DE19935916A1 - Bildgebende Diagnostikeinrichtung zur Erkennung der Position eines Katheters o. dgl. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine bildgebende Diagnostikeinrichtung zur Erkennung der Position eines Gerätes (1) in einem Körper bei einer Untersuchung und Erzeugung von auf einer Wiedergabevorrichtung (8) darstellbaren Bildsignalen, die eine Vorrichtung (9) aufweist, die aus den Bildsignalen ein an dem Gerät (1) angebrachtes Muster (11 bis 14) mit bei der bildgebenden Wellenlänge unterschiedlichen Eigenschaften detektiert, sowie das Gerät (1), das mit einem linien- oder flächenförmigen Muster (11 bis 14) mit bei der einstrahlenden Wellenlänge unterschiedlicher Strahlentransparenz versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine bildgebende Diagnostikeinrichtung zur Erkennung der Position eines Gerätes in einem Körper bei einer Untersuchung und Erzeugung von auf einer Wiedergabevor­ richtung darstellbaren Bildsignalen sowie ein Gerät für Un­ tersuchungen in einem Körper zur Wiedergabe durch die bildge­ bende Diagnostikeinrichtung.

Bei Untersuchungen in einem menschlichen Körper ist für den behandelnden Arzt die Kenntnis der Position eines Gerätes, beispielsweise eines Katheters, insbesondere die Kenntnis der genauen Position der Katheterspitze, eine wesentliche Infor­ mation zur Führung des Instrumentes. Nur durch die genaue Kenntnis dieser Spitzenposition kann der behandelnde Arzt an Abzweigungen der zu untersuchenden Gefäßbäume die Steuerung in das gewünschte Gefäß vornehmen. In der Praxis ist aller­ dings, insbesondere bei einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit nicht zu hoher Durchleuchtungsstrahlungsleistung, was bei einer längeren Daueruntersuchung zur Vermeidung einer Schädi­ gung des Patienten anzustreben ist, das Röntgenbild relativ stark verrauscht, so daß gerade die für die Führung des In­ strumentes notwendige Kenntnis der Spitze im Rauschen prak­ tisch untergeht.

Um diese Probleme zu vermeiden, ist neben der bereits ange­ sprochenen Erhöhung der Durchleuchtungsstrahlungsleistung, die aber in der Praxis gerade unerwünscht ist, auch bereits vorgeschlagen worden, Methoden der Rauschunterdrückung sowie spezielle Signalverarbeitungsverfahren mit Linienfindung an­ zuwenden. Beide können jedoch, abgesehen davon, daß sie einen relativ großen Aufwand erfordern, in vielen Fällen die not­ wendige Kenntnis der Katheterspitze nicht sicherstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Diagno­ stikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die selbst bei stark verrauschten Röntgenbildern und geringen Be­ lastungen des Patienten dem behandelnden Arzt die genaue Po­ sition beispielsweise der Spitze eines Untersuchungsgerätes, insbesondere eines Katheters, vermitteln kann, sowie das Un­ tersuchungsgerät derart auszubilden, daß es durch die Diagno­ stikeinrichtung leicht erkennbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Diagnostikeinrichtung eine Vorrichtung aufweist, die aus den Bildsignalen ein an dem Gerät angebrachtes Muster mit bei der bildgebenden Wellenlänge unterschiedlichen Eigenschaften detektiert.

Das auf dem Gerät, beispielsweise einem Katheter, angebrachte Muster läßt sich sehr viel einfacher identifizieren, insbe­ sondere wenn man in Ausgestaltung der Erfindung eine Schal­ tung mit einem Matched-Filter zur Verarbeitung der Bildsigna­ le einsetzt, deren Filterfrequenz auf das Muster abgestimmt ist.

In vorteilhafter Weise kann das Filterbild betrachtet werden, wenn die Matched-Filter-Schaltung an einem Monitor zur Wie­ dergabe der Untersuchungsbilder angeschlossen ist.

In einem normalen, verrauschten Bild, das für den untersu­ chenden Arzt in seiner Betrachtungsweise gewohnter als das Filterbild ist, läßt sich die Position des Gerätes kennzeich­ nen, wenn zwischen Matched-Filter-Schaltung und Monitor eine Einblendvorrichtung angeordnet ist, die eine Einblendung ei­ ner Markierung in das Monitorbild bewirkt. Dazu kann an dem Monitor eine Überlagerungsvorrichtung angeschlossen sein, der das Ausgangssignal der Einblendvorrichtung und die Untersu­ chungsbilder zugeführt werden und die eine Überlagerung der Markierung und der Untersuchungsbilder bewirkt.

Das auf dem Gerät für Untersuchungen in einem Körper zur Wie­ dergabe durch obengenannte bildgebende Diagnostikeinrichtung, beispielsweise einem Katheter, angebrachte Muster kann in vorteilhafter Weise linien- oder flächenförmig sein, wobei dieses Muster vorzugsweise in einer festen Entfernung von der zu erkennenden Spitze des Gerätes angeordnet ist.

Die Matched-Filter-Schaltung zur Verarbeitung der Röntgen­ bildsignale läßt eine besonders gute Erkennung der Musterpo­ sition zu, wenn das Muster Abschnitte mit zur Mitte hin zu­ nehmender Strahlentransparenz, insbesondere Abschnitte mit zur Mitte hin zunehmender Länge aufweist.

Durch diese Ausbildung läßt sich die Mitte des Musters deut­ lich im Röntgenbild lokalisieren. Gegebenenfalls kann dann automatisch eine Einblendung mit einer Versetzung um diesen Abstand der Mustermitte von der Katheterspitze erfolgen, um dem Operateur zu signalisieren, wo genau die Katheterspitze liegt.

Den häufigsten Einsatzbereich eines Gerätes bei Untersuchun­ gen mit einer bildgebenden Diagnostikeinrichtung wird ein Ka­ theter sein, der in einen Körper eines Lebewesens eingeführt ist.

Bei Untersuchungen mit einer Röntgendiagnostikeinrichtung muß der Katheter normalerweise im Röntgenbild sichtbar sein und demzufolge aus einem für Röntgenstrahlen undurchlässigem Ma­ terial bestehen wird, weist das Muster eine unterschiedliche Röntgentransparenz auf und besteht somit aus einem röntgen­ transparenterem bzw. Röntgenstrahlen durchlässigerem Materi­ al.

Findet erfindungsgemäß eine Ultraschall-Diagnostikeinrichtung Verwendung, so muß das Muster eine unterschiedliche Ultra­ schalltransparenz aufweisen.

Auch läßt sich das Gerät erfindungsgemäß bei einer Infrarot- Diagnostikeinrichtung einsetzen, wenn das Muster eine unter­ schiedliche Transparenz für Infrarotstrahlen aufweist.

Weist das Muster auf dem Gerät unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf, so läßt es sich in einer MR-Diagnostikein­ richtung einsetzen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Wiedergabe eines verrauschten Röntgendurchleuchtungsbildes eines Herzens bei einer Katheteruntersuchung,

Fig. 3 ein ungestörtes Idealbild,

Fig. 4 eine Abbildung des vorderen Abschnitts eines Kathe­ ters mit einem erfindungsgemäßen Muster,

Fig. 5 das verrauschte Empfangssignal des mit dem Muster versehenen Katheterabschnitts im gestörten Aufnah­ mebild gemäß Fig. 2, und

Fig. 6 das durch eine Matched-Filter-Schaltung verarbeite­ te Signal gemäß Fig. 5.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit ei­ ner von einem Röntgengenerator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgte Röntgenröhre 2 dargestellt, die ein Röntgenstrah­ lenbündel 3 erzeugt, das einen Patienten 4 durchdringt und auf dem Eingangsleuchtschirm eines Röntgenbildverstärkers 5 Strahlenbilder erzeugt. Der Ausgangsleuchtschirm des Röntgen­ bildverstärkers 5 ist mit einer Fernsehkamera 6 gekoppelt, deren Ausgangssignal einem Bildsystem 7 zugeführt wird. Das Bildsystem 7 kann Wandler, Bildspeicher und Verarbeitungs­ schaltungen aufweisen. Es ist zur Wiedergabe der erfaßten Röntgenbilder mit einem Monitor 8 verbunden. Erfindungsgemäß weist das Bildsystem 7 eine Schaltung 9 mit einem Matched- Filter auf, dessen Filterfrequenz auf das Muster abgestimmt ist. Die Matched-Filter-Schaltung 9 verarbeitet das von der Fernsehkamera 6 gelieferte Bildsignal, bevor es auf dem Moni­ tor 8 wiedergegeben wird.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Katheter 10 dargestellt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Untersuchung der Herzkranzgefäße eingesetzt werden soll. In der durch Rauschen gestörten Aufnahme gemäß Fig. 2, die dem Bildsignal der Fern­ sehkamera 6 entspricht, ist die Katheterspitze 16 nicht mehr sichtbar bzw. nur sehr schwer zu erkennen. Um ohne Erhöhung der Durchleuchtungsstrahlungsleistung diese Position der Ka­ theterspitze 16 feststellen zu können, ist auf dem Katheter 10 ein Muster 11 bis 14 unterschiedlicher Röntgentransparenz aufgebracht. Dieses Muster besteht aus Abschnitten 11, 12, 13 und 14, die jeweils vom mittleren Abschnitt ausgehend in ih­ rer Röntgentransparenz abnehmen, was im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel durch entsprechende Abnahme der Länge der Ab­ schnitte 12, 13 und 14 erreicht wird. Das Instrument wird al­ so mit einer Modulation einer gegebenen Frequenz (Hardware- Modulation) beaufschlagt. Diese spezielle Signalstruktur, die jetzt örtlich auf dem Katheter 10 sichtbar ist, kann durch entsprechende Signalverarbeitung, nämlich mittels einer Emp­ fangseinrichtung mit einem Matched-Filter so optimal verar­ beitet werden, daß der Katheter 10 und auch die Katheterspit­ ze 16 in ihrer Position bestimmbar wird. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ergibt sich nach der Verarbeitung in der Mat­ ched-Filter-Schaltung 9 aus dem verrauschten Empfangssignal des bemusterten Abschnittes gemäß Fig. 4 das Signal gemäß Fig. 5, wobei die mittige Signalspitze 15 die Mittenposition des zentralen Abschnitts 11 des Musters 11 bis 14 auf dem Ka­ theter 10 anzeigt. Mit der genauen Kenntnis dieser Position weiß der behandelnde Arzt, daß sich die Spitze des Katheters 10 um den festen Betrag des Abstandes des Musters von der Ka­ theterspitze 16 entfernt befindet. Selbstverständlich wäre es dabei auch möglich, im verarbeiteten Bild eine Verschiebung der Position der Signalspitze 15 entsprechend dem Abstand des Musters 11 bis 14 von der Spitze des Katheters 10 vorzuneh­ men, so daß der behandelnde Arzt überhaupt keine zusätzlichen Überlegungen mehr anstellen muß, sondern tatsächlich im Rönt­ genbild die Katheterspitze 16 erkennen kann.

Das Empfangssignal hat folgende allgemeine Form:

Es kann im sogenannten äquivalenten Tiefpaßbereich folgender­ maßen beschrieben werden:

Hierbei wird der angegebene Faktor k_r als sogenannte Sweep- Rate bezeichnet. Sie charakterisiert sozusagen die Häufigkeit der periodischen Wechsel oder auch die Phasenmodulations­ schnelligkeit des Chirp-Signals.

Das formulierte Signal ist in Fig. 4 dargestellt mit
B_r = k_r.T = f_Δ ≅ Bandbreite des Chirps.

Durch Bildung der Autokorrelationsfunktion (AKF) dieses Si­ gnals erhält man:

Die AKF weist die in Fig. 6 dargestellte Form auf.

• - Die Einhüllende
  wird von der Breite der Rect-Funktion bestimmt!
• - Die Funktion Φ_ssT (t) ist einer si-Funktion sehr ähnlich!

Interessierender Parameter ist die Breite der Hauptkeule. Da­ zu wird folgendes betrachtet:

Bestimmung der 1. Nullstelle für B_r = k_r.T << 1

In der Nähe des Nullpunktes gilt:

1. Nullstelle liegt bei

Um nun die Hauptkeule der Antennencharakteristik beliebig schmal zu machen, kann man die Bandbreite des Chirps erhöhen.

Die Präzision des Markers wird also von der Bandbreite des Musters bestimmt und läßt sich einerseits durch Erhöhung der Häufigkeit der periodischen Wechsel oder auch Hell/Dunkel- Wechsel (k_r größer) des eigentlichen Streifenbildes bei Bei­ behaltung der Musterlänge verbessern, andererseits kann der gleiche Verbesserungseffekt durch Verlängern des Musters bei gleichbleibendem k_r erreicht werden.

Die Erfindung wurde beispielhaft an einer Röntgendiagnosti­ keinrichtung beschrieben. Sie läßt sich jedoch in vorteilhaf­ ter Weise auch bei Ultraschall-, Infrarot- oder MR- Diagnostikeinrichtungen einsetzen. Lediglich muß das an dem Gerät 1 angebrachte Muster 11 bis 14 an die bei der bildge­ benden Wellenlänge unterschiedlichen Eigenschaften angepaßt sein. Das bedeutet, daß das Muster eine unterschiedliche Ul­ traschalltransparenz, eine unterschiedliche Transparenz für Infrarotstrahlen oder im Falle einer MR-Diagnostikeinrichtung unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen muß.

Claims (15)

1. Bildgebende Diagnostikeinrichtung zur Erkennung der Posi­ tion eines Gerätes (1) in einem Körper bei einer Untersuchung und Erzeugung von auf einer Wiedergabevorrichtung (8) dar­ stellbaren Bildsignalen, die eine Vorrichtung (9) aufweist, die aus den Bildsignalen ein an dem Gerät (1) angebrachtes Muster (11 bis 14) mit bei der bildgebenden Wellenlänge un­ terschiedlichen Eigenschaften detektiert.

2. Bildgebende Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Matched-Filter-Schaltung (9) zur Verarbei­ tung der Bildsignale aufweist, deren Filterfrequenz auf das Muster (11 bis 14) abgestimmt ist.

3. Bildgebende Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mat­ ched-Filter-Schaltung (9) an einem Monitor (8) zur Wiedergabe der Untersuchungsbilder angeschlossen ist.

4. Bildgebende Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Matched-Filter-Schaltung (9) und Monitor (8) eine Einblend­ vorrichtung angeordnet ist, die eine Einblendung einer Mar­ kierung in das Monitorbild bewirkt.

5. Bildgebende Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Monitor (8) eine Überlagerungsvorrichtung angeschlossen ist, der das Ausgangssignal der Einblendvorrichtung und die Bild­ signale der Untersuchungsbilder zugeführt werden und die eine Überlagerung der Markierung und der Untersuchungsbilder be­ wirkt.

6. Gerät (1) für Untersuchungen in einem Körper zur Wieder­ gabe durch die bildgebende Diagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Muster (11 bis 14) linienförmig ist.

7. Gerät (1) nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) flä­ chenförmig ist.

8. Gerät (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) in einer festen Entfernung vor der zu erkennenden Spitze (7) des Gerätes (1) angeordnet ist.

9. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) Abschnitte (14, 13, 12, 11) mit zur Mitte hin zu­ nehmender Strahlentransparenz aufweist.

10. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) Abschnitte (14, 13, 12, 11) aufweist, deren Länge (14, 13, 12, 11) zur Mitte hin zunimmt.

11. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Katheter (1) ist, der in einen Körper eines Lebewesens eingeführt ist.

12. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) eine unterschiedliche Röntgentransparenz aufweist und die Diagnostikeinrichtung eine Röntgendiagnostikeinrich­ tung ist.

13. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) eine unterschiedliche Ultraschalltransparenz auf­ weist und die Diagnostikeinrichtung eine Ultraschall- Diagnostikeinrichtung ist.

14. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) eine unterschiedliche Transparenz für Infrarot­ strahlen aufweist und die Diagnostikeinrichtung eine Infra­ rot-Diagnostikeinrichtung ist.

15. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Muster (11 bis 14) unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf­ weist und die Diagnostikeinrichtung eine MR-Diagnostikein­ richtung ist.