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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der französischen
Patentanmeldung Nr. 02 14994, eingereicht am 28. November 2002,
deren Inhalt hier durch Verweis eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung und Ausführungen
derselben beziehen sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum
Verarbeiten von Befehlsinformation, die über eine Einrichtung zur Manipulation von
Bildern und insbesondere Manipulation von 3D-Bildern an das Verarbeitungsmittel übertragen worden
sind. Die vorliegende Erfindung und Ausführungen derselben beziehen
sich außerdem
auf eine Einrichtung zum Betrachten medizinischer Bilder in einem
Operationssaal oder Untersuchungsraum, die das Verfahren umsetzt.
Die vorliegende Erfindung und Ausführungsformen derselben können in
der intervenierenden Radiologie oder bei allgemeinen medizinischen
Anwendungen, insbesondere in einer Echtzeitumgebung zweckmäßig angewendet
werden.
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Periphere Eingabegeräte zur Manipulation von
3D-modellierenden Bildern sind bereits bekannt. Peripheriegerä te dieser
Bauart weisen ein Griffelement, das dazu vorgesehen ist, von dem
Nutzer ergriffen zu werden (Mauskopf im Fall einer 3D-Maus oder
ein Steuerhebel nach Art eines Joy Sticks) sowie Mittel auf, die
Kraft- und/oder Verlagerungssensoren bilden, die Befehlsinformation
erzeugen, die den Verlagerungen und/oder der von dem Nutzer auf das
Griffelement, d.h. den Kopf, ausgeübten Kraft entspricht. Die
Befehlsinformation wird an eine Verarbeitungseinrichtung übertragen,
die die 3D-Modellrepräsentation
managt, die auf dem Schirm angezeigt ist und die die Befehlsinformation
in Raumbewegungen der Darstellung umsetzt.
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Ärzte,
wie beispielsweise Radiologen oder Chirurgen, fordern zunehmend
nach einer Möglichkeit
zur Manipulation der 3D-modellierenden Bilder direkt während der
Operation oder Untersuchung. Bis heute bekannt gewordene Peripheriegeräte zur Manipulation
von 3D-modellierenden Bildern gestatten dies nicht in optimaler
Weise. Insbesondere ermöglichen
solche Geräte
die Manipulation nicht in der Flexibilität die als wünschenswert angesehen wird,
wenn die Bilder beispielsweise während
einer Operation angesehen werden. Insbesondere in einem Operationssaal
oder einem Untersuchungssaal steht der Radiologe oder Chirurg fortwährend in
einer unkomfortablen Position und er ist darauf eingerichtet, ein
informationstechnisches Peripheriegerät zu handhaben, wodurch er
wahrscheinlich eine gewisse Anzahl unbeabsichtigter Bewegungen des
Peripheriegeräts
verursacht. Ähnlich
kann, wenn das Peripheriegerät
durch eine steriles Tuch abgedeckt ist, die Reibung zwischen diesem
Tuch und dem Peripheriegerät
parasitäre
oder unerwünschte
Bewegungen erzeugen.
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Im Falle eines Peripheriegeräts mit mehr
als drei Freiheitsgraden und insbesondere mit sechs Freiheitsgraden kann
es außerdem
für den
Chirurgen oder Radiologen schwierig sein, vollständig kontrollierte Translationsbewegungen
oder Drehbewegungen auszuführen,
weil solche Bewegungen generell relativ geringen Bewegungen oder
Kräften
an dem Peripheriegerät
entsprechen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der offenbarten
und beanspruchten Erfindung ist auf ein Verfahren zur Verarbeitung
von Befehlsinformation gerichtet, die über ein Peripheriegerät zur Manipulation
von 3D-modellierten Bildern übertragen
worden ist, wobei das Peripheriegerät Mittel zur Manipulation durch
einen Bediener sowie Mittel aufweist, die Sensoren bilden, die Kräfte und/oder
Verschiebungen des Griffmittels erfassen und als. Ergebnis erfasster
Kräfte und/oder
Verlagerungen Befehlsinformation erzeugen, wobei einige Translations-
oder Zoomkomponenten und andere Drehkomponenten für die Bewegung
entsprechen, die einer räumlichen
Repräsentation
des 3D-Modells auferlegt werden. In einer ersten Betriebsart wird
das Set von Befehlsinformation verarbeitet, um das wiedergegebene
Bild zu modifizieren, indem diesem lediglich räumliche Drehbewegungen auferlegt
werden, und in einer zweiten Betriebsart wird die Befehlsinformation
modifiziert, um das wiedergegebene Bild zu modifizieren, indem diesem lediglich
Translationsbewegungen oder ein Zoomeffekt auferlegt werden.
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Eine Ausführungsform der geoffenbarten und
beanspruchten Erfindung ist außerdem
auf eine Einrichtung gerichtet, die ein Peripheriegerät mit Mitteln
zur Manipulation von 3D-modellierenden Bildern, wenigstens einen
Schirm, auf dem die Bilder dargestellt werden, einer Ver arbeitungseinrichtung,
die den Anzeigeschirm steuert und, eine Verbindungseinrichtung aufweist,
die dem Peripheriegerät
ermöglicht, Befehlsinformation
an das Verarbeitungsmittel zu übertragen,
wobei das Peripheriegerät
ein Griffelement, das von einem Bediener gehandhabt wird, sowie
Mittel aufweist, die Sensoren bilden, die Kräfte und/oder Verlagerungen
des Griffelements erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten
Kräften und/oder
Verlagerungen Befehlsinformationen erzeugen, von denen einige Translations-
oder Zoomkomponenten und andere Rotationskomponenten hinsichtlich
Bewegungen entsprechen, die der räumlichen Darstellung des 3D-Modells
auferlegt werden, wobei die Verarbeitungseinrichtung Mittel enthält, die dazu
geeignet sind, das oben genannte Verfahren umzusetzen.
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Eine Ausführungsform der geoffenbarten und
beanspruchten Erfindung ist auf eine Einrichtung zum Ansehen medizinischer
Bilder gerichtet, die eine Einrichtung der oben genannten Art enthält, wobei das
Peripheriegerät
in einem Operationssaal oder einem Untersuchungsraum angeordnet
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die rein veranschaulichend
und nicht beschränkend ist
und die in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren zu lesen ist,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Peripheriegeräts zur Manipulation von Bildern
und ein Verarbeitungsmittel veranschaulicht, mit dem sie verbunden
ist,
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2 unterschiedliche
Stufen der Durchführung
der Verarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung veranschaulicht und
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3 einen
Operationssaal und/oder einen Untersuchungsraum schematisch veranschaulicht, der
Peripheriegeräte
zur 3D-Bildmanipulation enthält.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
ein Eingabemittel, wie beispielsweise ein Peripheriegerät 1 zur
Manipulation von 3D-modellierenden
Bildern und eine Verarbeitungseinrichtung 2, mit dem das
Peripheriegerät
verbunden ist (mittels Kabels oder mittels HF-Verbindung beispielsweise).
Dieses Peripheriegerät
kann eine 3D-Maus mit einem hier nicht veranschaulichten Kopf sein,
der an einem Träger
mit sechs Freiheitsgraden gelenkig gelagert ist, sowie mit Mitteln,
die Sensoren bilden, die die Erfassung von Bewegungen des Greifkopfs
in den sechs Freiheitsgraden entsprechenden Komponenten gestatten
und Befehlsinformation an das Mittel zur Bereitstellung der Befehlsinformation
liefern, die diesen sechs Komponenten entspricht.
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Die Befehlsinformation wird durch
die Verarbeitungseinrichtung 2 umgeschrieben, um eine entsprechende
Bewegung des 3D-modellierenden Bilds zu erzeugen, dessen Schirmdarstellung
gesteuert wird. Ein Beispiel einer 3D-Maus dieser Bauart ist in dem US-Patent
4 785 180 beschrieben. Der Sensor der 3D-Maus ist ein optoelektronischer
Sensor, der die Erfassung von sechs Komponenten gestattet: drei
translatorische Komponenten in drei Richtungen, die drei zueinander
rechtwinkligen Achsen entsprechen und drei Rotationskomponenten,
die den Drehungen um diese drei Achsen entsprechen. Ein weiteres
Beispiel eines Peripheriegeräts
ist in der parallel anhängigen
Patentanmeldung, die am gleichen Tage von Salazar-Ferrer et al.
eingereicht worden ist, beschrieben, die mit: „Device for Manipulation Images,
Assembly Comprising Such a Device and Installation for Viewing Images" (GE Akte 130600)
betitelt ist, die die Priorität
der französischen
Patentanmeldung Nr. 02 14992, eingereicht am 28. November 2002,
beansprucht und deren gesamter Inhalt hier durch Verweisung aufgenommen
ist.
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In der folgenden Beschreibung wird
Befehlsinformation durch drei Translationsparameter „x", „y" und „z" und drei Rotationsparameter „A", „B" und „C" veranschaulicht.
Diese drei Translationsparameter „x", „y" und „z" entsprechen der
Amplitude der Bewegungskomponenten in drei zueinander rechtwinkligen
Achsen. Die drei Rotationsparameter „A", „B" und „C" entsprechen der
Komponenten der Drehbewegung, um diese drei Achsen. Die sechs Parameter werden
zu der Verarbeitungseinrichtung übertragen, die
die in 2 veranschaulichten
Schritte umsetzt.
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In einem ersten Schritt (Schritt
I), mit Verweis auf 2,
führt die
Verarbeitungseinrichtung eine Filterung der Mikrobewegungen aus
der Befehlsinformation aus. Diese Filterung ist beispielsweise die
einfache Auferlegung eines Schwellwerts auf die Translations- und
Rotationsparameter. Deshalb wird beispeilsweise eine Mikrobewegung
der Maus oder allgemeiner des Peripheriegeräts vermieden, die sich daraus
ergeben kann, dass der Bediener das sterile Tuch, das auf ihm liegt,
bewegt hat oder dass der Operateur die Maus bewegt hat, ohne sie
tatsächlich steuern
zu wollen.
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In einem zweiten Schritt (Schritt
II) werden die Translationsinformation und die Rotationsinformation
vereinigt. Beispielsweise wird sowohl eine Linearkombination des
Parameters der der Translation „x" und des Paratmeters der der Rotation „B" entspricht, als
auch eine Linearkombination des Parameters, der der Translation „y" entspricht und des
Parameters, der der Rotation „A" ent spricht, gebildet. Beispielsweise
werden die Parameter „x" und „B" zusammengezählt und
das selbe auf die Parameter „y" und „A" angewendet. Die
Rotation „C" und die Translation „z" werden nicht vereinigt.
Die Verarbeitungseinrichtung 2 gibt dem Bediener die Wahl
zwischen einer „Rotations"-Betriebsart und
einer „Translations"-Betriebsart. Die
aus dem Vereinigungsschritt stammenden Parameter werden dann als
Befehlsparameter für
die Drehbewegung genutzt, wenn dies in der Rotationsbetriebsart
erfolgt oder für
die Translationsbewegung, wenn dies in der Translationsbetriebsart
erfolgt.
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2 veranschaulicht
den Fall, in dem die folgenden Parameter als Befehlsparameter in
der Rotationsbetriebsart verwendet werden: A' = A + y B' =
B + x C' =
C
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Im Fall der Translationsbetriebsart
werden beispielsweise die folgenden neuen Translationsparameter
verwendet: x' =
B + x y' =
A + x z' =
z
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Die Rotations- oder Translationsbewegung, die
der Bediener dem 3D-Bild, das zu manipulieren ist, aufprägt, wird
schneller und effizienter: eine einzelne Drehbewegung oder eine
einzelne Translationsbewegung, die dem 3D-modellierenden Bild aufzuprägen ist,
trägt unmittelbar
der Summe der Translations- und Rotationswirkungen Rechnung, die
der Bediener dem manipulierten Peripheriegerät physisch aufprägt.
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In einem dritten Schritt (Schritt
III) werden die so erhaltenen Werte gefiltert, um kleine Translations/Rotations-Komponenten
herauszufiltern, um diese zu beseitigen. Beispielsweise wird der
Parameter A' mit
B'/2 oder gleichzeitig
mit C'/2 verglichen.
Wenn A' kleiner
ist als B'/2 oder
C'/2 wird der Parameter
A' durch den Wert
Null ersetzt. Auf diese Weise werden Rotations- oder Translationskomponenten
gelöscht, die
in Bezug auf die anderen Komponenten vernachlässigbar oder klein sind. Ähnliche
Vergleichstests werden für
die anderen Parameter (B',
C', x', y') benutzt.
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Die Filterung der kleinen Komponenten
gestattet es dem Bediener, leichter eine saubere Drehung um eine
gewählte
Achse zu bewirken. Außerdem
verhindert die Filterbehandlung komplexe Rotationen (und entsprechend
Translationen) nicht, wobei gleichzeitig zwei oder mehr Rotationskomponenten (entsprechend
einer gegebenen Achse) in Betracht gezogen werden. Wenn keine der
Drehbewegungen in Bezug auf die anderen Komponenten klein ist, werden
alle Komponenten für
die schlussendlich erhaltene Drehbewegung berücksichtigt.
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Die Schritte I bis III, die im Zusammenhang mit
Rotation und/oder Translation beschrieben worden sind, können auch
auf andere durchgeführte
Aktionen, die an einer Einrichtung zur Bildverarbeitung durchgeführt werden,
angewendet werden. Beispielsweise betrifft dies die Navigation auf
einem reformatierten Querschnitt (wobei das Eingabemittel dazu verwendet
werden könnte,
sowohl beide Winkel als auch die Lage des aktuellen Querschnitts
festzulegen).
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Es sind außerdem Filter oder Vergleichtests möglich, die
sich von denen, die gerade jetzt für den Schritt III beschrieben
worden sind, unterscheiden.
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In einem vierten Schritt (Schritt
IV) wird, wenn das Peripheriegerät
in seiner Translationsbetriebsart ist, die Bewegung entlang der „z"-Achse durch die
Verarbeitungseinrichtung als Zoombefehl interpretiert. Um zu verhindern,
dass die Zoombewegung durch parasitäre oder ungewünschte Translationsbewegungen
gestört
wird, wird, sobald festgestellt wird, dass die Komponente „z'" nicht gleich oder von Null verschieden
ist, eine Filterung verwendet, in der die Komponenten „x'" und „y'" durch
die Werte Null ersetzt werden. Auf diese Weise wird eine ungestörte und
im Wesentlichen klare Zoombewegung bewirkt.
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Das Peripheriegerät ist insbesondere zur Verwendung
in einer Einrichtung geeignet, die das Anschauen von medizinischen
Bildern in einem Operationssaal oder einem Untersuchungssaal gestattet. Mit
einer solchen Einrichtung kann das Peripheriegerät 1 in einem Operationssaal
und/oder einem Untersuchungsraum angeordnet werden.
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Dies ist in 3 veranschaulicht, die einen Operationssaal
und/oder einen Untersuchungssaal 11 sowie einen Hilfssteuerraum 12 veranschaulicht, in
dem die Rechnereinheit steht, die das Mittel zur Bildverarbeitung 2 bildet.
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Die Verarbeitungseinrichtung 2 managt
die Anzeige der 3D-Bilder, die Daten entsprechen, die es von einer
medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung (nicht dargestellt) empfängt (beispielsweise
eine Röntgendurchleuchtungseinrichtung
der Bauart mit C-förmigem
Arm, die in Raum 11 aufgestellt ist). Genauer empfängt das
Mittel 2 Steuerinformation von dem Peripheriegerät 1,
das von dem Chirurgen oder Radiologen gehandhabt wird und das in
dem Operationssaal und/oder dem Untersuchungsraum 11 an der
Seite eines Tischs 19 angeordnet ist, auf dem der Patient
liegt. Die Einrichtung 2 steuert die Anzeige von 3D-Bildern
auf den Displaymonitoren 14 und 15, wobei einer
(Monitor 14) in dem Raum 11 und der andere (Monitor 15)
in dem Steuerhilfsraum (12) angeordnet ist. Kabel verbinden
das Mittel 2 mit dem Peripheriegerät 1 und mit den Monitoren 14 und 15.
Offensichtlich können
auch andere Mittel (beispielsweise HF-Übertragungseinrichtungen) vorgesehen
werden.
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Der Operationssaal und/oder der Untersuchungsraum 11 können außerdem mehr
als einen Monitor, beispielsweise wenigstens zwei andere Monitore 16 und 17 mit
komplementären
Bildern aufweisen, die mit dem Bild des Monitors 15 verbunden sind,
wobei das Mittel 2 zur Ausführung von Steuerinstruktionen
genutzt wird, die der Chirurg oder Radiologe durch das Peripheriegerät 1 gibt.
Der Monitor 14 in Raum 11 kann ein Flachbildmonitor
sein, was seine Größe minimiert.
Er kann an einer Wand in dem Raum 11 oder in einem Bereich
des Raums angeordnet sein, in dem keine Gefahr besteht, dass der
Patient anstößt. Beispielsweise
kann der Monitor 14 auf den Operationstisch schauend an
der dem Peripheriegerät 1 gegenüber liegenden
Seite angeordnet sein. Beispielsweise kann er neben den Monitoren 16, 17 beispielsweise
an der linken Seite und wenn dieser Ort wegen irgendeiner Gefahr,
dass der Patient anstößt, nicht
passt, zur rechten des Monitors angeordnet sein.
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Bei der Einrichtung zum Ansehen und
Wiedergeben eines Bilds, die die oben genannte Anordnung enthält, kann
wenigstens ein Wiedergabemittel in einem Raum oder Einrichtung 12 angeordnet
sein, die von dem Operationssaal und/oder dem Untersuchungsraum 11 verschieden
ist. Bei der Einrichtung zum Ansehen oder Wiedergeben eines Bilds,
die die oben genannte Anordnung enthält, kann die Verarbeitungseinrichtung 2 in
dem Raum 12 oder einer von dem Operationssaal und/oder
dem Untersuchungsraum 11 verschiedenen Einrichtung angeordnet
sein.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens und Äquivalente
desselben haben die folgenden unterschiedlichen Eigenschaften, die
einzeln oder in Kombination auftreten können:
die Befehlsinformation
wird verarbeitet, um die Rotations- und/oder Translationskomponenten,
die Mikrobewegungen entsprechen, herauszufiltern;
es werden
wenigstens eine Rotationskomponente und wenigstens eine Translationskomponente
miteinander kombiniert und die so erhaltene(n) kombinierte(n) Komponente(n)
wird (werden) in der ersten Betriebsart als Rotationskomponente(n)
und in der zweiten Betriebsart als Translationskomponente(n) verwendet;
als
Kombination wird eine Linearkombination verwendet;
es wird
ein Vergleich der kombinierten Komponenten gemacht, der dazu dient,
die kleinen Komponenten ausfindig zu machen, wobei im Ergebnis dieses
Vergleichs die so gefundene(n) Komponente(n) durch eine Nullkomponente
ersetzt wird (werden): eine kombinierte Komponente wird durch eine
Nullkomponente ersetzt, wenn die Komponente kleiner als ein gegebenes
Verhältnis
zu wenigstens einer anderen Komponente ist; eine kombinierte Komponente
wird durch eine Nullkomponente ersetzt, wenn die Komponente kleiner
als die Hälfte
wenigstens einer anderen Komponente ist;
in der zweiten Betriebsart
wird nach dem Filtern der Mikrokomponenten erfasst, ob die Zoomkomponente Null
ist oder nicht und wenn letztere Null ist, werden die anderen Komponenten
durch Nullkomponenten ersetzt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Verarbeiten, Ansehen und Installieren von
Befehlsinformation, die von einem Peripheriegerät 1 gesendet worden
ist, zur Manipulation wenigstens eines 3D-modellierten Bildes. Das
Peripheriegerät 1 ist
ein Griffelement, das von einem Nutzer manipuliert wird und es weist
Sensoren auf, die Kräfte
und/oder Verlagerungen des Griffelements erfassen und als Ergebnis
der erfassten Kräfte
und/oder Verlagerungen Befehlsinformation 2 generieren,
von denen ein Teil Translations- oder Zoomkomponenten und ein anderer
Teil Rotationsbewegungskomponenten betrifft, die einer räumlichen
Repräsentation
des 3D-Modells aufzuerlegen ist. In einer ersten Betriebsart wird
ein Set von Befehlsinformation so verarbeitet, dass die wiedergegebenen
Bilder lediglich räumliche Drehbewegungen
erhalten und dass in einer zweiten Betriebsart ein Set von Befehlsinformation
so verarbeitet wird, dass die wiedergegebenen Bilder lediglich Translationsbewegungen
oder einen Zoomeffekt erhalten. Das Verfahren ist in einem Operationssaal und/oder
in einem Untersuchungsraum 11, 12 an wendbar.
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Es können verschiedene Modifikationen
in der Art und Weise oder Funktion oder dem Ergebnis der geoffenbarten
Ausführungsformen
und deren Äquivalenten
vorgeschlagen oder von dem Fachmann vorgenommen werden, ohne den
Bereich der Erfindung zu verlassen.