DE10210647A1 - Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments - Google Patents

Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments

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DE10210647A1
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Abstract

Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments, insbesondere eines Katheters, im Rahmen einer kardiologischen Untersuchung oder Behandlung, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Verwendung eines 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs, DOLLAR A - Aufnahme wenigstens zweier unter einem Winkel zueinander stehender 2-D-Durchleuchtungsbilder des Untersuchungsbereichs, in denen das Instrument gezeigt ist, DOLLAR A - Registrierung des 3-D-Rekonstruktionsbilds bezüglich der 2-D-Durchleuchtungsbilder, DOLLAR A - Bestimmung der räumlichen Orientierung eines Katheterspitzenabschnitts und gegebenenfalls der räumlichen Position der Katheterspitze anhand der 2-D-Durchleuchtungsbilder und DOLLAR A - Darstellung des 3-D-Rekonstruktionsbilds und lagegenaue Darstellung des Katheterspitzenabschnitts und gegebenenfalls der Katheterspitze des Katheters im 3-D-Rekonstruktionsbild an einem Monitor.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bilddarstellung eines in einem Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments, insbesondere eines Katheters im Rahmen einer kardiologischen Untersuchung oder Behandlung.
  • In zunehmendem Maß erfolgen Untersuchungen oder Behandlungen eines erkrankten Patienten minimal-invasiv, d. h. mit möglichst geringem operativem Aufwand. Als Beispiel sind Behandlungen mit Endoskopen, Laparoskopen oder Kathetern zu nennen, die jeweils über eine kleine Körperöffnung in den Untersuchungsbereich des Patienten eingeführt werden. Katheter kommen häufig im Rahmen kardiologischer Untersuchungen zum Einsatz, beispielsweise bei Arrhythmien des Herzens, die heutzutage durch sogenannte Ablations-Prozeduren behandelt werden.
  • Hierbei wird ein Katheter unter Röntgenkontrolle, also bei Aufnahme von Durchleuchtungsbildern über Venen oder Arterien in eine Herzkammer geführt. In der Herzkammer wird das die Arrhythmie verursachende Gewebe durch die Applikation hochfrequenten Stroms ablatiert, wodurch das vorher arrhythmogene Substrat als nekrotisches Gewebe hinterlassen wird. Der heilende Charakter dieser Methode weißt große Vorzüge im Vergleich mit lebenslanger Medikation auf, zudem ist diese Methode auf lange Sicht auch wirtschaftlich.
  • Das Problem aus medizinisch/technischer Sicht besteht darin, dass der Katheter während der Röntgenkontrolle zwar sehr exakt und hochaufgelöst in einem oder mehreren Durchleuchtungsbildern, auch Fluoro-Bilder genannt, während der Intervention visualisiert werden kann, jedoch kann die Anatomie des Patienten während der Intervention nur ungenügend in den Durchleuchtungsbildern abgebildet werden. Zur Verfolgung des Katheters werden bisher gewöhnlich zwei 2D-Durchleuchtungsaufnahmen aus zwei verschiedenen, vornehmlich orthogonal zueinander stehenden Projektionsrichtungen aufgenommen. Anhand der Informationen dieser beiden Aufnahmen muss der Arzt nun die Position des Katheters selbst bestimmen, was häufig nur relativ ungenau möglich ist.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Darstellungsmöglichkeit anzugeben, die dem behandelnden Arzt ein einfaches Erkennen der genauen Position des Instruments im Untersuchungsbereich, also beispielsweise des Katheters im Herzen, ermöglicht.
  • Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der Eingangs genannten Art mit folgenden Schritten vorgesehen:
    • - Verwendung eines 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs,
    • - Aufnahme wenigstens zweier unter einem Winkel zueinander stehender 2D-Durchleuchtungsbilder des Untersuchungsbereichs, in denen das Instrument gezeigt ist,
    • - Registrierung des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich der 2D- Durchleuchtungsbilder,
    • - Bestimmung der räumlichen Position der Katheterspitze und der räumlichen Orientierung eines Katheterspitzenabschnitts anhand der 2D-Durchleuchtungsbilder, und
    • - Darstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds und lagegenaue Darstellung der Spitze und des Katheterspitzenabschnitts des Katheters im 3D-Rekonstruktionsbild an einem Monitor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, während der Untersuchung quasi in Echtzeit das Instrument, also den Katheter (im Folgenden wird ausschließlich von einem Katheter gesprochen) in einer dreidimensionalen Darstellung des Untersuchungsbereichs, also beispielsweise des Herzens oder eines zentralen kardialen Gefäßbaums etc., positionsgenau sowohl hinsichtlich seiner räumlichen Position als auch seiner räumlichen Orientierung darzustellen. Dies wird möglich, in dem unter Verwendung eines 3D-Bilddatensatzes eine dreidimensionale Rekonstruktionsdarstellung des Untersuchungsbereichs erzeugt wird. Ferner wird erfindungsgemäß die räumliche Position der Katheterspitze sowie die räumliche Orientierung eines Katheterspitzenabschnitts, also eines Abschnitts einer bestimmten Länge des Katheters, angefangen bei der Katheterspitze, bestimmt. Sind diese Koordinaten erfasst, so wird der Katheter auf der Länge des Katheterspitzenabschnitts mit richtiger Position und richtiger räumlicher Orientierung in das 3D-Rekonstruktionsbild eingeblendet, was möglich ist, da das 3D-Rekonstruktionsbild sowie die beiden 2D-Durchleuchtungsbilder bezüglich einander registriert sind, das heißt ihre Koordinatensysteme sind bezüglich einander über eine Transformationsmatrix korreliert. Der Arzt erhält also eine sehr genaue räumliche Orientierungsinformation bezüglich des Katheters, der in seiner Ist-Lage im Untersuchungsbereich dargestellt ist. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Navigation des Katheters, da der Arzt anhand der ihm erfindungsgemäß gezeigten Raumstellung zielgerichtet entscheiden kann, wie er das Instrument nachfolgend bewegen muss.
  • Zur Bestimmung der räumlichen Position der Katheterspitze kann vorgesehen sein, die Spitze in den wenigstens zwei 2D- Durchleuchtungsbildern zu identifizieren und anschließend anhand der jeweiligen Projektionsmatrix des jeweiligen 2D- Durchleuchtungsbilds eine Rückprojektionslinie zu errechnen, wobei die räumliche Position anhand der Rückprojektionslinien bestimmt wird. Idealerweise liegt die räumliche Position im Schnittpunkt der beiden Projektionslinien. Aufgrund konstruktiver Gegebenheiten, die dazu führen, dass die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor in den jeweiligen Positionen, in denen die Durchleuchtungsbilder aufgenommen werden, nicht exakt die gleiche Position bezüglich einander einnehmen, kommt es häufig vor, dass sich die errechneten Rückprojektionslinien nicht schneiden. In einem solchen Fall erfolgt zweckmäßigerweise eine rechnerische Positionsermittlung der Gestalt, dass anhand der sich nicht schneidenden Rückprojektionslinien eine Position errechnet wird, die den in den 2D- Durchleuchtungsbildern identifizierten Positionen der Spitze nahe kommt. Hierzu kann beispielsweise ein beliebiger Punkt im gegebenen Volumen verwendet werden, der im Rahmen eines Optimierungsprozesses solange in seiner Lage verändert wird, bis er der identifizierten Position der Spitze in den 2D- Durchleuchtungsbildern am nächsten kommt. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, als rechnerische Position die Mitte der gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Rückprojektionslinien an der Stelle ihres minimalen Abstands zu ermitteln.
  • Zur Bestimmung der räumlichen Orientierung des Katheterspitzenabschnitts kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, in den 2D-Durchleuchtungsbildern eine Orientierungslinie begrenzter Länge des Katheterspitzenabschnitts zu bestimmen, wobei diese Orientierungslinie unter Aufspannen einer Rückprojektionsebene rückprojiziert wird, wobei die Bestimmung der räumlichen Orientierung anhand der Rückprojektionsebenen, die von den beiden Orientierungslinien in den jeweiligen Durchleuchtungsbildern erzeugt werden, erfolgt. Der Arzt legt also interaktiv diese Orientierungslinie anhand des ihm in einem Durchleuchtungsbild gezeigten Katheters fest. Diese Orientierungslinie beschreibt einen Abschnitt begrenzter Länge an der Katheterspitze, wobei die Orientierungslinie der Lage des Katheterabschnitts im Durchleuchtungsbild entspricht. Durch die Rückprojektion einer solchen Orientierungslinie auf den Röntgenröhrenfokus wird eine Rückprojektionsebene aufgespannt. Man erhält also zwei Rückprojektionsebenen, die unter einem Winkel zueinander verlaufen, und kann anhand dieser Rückprojektionsebene die räumliche Orientierung bestimmen. Die Bestimmung der Orientierungslinie kann aber auch automatisch erfolgen.
  • Werden zwei 2D-Durchleuchtungsbilder zur Orientierungsbestimmung verwendet, so bestimmt sich die Orientierung des Katheterspitzenabschnitts anhand der Schnittlinie der beiden Rückprojektionsebenen. Zwei Ebenen schneiden sich in einer Geraden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren gibt diese Schnittgerade oder Schnittlinie exakt die räumliche Orientierung des Katheterspitzenabschnitts im Volumen an.
  • Werden mehr als zwei 2D-Durchleuchtungsbilder verwendet, in denen jeweils eine Orientierungslinie bestimmt wird, so kann die Orientierung des Katheterspitzenabschnitts als die Gerade bestimmt werden, die am nächsten zu den sich ggf. nicht in einer gemeinsamen Schnittlinie schneidenden Rückprojektionsebenen liegt. In diesem Fall liegen also wiederum nicht-ideale Verhältnisse vor, da sich idealer Weise alle Projektionsebenen in einer gemeinsamen Schnittlinie schneiden müssten. Um hier Abhilfe zu schaffen erfolgt eine rechnerische Bestimmung einer idealen Schnittlinie, die die tatsächlichen Verläufe der Projektionsebenen berücksichtigt.
  • Der 3D-Bilddatensatz kann erfindungsgemäß ein präoperativ gewonnener Datensatz sein. Das heißt, der Datensatz kann zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der eigentlichen Intervention aufgenommen worden sein. Verwendbar ist jeder 3D-Bilddatensatz unabhängig von der verwendeten Aufnahmemodalität, also beispielsweise ein CT-, ein MR- oder ein 3D-Röntgenangiographie-Datensatz. Alle diese Datensätze lassen eine exakte Rekonstruktion des Untersuchungsbereichs zu, so dass diese anatomisch exakt und hochaufgelöst dargestellt werden kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, auch einen intraoperativ gewonnenen Datensatz in Form eines 3D-Röntgenangiographie- Datensatzes zu verwenden. Der Begriff "intraoperativ" bedeutet hierbei, dass dieser Datensatz in unmittelbar zeitlichem Zusammenhang mit der eigentlichen Intervention gewonnen wird, also wenn der Patient bereits auf dem Untersuchungstisch liegt, jedoch der Katheter noch nicht gesetzt ist, was aber kurz nach Aufnahme des 3D-Bilddatensatzes erfolgen wird.
  • Handelt es sich bei dem Untersuchungsbereich um einen sich rhythmisch oder arrhythmisch bewegenden Bereich, beispielsweise das Herz, so ist für eine exakte Darstellung zu beachten, dass das 3D-Rekonstruktionsbild und die 2D-Durchleuchtungsbilder, die aufgenommen werden sollen, den Untersuchungsbereich jeweils in der gleichen Bewegungsphase zeigen bzw. in der gleichen Bewegungsphase aufgenommen wurden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, zu den 2D-Durchleuchtungsbildern die Bewegungsphase zu erfassen und zur Rekonstruktion des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten zu verwenden, die in der gleichen Bewegungsphase wie die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen sind. Das heißt sowohl bei der Aufnahme des 3D-Bilddatensatzes wie auch der 2D-Durchleuchtungsbildaufnahme ist die Erfassung der Bewegungsphase erforderlich, um phasengleiche Bilder oder Volumina erstellen zu können. Die Rekonstruktion und die hierfür verwendeten Bilddaten richten sich nach der Phase, in der die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen wurde. Als Beispiel für eine Erfassung der Bewegungsphase ist ein parallel aufgenommenes EKG zu nennen, das die Herzbewegungen aufzeichnet. Anhand des EKG's können dann die relevanten Bilddaten ausgewählt werden. Zur Aufnahme der 2D-Durchleuchtungsbilder kann eine Triggerung der Aufnahmeeinrichtung über das EKG erfolgen, so dass nacheinander aufgenommene 2D-Durchleuchtungsbilder stets in der gleichen Bewegungsphase aufgenommen werden. Auch ist es denkbar, als Bewegungsphase die Atmungsphasen des Patienten aufzuzeichnen. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines Atmungsgürtels, der um die Brust des Patienten gelegt ist und die Bewegung des Brustkorbes misst, erfolgen, auch sind Positionssensoren an der Brust des Patienten zur Aufzeichnung verwendbar. Wurde der 3D-Bilddatensatz bereits bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase erzeugt, so richtet sich in diesem Fall die Triggerung der Aufnahme der Durchleuchtungsbilder nach der Phase des 3D-Bilddatensatzes.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zusätzlich zur Bewegungsphase auch der Zeitpunkt der Aufnahme der 2D-Durchleuchtungsbilder erfasst und zur Rekonstruktion des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten verwendet werden, die auch zum gleichen Zeitpunkt wie die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen sind. Das Herz ändert seine Form innerhalb eines Bewegungszyklus von beispielsweise einer Sekunde nur innerhalb eines relativ schmalen Zeitfensters, wenn es kontrahiert, die übrige Zeit behält das Herz seine Form bei. Es ist nun unter Verwendung der Zeit als weitere Dimension möglich, quasi eine filmartige dreidimensionale Darstellung des Herzens zu ermöglichen, da zu jedem Zeitpunkt das entsprechende 3D-Rekonstruktionsbild rekonstruiert werden kann und entsprechend zeitgleich aufgenommene 2D-Durchleuchtungsbilder vorliegen, in denen die Orientierung der Katheterspitze bestimmt werden kann (hierfür wird vorzugsweise ein Biplan-C-Bogengerät verwendet). Man erhält im Ergebnis quasi eine filmartige Darstellung des schlagenden Herzens überlagert mit einer filmartigen Darstellung des geführten Katheters. Das heißt es wird hier also zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb eines Bewegungszyklus des Herzens ein separates phasen- und zeitbezogenes 3D-Rekonstruktionsbild erzeugt, ferner werden mehrere phasen- und zeitbezogene 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen, wobei die ermittelte Orientierung und Position des Katheters in dem phasen- und zeitgleichen 3D-Rekonstruktionsbild eingeblendet wird, so dass durch nacheinander erfolgendes Ausgeben der 3D-Rekonstruktionsbilder und Einblendung des Katheters das Instrument im sich bewegenden Herzen dargestellt wird.
  • Für den Arzt ist es besonders vorteilhaft, wenn die gemeinsame Monitordarstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds mit der eingeblendeten Katheterspitze und dem Katheterspitzenabschnitt benutzergeführt verändert, insbesondere gedreht, vergrößert oder verkleinert werden kann, so dass er auf diese Weise noch genauer die Stellung des Katheterspitzenabschnitts im rekonstruierten Organ, beispielsweise dem Herzen, erkennen und so beispielsweise die Nähe zu einer Herzwand und dergleichen genauestens bestimmen kann. Die Katheterspitze und der Katheterspitzenabschnitt können farbig oder blinkend dargestellt werden, um die Erkennbarkeit zu verbessern.
  • Zur Registrierung der 2D-Durchleuchtungsbilder mit dem 3D- Rekonstruktionsbild bzw. der zugrundeliegenden Datensätze sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Es besteht die Möglichkeit anatomische Bildelemente oder mehrere Markierungen zur Registrierung zu verwenden. Die Registrierung erfolgt also anhand anatomischer Besonderheiten wie beispielsweise der Herzoberfläche oder bestimmter Gefäßverzweigungspunkte etc. Anstelle der Verwendung dieser anatomischen Landmarken ist es auch denkbar, nicht-anatomische Landmarken, also im Bild befindliche spezielle Markierungen oder dergleichen zu verwenden, die sowohl in den Durchleuchtungsbildern als auch in dem 3D-Rekonstruktionsbild zu erkennen sind. Dem Fachmann sind unterschiedliche Registrierungsmöglichkeiten bekannt, die er im vorliegenden Verfahren einsetzen kann. Ein näheres Eingehen hierauf ist nicht erforderlich. Gleiches gilt betreffend die Erzeugung des 3D-Rekonstruktionsbilds. Dieses kann in Form einer perspektivischen maximum-intensity-Projektion (MPI) oder in Form eines perspektivischen volume-rendering-Projektionsbilds (VRT) erzeugt werden. Auch hier sind dem Fachmann unterschiedliche Erzeugungsmöglichkeiten bekannt, die er je nach Bedarf beim erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen kann. Auch dies ist, da für den Fachmann bekannt, nicht näher zu beschreiben.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft hierfür nur fern eine medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens der beschriebenen Art.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
  • Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, und
  • Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der räumlichen Position der Katheterspitze und der räumlichen Orientierung des Katheterspitzenabschnitts.
  • Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1, wobei hier nur die wesentlichen Teile dargestellt sind. Die Einrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung 2 zur Aufnahme zweidimensionaler Durchleuchtungsbilder. Sie besteht aus einem C-Bogen 3, an dem eine Röntgenstrahlenquelle 4 und ein Strahlendetektor 5, z. B. ein Festkörperbilddetektor, angeordnet sind. Der Untersuchungsbereich 6 eines Patienten 7 befindet sich im Wesentlichen im Isozentrum des C-Bogens, so dass er in voller Gestalt im aufgenommenen 2D-Durchleuchtungsbild zu sehen ist.
  • Der Betrieb der Einrichtung 1 wird über eine Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 8 gesteuert, die u. a. auch den Bildaufnahmebetrieb steuert. Sie umfasst ferner einen nicht näher gezeigte Bildverarbeitungseinrichtung. In dieser ist zum einen ein 3D-Bilddatensatz 9 vorhanden, der vorzugsweise präoperativ aufgenommen wurde. Er kann mit einer beliebigen Untersuchungsmodalität aufgenommen worden sein, beispielsweise einem Computertomographen oder einem Magnetresonanzgerät oder einem 3D-Angiographiegerät. Er kann auch als quasi intraoperativer Datensatz mit der eigenen Bildaufnahmeeinrichtung 2 aufgenommen werden, also unmittelbar vor der eigentlichen Katheterintervention, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung 2 dann im 3D-Angiographiemodus betrieben wird.
  • Im gezeigten Beispiel wird in den Untersuchungsbereich 6, hier das Herz, ein Katheter 11 eingeführt. Dieser Katheter ist in dem 2D-Durchleuchtungsbild 10, das in Fig. 1 in Form einer Prinzipdarstellung vergrößert gezeigt ist, zu erkennen.
  • Nicht zu erkennen ist in dem 2D-Durchleuchtungsbild 10 jedoch die anatomische Umgebung um den Katheter 11. Um auch diese zu erkennen wird aus dem 3D-Bilddatensatz 9 unter Verwendung bekannter Rekonstruktionsmethoden ein 3D-Rekonstruktionsbild 12 erzeugt, dass in Fig. 1 ebenfalls in vergrößerter Darstellung prinzipiell wiedergegeben ist. Dieses Rekonstruktionsbild kann beispielsweise als MIP-Bild oder als VRT-Bild erzeugt werden.
  • An einem Monitor 13 wird nun das 3D-Rekonstruktionsbild 12, in dem die anatomische Umgebung - hier ein kardialer Gefäßbaum 14 zu sehen ist - als dreidimensionales Bild gezeigt. Anhand von zwei unter einem Winkel zueinander stehender 2D- Durchleuchtungsbilder, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander stehen, wird nun, wie nachfolgend noch beschrieben wird, die räumliche Orientierung und Position des Katheterspitzenabschnitts bestimmt. Die beiden Durchleuchtungsbilder und der 3D-Bilddatensatz bzw. das 3D-Rekonstruktionsbild sind über eine Transformationsmatrix miteinander registriert. D. h. der Katheter 11 wird im ausgegebenen Bild 15 in exakter lagegenauer Position und Orientierung bezüglich des Gefäßbaum 14 dargestellt. Der Arzt kann also hieran genau erkennen, wo sich der Katheter befindet und wie er entweder weiterhin navigieren muss oder wie und wo die Behandlung zu beginnen oder fortzusetzen ist.
  • Der Katheter 11 kann dabei in beliebiger hervorgehobener Darstellung gezeigt werden, so dass er eindeutig und gut erkennbar ist. Er kann beispielsweise kontrastmäßig angehoben werden, er kann auch farbig dargestellt werden.
  • Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze die Bestimmung der räumlichen Orientierung eines Katheterspitzenabschnitts. Hierzu dienen zwei Durchleuchtungsbilder 10a, 10b, die unter einem Winkel zueinander stehend vom Untersuchungsbereich aufgenommen wurden. Vorzugsweise stehen die Bildebenen aufeinander senkrecht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in den beiden 2D-Durchleuchtungsbildern 10a, 10b der Katheter 11 gezeigt. Ersichtlich ist die Stellung des Katheters 11, der in Fig. 2 auch in seiner räumlichen Position im Untersuchungsbereich (der hier nicht gezeigt ist) dargestellt ist, unterschiedlich, je nach dem von welcher Seite der Untersuchungsbereich und damit der Katheter 11 aufgenommen wurde.
  • Zur Bestimmung der Orientierung wird nun ausgehend von der Katheterspitze eine Orientierungslinie 16 in jedem 2D-Durchleuchtungsbild 10a, 10b bestimmt, die den Verlauf des im jeweiligen Durchleuchtungsbild gezeigten Katheters von der Katheterspitze beginnend über einen bestimmten Abschnitt anzeigt. Die Orientierungslinie 16 hat eine bestimmte Länge, die beispielsweise vom Arzt interaktiv festgelegt werden kann. Natürlich ist es auch möglich, automatisch durch einen geeigneten Bildanalysealgorithmus diese Orientierungslinie bestimmen zu lassen.
  • Die Orientierungslinie 16 wird nun über ihre gesamte Länge auf den Fokus bzw. das Projektionszentrum der Strahlungsquelle 4 zurückprojiziert. Hierbei wird eine Projektionsebene Pa bzw. Pb für jede Rückprojektion einer in einem Durchleuchtungsbild 10a, 10b gezeigten Orientierungslinie 16 erhalten. Die Orientierungsebenen Pa, Pb schneiden sich längs einer Geraden. Diese Gerade oder Schnittlinie S gibt nun exakt die räumliche Orientierung des Katheterspitzenabschnitts, der über die Orientierungslinie 16 definiert wurde, im Untersuchungsvolumen an.
  • Von der Schnittlinie S werden nun ihre Koordinaten, also zweckmäßigerweise die Koordinaten des Anfangs- und Endpunktes bestimmt. Aufgrund der Registrierung der beiden 2D-Durchleuchtungsbilder 10a, 10b mit dem 3D-Bilddatensatz 9 bzw. dem 3D-Rekonstruktionsbild 12 kann nun die Schnittlinie und folglich der Katheterspitzenabschnitt, den die Schnittlinie S markiert, positionsgenau und orientierungsrichtig in das dreidimensional gezeigte Untersuchungsvolumen oder den Untersuchungsbereich im 3D-Rekonstruktionsbild 12 eingeblendet werden.
  • Aus Fig. 2 lässt sich auch auf einfache Weise die Bestimmung der Katheterspitzenposition entnehmen. Hierzu wird lediglich die Position der Katheterspitze in den beiden Durchleuchtungsbildern 10a, 10b bestimmt. Die jeweiligen Positionen werden nun in Form einer Projektionslinie auf das Projektionszentrum zurückprojiziert. Man erhält also zwei Rückprojektionslinien im Vergleich zu den beiden Projektionsebenen wie sie zur Orientierungsbestimmung verwendet werden. Die Position der Katheterspitze im dreidimensionalen Untersuchungsvolumen ergibt sich im Idealfall als der Schnittpunkt der beiden Projektionslinien. Liegen diese etwas auseinander, was aufgrund konstruktiver Gegebenheiten der Fall sein kann, so wird die Position rechnerisch ermittelt.
  • Neben der in Fig. 2 gezeigten Möglichkeit, die Orientierung mittels zweier 2D-Durchleuchtungsbilder zu bestimmen besteht ferner die Möglichkeit, hierzu mehr als zwei Durchleuchtungsbilder zu verwenden. Im Idealfall schneiden sich die dann ergebenden mehreren Projektionsebenen in einer gemeinsamen Schnittlinie. Schneiden sie sich nicht in einer gemeinsamen Schnittlinie, so wird diese ebenfalls rechnerisch durch geeignete Annäherung an die Projektionsebenen bestimmt.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments, insbesondere eines Katheters im Rahmen einer kardiologischen Untersuchung oder Behandlung, mit folgenden Schritten:
- Verwendung eines 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs,
- Aufnahme wenigstens zweier unter einem Winkel zueinander stehender 2D-Durchleuchtungsbilder des Untersuchungsbereichs, in denen das Instrument gezeigt ist,
- Registrierung des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich der 2D- Durchleuchtungsbilder,
- Bestimmung der räumlichen Orientierung eines Katheterspitzenabschnitts und gegebenenfalls der räumlichen Position der Katheterspitze anhand der 2D-Durchleuchtungsbilder, und
- Darstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds und lagegenaue Darstellung des Katheterspitzenabschnitts und gegebenenfalls der Katheterspitze des Katheters im 3D-Rekonstruktionsbild an einem Monitor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Bestimmung der räumlichen Orientierung des Katheterspitzenabschnitts in den 2D-Durchleuchtungsbildern eine Orientierungslinie mit begrenzter Länge des Katheterspitzenabschnitts bestimmt wird, die unter Aufspannen einer Rückprojektionsebene rückprojiziert werden, wobei die Bestimmung der räumlichen Orientierung anhand der Rückprojektionsebenen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zwei 2D-Durchleuchtungsbilder verwendet werden, wobei die Orientierung des Katheterspitzenabschnitts von der Schnittlinie der beiden Rückprojektionsebenen bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem mehr als zwei 2D- Durchleuchtungsbilder verwendet werden, in denen jeweils eine Orientierungslinie bestimmt wird, wobei die Orientierung des Katheterspitzenabschnitts als die Gerade bestimmt wird, die am nächsten zu den sich nicht in einer gemeinsamen Schnittlinie schneidenden Rückprojektionsebene liegt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zur Bestimmung der räumliche Position der Katheterspitze die Spitze in den wenigstens zwei 2D-Durchleuchtungsbildern identifiziert und anschließend anhand der jeweiligen Projektionsmatrix des jeweiligen 2D-Durchleuchtungsbilds eine Rückprojektionslinie errechnet wird, wobei die räumliche Position anhand der Rückprojektionslinien bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die räumliche Lage im Schnittpunkt der beiden Projektionslinien liegt, oder bei dem bei sich nicht schneidenden Rückprojektionslinien rechnerisch eine Position ermittelt wird, die den in den 2D-Durchleuchtungsbildern identifizierten Positionen der Spitze nahe kommt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zur rechnerischen Ermittlung ein beliebiger Punkt im gegebenen Volumen verwendet wird, der im Rahmen eines Optimierungsprozesses solange in seiner Lage verändert wird, bis er der identifizierten Position der Spitze in den 2D-Durchleuchtungsbildern am nächsten kommt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die rechnerische Position als die Mitte der gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Rückprojektionslinien an der Stelle ihres minimalen Abstands ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem als 3D-Bilddatensatz ein präoperativ gewonnener Datensatz oder ein intraoperativ gewonnener Datensatz verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einem sich rhythmisch oder arrhythmisch bewegenden Untersuchungsbereich zu den 2D-Durchleuchtungsbildern die Bewegungsphase erfasst und zur Rekonstruktion des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten verwendet werden, die in der gleichen Bewegungsphase wie die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zusätzlich zur Bewegungsphase auch der Zeitpunkt der Aufnahme der 2D-Durchleuchtungsbilder erfasst und zur Rekonstruktion des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten verwendet werden, die auch zum gleichen Zeitpunkt wie die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen sind.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Untersuchungsbereich das Herz ist und zur Erfassung der Bewegungsphase und gegebenenfalls der Zeit ein EKG aufgenommen wird, in dessen Abhängigkeit die Aufnahme der 2D-Durchleuchtungsbilder getriggert wird, wobei den Bilddaten zur Erstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds ebenfalls ein EKG bei deren Aufnahme zugeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die gemeinsame Monitordarstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds mit der eingeblendeten Katheterspitze und dem Katheterspitzenabschnitt benutzergeführt verändert, insbesondere gedreht, vergrößert oder verkleinert werden kann.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Katheterspitze und der Katheterspitzenabschnitt im 3D- Rekonstruktionsbild farbig oder blinkend dargestellt wird.
15. Medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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