DE202019002619U1 - Vorrichtung der medizinischen Bildgebung zur Darstellung eines 3D-Volumens mit wenigstens einen eingebrachten Fremdobjekt - Google Patents

Vorrichtung der medizinischen Bildgebung zur Darstellung eines 3D-Volumens mit wenigstens einen eingebrachten Fremdobjekt Download PDF

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Abstract

Röntgensystem der medizinischen Bildgebung zur Darstellung eines 3D-Volumens mit wenigstens einem in ein Gewebe eingebrachten Fremdobjekt, welches wenigstens aus einem Einzelfremdobjekt besteht, wobei jedes Einzelfremdobjekt wenigstens aus einem Einzelfremdobjektbestandteil besteht und wobei das Röntgensystem aufweist:
- eine Einrichtung zur Zurverfügungstellung eines 3D-Volumens, welches Voxel wenigstens eines Fremdobjektes und Voxel des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes enthält,
- eine Einrichtung zur Identifizierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes durch Anwendung einer Bearbeitungsvorschrift,
- eine Einrichtung zur Segmentierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes von den Voxeln des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes unter Beibehaltung des 3D-Volumens,
- eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Volumens aus einem Restvolumen und dem Volumen des wenigstens einen Fremdobjektes,
- eine Einrichtung zur Darstellung des synthetischen Volumens auf einem Anzeigegerät unter Anwendung eines Windowings.

Description

  • In der Medizin werden Vorrichtungen zur Bildgebung eingesetzt, welche Informationen über den Aufbau von Fremdobjekten liefern. Einige der am meisten genutzten Bildgebungsvorrichtungen basieren auf der Bildgebung mittels Röntgenstrahlen; alternative Vorrichtungen können auf Ultraschall und magnetischen Eigenschaften von zu untersuchenden Fremdobjekten bzw. Bereichen basieren.
  • Gegenwärtige Vorrichtungen können, basierend auf einer Vielzahl von Aufnahmen, dreidimensionale Darstellungen/Aufnahmen erzeugen.
  • Mögliche Einsatzgebiete von medizinischen Bildgebungsvorrichtungen sind Orthopädie, Traumatologie und Neurochirurgie mit Schwerpunkt einer Lagekontrolle von Fremdobjekten in einem Untersuchungsobjekt/Patienten.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, wenigstens ein Fremdobjekt zu identifizieren, welches sich in seinen physikalischen Eigenschaften vom umgebenden Körpergewebe unterscheidet. Typische Fremdobjekte können beispielsweise metallische Implantatsstrukturen wie Knie-, Hüft-, Schulter-, Wirbelimplantate oder aus Einzelfremdobjekten zusammengesetzte Strukturen sein, wobei ein Einzelfremdobjekt beispielsweise eine Schraube, Hohlschraube, Nagel, Platte, Kirschnerdraht, Verbindungsstruktur, insbesondere Verbindungsstange, Werkzeug oder ein röntgenpositiver Marker sein kann. Ein solches Einzelfremdobjekt besteht aus mindestens einem Einzelfremdobjektbestandteil. Beispielsweise können die Einzelfremdobjektbestandteile einer Schraube der Schraubenkopf, Schraubengewinde und der Schraubenschaft sein.
  • Fremdobjekte weisen unveränderliche Formen und Volumina auf. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei volumen-/formveränderlichen Kontrastmittelvolumina Anwendung finden.
  • Zur Kontrolle der Lage wenigstens eines in einem Untersuchungsobjekt/Patienten eingebrachten Fremdobjektes/Einzelfremdobjektes/ Einzelfremdobjektbestandteiles durch einen Arzt wird ein Satz Messdaten, eine Vielzahl von 2D Projektionen, aufgenommen, daraus ein 3D-Volumen rekonstruiert und das 3D-Volumen auf einem Bildschirm dargestellt. Das resultierende und dargestellte 3D-Volumen ermöglicht es den Benutzern, in verschiedenen Schichtorientierungen, auch Multiplanare Reformation (MPR) genannt, die Lage des Fremdobjektes zu beurteilen. In der Regel werden dabei weder der bildgebenden Vorrichtung noch dem Anzeigeprogramm für die MPR Informationen über die Existenz eines oder mehrerer Fremdobjekte zur Verfügung gestellt. Diese werden vielmehr wie alle anderen Inhalte der MPR, insbesondere die Patientenanatomie, dargestellt.
  • Die Vorrichtungen erzeugen Volumendaten, welche aus einer räumlichen Verteilung der entsprechenden physikalischen Größe bestehen und welche den im entsprechenden Volumen enthaltenen Raumpunkten zugeordnet werden. Ein Punkt einer solchen dreidimensionalen Anordnung wird als Voxel bezeichnet und üblicherweise als Grauwert dargestellt. Bei der Darstellung eines Voxels wird dieses auf einem Pixel eines zweidimensionalen Pixelarrays eines Anzeigegerätes, beispielsweise eines Bildschirmes, abgebildet. Von einem Volumenrendering wird dabei insbesondere dann gesprochen, wenn dabei das Volumen perspektivisch dargestellt wird. Im Gegensatz zur MPR erfolgt hier die Darstellung bevorzugt teiltransparent, sodass das Volumen als Ganzes überblickt werden kann und solche Strukturen, die sich bei der jeweiligen Perspektive im Hintergrund befinden, von davor liegenden Strukturen nicht komplett verdeckt werden.
  • Dem Benutzer wird somit keine Hilfestellung angeboten, um die eingebrachten Fremdobjekte bzw. Einzelfremdobjekte zu identifizieren und auf sie Bezug zu nehmen, insbesondere sie kennzeichnend darzustellen.
  • Für eine Darstellung des aufgenommenen Bereiches auf einem Anzeigegerät existieren verschiedene Möglichkeiten der Helligkeits- und Kontrastskaleneinstellung, dem sogenannten Windowing. Eine mögliche Darstellung des Windowings ist das sogenannte Automatische Windowing. Hierbei wird eine Skala, basierend auf den minimalen und maximalen Grauwerten des aufgenommenen Bereiches erstellt. Das automatische Windowing kann eine nicht optimale Skala für den Anwender auswählen.
  • Eine alternative Helligkeits- und Kontrastskalaeinstellung stellt die manuelle Einstellung der Skala durch den Anwender dar, diese ist zeitaufwändig und erfordert immer eine Benutzereingabe und eine Bearbeitung.
  • Aus dem Dokument DE102014205820A1 ist ein Verfahren bekannt, welches automatisch und semiautomatisch die Auswahl einer Schicht vorsieht, welche die Achse eines Einzelfremdobjektes enthält und welche die Lage und Orientierung dieses Einzelfremdobjektes optimal darstellt. Im dreidimensionalen Fall kann die Orientierung der Schnittebene teilweise automatisch und teilwiese manuell durch den Benutzer bestimmt werden. Eine Segmentierung und hervorgehobene Darstellung der identifizierten Einzelfremdobjekte ist nicht offenbart.
  • Aus dem Literaturdokument „Model-Based Tomographie Reconstruction of Objects Containing Known Components“, Stayman et al., Seiten 1837 - 1848 IEEE (2012), ist eine Segmentierung eines Einzelfremdobjektes in Einzelfremdobjektbestandteile sowie eine Kennzeichnung der einzelnen Einzelfremdobjektbestandteile mittels farblicher Markierung offenbart. Eine Segmentierung der Fremdobjekte in seine Einzelfremdobjekte ist nicht offenbart.
  • Die Neuheit hat zur Aufgabe, die Erkennung, Segmentierung und Darstellung von Fremdobjekte in der Darstellung von rekonstruierten Volumendaten zu verbessern.
  • Die Lösung des Problems stellt eine Vorrichtung in der medizinischen Bildgebung zur Darstellung eines rekonstruierten 3D-Volumens mit mindestens einem eingebrachten Fremdobjekt dar, welches wenigstens ein Einzelfremdobjekt aufweist, welches aus wenigstens einem Einzelfremdobjektbestandteil zusammengesetzt ist, mit:
    • - Zurverfügungstellung eines 3D-Volumens, welches Voxel wenigstens eines Fremdobjektes und Voxel des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes enthält,
    • - Identifizierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes durch Anwendung einer Bearbeitungsvorschrift,
    • - Segmentierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes von den Voxeln des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes unter Beibehaltung des 3D-Volumens,
    • - Erzeugung eines synthetischen Volumens aus einem Restvolumen und dem Volumen des wenigstens einen Fremdobjektes,
    • - Darstellung des synthetischen Volumens auf einem Anzeigegerät unter Anwendung eines Windowings.
  • Der Vorrichtung liegt das Vorhandensein eines 3D-Volumens zugrunde. Dieses 3D-Volumen wird entweder während eines interventionellen Eingriffs mittels eines 3D-Scans aufgenommen oder aus einem Patientenarchiv geladen. Nach einer Rekonstruktion des 3D-Volumens werden die Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes, welches von Voxel des umgebenden Gewebes umgeben ist, identifiziert. Gemäß der Erfindung können Fremdobjekte beispielsweise künstliche Gelenke, Konstruktionen aus Schrauben, Platten und Stangen, Kombinationen aus künstlichen Gelenken und Konstruktionen aus Schrauben, Platten und Stangen, sein. Die Identifikation der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes erfolgt durch die Anwendung einer Bearbeitungsvorschrift. Hierbei werden diejenigen Voxel des 3D-Volumens, welche dem wenigstens einen Fremdobjekt zuzuordnen sind, automatisch ermittelt. Im Falle der Röntgen-Computertomographie werden beispielsweise Metallobjekte über ihre vergleichsweise hohe Absorption von Röntgenstrahlung identifiziert und daraus ein Teilvolumen ermittelt, welches Voxel mit hohen Röntgenabsorptionswerten oder, im Fall von Computertomographie-Aufnahmen, hohe Hounsfield-Units (HU) enthält. Diese Voxel im Teilvolumen werden automatisch, ohne Benutzereingriff, einem oder mehreren Fremdobjekten in der Anatomie zugeordnet. Darauffolgend wird ein synthetisches Volumen bestehend aus dem Restvolumen und dem Teilvolumen des segmentierten Fremdobjektes erzeugt. Aus dem synthetischen Volumen können synthetische MPRs abgeleitet werden.
  • Das Ergebnis der Erzeugung wird auf einem Anzeigegerät dargestellt.
  • Der Vorteil der Vorrichtung ist, dass dem Benutzer eine Hilfestellung angeboten wird, um das wenigstens eine eingebrachte Fremdobjekt zu identifizieren.
  • Es ist vorgesehen, ohne Benutzereingriff (automatisch) eines oder mehrere Fremdobjekte in einem Röntgenvolumen zu erkennen und die erkannten Fremdobjekte in einer 3D-Ansicht des Röntgenvolumens auf einem Display darzustellen. Die Fremdobjekte können anhand der Kernladungszahl, des Fertigungsmaterials des wenigstens einem Fremdobjektes, der Struktur und Geometrie des wenigstens einen Fremdobjektes erkannt werden.
  • Es ist vorgesehen, in bekannter Weise über eine Benutzeroberfläche (Graphical User Interface, GUI) durch einen Benutzereingriff die 3D-Ansicht zu verändern und Schnittebenen manuell auszuwählen und zu orientieren, wobei die Schnittbilder der ausgewählten Schnittebenen des Röntgenvolumens zusammen mit der 3D-Ansicht auf dem Display dargestellt werden können und wobei die in den Schnittbildern enthaltenen ein oder mehreren Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile hervorgehoben dargestellt werden können. Vorteilhaft an einer 3D-Ansicht ist, dass durch diese Anzeigenart mehrere/alle Fremdobjekte angezeigt werden können, während in einer MPR-Schnittebenen-Darstellung je nach Setzen der Schnittebenen meist nur eine begrenzte Anzahl von Fremdobjekten sichtbar sein kann.
  • Es ist weiterhin vorgesehen die ein oder mehreren Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile verschieden zu kennzeichnen bzw. hervorzuheben. Vorzugsweise erfolgt die Kennzeichnung durch eine unterschiedliche Einfärbung, Schraffur oder Nummerierung. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass dem Benutzer die Navigation zwischen den Fremdobjekten/ Einzelfremdobjekten/ Einzelfremdobjektbestandteilen sowie der Informationsaustausch über solche mit anderen Personen, erleichtert und damit beschleunigt werden kann.
  • Eine weitere Ausführung sieht es vor, dass die Voxel der Begrenzungen des einen Fremdobjektes oder der mehreren Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile gekennzeichnet werden können.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, die Positionen und/oder Orientierungen der ein oder mehreren Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile zueinander darzustellen, so dass dem Benutzer/Arzt eine Übersicht zur Verfügung gestellt wird, um die Positionen und/oder Orientierungen des einen Fremdobjekts/ Einzelfremdobjekts/ Einzelfremdobjektbestandteils oder der mehreren Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile beurteilen zu können.
  • Es ist vorgesehen, dass ein Benutzer in die Lage versetzt wird, die Darstellung der 3D-Ansicht so zu verändern, zu drehen, zu verschieben und zu vergrößern/zu verkleinern, dass er eine gewünschte Ansicht eines ausgewählten Fremdobjektes erhält und Schnittebenen in der 3D-Darstellung in Bezug zu dem dargestellten Fremdobjekt auswählen kann.
  • Für die Anzeige kann der Benutzer, unter anderem, zwischen einer HU-Wert basierten Strategie oder einer datenbasierten Strategie wählen. Bei der Verwendung der datenbasierten Strategie, können von wenigstens einem oder mehreren Perzentilen P1...Pn aus den gesamten Aufnahmen eine angepasste Windowing-Funktion f(P1,P2,...,Pn) berechnet werden. Diese Funktion kann zusätzlich eine Anpassung durch den Benutzer erfahren.
  • Vorzugsweise kann bei der Berechnung des Windowings, insbesondere der Perzentile eine spezielle Behandlung der Ausschnitte erfolgen, in denen sich ein oder mehrere Fremdobjekte befinden. Somit kann das Windowing speziell auf die Darstellung von Organen bzw. die Anatomie angepasst werden, vorzugsweise auf die Einzelfremdobjektbestandteile, die für eine bestimme Anwendung von Interesse sind. Beispielsweise kann bei der Darstellung von in Wirbelkörpern eingebrachten Schrauben das Windowing für die Darstellung dieser Schrauben auf eine Weise angepasst werden, die die oftmals stärker absorbierenden und nicht interessierenden Verbindungselemente, beispielsweise Verbindungsstangen, zwischen diesen Schrauben ignoriert.
  • Es ist weiterhin vorgesehen unterschiedliche Windowing-Einstellungen für Schichtdarstellungen und Volumenrendering zu ermitteln.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, basierend auf der Segmentierung, dass bei der Berechnung des Windowings eine Teilmenge der Voxel der Fremdobjekte, oder eine Teilmenge der Voxel der Einzelfremdobjekte, oder eine Teilmenge der Voxel der Einzelfremdobjektbestandteile, berücksichtigt wird, so dass Windowing-Werte berechnet werden, die sich besonders für die Betrachtung/Darstellung von Knochenstrukturen, Weichteilen und/oder einem oder mehreren Fremdobjekten/ Einzelfremdobjekten/ Einzelfremdobjektbestandteilen eignen.
  • Ferner besteht die Option, ein oder mehrere Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile transparent darzustellen. Die Transparenz kann jeweils zwischen 0% (solide Darstellung) bis zu 100% (Ausblendung) variieren. Diese transparente Darstellung kann sich dabei insbesondere auch auf die Einfärbung der Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile beziehen. Zur besseren Orientierung des Benutzers im 3D-Volumen ist weiterhin vorgesehen, diese transparente Darstellung in der Volumendarstellung an die aktuelle Schichtdarstellung anzupassen. So kann beispielsweise beim Verändern einer dargestellten Schicht durch den Benutzer die Distanz aller Fremdobjekte/ Einzelfremdobjekte/ Einzelfremdobjektbestandteile zu der aktuell veränderten Schicht in Echtzeit berechnet werden und die Transparenz der Farbdarstellung in der Volumendarstellung umso stärker gewählt werden, je weiter diese Objekte von der gewählten Schicht entfernt liegen. Daraus resultierend wird beispielsweise eine Schraube, die gerade in einer Schichtdarstellung sichtbar ist, mit einer höheren Farbintensität im Volumen dargestellt, als eine solche, die nicht in der gewählten Schichtdarstellung enthalten ist. Ferner ist vorgesehen, eine solche distanzabhängige Darstellung mittels anderer Merkmale als einer Farbe oder deren Transparenz zu verwirklichen, beispielsweise mittels einer Objekt-Markierung im 3D-Volumen, die nur dann sichtbar ist, wenn ein Objekt sich innerhalb oder nahe mindestens einer der dargestellten Schichten befindet.
  • Die Vorrichtung enthält ein Steuerprogramm, welches softwaremäßig umgesetzt wird; insbesondere erfolgt die Abgrenzung zwischen den Voxel des Fremdobjektobjektes und Voxel des Gewebes vorzugsweise mittels eines Kontrastverfahrens.
  • Vorzugsweise kann, in Abhängigkeit des identifizierten wenigstens einen separierten Fremdobjektes, auch eine Segmentierung in seine Einzelfremdobjekte und eine Segmentierung der Einzelfremdobjekte in seine Einzelfremdobjektbestandteile erfolgen.
  • Eine Segmentierung der Voxel eines Fremdobjektes in Voxel seiner Einzelfremdobjekte und seiner Einzelfremdobjektbestandteile kann basierend auf der geometrischen Form des zu identifizierenden Fremdobjektes erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Segmentierung der Voxel eines Fremdobjektes in Voxel seiner Einzelfremdobjekte und seiner Einzelfremdobjektbestandteile durch eine voxelweise Berechnung eines null-, ein- oder mehrdimensionalen Strukturtensors mit anschließender Bestimmung und Auswertung von dessen Eigenwerten & -vektoren.
  • Alternativ können für die Segmentierung, beispielsweise mittels eines kompletten und oder teilweisen Vorlagenabgleichs (Template Matching), der als Fremdobjekt zusammenhängenden Voxel, Fremdobjekte aus einer Datenbank zum Vergleich herangezogen werden, um die Voxel der Einzelfremdobjekte und die Voxel der Einzelfremdobjektbestandteile des Fremdobjektes zu bestimmen.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung über eine Steuerung verfügt, die lernende Algorithmen ausführt. Dabei kann auf vorangegangene Identifikationen und Segmentierungen, die in einem Speicher hinterlegt wurden, zugegriffen werden und so die Identifikation von neuen Fremdobjekten und Einzelfremdobjekten und/oder Einzelfremdobjektbestandteilen beschleunigt werdenj.
  • Zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher das wenigstens eine Fremdobjekt in der Darstellung des synthetischen Volumens auf dem Anzeigegerät durch ein angepasstes Modell des Fremdobjektes, Einzelfremdobjektes und Einzelfremdobjektbestandteils ergänzt oder von der Darstellung eines angepassten Modells des wenigstens einen Fremdobjektes überlagert wird. Dieses Modell kann aus einer Datenbank geladen werden. Eine Ersetzung des wenigstens einen identifizierten Fremdobjektes ist vorteilhaft, wenn das Fremdobjekt mit Artefakten behaftet ist oder verrauscht dargestellt wird.
  • Die Vorrichtung sieht die Aufnahme eines 3D-Volumens mit wenigstens einem eingebrachten Fremdobjekt vor. Dieses Fremdobjekt besteht aus wenigstens einem Einzelfremdobjekt, welches aus wenigstens einem Einzelfremdobjektbestandteil zusammengesetzt ist. Die Vorrichtung beinhaltet ein Röntgengerät, mittels derer ein 3D-Volumendatensatz erzeugt werden kann, welcher wenigstens ein Fremdobjekt enthält. Ferner besteht sie aus einem Computer mit einem Speicher, einer Rekonstruktionseinheit sowie eine Bildverarbeitungseinheit. Die Rekonstruktionseinheit kann das 3D-Volumen aus dem empfangenen Satz Messdaten rekonstruieren. Ferner kann das fertig rekonstruierte Röntgenvolumen lediglich entgegengenommen werden. In diesem Fall kann die Rekonstruktionseinheit außerhalb des Computers, aber im Gesamtsystem, implementiert sein. Eine Bildverarbeitungseinheit erzeugt eine 3D-Ansicht des 3D-Volumens mit veränderbaren 3D-Ansichten und/oder Festlegung von Schnittebenen für Schnittbilddarstellungen. Ferner beinhaltet die Vorrichtung eine GUI mit einer Bildausgabeeinheit und einer Eingabeeinheit, mit welchen die Bildverarbeitungseinheit und die Steuereinheit die Schnittebenen ändern können.
  • Die Vorrichtung weist eine Steuerung mit einer weitgehend softwaremäßigen Umsetzung des Steuerprogramms vor. Dies hat den Vorteil, dass auch bereits bisher verwendete Verfahren zur Fremdobjekterkennung Bildaufnahmesysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Bildaufnahmesystems, beispielsweise eines Kegelstrahl-Computertomographen, ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie beispielsweise eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten zur Nutzung der Software, umfassen.
  • Zum Transport zur Steuerungseinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuerungseinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Dem Transport kann auch eine Verbindung zu einem an einem Netzwerk angeschlossenen Krankenhausinformationssystem, zu einem Radiologieinformationssystem oder zu einem globalen Netz dienen, in welchen Systemen die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
  • Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Modalität aus der Gruppe aus einem C-Bogen und einem Computertomographen aufweist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert.
    • 1: C-Bogen-Röntgensystem mit einer Vorrichtung zur Anzeige eines 3D-Röntgenvolumens
    • 2: schematische Darstellung einer Wirbelsäule mit eingebrachtem Fremdobjekt
    • 3: schematische Darstellung einer Schraube
    • 4: Schematische Darstellung der Verfahrensschritte
  • In 1 ist ein C-Bogen-Röntgensystem 11 schematisch dargestellt, das für die Realisierung des Verfahrens zur Aufnahme von Projektionsaufnahmen eines Scans vorgesehen ist.
  • Der C-Bogen 18 trägt an seinem einen Ende einen Röntgengenerator 13, und an seinem anderen Ende und dem Röntgengenerator 13 gegenüber liegend einen Röntgenbilddetektor 12. Der C-Bogen 18 ist in mehreren Achsen im Raum motorisch gesteuert verstellbar, wobei die Achsen Sensoren zur Erfassung des Maßes der Verstellung aufweisen.
  • Ferner beinhaltet die Vorrichtung einen Computer 120, mit einer Speichereinheit 121, einer Rekonstruktionseinheit 122, einer Steuerungseinheit 123, einer Bildverarbeitungseinheit 124 sowie einer Netzwerkschnittstelle 125.
  • In die Speichereinheit 121 können die zur Rekonstruktion des 3D-Volumens benötigten Projektionen gespeichert bzw. geladen werden. Diese Projektionen können entweder von einem Server geladen oder mittels des C-Bogen-Röntgensystems 11 vor oder während einer Intervention aufgenommen werden. Die Rekonstruktionseinheit 122 rekonstruiert das 3D-Volumen aus den in der Speichereinheit 121 vorhandenen Projektionen. Eine Bildverarbeitungseinheit 124 erzeugt eine 3D-Ansicht des 3D-Volumens mit veränderbaren 3D-Ansichten und Festlegung von Schnittebenen für Schnittbilddarstellungen. Ferner beinhaltet die Vorrichtung eine GUI mit einer Bildausgabeeinheit 16 und einer Eingabeeinheit 19, mit welchen die Bildverarbeitungseinheit 124 und die Steuereinheit 123 die Schnittebenen ändern können.
  • Mittels der Netzwerkschnittstelle 125 können das rekonstruierte 3D-Volumen und Schnittebenen zusätzlich auf weiteren Anzeigegeräten 17 dargestellt werden.
  • Das Verfahren wird mit Bezug auf 2a, 2b und 2c erläutert. 2a zeigt eine Wirbelsäule 21 mit einem eingebrachten Fremdobjekt 22. Dieses Fremdobjekt 22 besteht aus mehreren Einzelfremdobjekten, aus vier Schrauben 24, zwei Verbindungsstangen 26, einem Verbindungsstück 25 und zwei Verbindungsstücken mit Schraubenlöchern 27. In 2b ist das Fremdobjekt 22 vergrößert dargestellt.
  • 2c zeigt ein weiteres Fremdobjekt 22 in einer seitlichen Querschnittaufnahme. In dieser Ansicht ist ersichtlich, dass drei Schrauben 24 in eine Wirbelsäule 21 eingeführt wurden, wovon eine Schraube 24 mit Zement 28 fixiert wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ebenfalls die Voxel des eingebrachten Zements 28 als Einzelfremdobjekt zu identifizieren.
  • 3 zeigt eine Schraube 24, welche von dem erfindungsgemäßen Verfahren als Einzelfremdobjekt erkannt wird. Eine solche Schraube 24 kann aus einer Vielzahl von Einzelfremdobjektbestandteilen bestehen. Die in 3 dargestellte Schraube 24 besteht aus einem Schraubenkopf 41, einem Schraubenschaft 42 und einem Schraubengewinde 43. Diese Einzelfremdobjektbestandteile können von dem erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem anhand ihrer Form erkannt und separat gekennzeichnet und oder transparent dargestellt werden.
  • In 4 sind die wesentlichen Schritte des Verfahrens anhand einer beispielhaften Ausführung dargestellt.
  • Zu Beginn des Verfahrens, in Schritt a, kann ein 3D-Datensatz mit wenigstens einem Fremdobjekt empfangen werden, beispielsweise kann dieser von einem externen Speicher in die interne Speichereinheit geladen werden. Des Weiteren kann der 3D-Datensatz auch von dem 3D-Röntgengerät direkt aufgenommen werden.
  • In einem weiteren Schritt b kann der 3D-Datensatz voxelweise untersucht werden, wobei die Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes und der umliegenden anatomischen Strukturen, beispielsweise Knochen und Gewebe, identifiziert werden können.
  • Im darauffolgenden Schritt c wird eine Segmentierung der identifizierten Voxel vorgenommen, sodass die Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes diesem zugeordnet werden und die Voxel der anatomischen Strukturen, beispielsweise Knochen und Gewebe, der Umgebung zugeordnet werden können.
  • In einem weiteren Schritt d wird ein synthetisches Volumen aus den segmentierten Voxeln erzeugt, welches schließlich auf wenigstens einem Anzeigegerät (Schritt e) dargestellt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    C-Bogenröntgensystem
    12
    Röntgenbilddetektor
    13
    Röntgengenerator
    16
    Bildausgabeeinheit
    17
    Anzeigegerät
    18
    C-Bogen
    19
    Eingabeeinheit
    120
    Computer
    121
    Speichereinheit
    122
    Rekonstruktionseinheit
    123
    Steuerungseinheit
    124
    Bildverarbeitungseinheit
    125
    Netzwerkschnittstelle
    21
    Wirbelsäule
    22
    eingebrachtes Fremdobjekt
    24
    Schraube
    25
    Verbindungsstück
    26
    Verbindungsstangen
    27
    Verbindungsstücke mit Schraubenlöchern
    28
    Zement
    41
    Schraubenkopf
    42
    Schraubenschaft
    43
    Schraubengewinde
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014205820 A1 [0011]

Claims (18)

  1. Röntgensystem der medizinischen Bildgebung zur Darstellung eines 3D-Volumens mit wenigstens einem in ein Gewebe eingebrachten Fremdobjekt, welches wenigstens aus einem Einzelfremdobjekt besteht, wobei jedes Einzelfremdobjekt wenigstens aus einem Einzelfremdobjektbestandteil besteht und wobei das Röntgensystem aufweist: - eine Einrichtung zur Zurverfügungstellung eines 3D-Volumens, welches Voxel wenigstens eines Fremdobjektes und Voxel des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes enthält, - eine Einrichtung zur Identifizierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes durch Anwendung einer Bearbeitungsvorschrift, - eine Einrichtung zur Segmentierung der Voxel des wenigstens einen Fremdobjektes von den Voxeln des wenigstens einen Fremdobjekt umgebenden Gewebes unter Beibehaltung des 3D-Volumens, - eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Volumens aus einem Restvolumen und dem Volumen des wenigstens einen Fremdobjektes, - eine Einrichtung zur Darstellung des synthetischen Volumens auf einem Anzeigegerät unter Anwendung eines Windowings.
  2. Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Fremdobjekt in einem zweiten Segmentierungsschritt in seine Einzelfremdobjekte segmentiert wird.
  3. Röntgensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfremdobjekte des identifizierten wenigstens einen Fremdobjektes dritten Segmentierungsschritt in seine Einzelfremdobjektbestandteile segmentiert.
  4. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Segmentierung der Volumina des wenigstens einen Fremdobjektes, die zweite Segmentierung der Volumina des wenigstens einen Einzelfremdobjektes und die dritte Segmentierung der Volumina der Einzelfremdobjekte in seine Einzelfremdobjektbestandteile mittels Kontrastverfahren erfolgt.
  5. Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentierung des wenigstens einen Fremdobjektes in Einzelfremdobjekte und die Segmentierung der Einzelfremdobjekte in seine Einzelfremdobjektbestandteile unter Verwendung von Informationen über deren geometrische Form erfolgt.
  6. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Segmentierung des wenigstens einen Fremdobjektes in Einzelfremdobjekte und die Segmentierung der Einzelfremdobjekte in seine Einzelfremdobjektbestandteile unter Verwendung eines Strukturtensors erfolgt.
  7. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voxel des wenigstens einen Einzelfremdobjektes einem Werkzeug, einer Schraube, einer Hohlschraube, einem Nagel, einer Platte, einer Verbindungsstruktur oder einem röntgenpositiven Marker zugeordnet sind.
  8. Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Fremdobjekt in der Darstellung des synthetischen Volumens auf dem Anzeigegerät durch ein angepasstes Modell des wenigstens einen Fremdobjektes, Einzelfremdobjektes und Einzelfremdobjektbestandteils ergänzt oder von der Darstellung eines angepassten Modells des wenigstens einen Fremdobjektes überlagert wird.
  9. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Segmentierung eine auf lernenden Algorithmen basierende Steuerung enthält.
  10. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungen der Einzelfremdobjekte und der Einzelfremdobjektbestandteile gekennzeichnet werden.
  11. Röntgensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennzeichnung der Darstellungen der Einzelfremdobjekte und Einzelfremdobjektbestandteile durch eine Einfärbung erfolgt.
  12. Röntgensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungen der Begrenzungen der Fremdobjekte, der Einzelfremdobjekte und Einzelfremdobjektbestandteile gekennzeichnet werden.
  13. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen und/oder Orientierungen der Fremdobjekte, der Einzelfremdobjekte oder der Einzelfremdobjektbestandteile zueinander dargestellt werden.
  14. Röntgensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Windowings eine Teilmenge der Fremdobjekte, oder eine Teilmenge der Einzelfremdobjekte oder eine Teilmenge der Einzelfremdobjektbestandteile berücksichtigt wird.
  15. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus folgenden Bestandteilen: - eine Einrichtung zum Empfang eines 3D-Volumens, welches wenigstens ein Fremdobjekt enthält, - einen Computer mit einer Speichereinheit, - eine Bildverarbeitungseinheit zur Erzeugung einer 3D-Ansicht des 3D-Röntgenvolumens mit veränderbaren 3D-Ansichten und Festlegung von Schnittebenen für Schnittbilddarstellungen, - eine GUI mit einer Bildausgabeeinheit und einer Eingabeeinheit für die Bildverarbeitungseinheit und die Steuereinheit zur Änderung der Schnittebenen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene 3D-Volumen das Ergebnis einer Rekonstruktion aus Messdaten einer Modalität aus einer Gruppe von Modalitäten ist, wobei die Gruppe wenigstens ein C-Bogen-Röntgengerät und einen Computertomograph enthält.
  17. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit einer Steuerungseinheit eines Kegelstrahl-Computertomographen, insbesondere einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung, ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinheit des Kegelstrahl-Computertomographen ausgeführt wird.
  18. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4449995A1 (de) * 2023-04-17 2024-10-23 GE Precision Healthcare LLC System und verfahren zur voreinstellung einer bildanzeige für ein c-bogen-bildgebungssystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014205820A1 (de) 2014-03-28 2015-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Schichtdarstellung mit effizienter Festlegung der Schichtorientierung

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