ein Beispielbild mit einem System der 1 oder 2; 3 schematically shows a sample image with a system of 1 or 2 ;

4 zeigt ein weiteres Systems gemäß Ausführungsformen; 4 shows another system according to embodiments;

5 zeigt ein weiteres System gemäß Ausführungsformen; 5 shows another system according to embodiments;

6 zeigt schematisch einen Teil der Bildgenese mit einem System gemäß Ausführungsformen; 6 schematically shows a part of the image genesis with a system according to embodiments;

7 zeigt schematisch einen Teil der Bildgenese für drei verschiedene Fälle mit Systemen gemäß Ausführungsformen; 7 schematically shows a part of the image genesis for three different cases with systems according to embodiments;

8 zeigt ein weiteres Systems gemäß Ausführungsformen; 8th shows another system according to embodiments;

9 zeigt schematisch einen Teil der Bildgenese für Systeme gemäß Ausführungsformen; 9 schematically shows a part of the image genesis for systems according to embodiments;

10 zeigt schematisch ein weiteres System gemäß Ausführungsformen; 10 schematically shows another system according to embodiments;

11 zeigt schematisch ein weiteres System gemäß Ausführungsformen; 11 schematically shows another system according to embodiments;

12 zeigt schematisch ein weiteres System gemäß Ausführungsformen. 12 schematically shows another system according to embodiments.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

Der Begriff „Pose” wird hierin verwendet, wie allgemein bekannt, als sowohl die (3D-)Position eines Objekts im Raum angebend, als auch dessen Orientierung bzw. Lage.The term "pose" is used herein, as is well known, to indicate both the (3D) position of an object in space, as well as its orientation.

Im Kontext der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Echtzeit” in Bezug auf bildgebende Systeme gemäß Ausführungsbeispielen verstanden, dass die Taktrate der Erzeugung von Bildern („Refresh Rate”) etwa kleiner oder gleich 1 Sekunde ist, und eine Integrationszeit kleiner oder gleich 30 Sekunden.In the context of the present application, the term "real time" with respect to imaging systems according to embodiments is understood to mean that the refresh rate is approximately less than or equal to 1 second, and an integration time less than or equal to 30 seconds ,

Der Begriff „Qualitätswert” oder „Qualitätsparameter”, hier allgemein mit Q bezeichnet, repräsentiert einen im Kontext dieser Anmeldung verwendeten Parameter, der geeignet ist, die Qualität der hierin behandelten Bild-Darstellungen, Repräsentationen etc. zu repräsentieren und in rechnergestützten Verfahren verarbeitet zu werden. Q kann dabei, je nach gewähltem zugrundeliegenden Verfahren, auf den verschiedensten mathematischen Größen beruhen, wie unten näher beschrieben wird, von (nicht-limitierende Aufzählung) Skalaren über Vektoren bis hin zu beliebig-dimensionalen Matrizen, Vektorfeldern oder Kombinationen der vorgenannten. Weitere Verfahren zur Bestimmung von Qualitätsparametern Q eines computergenerierten Bilds aus einer Nuklearsonde sind in Patentanmeldung 102008025151.8 etwa auf den Seiten 37 bis 42 beschrieben, deren diesbezügliche Lehre hiermit durch Verweis komplett einbezogen ist.The term "quality value" or "quality parameter", generally referred to herein as Q, represents a parameter used in the context of this application that is capable of representing the quality of the image representations, representations, etc., discussed herein and to be processed in computational methods , Depending on the chosen underlying method, Q can be based on the most diverse mathematical quantities, as described in more detail below, from (non-limiting enumeration) scalars via vectors to arbitrary-dimensional matrices, vector fields or combinations of the aforementioned. Further methods for determining quality parameters Q of a computer-generated image from a nuclear probe are described in patent application 102008025151.8 approximately on pages 37 to 42, the relevant teaching of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

Ferner sind die hierin beschriebenen Trackingsysteme, Sonden, Detektoren, etc. im Allgemeinen über Schnittstellen mit mindestens einer Auswertungseinheit und Ausgabeeinheit und/oder miteinander verbunden. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Schnittstellen können über kabellose Funksysteme oder per Kabel verbunden sein.Furthermore, the tracking systems, probes, detectors, etc. described herein are generally connected via interfaces to at least one evaluation unit and output unit and / or to each other. These known from the prior art interfaces can be connected via wireless radio systems or by cable.

Ferner sind hier genannte Mittel bzw. Auswerteeinheiten oder Kontrolleinheiten, etwa zum Zweck der Berechnung von 3D-Bildern, von Transformationen, zur Synchronisierung, etc., im allgemeinen als handelsübliche Rechnersysteme (Personal Computer bzw. Workstation) realisiert, auf denen entsprechend den Ausführungsbeispielen Algorithmen in Form von Computerprogrammen realisiert sind.Furthermore, means mentioned here or evaluation units or control units, for example for the purpose of calculating 3D images, of transformations, for synchronization, etc., are generally realized as commercially available computer systems (personal computers or workstations), on which algorithms according to the embodiments realized in the form of computer programs.

Ausführungsbeispiele betreffen generell ein System zur medizinischen Bildgebung. Es umfasst mindestens einen Nukleardetektor und eine Ultraschallsonde. Eine optische Kamera ist an dem Nukleardetektor oder der Ultraschallsonde angebracht. Die Kamera erfasst während der Anwendung des Systems die jeweils andere Sonde, das heißt wenn die optische Kamera an dem Nukleardetektor angebracht ist, wird die Position der Ultraschallsonde erfasst. Ist die Kamera an der Ultraschallsonde angebracht, erfasst sie die Position des Nukleardetektors. Die Daten von Nukleardetektor, Ultraschallsonde und optischer Kamera werden von einer Kontrolleinheit verarbeitet. Diese ist dazu eingerichtet, die Position der von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen. Dabei ist das Koordinatensystem typischer- aber nicht notwendigerweise ortsfest zur Kamera. Der Nukleardetektor kann auch mehrteilig sein, z. B. in Form eines PET-Koinzidenzdetektors. Ferner werden Ausführungsbeispiele vorgeschlagen, bei denen der Nukleardetektor durch einen anderen funktionalen Detektor ersetzt ist, der ohne Applizierung radioaktiver Marker funktioniert, sondern z. B. mit optischen, magnetischen oder weiteren Verfahren arbeitet. Dabei werden dem Patienten z. B. optisch- bzw. foto-aktive Substanzen oder magnetische Substanzen appliziert, die sich im Gewebe akkumulieren, das mit dem funktionalen Detektor detektiert werden soll.Embodiments generally relate to a medical imaging system. It includes at least one nuclear detector and one ultrasound probe. An optical camera is attached to the nuclear detector or the ultrasound probe. The camera detects the other probe during use of the system, that is, when the optical camera is mounted on the nuclear detector, the position of the ultrasonic probe is detected. When the camera is attached to the ultrasound probe, it detects the position of the nuclear detector. The data from the nuclear detector, ultrasound probe and optical camera are processed by a control unit. This is set up to calculate the position of the other camera detected by the optical camera from the nuclear detector and the ultrasonic probe in a coordinate system. The coordinate system is more typical but not necessarily fixed to the camera. The nuclear detector can also be multi-part, z. In the form of a PET coincidence detector. Furthermore, embodiments are proposed in which the nuclear detector is replaced by another functional detector that works without applying radioactive marker, but z. B. works with optical, magnetic or other methods. In this case, the patient z. As applied optically or photo-active substances or magnetic substances that accumulate in the tissue to be detected with the functional detector.

Ausführungsformen der Erfindung haben dabei unter anderem die folgenden Vorteile. Unter Verzicht auf eine Registrierung kann eine Fusion von anatomischen Ultraschall-Bilddaten mit funktionalen, also Bilddaten aus der Nuklearbildgebung vorgenommen werden. Dies ist ohne Verwendung eines externen, konventionellen Tracking-Systems möglich. Das System ist mobil bzw. leicht transportabel und gleichzeitig kostengünstig. Vorhandene funktionelle Detektoren können mit Ultraschall-Bildgebung nachgerüstet werden, um Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten. Zudem stehen die fusionierten Bilddaten in Echtzeit zur Verfügung, das Verfahren ist also echtzeitfähig. In Ausführungsbeispielen mit anderen funktionalen Detektoren als Nukleardetektoren, wie oben beschrieben, kommt dazu der Verzicht auf eine radioaktive Belastung des Patienten.Embodiments of the invention have, inter alia, the following advantages. By omitting a registration, a fusion of anatomical ultrasound image data with functional, that is image data from the nuclear imaging can be made. This is possible without using an external, conventional tracking system. The system is mobile or easy to transport and at the same time inexpensive. Existing functional detectors may be retrofitted with ultrasound imaging to obtain embodiments of the invention. In addition, the fused image data is available in real time, so the process is real-time capable. In embodiments with functional detectors other than nuclear detectors, as described above, this is done without the need for a radioactive load on the patient.

In Kontext dieser Anmeldung wird der Begriff „Nukleardetektor” allgemein für Detektoren und Detektionsgeräte verwendet, die zur Detektion der Strahlung einer radioaktiven Quelle im oder am Körper eines Menschen dienen. Somit reicht die Bandbreite des Begriffs von beispielsweise einer eindimensionalen (1D) Gammasonde über eine 2D-Gammakamera bis hin zu Kombinationen verschiedener Detektortypen, die mit Bezug auf die Figuren unten näher erläutert sind. Insbesondere kann der Nukleardetektor auch mechanische Bauteile zum Halten oder der Befestigung der eigentlichen Detektoren oder Teildetektoren, wie Rahmen oder Bügel, sowie etwa einen Patiententisch umfassen.In the context of this application, the term "nuclear detector" is used broadly for detectors and detection devices which serve to detect the radiation of a radioactive source in or on the body of a human. Thus, the bandwidth of the term ranges from, for example, a one-dimensional (1D) gamma probe via a 2D gamma camera to combinations of different types of detectors, which are explained in more detail below with reference to the figures. In particular, the nuclear detector may also include mechanical components for holding or attaching the actual detectors or sub-detectors, such as frames or brackets, as well as about a patient table.

In 1 ist ein System 10 zur medizinischen Bildgebung gemäß Ausführungsbeispielen gezeigt. Es umfasst eine Nukleardetektor 15 und eine Ultraschallsonde 20. Eine optische Kamera 25, im Folgenden auch genannt Kamera 25, ist an der Ultraschallsonde 20 angebracht. Die Kamera 25 erfasst während der Anwendung des Systems 10 das Bild der Ultraschallsonde 20. Die Daten von Nukleardetektor 15, Ultraschallsonde 20 und optischer Kamera 25 werden von einer Kontrolleinheit 30 verarbeitet. Die Kontrolleinheit 30 führt eine – weiter unten genauer erläuterte – 3D-Bilderkennung mittels der von der optischen Kamera 25 gelieferten Bilddaten durch und bestimmt daraus die relative Position der Position des Nukleardetektors 15. Dies geschieht typischerweise in Bezug auf ein Koordinatensystem, das seinen Ursprung an der Kamera 25 hat, etwa das in 1 gezeigte kartesische Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z. Dabei ist das Koordinatensystem typischer- aber nicht notwendigerweise ortsfest zur Kamera 25. Der Gewebebereich 110 hat eine zuvor dem Patienten injizierte radioaktive Markersubstanz akkumuliert und liegt im Detektionsfeld (gestrichelt) der Nuklearsonde 15. Der Gewebebereich 109 weist ebenfalls ein erhöhtes Strahlungsniveau auf, liegt aber im Moment der Darstellung in 1 nicht im Detektionsfeld der Nuklearsonde 15.In 1 is a system 10 shown for medical imaging according to embodiments. It includes a nuclear detector 15 and an ultrasound probe 20 , An optical camera 25 , in the Following also called camera 25 , is on the ultrasound probe 20 appropriate. The camera 25 recorded during the application of the system 10 the image of the ultrasound probe 20 , The data of nuclear detector 15 , Ultrasound probe 20 and optical camera 25 be from a control unit 30 processed. The control unit 30 performs a - explained in more detail below - 3D image recognition by means of the optical camera 25 supplied image data and determines therefrom the relative position of the position of the nuclear detector 15 , This is typically done in relation to a coordinate system that originates from the camera 25 has, about that in 1 shown Cartesian coordinate system with the axes x, y, z. The coordinate system is more typical but not necessarily fixed to the camera 25 , The tissue area 110 has accumulated a radioactive marker previously injected into the patient and is in the detection field (dashed) of the nuclear probe 15 , The tissue area 109 also has an increased radiation level, but is present at the moment of illustration 1 not in the detection field of the nuclear probe 15 ,

Der Nukleardetektor kann mehrteilig sein, z. B. (nicht-limitierend) in Form eines PET-Koinzidenzdetektors. Dabei wird das Sichtfeld der Kamera 25 typischerweise groß genug gewählt, zum Beispiel im Weitwinkelbereich, um etwa den gesamten Bewegungsbereich beider Teildetektoren eines zweiteiligen PET-Koinzidenzdetektors zu erfassen. In Ausführungsformen kann zum Beispiel die Kamera ausgelegt sein, nur einen der Teildetektoren zu erfassen, wobei die Position des anderen oder der anderen Teildetektoren rein rechnerisch aus der bekannten geometrischen Beziehung der beiden oder mehrerer Teildetektoren bestimmt wird. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehrere Kameras verwendet werden, die jeweils einen der Teildetektoren im Blick haben.The nuclear detector can be multi-part, z. B. (non-limiting) in the form of a PET coincidence detector. This is the field of view of the camera 25 typically chosen large enough, for example in the wide-angle range, to detect approximately the entire range of motion of both sub-detectors of a two-part PET coincidence detector. For example, in embodiments, the camera may be configured to detect only one of the sub-detectors, the position of the other or the other sub-detectors being determined purely mathematically from the known geometric relationship of the two or more sub-detectors. In other embodiments, multiple cameras may be used, each having one of the sub-detectors in view.

Die Kontrolleinheit 30 errechnet in Echtzeit ein Bild aus den Daten der Ultraschallsonde und verknüpft bzw. fusioniert dieses Bild mit einem Bild, das die Kontrolleinheit 30 fortlaufend aus den Daten des Nukleardetektors 15 berechnet. Diese Fusionierung wird dabei nach an sich aus dem Stand der Technik bekannten Algorithmen aus den Bilddaten des Nukleardetektors 15 und der Ultraschallsonde 20, in Verbindung mit der errechneten räumlichen Beziehung der beiden vorgenannten durchgeführt, die auf einer weiter unten näher erläuterten dreidimensionalen Bildanalyse beruht. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren entfällt dabei der jeweilige Zwischenschritt der Berechnung der räumlichen Beziehung des Nukleardetektors und der Ultraschallsonde in Bezug auf ein bzw. mehrere externe Trackingsysteme, da die räumliche Beziehung des Nukleardetektors und der Ultraschallsonde zueinander direkt aus den Bilddaten der optischen Kamera berechnet wird.The control unit 30 calculates a picture in real-time from the data of the ultrasound probe and fuses or merges this picture with an image containing the control unit 30 continuously from the data of the nuclear detector 15 calculated. This fusion becomes known from the prior art algorithms from the image data of the nuclear detector 15 and the ultrasound probe 20 , performed in conjunction with the calculated spatial relationship of the two aforementioned, which is based on a three-dimensional image analysis explained in more detail below. Compared to conventional methods, the respective intermediate step of calculating the spatial relationship of the nuclear detector and the ultrasound probe with respect to one or more external tracking systems is eliminated since the spatial relationship of the nuclear detector and the ultrasound probe to each other is calculated directly from the image data of the optical camera.

Dabei sind in Ausführungsbeispielen Varianten möglich – so kann der optische Marker 35 an dem beweglichen SPECT-Sensor angebracht sein und von der optischen Kamera 25 detektiert werden. Ebenso kann mit den Kameradaten eine Bilderkennung durchgeführt werden, aus der die Position des SPECT-Detektors per dreidimensionaler Bildanalyse berechnet wird, um so die relative Position zwischen SPECT-Sensor und Ultraschallsonde zu bestimmen. Die video-basierte Lagebestimmung eines Objektes kann, wie oben beschrieben, mittels Referenzmarkern auf dem Objekt, oder ohne solche Marker bewerkstelligt werden. Beide Varianten verwenden kalibrierte Kamerabilder, d. h. dass die Brennweite und das Bildzentrum der optischen Kamera bekannt sind. Bei Verwendung von Referenzmarkern werden z. B. kreis- oder kugelförmige, viereckige, einfarbige oder gemusterte Marker auf dem zu verfolgenden Objekt angebracht, und deren Position am Objekt zu Beginn kalibriert (vermessen). Detektionsalgorithmen erkennen dann die geometrischen Muster (Kreise, Linien, Muster) im Kamerabild. Aus diesen zweidimensionalen (2D) Informationen kann dann die 3D-Position des Objektes berechnet werden.In this case variants are possible in exemplary embodiments - this is how the optical marker can be used 35 be attached to the movable SPECT sensor and from the optical camera 25 be detected. Likewise, with the camera data, an image recognition can be carried out, from which the position of the SPECT detector is calculated by three-dimensional image analysis, so as to determine the relative position between SPECT sensor and ultrasound probe. The video-based orientation of an object can, as described above, be accomplished by means of reference markers on the object, or without such markers. Both variants use calibrated camera images, ie the focal length and the image center of the optical camera are known. When using reference markers z. B. circular or spherical, square, monochrome or patterned markers mounted on the object to be tracked, and their position on the object at the beginning calibrated (measured). Detection algorithms then recognize the geometric patterns (circles, lines, patterns) in the camera image. From this two-dimensional (2D) information, the 3D position of the object can then be calculated.

Verzichtet man auf Marker, können geometrische Modelle des zu verfolgenden Objektes – also im vorliegenden Fall die Ultraschallsonde oder die Nuklearsonde – als Referenz verwendet werden. Features (Punkte, Linien, Ecken, Texturmuster) des Objektes werden dann aus den 2D-Videodaten der optischen Kamera 25 extrahiert. Der 3D-Detektionsalgorithmus korreliert diese Features mit dem 3D-Modell und errechnet somit die Lage des Objektes relativ zur Kamera 25. Somit kann die Position der Nuklearsonde 15 oder der Ultraschallsonde 20 ohne Vorhandensein von optischen Marker 35 von der Kontrolleinheit 30 bestimmt werden.If one waives markers, geometrical models of the object to be tracked - in the present case the ultrasound probe or the nuclear probe - can be used as a reference. Features (points, lines, corners, texture patterns) of the object are then extracted from the 2D video data of the optical camera 25 extracted. The 3D detection algorithm correlates these features with the 3D model and thus calculates the position of the object relative to the camera 25 , Thus, the position of the nuclear probe 15 or the ultrasound probe 20 without the presence of optical markers 35 from the control unit 30 be determined.

Typischerweise werden dabei die Bilddaten des Nukleardetektors 15 in eine Bildebene der Ultraschallsonde projiziert. Das so fusionierte Bild wird dann etwa auf einem Bildschirm 31 dargestellt.Typically, the image data of the nuclear detector 15 projected into an image plane of the ultrasound probe. The fused image will be displayed on a screen 31 shown.

In der 2 ist ein weiteres System 10 zur medizinischen Bildgebung gemäß Ausführungsbeispielen gezeigt. Dieses baut auf dem System der 1 auf, jedoch ist zusätzlich eine optische Markierung 35 an dem Nukleardetektor 15 angebracht. Die Bilderkennung durch die Kontrolleinheit 30 kann somit anhand der in den Bilddaten identifizierten optischen Markierung 35 vorgenommen werden, die vorzugsweise aus mehreren räumlich beabstandeten Punkten bzw. Marker besteht. Die aus der dreidimensionalen Bildanalyse – wie oben beschrieben – der Position der optischen Markierung 35 gewonnene Ortsinformation wird, wie im Beispiel der 1, von der Kontrolleinheit 30 verwendet, um die Position des Nukleardetektors 15 in Bezug auf die Ultraschallsonde 20, bzw. das an dieser fixierte Koordinatensystem zu berechnen.In the 2 is another system 10 shown for medical imaging according to embodiments. This builds on the system of 1 on, but is additionally an optical marking 35 at the nuclear detector 15 appropriate. The image recognition by the control unit 30 can thus on the basis of the optical mark identified in the image data 35 be made, which preferably consists of a plurality of spatially spaced points or markers. From the three-dimensional image analysis - as described above - the position of the optical marking 35 obtained location information is, as in the example of 1 , from the control unit 30 used the position of the nuclear detector 15 in terms of the ultrasound probe 20 , or to calculate the fixed at this coordinate system.

Es versteht sich für den Fachmann ohne weitere Erklärungen, dass in beiden Fällen der 1 und 2 die optische Kamera 25 auch jeweils auf der Nuklearsonde 15 platziert werden kann, und die optische Markierung 35 auf der Ultraschallsonde 20.It goes without saying for the expert without further explanation that in both cases the 1 and 2 the optical camera 25 also each on the nuclear probe 15 can be placed, and the optical mark 35 on the ultrasound probe 20 ,

3 zeigt eine oben beschriebene, von der Kontrolleinheit 30 berechnete Projektion der Bilddaten 110 der Nuklearsonde in die Bildebene 120 der Ultraschallsonde. Das kombinierte bzw. fusionierte Bild wird dabei von der Kontrolleinheit 30 auf einem Bildschirm 31 (siehe 1) gezeigt. Der gestrichelte Bereich stellt dabei das Detektionsfeld der Nuklearsonde 15 dar, die im Bildbeispiel der 3 die Bildebene 120 parallel schneidet. 3 shows an above-described, from the control unit 30 calculated projection of image data 110 the nuclear probe into the image plane 120 the ultrasound probe. The combined or merged image is thereby from the control unit 30 on a screen 31 (please refer 1 ). The dashed area represents the detection field of the nuclear probe 15 in the image example of the 3 the picture plane 120 cuts in parallel.

Die mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Beispiele gemäß Ausführungsformen stellen Grundformen dar, die durch Variierung von Bestandteilen variiert werden können.The referring to the 1 and 2 described examples according to embodiments represent basic forms that can be varied by varying constituents.

In 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem anstelle des eindimensionalen (1D) Nukleardetektors 15 der 1 und 2, der typischerweise ein SPECT-Sensor ist, eine 2D-Gammakamera 50 verwendet wird. Diese ist im Beispiel drehbar um eine Achse längs des Patientenkörpers P angeordnet. Während die 2D-Gammakamera um den Patienten bewegt wird (entlang der Pfeile) und funktionale Daten liefert, wird ihre Position relativ zur Ultraschallsonde 20 durch die darauf montierte Kamera 25 überwacht. Die Kontrolleinheit 30 kann somit aus der Bildanalyse der Bewegung der optischen Markierung 35 das Ultraschallbild und die Daten der 2D-Gammakamera 50 fusionieren.In 4 an embodiment is shown in which instead of the one-dimensional (1D) nuclear detector 15 of the 1 and 2 which is typically a SPECT sensor, a 2D gamma camera 50 is used. This is rotatably arranged in the example about an axis along the patient's body P. As the 2D gamma camera is moved around the patient (along the arrows) and provides functional data, its position becomes relative to the ultrasound probe 20 through the camera mounted on it 25 supervised. The control unit 30 Thus, from the image analysis of the movement of the optical marking 35 the ultrasound image and the data of the 2D gamma camera 50 merge.

5 zeigt Ausführungsbeispiele, bei denen der Nukleardetektor 15 ein SPECT-Scanner 40 ist. Der Patient P liegt dabei auf einem Tisch 105. Die optische Kamera 25 ist (nur beispielhaft, nicht notwendigerweise) an dem SPECT-Scanner 40 angebracht. Sie detektiert die optische Markierung 35, wodurch die Kontrolleinheit 30 mittels der weiter oben beschriebenen dreidimensionalen Bildanalyse die relative Position zwischen SPECT-Scanner und Ultraschallsonde bestimmen kann. Dabei ist unerheblich, in welchem Winkelbereich sich der SPECT-Scanner 40 befindet (Richtung bzw. Freiheitsgrad der Bewegung durch Pfeile eingezeichnet). Die Kontrolleinheit 30 kann somit aus der Bildanalyse der Bewegung der optischen Markierung 35 das Ultraschallbild und die Daten des SPECT-Scanners 40 fusionieren. Der SPECT-Scanner liefert dabei ein 1D-Signal, dass von der Kontrolleinheit 30 auf das Bildsignal der Ultraschallsonde projiziert wird. 5 shows embodiments in which the nuclear detector 15 a SPECT scanner 40 is. The patient P is lying on a table 105 , The optical camera 25 is (only by way of example, not necessarily) on the SPECT scanner 40 appropriate. It detects the optical marking 35 , causing the control unit 30 can determine the relative position between the SPECT scanner and the ultrasound probe by means of the above-described three-dimensional image analysis. It is irrelevant in which angular range the SPECT scanner 40 is located (direction or degree of freedom of movement indicated by arrows). The control unit 30 Thus, from the image analysis of the movement of the optical marking 35 the ultrasound image and data of the SPECT scanner 40 merge. The SPECT scanner delivers a 1D signal from the control unit 30 is projected onto the image signal of the ultrasound probe.

6 zeigt schematisch das Bildsignal der 2D-Gammakamera 50 aus der 4. Die (als Beispiele) drei radioaktiv markierten Gewebebereiche 110 des Patienten P werden dabei von der 2D-Gammakamera 50 detektiert. In 7 sind schematisch weitere Beispiele für die fusionierte Darstellung von Bildern von Nukleardetektoren und Ultraschallsonden gemäß Ausführungsbeispielen dargestellt. In 7A ist ein. Beispiel eines Fusionsbildes gezeigt, dass aus den Systemen in 1 und 2 stammt. Dabei schneidet das Detektionsfeld der Nuklearsonde 15 (gestrichelt dargestellt) die Ultraschall-Bildebene 120 bei dem Gewebebereich 110, der folglich nach der Fusion auch dargestellt wird. Dies ist durch die Zählrate von (beispielhaft) 82 CPS (counts per second) des Nukleardetektors symbolisiert. Bereich 109 ist nur zum Vergleich eingezeichnet und würde im Fusionsbild nicht dargestellt. Im rechten Bild von 7A schneidet das Detektionsfeld der Nuklearsonde dagegen keine der beiden Bereiche 109, von denen auch keiner dargestellt würde. 6 schematically shows the image signal of the 2D gamma camera 50 from the 4 , The (as examples) three radioactively labeled tissue areas 110 of the patient P are thereby from the 2D gamma camera 50 detected. In 7 schematically further examples of the fused representation of images of nuclear detectors and ultrasound probes according to embodiments are shown. In 7A is a. Example of a fusion image shown that out of the systems in 1 and 2 comes. The detection field of the nuclear probe cuts 15 (shown in dashed lines) the ultrasound image plane 120 at the tissue area 110 thus also being presented after the merger. This is due to the count rate of (exemplary) 82 CPS (counts per second) of the nuclear detector symbolizes. Area 109 is shown only for comparison and would not be shown in the fusion image. In the right picture of 7A on the other hand, the detection field of the nuclear probe does not cut either of the two areas 109 of which none would be presented.

In 7B ist eine ähnliche Situation wie in 7A gezeigt, wobei das Detektionsfeld der Nuklearsonde jedoch parallel zur Bildebene des Ultraschall-Bilds 120 verläuft. Im linken Bild schneidet das Detektionsfeld (schraffiert) der Nuklearsonde den markierten Bereich 110, was in der Beispiel-Zählrate von 75 CPS resultiert. Im rechten Bild von 7B schneidet das Detektionsfeld keinen der beiden Bereiche 109, weswegen sie im Fusionsbild (in diesem Moment) auch nicht dargestellt würden. Neben den in 7A und 7B dargestellten Fällen des senkrechten und parallelen Verlaufs des Nuklearsonden-Detektionsfelds zur Ultraschall-Bildebene ist es auch möglich, dass das Detektionsfeld (siehe z. B. auch gestrichelter Bereich an der Nuklearsonde 15 in 1) in schrägem Winkel zur Bildebene der Ultraschallsonde verläuft.In 7B is a similar situation as in 7A however, the detection field of the nuclear probe is parallel to the image plane of the ultrasound image 120 runs. In the left image, the detection field (hatched) of the nuclear probe cuts the marked area 110 which results in the example count rate of 75 CPS. In the right picture of 7B the detection field does not cut either area 109 , which is why they would not be shown in the fusion image (at this moment). In addition to the in 7A and 7B In cases of the vertical and parallel course of the nuclear probe detection field to the ultrasound image plane, it is also possible that the detection field (see, for example, also the dashed area on the nuclear probe 15 in 1 ) at an oblique angle to the image plane of the ultrasound probe.

In 7C ist ein anderer Fall gezeigt, bei dem das Ultraschall-Detektionsfeld 120 mit dem Detektionsfeld einer 2D-Nuklearsonde überlagert ist, links bei orthogonalem Verhältnis der Ultraschall-Bildebene 120 und des Detektionsfelds der Nuklearsonde, im rechten Bild bei parallelem Verlauf. Der radioaktiv markierte Bereich 110 wird dabei detektiert, Bereich 109 ist in dem Beispiel der 7C nicht radioaktiv und wird daher nicht detektiert, d. h. ist im medizinischen Sinn als „unauffällig” anzusehen.In 7C another case is shown in which the ultrasonic detection field 120 superimposed on the detection field of a 2D nuclear probe, left at orthogonal ratio of the ultrasound image plane 120 and the detection field of the nuclear probe, in the right image in parallel course. The radioactively labeled area 110 is detected, area 109 is in the example of 7C not radioactive and is therefore not detected, ie in the medical sense to be regarded as "unobtrusive".

8 zeigt einen prinzipiell ähnlichen Aufbau wie den in 4 gezeigten, wobei als Nukleardetektor ein PET-Koinzidenzdetektor 45 zum Einsatz kommt. Dieser ist drehbar um eine Längsachse parallel zum Patienten P eingerichtet. Wie bereits beschrieben, kann dabei die Erkennung der beiden Teildetektoren des PET-Koinzidenzdetektors 45 über das Bild der Kamera 25 durch die Kontrolleinheit 30 mittels der Verfolgung von an den Detektoren befestigten optischen Markern (nicht gezeigt) oder mittels Analyse der Detektorform im Bild der Kamera 25 erfolgen. 8th shows a basically similar construction as in 4 shown, wherein as a nuclear detector, a PET coincidence detector 45 is used. This is rotatable about a longitudinal axis parallel to the patient P set up. As already described, it is possible to detect the two sub-detectors of the PET coincidence detector 45 over the picture of the camera 25 through the control unit 30 by tracking at the detectors attached optical markers (not shown) or by analysis of the detector form in the image of the camera 25 respectively.

9 zeigt schematisch die Bildentstehung bei dem System 10 der 8. Die Ultraschallsonde 20 erfasst einen Bereich des Patienten P. Der radioaktiv markierte Bereich 110 liegt in der 8 im Bereich zwischen den beiden Teildetektoren des PET-Koinzidenzdetektors 45. Der ebenfalls markierte Bereich 109 liegt im Moment der Darstellung der 8 nicht im Detektionsfeld des Detektors. Durch Verfahren des Patiententisches 105 in Längsrichtung (des Patienten P) relativ zur Detektionsebene des Detektors kann der Bereich 109 ebenfalls funktional dargestellt werden, oder auch durch Verfahren des Detektors. 9 schematically shows the image formation in the system 10 of the 8th , The ultrasound probe 20 covers an area of the patient P. The radioactively marked area 110 lies in the 8th in the region between the two sub-detectors of the PET coincidence detector 45 , The also marked area 109 is the moment of the presentation of the 8th not in the detection field of the detector. By moving the patient table 105 in the longitudinal direction (of the patient P) relative to the detection plane of the detector, the area 109 also be represented functionally, or by methods of the detector.

10 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie den in 8 gezeigten gemäß Ausführungsbeispielen. Dabei ist der Nukleardetektor 15 ein 2D-Koinzidenzdetektor 60 für PET. Dieser kann, wie mit Bezug auf andere Ausführungsbeispiele beschrieben, ebenfalls mit optischen Markern 35 versehen sein. In 11 ist schematisch die Bildentstehung des Systems 10 der 10 dargestellt. In dem gestrichelt dargestellten Detektionsfeld zwischen den beiden Teildetektoren des 2D-Koinzidenzdetektors 60 befindet sich ein radioaktiv markierter Gewebebereich 110. Für den Bereich 109 gilt das bei der 9 Geschriebene. 10 shows a similar structure as in 8th shown according to embodiments. Here is the nuclear detector 15 a 2D coincidence detector 60 for PET. This may also be optical markers as described with respect to other embodiments 35 be provided. In 11 is schematically the image formation of the system 10 of the 10 shown. In the detection field shown in dashed lines between the two sub-detectors of the 2D coincidence detector 60 there is a radioactively marked tissue area 110 , For the area 109 that applies to the 9 Written.

Ergänzend kann in weiteren Ausführungsbeispielen, wie in 12 gezeigt, jeweils eine Sensoranordnung 70 auf der Ultraschallsonde 20 und/oder dem Nukleardetektor 15 angebracht sein. Diese dient dazu, mittels Lagesensoren nach einer anfänglichen Kalibrierung, bei der die beiden Geräte nahe zusammen bzw. aneinander gebracht werden können, die relative Position anhand der Sensordaten zu bestimmen. Typischerweise ist jede Sensoranordnung eine Kombination aus einem Gyrosensor, einem 3D-Beschleunigungssensor und einem Erdmagnetfeld-Sensor, oder jeweils eine Kombination von zwei der vorgenannten. Je eine Sensoranordnung 70 ist an mindestens einem von dem Nukleardetektor 15 und der Ultraschallsonde 20 angebracht. Die Sensoranordnung umfasst dabei mindestens eines, oder eine Kombination, von einem 3D-Gyrosensor 75, einem 3D-Beschleunigungsmesser 80, und einem Erdmagnetfeld-Sensor 85 (nicht dargestellt). Die so gewonnenen Positionsdaten können zusätzlich zu der bereits oben beschriebenen, relativen optischen Positionsbestimmung zwischen dem Nukleardetektor 15 und der Ultraschallsonde 20, von der Kontrolleinheit 30 verarbeitet werden. Es ist in Ausführungsbeispielen auch möglich, bei entsprechender Genauigkeit der Sensoren nur diese zur Positionsbestimmung zu verwenden, ohne die optische Positionsbestimmung. Insbesondere kann die geschilderte Sensoranordnung 70 auch genutzt werden, um einen kurzfristigen Ausfall des Bildes der optischen Kamera durch die Daten der Sensoranordnung zu kompensieren, etwa bei versehentlicher Abschattung der Kamera durch eine Person.In addition, in further embodiments, as in 12 shown, in each case a sensor arrangement 70 on the ultrasound probe 20 and / or the nuclear detector 15 to be appropriate. This serves to determine the relative position based on the sensor data by means of position sensors after an initial calibration, in which the two devices can be brought close to each other or together. Typically, each sensor assembly is a combination of a gyrosensor, a 3D accelerometer, and a geomagnetic sensor, or a combination of any of the foregoing. One sensor arrangement each 70 is on at least one of the nuclear detectors 15 and the ultrasound probe 20 appropriate. The sensor arrangement comprises at least one, or a combination, of a 3D gyrosensor 75 , a 3D accelerometer 80 , and a geomagnetic field sensor 85 (not shown). The position data obtained in this way, in addition to the already described above, relative optical position determination between the nuclear detector 15 and the ultrasound probe 20 , from the control unit 30 are processed. It is also possible in embodiments, with the appropriate accuracy of the sensors, only to use these for position determination, without the optical position determination. In particular, the described sensor arrangement 70 also be used to compensate for a short-term failure of the image of the optical camera by the data of the sensor array, such as accidental shading of the camera by a person.

In Ausführungsbeispielen können ergänzend Positionsdaten über einen Patienten P über zweite optische Markierungen 36 gewonnen werden. Diese sind auf der Körperoberfläche angebracht und werden von der optischen Kamera 25. Die so gewonnenen Positionsdaten werden von der Kontrolleinheit 30 verarbeitet und können etwa genutzt werden, um die Bilderzeugung mit Daten zur äußeren Form des Körpers des Patienten anzureichern. Alternativ oder ergänzend kann außerdem in Ausführungsbeispielen die rechnerische Integration bzw. Fusion von Bilddaten aus einem weiteren bildgebenden System integriert werden. Dazu eignen sich insbesondere CT-Daten und MRT-Daten, die in das Fusionsbild aus funktionalen und anatomischen Daten integriert werden.In exemplary embodiments, position data about a patient P can additionally be provided via second optical markings 36 be won. These are attached to the body surface and used by the optical camera 25 , The position data thus obtained are from the control unit 30 processed and can be used, for example, to enrich the imaging with data on the outer shape of the patient's body. Alternatively or additionally, in exemplary embodiments, the mathematical integration or fusion of image data from a further imaging system can be integrated. In particular, CT data and MRI data, which are integrated into the fusion image of functional and anatomical data, are suitable for this purpose.

Verfahren zur medizinischen Bildgebung gemäß Ausführungsbeispielen umfassen generell das Bereitstellen eines Nukleardetektors 15, 40, 45, 50, 60 in einem Block 200, das Bereitstellen einer Ultraschallsonde in einem Block 210, das Bereitstellen einer optischen Kamera 25, wobei die optische Kamera an einem von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde angebracht ist, in einem Block 220, das Bereitstellen einer Kontrolleinheit 30 in einem Block 230, das Aufnehmen von Daten des Nukleardetektors in einem Block 240, das Aufnehmen von Ultraschalldaten in einem Block 250, das Aufnehmen von Daten der optischen Kamera 25 in einem Block 260, das Errechnen der Position des von der optischen Kamera 25 erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor 15, 40, 45, 50, 60 und der Ultraschallsonde 20 in einem Koordinatensystem, das ortsfest zur Kamera ist, in einem Block 270, sowie das Projizieren von Bilddaten des Nukleardetektors 15, 40, 45, 50, 60 auf die Ultraschallbilddaten in einem Block 280.Medical imaging methods according to embodiments generally include providing a nuclear detector 15 . 40 . 45 . 50 . 60 in a block 200 , providing an ultrasound probe in a block 210 , providing an optical camera 25 wherein the optical camera is mounted on one of the nuclear detector and the ultrasound probe, in a block 220 , providing a control unit 30 in a block 230 , the recording of data of the nuclear detector in a block 240 , recording ultrasound data in a block 250 , recording optical camera data 25 in a block 260 calculating the position of the optical camera 25 each detected others from the nuclear detector 15 . 40 . 45 . 50 . 60 and the ultrasound probe 20 in a coordinate system that is stationary to the camera, in a block 270 , as well as projecting image data of the nuclear detector 15 . 40 . 45 . 50 . 60 on the ultrasound image data in a block 280 ,

Dem Fachmann ist ohne weitere Erläuterungen einsichtig, dass der in den beschriebenen Ausführungsbeispielen enthaltene Nukleardetektor grundsätzlich auch durch einen anderen Detektortyp funktioneller Natur („funktionaler Detektor”) ersetzt werden kann, um weitere Ausführungsbeispiele zu erhalten. So gibt es die Tendenz, auf die Applizierung einer radioaktiven Markersubstanz zu verzichten bzw diese durch andere nicht-radioaktive Substanzen zu ersetzen, z. B. um die Strahlenbelastung von Patient und Bedienpersonal zu verringern. So kann etwa die radioaktive Markersubstanz durch eine magnetische Markersubstanz ersetzt werden, z. B. eine Suspension magnetischer Mikropartikel in einer Injektionslösung. Mit einem Magnetsensor, wie etwa dem Produkt SentiMag der Firma Endomagnetics, können mit dieser Konfiguration auch funktionelle Gewebebereiche geortet werden, also etwa eine mit der magnetischen Markersubstanz angereicherte Struktur. Somit kann in den hierin geschilderten Ausführungsbeispielen der Nukleardetektor durch einen funktionalen Detektor, insbsondere einen Magnetdetektor ersetzt werden, wo dies technisch mit den geschilderten Beispielen sinnvoll kombinierbar ist. Dies sind insbesondere die in den 1 und 2, 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele, bei denen ein solcher Magnetsensor den 1D-Nukleardetektor ersetzen kann und äquivalente Bild-Informationen (im Vergleich zum Nukleardetektor) zur Weiterverarbeitung durch die Kontrolleinheit 30 liefern kann. Das gleiche gilt für optische Detektoren wie etwa Fluorenzenzkameras, multispektrale Kameras oder handgeführte optische Sonden, wo man z. B. fluoreszierende oder lumineszierende Markersubstanzen, die zuvor dem Patienten appliziert wurden, nachweisen kann. Insbesondere bei den aufgezählten optischen funktionalen Detektoren, aber auch bei Detektor-Matrizen aus mehreren Magnetdetektoren können dabei auch in den Ausführungsbeispielen mit mehrdimensionale Bilddaten liefernden Nukleardetektoren durch solche mehrdimensionale Bilddaten liefernden anderen Detektortypen ersetzt werden. Dazu gehören etwa die mit Bezug auf die 8, 9, 10, und 11 gezeigten Ausführungsbeispiele.It will be apparent to those skilled in the art without further explanation that the nuclear detector included in the described embodiments may in principle also be replaced by another detector type of functional nature ("functional detector") in order to obtain further embodiments. Thus, there is a tendency to dispense with the application of a radioactive marker substance or replace it with other non-radioactive substances, for. B. to reduce the radiation exposure of the patient and operators. Thus, for example, the radioactive marker substance can be replaced by a magnetic marker substance, for. B. a suspension of magnetic microparticles in an injection solution. With a magnetic sensor, such as the product SentiMag from Endomagnetics, this configuration can also be used functional tissue areas are located, so about an enriched with the magnetic marker substance structure. Thus, in the exemplary embodiments described herein, the nuclear detector can be replaced by a functional detector, in particular a magnetic detector, where this can be reasonably combined technically with the described examples. These are in particular those in the 1 and 2 . 4 and 5 shown embodiments in which such a magnetic sensor can replace the 1D nuclear detector and equivalent image information (in comparison to the nuclear detector) for further processing by the control unit 30 can deliver. The same applies to optical detectors such as Fluorenzenzkameras, multispectral cameras or hand-held optical probes, where z. As fluorescent or luminescent marker substances that have been previously applied to the patient can prove. In particular, in the case of the enumerated optical functional detectors, but also with detector arrays of a plurality of magnetic detectors, it is also possible in the exemplary embodiments to replace nuclear detectors supplying multi-dimensional image data with other types of detectors supplying multidimensional image data. These include the ones related to the 8th . 9 . 10 , and 11 shown embodiments.

Es ist dem Fachmann ohne weiteres einsichtig, dass die hier in Ausführungsbeispielen beschriebene Prinzipien auch mit anderen, nicht beschriebenen Nukleardetektoren, anderen Arten von funktionalen Detektoren oder auch verschiedenen Kombinationen von Nukleardetektoren und/oder anderen funktionalen Detektorarten angewendet werden kann, und dass zahlreiche Varianten der hier offenbarten Ausführungsbeispiele möglich sind, die als unter die Offenbarung der Anmeldung fallend zu sehen sind.It will be readily apparent to those skilled in the art that the principles described herein in embodiments may also be applied to other non-described nuclear detectors, other types of functional detectors, or various combinations of nuclear detectors and / or other functional detector types, and that numerous variations of the present invention disclosed embodiments are possible, which are to be seen as falling under the disclosure of the application.

Während das Vorangehende also auf Ausführungsformen der Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung durch Kombinationen der beschriebenen aufgestellt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt wird.Thus, while the foregoing is directed to embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be practiced by combinations of the foregoing without departing from the scope of the invention as defined by the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014080013 A1 [0006, 0007] WO 2014080013 A1 [0006, 0007]

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Claims (17)

Ein System (10) zur medizinischen Bildgebung, umfassend; a. einen Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60), b. eine Ultraschallsonde (20), c. eine optische Kamera (25), d. eine Kontrolleinheit (30), wobei die optische Kamera (25) an einem von dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) und der Ultraschallsonde (20) angebracht ist, und die Kontrolleinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Position des von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen, das ortsfest zur Kamera ist.A system ( 10 ) for medical imaging, comprising; a. a nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 b. an ultrasound probe ( 20 c. an optical camera ( 25 ), d. a control unit ( 30 ), the optical camera ( 25 ) at one of the nuclear detectors ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) and the ultrasound probe ( 20 ), and the control unit ( 30 ) is adapted to calculate the position of the other of the nuclear detector and the ultrasound probe detected by the optical camera in a coordinate system that is stationary relative to the camera. System nach Anspruch 1, wobei die Kontrolleinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Position des erfassten Nukleardetektors (15, 40, 45, 50, 60) oder der Ultraschallsonde (20) anhand einer dreidimensionalen Bildanalyse des Bilds der optischen Kamera (25) zu bestimmen.System according to claim 1, wherein the control unit ( 30 ) is designed to determine the position of the detected nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) or the ultrasound probe ( 20 ) based on a three-dimensional image analysis of the image of the optical camera ( 25 ). System nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) oder der Ultraschallsonde (20) mindestens eine optische Markierung (35) bereitgestellt sind, und wobei die Kontrolleinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Position des erfassten Nukleardetektors oder der Ultraschallsonde anhand einer Analyse der erfassten mindestens einen optischen Markierung (35) zu bestimmen.A system according to claim 1 or 2, wherein on the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) or the ultrasound probe ( 20 ) at least one optical marking ( 35 ), and wherein the control unit ( 30 ) is adapted to determine the position of the detected nuclear detector or the ultrasound probe on the basis of an analysis of the detected at least one optical marking ( 35 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) eines von einer SPECT-Sonde (40), einem PET-Detektor (45), einer 2D-Gammakamera (50), einem 1D + 2D Koinzidenzdetektor (55), einem 2D + 2D Koinzidenzdetektors (60), einer 1D-Gammasonde (65), oder einem Dual-Koinzidenz-Detektor (70) ist.System according to one of the preceding claims, wherein the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) one of a SPECT probe ( 40 ), a PET detector ( 45 ), a 2D gamma camera ( 50 ), a 1D + 2D coincidence detector ( 55 ), a 2D + 2D coincidence detector ( 60 ), a 1D gamma probe ( 65 ), or a dual coincidence detector ( 70 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontrolleinheit (30) dazu eingerichtet ist, Bilddaten des Nukleardetektors (15, 40, 45, 50, 60) auf die Ultraschallbilddaten zu projizieren.System according to one of the preceding claims, wherein the control unit ( 30 ) is adapted to image data of the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) to project the ultrasound image data. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Sensoranordnung (70) in mindestens einem von dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) und der Ultraschallsonde (20), wobei die Sensoranordnung mindestens eines, oder eine Kombination, der folgenden umfasst: ein 3D-Gyrosensor (75), ein 3D-Beschleunigungsmesser (80), ein Erdmagnetfeld-Sensor (85).System according to one of the preceding claims, further comprising a sensor arrangement ( 70 ) in at least one of the nuclear detectors ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) and the ultrasound probe ( 20 ), wherein the sensor arrangement comprises at least one, or a combination, comprising: a 3D gyrosensor ( 75 ), a 3D accelerometer ( 80 ), a geomagnetic field sensor ( 85 ). Ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung, umfassend; a. Bereitstellen eines Nukleardetektors (200), b. Bereitstellen einer Ultraschallsonde (210), c. Bereitstellen einer optischen Kamera, wobei die optische Kamera an einem von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde angebracht ist (220), d. Bereitstellen einer Kontrolleinheit (230), e. Aufnehmen von Daten des Nukleardetektors (240), f. Aufnehmen von Ultraschalldaten (250), g. Aufnehmen von Daten der optischen Kamera (260), h. Errechnen der Position des von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor und der Ultraschallsonde, in einem Koordinatensystem, das ortsfest zur Kamera ist (270), i. Projizieren von Bilddaten des Nukleardetektors auf die Ultraschallbilddaten (280).A method of medical imaging, comprising; a. Providing a nuclear detector ( 200 b. Providing an ultrasound probe ( 210 c. Providing an optical camera, wherein the optical camera is attached to one of the nuclear detector and the ultrasound probe ( 220 ), d. Provision of a control unit ( 230 ), e. Recording data of the nuclear detector ( 240 ), f. Recording ultrasound data ( 250 g. Recording data from the optical camera ( 260 ), H. Calculate the position of the other of the nuclear detector and the ultrasound probe detected by the optical camera, in a coordinate system that is stationary to the camera ( 270 i. Projecting image data of the nuclear detector onto the ultrasound image data ( 280 ). Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Nukleardetektor eines von einer SPECT-Sonde (40), einem PET-Detektor (45), einer 2D-Gammakamera (50), einem 1D + 2D Koinzidenzdetektor (55), einem 2D + 2D Koinzidenzdetektor (60), einer 1D-Gammasonde (65), oder einem Dual-Koinzidenz-Detektor (70) ist.The method of claim 7, wherein the nuclear detector is one of a SPECT probe ( 40 ), a PET detector ( 45 ), a 2D gamma camera ( 50 ), a 1D + 2D coincidence detector ( 55 ), a 2D + 2D coincidence detector ( 60 ), a 1D gamma probe ( 65 ), or a dual coincidence detector ( 70 ). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Position des erfassten Nukleardetektors (15, 40, 45, 50, 60) oder der Ultraschallsonde (20) anhand einer dreidimensionalen Bildanalyse des Bilds der optischen Kamera (25) bestimmt wird.Method according to claim 7 or 8, wherein the position of the detected nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) or the ultrasound probe ( 20 ) based on a three-dimensional image analysis of the image of the optical camera ( 25 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei auf dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) oder der Ultraschallsonde (20) mindestens eine optische Markierung (35) bereitgestellt ist, und wobei die Position des erfassten Nukleardetektors oder der Ultraschallsonde anhand einer Analyse der erfassten mindestens einen optischen Markierung (35) bestimmt wird.Method according to one of claims 7 to 9, wherein on the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) or the ultrasound probe ( 20 ) at least one optical marking ( 35 ), and wherein the position of the detected nuclear detector or the ultrasound probe is determined on the basis of an analysis of the detected at least one optical marking (FIG. 35 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Errechnen der Position des von der optischen Kamera (25) erfassten jeweils anderen von dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) und der Ultraschallsonde (20) durch die Kontrolleinheit kombiniert wird mit der Auswertung von 3D-Sensordaten aus einer Sensoranordnung (70) in mindestens einem von dem Nukleardetektor (15, 40, 45, 50, 60) und der Ultraschallsonde (20).Method according to one of claims 7 to 10, wherein the calculating of the position of the optical camera ( 25 ) detected each other from the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) and the ultrasound probe ( 20 ) is combined by the control unit with the evaluation of 3D sensor data from a sensor arrangement ( 70 ) in at least one of the nuclear detectors ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) and the ultrasound probe ( 20 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, weiter umfassend die optische Darstellung einer Projektion der Messdaten der Nukleardetektors (15, 40, 45, 50, 60) in ein Bild, generiert aus den Daten der Ultraschallsonde (20).Method according to one of claims 7 to 11, further comprising the optical representation of a projection of the measurement data of the nuclear detector ( 15 . 40 . 45 . 50 . 60 ) into an image generated from the data of the ultrasound probe ( 20 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei Positionsdaten über einen Patientenkörper über zweite optische Markierungen (36) gewonnen werden, die von der optischen Kamera (25) erfasst werden, und wobei die Positionsdaten von der Kontrolleinheit (30) verarbeitet werden. Method according to one of claims 7 to 12, wherein position data about a patient's body via second optical markings ( 36 ) obtained by the optical camera ( 25 ), and wherein the position data from the control unit ( 30 ) are processed. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, weiter umfassend die rechnerische Integration von Bilddaten aus einem weiteren bildgebenden System (95), insbesondere CT (97) und MRT (99), durch die Kontrolleinheit (30).Method according to one of claims 7 to 13, further comprising the computational integration of image data from a further imaging system ( 95 ), in particular CT ( 97 ) and MRI ( 99 ), by the control unit ( 30 ). Ein System (10) zur medizinischen Bildgebung, umfassend; a. einen funktionalen Detektor (15), b. eine Ultraschallsonde (20), c. eine optische Kamera (25), d. eine Kontrolleinheit (30), wobei die optische Kamera (25) an einem von dem funktionalen Detektor (15) und der Ultraschallsonde (20) angebracht ist, und die Kontrolleinheit (30) dazu eingerichtet ist, die Position des von der optischen Kamera erfassten jeweils anderen von dem funktionalen Detektor und der Ultraschallsonde in einem Koordinatensystem zu errechnen, das ortsfest zur Kamera ist.A system ( 10 ) for medical imaging, comprising; a. a functional detector ( 15 b. an ultrasound probe ( 20 c. an optical camera ( 25 ), d. a control unit ( 30 ), the optical camera ( 25 ) at one of the functional detector ( 15 ) and the ultrasound probe ( 20 ), and the control unit ( 30 ) is arranged to calculate the position of the other of the functional detector and the ultrasound probe detected by the optical camera in a coordinate system that is stationary relative to the camera. System nach Anspruch 15, wobei der funktionale Detektor mindestens eines von: – einem optischer Detektor ist, insbesondere einer Fluorenzenzkamera, einer multispektralen Kamera, einer handgeführten optischen Sonde, und wobei fluoreszierende, lumineszierende oder sonstig fotoaktive Markersubstanzen dem Patienten appliziert werden, – ein Magnetdetektor ist, oder eine Detektor-Matrix aus mehreren Magnetdetektoren, und wobei die dem Patienten zu applizierende Markersubstanz magnetische Partikel umfasst.The system of claim 15, wherein the functional detector comprises at least one of: An optical detector, in particular a fluoroscopy camera, a multispectral camera, a hand-held optical probe, and wherein fluorescent, luminescent or otherwise photoactive marker substances are applied to the patient, - Is a magnetic detector, or a detector matrix of a plurality of magnetic detectors, and wherein the marker substance to be applied to the patient comprises magnetic particles. Verfahren zur medizinischen Bildgebung mittels eines Systems der Ansprüche 15 oder 16.A method of medical imaging by means of a system of claims 15 or 16.
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