DE102008033021A1

DE102008033021A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung

Info

Publication number: DE102008033021A1
Application number: DE102008033021A
Authority: DE
Inventors: Jessica Amberg; Hayo Dr. Knoop; Kerstin Mascher
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs (L) im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: a) Verwenden eines präoperativen 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs, b) Verwenden wenigstens eines intraoperativ aufgenommenen 2-D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds des Untersuchungsbereichs, c) Registrieren des 3-D-Rekonstruktionsbilds bezüglich des 2-D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds, - Überlagern des 2-D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds über das 3-D-Rekonstruktionsbild, d) Detektieren von Abweichungen (G1', G2', G3') in Strukturen (G1, G2, G3) des Untersuchungsbereichs (L) bei der Überlagerung und Kennzeichnen derer in einer Darstellung des Rekonstruktionsbilds an einer Anzeigevorrichtung (8). Die Erfindung wird beispielsweise bei der intraoperativen Bildgebung während einer medizinischen Intervention angewendet.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung.
Die Erfindung wird beispielsweise bei der intra-operativen Bildgebung während einer medizinischen Intervention angewendet. Während einer medizinischen Intervention werden zur Navigation von medizinischen Instrumenten Echtzeitbilder (Live-Bilder) z. B. mit Hilfe von fluoroskopischer Durchleuchtung gewonnen. Verglichen mit 3-D-Angiographie-Bildern zeigen diese Durchleuchtungs- oder 2-D-Akquisitions-Bilder zwar keine räumlichen (3-D) Details, sie sind jedoch schneller verfügbar und minimieren die Strahlenbelastung für Patient und Arzt. Idealerweise wird nun die räumliche Information dadurch zurückgewonnen, dass prä- oder intra-operativ erzeugte 3-D-Bilder z. B. von CT-, 3-D-Angio-, C-Arm-CT- oder MR-Aufnahmen mit den zweidimensionalen Bildern registriert werden. Die Kombination von co-registrierten oder fusionierten 2-D- und 3-D-Bildern erlaubt dem Arzt nun eine bessere Orientierung im Volumen. Diese 2-D/3-D-Registrierung besteht aus zwei Schritten.
1. Bildregistrierung:
Zunächst muss bestimmt werden, aus welcher Richtung ein 3-D-Volumen projiziert werden muss, damit es mit dem 2-D-Bild in Deckung gebracht werden kann. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze, die beispielsweise in Penney [1] beschrieben sind.
2. Visualisierung:
Das zweite Problem ist die Visualisierung der registrierten Bilder, d. h. die gemeinsame Darstellung von 2-D-Bild und projiziertem 3-D-Bild. Die Standardmethode hierfür ist die sogenannte Überlagerung, auch ”Overlay” genannt, bei dem die beiden Bilder anhand verschiedener Methoden übereinander gelegt werden, wie dies beispielsweise schon in der älteren Patentanmeldung [2] vorgeschlagen worden ist.
Durch die Überlagerung zweier Röntgenbilder können Unterschiede dargestellt werden. Solche Unterschiede können Transformationen sein, d. h. die beiden Röntgenbilder sind gegeneinander verschoben und/oder rotiert (das bei einer Patientenbewegung häufig geschehen kann). Die aus der Patientenbewegung resultierende Transformation (Verschiebung und/oder Rotation) zwischen den beiden Bildern sollte in der Überlagerung erkennbar sein. Dann ist es möglich die Orientierung des 3D-Datensatzes so zu verändern, dass die Patientenbewegung kompensiert wird und keine Unterschiede mehr in der Überlagerung zu erkennen sind. Anschließend sind der 3D-Datensatz und das Live-2D-Röntgenbild wieder korrekt registriert.
Um auch anatomische Veränderungen, wie z. B. Embolisation von zugeführenden Gefäßen bei einer Tumorbehandlung, eingebrachte Coils oder Stents bei einer Aneurysma- bzw. Stenosebehandlung zu erkennen, sind post-interventionelle 3D-Hochkontrastkontrollaufnahmen erforderlich. Ein Vergleich (vorher/nachher) ist zum Beispiel mit einer Funktion möglich, welche zwei 3D-Hochkontrstaaufnahmen zusammengefügt, so dass beide Hochkontrastaufnahmen gleichzeitig angezeigt werden können. Mit einer derartigen Funktion ist es beispielsweise möglich, sowohl die prä-interventionelle Hochkontrastaufnahme einer Stenose, als auch die post-interventionelle Hochkontrastaufnahme dieser Stenose inklusive der eingebrachten Coils in einem 3D Bild dazustellen.
Solche post-interventionellen 3D-Aufnahmen sind dahingehend ungünstig, dass sie eine zusätzliche Dosis- /Kontrastmittelapplikation erfordern, die interventionelle Prozedur in die Länge (erneute 3D-Rekonstruktion) ziehen und den Patienten z. B. durch Atemkontrolle unnötig belasten.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung so auszugestalten, dass die Bilddarstellung von Unterschieden bzw. Abweichungen während einer medizinischen Intervention verbessert und gleichzeitig die Strahlendosis bzw. Kontrastmittelanwendungen verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:

a) Verwenden eines präoperativen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs,
b) Verwenden wenigstens eines intraoperativ aufgenommenen 2D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds des Untersuchungsbereichs
c) Registrieren des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich des 2D-Durchleuchtungsbilds, – Überlagern des 2D-Durchleuchtungsbilds bzw. Akquisitionsbilds über das 3D-Rekonstruktionsbild,
d) Detektieren von Abweichungen in Strukturen des Untersuchungsbereichs bei der Überlagerung und Kennzeichnen derer in einer Darstellung des Rekonstruktionsbildes an einer Anzeigevorrichtung.

Solche Strukturen können beispielsweise Gefäße, Knochen, Organe, Implantate (Stents, Coils) und evtl. Tumore etc. sein.
Zweckmäßigerweise wird die Kennzeichnung der Abweichungen mit einer Farbe oder mit einem sich von den Strukturen unterscheidenden Grauwert dargestellt.
In vorteilhafter Weise wird das 2D-Durchleuchtungsbild bzw. Akquisitionsbilds in die Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 überlagert eingeblendet, wobei das 2D-Durchleuchtungsbild in der Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) auch ausblendbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine bildgebende Vorrichtung, ausgebildet mit Mitteln zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung gemäß den Schritten des vorstehend erläuterten Verfahrens.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Durch die erfindungsgemäß gegebenenfalls farbig visualisierte Darstellung von Unterschieden bei der Überlagerung von Röntgenbildern, können die Abweichungen bzw. Unterschiede den Ausgangsröntgenbildern leicht zugeordnet werden.
Anstatt ursprünglich mehrerer 3D-Aufnahmen reicht nun eine initiale 3D-Aufnahme aus, welche regelmäßig an Veränderungen angepasst werden kann. Dadurch wird dem Patienten Strahlung, Kontrastmittel und das Ausführen von Atemkommandos erspart.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung noch näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine initiale 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen, 2 und 3 eine 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen mit aktualisierter Darstellung nach zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahmen und
4 eine bildgebende Vorrichtung, vorzugsweise eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 4 wird beispielhaft eine Röntgendiagnostikeinrichtung gezeigt, die einen an einem nicht dargestellten Ständer drehbar gelagerten C-Bogen bzw. C-Arm 4 aufweist, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle 6, beispielsweise ein Röntgenstrahler, und ein Röntgenbilddetektor 5 angebracht sind.
Der Röntgenbilddetektor 5 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (aSi) erstellt ist.
Im Strahlengang der Röntgenstrahlungsquelle 6 befindet sich ein Patientenlagerungstisch 3 zur Aufnahme eines zu untersuchenden Bereichs eines Patienten 7. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist ein Bildsystem 2 angeschlossen, dass die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 5 empfängt und verarbeitet. Die verarbeiteten Bildsignale können dann an einer am Bildsystem 2 angeschlossenen Anzeigevorrichtung 1 angezeigt werden.
Die Röntgenstrahlungsquelle 6 emittiert einen von einem Strahlenfokus der Röntgenstrahlungsquelle 6 ausgehendes Strahlenbündel, das auf den Röntgenbilddetektor 5 trifft.
Die Röntgenstrahlungsquelle 6 und der Röntgenbilddetektor 5 laufen jeweils so um den zu untersuchenden Bereich herum, dass sich die Röntgenstrahlungsquelle 6 und der Röntgenbild detektor 5 auf entgegengesetzten Seiten des Bereichs gegenüberliegen.
Zur Erstellung von 3-D-Datensätzen wird der drehbar gelagerte C-Bogen 4 mit Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor 5 derart gedreht, dass sich auf einer Umlaufbahn der Röntgenstrahlungsquelle 6 sowie einer Umlaufbahn der Röntgenbilddetektor 5 um ein zu untersuchenden Bereich (z. B. Leber) des Patienten 7 bewegen. Die Umlaufbahnen können zur Erstellung eines 3-D-Datensatzes vollständig oder teilweise durchfahren werden.
1 zeigt eine initiale 3D-Aufnahme bzw. Rekonstruktionsbild eines Tumors T einer Leber L und Tumor versorgenden Gefäßen G1, G2, G3.
2 zeigt eine 3D-Aufnahme eines Lebertumors und versorgenden Gefäßen mit einer ersten aktualisierten Darstellung nach einer zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahme.
Auf die einmalig erstellte 3D-Darstellung werden Informationen der 2D-Aufnahmen, die während der Intervention (z. B. Kontrollaufnahme nach einer Embolisation, oder Aufdehnung und Stentung einer Stenose) entstehen, zugeordnet.
Abweichungen in Gefäßen z. B. durch deren Veränderung nach einer Embolisation des Untersuchungsbereichs, z. B. Leber L, können bei der Überlagerung detektiert werden.
Die Daten können aufgrund der bekannten 2D-Projektionsebene auf das 3D-Rekonstruktionsbild übertragen und dort z. B. farblich oder mit einem speziellen Grauton eingespeichert werden. Die 2D-Informationen können nach Belieben ein, bzw. ausgeblendet werden. Veränderungen der Gefäße können dadurch z. B. auf einer Anzeigevorrichtung 8, z. B. auf einem Monitor, dargestellt werden. In 2 sind mit G1' und G2' aktualisier te Darstellungen der Tumor versorgenden Gefäße G1 und G2 nach einer Veränderung z. B. einer Embolisation farblich bzw. mit einem Grauton, verstärkt „dunkel” oder gegebenenfalls ”gestrichelt” gekennzeichnet.
In 4 wird die 3D-Aufnahme des Lebertumors und der versorgenden Gefäße mit einer weiteren aktualisierten Darstellung nach einer weiteren zusätzlichen intraoperativen 2D-Aufnahme wiedergegeben. Mit G3' ist eine weitere Aktualisierung des Tumor versorgenden Gefäßes G3 nach der Ebolisation farblich bzw. mit einem Grauton verstärkt „dunkel” oder gegebenenfalls ”gestrichelt” gekennzeichnet.
Demnach ist auch ohne Kontroll-3D Aufnahme sichergestellt, dass z. B. bei einer Embolisation kein tumorversorgendes Gefäß aus Versehen vergessen werden kann.
Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei der tomographischen bildgebenden Vorrichtung beispielsweise um Röntgen-C-Bogen-Systeme, Röntgen-Biplan-Geräte, Computertomographen, MR oder PET handeln. Der C-Bogen 4 kann auch durch einen so genannten elektronischen C-Bogen ersetzt werden, bei dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor 5 erfolgt. Der C-Bogen kann auch an Roboterarmen geführt sein, die an Decke oder Boden angebracht sind. Auch lässt sich das Verfahren mit Röntgengeräten durchführen, bei denen die einzelnen bilderzeugenden Komponenten 5 und 6 jeweils von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden angeordnet sind.
Literatur

[1] Graeme Patrick Penney, Registration of Tomographic Images to X-ray Projections for Use in Image Guided Interventions Phd thesis, University College London, CISG, Division of Radiological Sciences, Guy's Hospital, King's College London, London SE1 9RT England, 2000, Seiten 36 bis 58 und 97 bis 160
[2] DE 10 2006 003 126.1

Claims

Verfahren zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereichs (L) im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung, aufweisend folgende Schritte: a) Verwenden eines präoperativen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs und Erzeugung eines 3D-Rekonstruktionsbilds des Untersuchungsbereichs, b) Verwenden wenigstens eines intraoperativ aufgenommenen 2D-Bilds des Untersuchungsbereichs c) Registrieren des 3D-Rekonstruktionsbilds bezüglich des 2D-Bilds, – Überlagern des 2D-Bilds über das 3D-Rekonstruktionsbild, d) Detektieren von Abweichungen (G1', G2', G3') in Strukturen (G1, G2, G3) des Untersuchungsbereichs (L) bei der Überlagerung und Kennzeichnen derer in einer Darstellung des Rekonstruktionsbildes an einer Anzeigevorrichtung (8).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kennzeichnung der Abweichungen mit einer Farbe oder mit einem sich von den Strukturen unterscheidenden Grauwert dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 2D-Bild in die Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 überlagert eingeblendet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das 2D-Bild in der Darstellung des Rekonstruktonsbildes nach Schritt d) von Anspruch 1 ausgeblendet werden kann.
Bildgebende Vorrichtung, ausgebildet mit Mitteln (1, 2, 4, 5, 6, 8) zur Bilddarstellung eines interessierenden Untersuchungsbereich (L) im Rahmen einer medizinischen Untersuchung oder Behandlung gemäß der Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.