DE10008806A1 - Skin projector for reproducing radiological/graphical image information during diagnosis uses image memory linked to image processor to pre-distort image information to suit skin's surface and then project it on skin - Google Patents

Skin projector for reproducing radiological/graphical image information during diagnosis uses image memory linked to image processor to pre-distort image information to suit skin's surface and then project it on skin

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    • A61B2090/366—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body using projection of images directly onto the body

Abstract

A projection device (10) links to an image information memory store with an image-processing stage downstream to pre-distort image information to suit a skin's surface and then project it on the skin. A laser beam surveying system (3) surveys a patient (2). A video camera system (7) records the head (5) position and head level of the physician (6) and controls the projection device so that it creates a stereoscopic image of a virtually transparent patient.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wiederga­ be radiologischer und/oder graphischer Bildinformationen bei der Diagnose, der Operationsplanung oder bei Operationen, wo­ bei eine Projektion von Bilddaten auf die Haut des Patienten erfolgt.The invention relates to a device for reproduc be radiological and / or graphic image information diagnosis, operation planning or operations where when projecting image data onto the patient's skin he follows.

In der klinischen Routine werden heute viele verschiedene so­ genannte bildgebende Verfahren eingesetzt, um anatomische und funktionelle Bilder aus dem Körperinneren für die Diagnose zu gewinnen. Der Arzt muss sich diese Bildinformationen anhand von Bildern auf Computerbildschirmen oder Filmen zugänglich machen, indem er die dargestellte Information - seine Schat­ tenbilder oder Schnittbilder - auf den Patienten abstrahiert. Dieser Abstraktionsprozess erfordert sehr genau anatomische und funktionelle Kenntnisse und Erfahrungen. Das Übereinan­ derlegen von Bildinformationen verschiedener bildgebender Systeme für denselben Patienten stellt eine besonders hohe Herausforderung dar. Des Längeren sind spezielle Workstations bekannt, die dem Arzt helfen, um multidimensionale (3D plus verschiedene Maßverfahren und Zeitabhängigkeit) Information zu verstehen und für eine Diagnose oder Operationsplanung zu verwenden. Beispiele hierfür sind MIP, MPR, 3D-Darstellung mittels spezieller Brillen und mit dem Bildschirm synchroni­ sierter Links-Rechts-Darstellung. Bei der Konfrontation mit dem Patienten im allgemeinen und während der Operation im be­ sonderen kann der Arzt aber auf die Bildinformation nur sehr eingeschränkt zugreifen.In clinical routine, many different things are like this called imaging techniques used to anatomical and functional images from inside the body for diagnosis too win. The doctor needs to look at this image information accessible from images on computer screens or films do by giving the information presented - his chat ten images or sectional images - abstracted on the patient. This abstraction process requires very precise anatomical and functional knowledge and experience. The match creation of image information from various imaging Systems for the same patient represent a particularly high one Challenge. Longer are special workstations known to help the doctor to create multidimensional (3D plus different measurement methods and time dependency) Information to understand and for diagnosis or operation planning too use. Examples of this are MIP, MPR, 3D display using special glasses and synchronized with the screen based left-right representation. When confronted with the patient in general and during the operation in the loading but the doctor can only very much on the image information limited access.

Bei einem bekannten System trägt der Arzt eine Brille mit eingebauter Einspiegelung von Bildern, wobei dies bei beson­ ders komfortablen Systemen in Abhängigkeit vom jeweiligen Ort und dem Winkel des Chirurgen und des Patienten unter Bezeich­ nung der virtuellen Realität erfolgen kann. Diese Anordnung ist wegen der technisch hoch komplizierten und damit auch aufwendigen Brille, die den Arzt beim Operieren doch mehr o­ der weniger behindert, für die meisten Anwendungszwecke nicht besonders geeignet.In a known system, the doctor wears glasses built-in reflection of pictures, whereby this with particular convenient systems depending on the respective location and the angle of the surgeon and the patient virtual reality. This arrangement  is because of the technically highly complicated and therefore also elaborate glasses that the doctor when operating more o the less disabled, not for most uses particularly suitable.

Bei einem anderen System blickt der Chirurg durch einen zwi­ schen seinem Kopf und dem Patienten angeordneten teildurch­ lässigen Spiegel und sieht so eine Überlagerung von Realität und virtuellem Bild, welches wiederum aus Bilddatensätzen verschiedener radiologischer Bildgebungsverfahren stammen kann. Auch dieses System ist - abgesehen davon, dass es den Chirurgen bei seiner Operationstätigkeit doch sehr einengt und damit stören kann, außerordentlich kompliziert.In another system, the surgeon looks through a second between his head and the patient casual mirror and thus sees an overlay of reality and virtual image, which in turn consists of image data sets different radiological imaging methods can. This system is also - apart from the fact that it is the Surgeons are very constricted in their surgical work and can interfere with it, extremely complicated.

Schließlich ist in Gebrauchsmuster DE 299 06 438 U1 auch be­ reits ein kombiniertes Röntgendurchleuchtungs- und Laserpro­ jektionsgerät vorgeschlagen worden, bei welchem eine ober­ flächliche Darstellung der geröntgten Strukturen mittels La­ serstrahltechnik auf die Haut des Patienten erfolgen kann. Dort geht es aber in erster Linie nur darum um Position und Lage der Knochen zum Zwecke des Setzens von Nägeln oder von Prothesenteilen zu erhalten und um entsprechend dieser Struk­ turprojektionen eine Voranzeichnung für den Operateur auf der Haut des Patienten vornehmen zu können.Finally, in utility model DE 299 06 438 U1 be a combined X-ray fluoroscopy and laser pro ejection device has been proposed, in which an upper Flat representation of the X-rayed structures using La can be applied to the patient's skin. There, however, it is primarily about position and Position of the bones for the purpose of setting nails or To receive prosthesis parts and to match this structure door projections for the surgeon on the Skin of the patient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Wiedergabe radiologischer oder graphischer Bildin­ formationen der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Arzt, ohne dass es notwendig ist dass er eine kom­ plizierte Brille mit Bildeinspiegelungen trägt, und ohne dass er durch einen halbdurchlässigen Spiegel in seinem Operati­ onsfeld stark eingeschränkt ist, ein Bild während der Unter­ suchung oder Operation des Patienten erhält, das diesen quasi durchsichtig erscheinen lässt und alle jeweils gewünschten innern Strukturen wiedergibt. The invention is therefore based on the object, a Vorrich device for the reproduction of radiological or graphic image to design formations of the type mentioned at the beginning, that the doctor, without the need for a com pleated glasses with image reflections, and without he through a semi-transparent mirror in his operati onsfeld is severely restricted to a picture during the sub search or operation of the patient, which quasi makes it appear transparent and all of the desired ones reproduces internal structures.  

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung erfindungsge­ mäß gekennzeichnet durch eine mit einem Bildinformationsspei­ cher mit einer nachgeschalteten Bildbearbeitungsstufe gekop­ pelte Projektionsvorrichtung, um die Bildinformation nach Maßgabe der Hautoberfläche vorzuverzerren und auf die Haut zu projizieren.To solve this problem, a device is erfindungsge moderately characterized by one with an image information memory cher with a downstream image processing stage pelte projection device to the image information Requirement to pre-distort the skin surface and towards the skin project.

Die Vorverzerrung entsprechend der Hautoberfläche kann dabei nach Maßgabe üblicher Vorinformationen, beispielsweise der bekannten üblichen Krümmung der Brust oder des Bauchs eines Patienten erfolgen. Mit besonderem Vorteil soll aber ein Ver­ messungssystem, vorzugsweise ein Laserstrahlvermessungssys­ tem, zur Vermessung des Patienten vorgesehen sein, anhand dessen Daten eine exakte Vorverzerrung der Bildinformationen in der Bildbearbeitungsstufe erfolgen kann, um bei der Pro­ jektion auf beliebige, auch stärker gekrümmte Hautbereich des Patienten ein "echtes" Bild der Körperinnenstruktur für den Arzt zu liefern, die bei einer bildgebenden Untersuchung in Blickrichtung des Arztes tatsächlich aufscheinen würde.The predistortion corresponding to the skin surface can according to the usual prior information, for example the known usual curvature of the chest or abdomen Patients. However, a ver measurement system, preferably a laser beam measurement system tem, be provided for measuring the patient, based on whose data an exact predistortion of the image information in the image processing stage can be done at the Pro injection onto any, even more curved skin area of the A "real" picture of the internal body structure for the patient To deliver doctor who is in for an imaging exam The doctor's line of sight would actually appear.

Um dies unabhängig von der Position und Haltung des Arztes stets gewährleisten zu können, ist eine erfindungsgemäße Vor­ richtung in Ausgestaltung der Erfindung gekennzeichnet durch ein Videokamerasystem zur Erfassung der Kopfposition und Kopfhaltung des Arztes, das die Projektionsvorrichtung so steuert, dass ein entzerrtes Bild auf der Haut in der Blick­ richtung des Arztes entsteht. Zu diesem Zweck kann am Kopf des Arztes, insbesondere an einer Brille ein Marker für das Videokamerasystem befestigt sein.To do this regardless of the position and posture of the doctor To be able to always guarantee is an inventive direction in an embodiment of the invention characterized by a video camera system for recording the head position and Head posture of the doctor that the projection device so controls that an equalized image on the skin in the eye direction of the doctor arises. This can be done on the head a marker for the doctor, especially on glasses Video camera system attached.

Mit ganz besonderem Vorteil kann die Projektionsvorrichtung zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes des virtuell transparenten Patienten eigene Projektoren für das rechte und linke Auge des Arztes umfassen, wobei die Projektoren sowohl Bilder in unterschiedlichen Farben projizieren können - in diesem Fall trägt der Arzt eine Brille mit unterschiedlich gefärbten Gläsern - oder aber auch abwechselnd Bilder für das rechte und linke Auge des Arztes projiziert werden. Dabei liegt es schließlich auch im Rahmen der Erfindung mehr als zwei Projektoren für die zyklische Bildprojektion für mehrere Ärzte oder Helfer vorzusehen, die dann beliebig und in wech­ selnden Positionen um den Patienten verteilt angeordnet sein können, indem natürlich dann auch ihre Position durch das Vi­ deokamerasystem erfasst und die für sie bestimmten Bilder entsprechend bearbeitet und vorverzerrt werden.The projection device can be particularly advantageous to generate a stereoscopic image of the virtual transparent patients own projectors for the right and include the doctor's left eye, with the projectors both Project images in different colors - in in this case the doctor wears glasses with different colored glasses - or alternately pictures for that  right and left eye of the doctor are projected. there Finally, it is more than within the scope of the invention two projectors for cyclic image projection for several To provide doctors or helpers, who are then arbitrary and in alternation positions around the patient can, of course, by then also their position through the Vi deo camera system and the images intended for them processed and pre-distorted accordingly.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Projektion sämtlicher bei bildgebenden Verfahren gewonnenen Bilddaten­ sätzen, wobei im Bildinformationsspeicher bevorzugt ein 3D- Bilddatensatz des Patienten gespeichert sein kann, aus dem mittels 3D-Oberflächenrekonstruktion das zu projizierende Bild entsprechend vorverzerrt gewonnen werden kann, und zwar sehr einfach aus jeder beliebigen Betrachtungsposition des Arztes.The device according to the invention is suitable for projection all image data obtained in imaging processes sets, preferably in the image information memory a 3D Image data set of the patient can be stored, from which the surface to be projected using 3D surface reconstruction Image can be obtained accordingly pre-distorted very easy from any viewing position of the Doctor.

Darüber hinaus kann im gespeicherten Bilddatensatz die Infor­ mation unterschiedlicher Bildgebungsverfahren gespeichert sein, die abwechselnd oder in Kombination projiziert werden können, wobei zur besseren Unterscheidung und Beurteilung dieser Mischbilder durch den Arzt ein Falschfarben Matching unterschiedlicher Bildgebungsverfahren möglich ist. Darüber hinaus kann auch ein Matching von historischen Bilddatensät­ zen, beispielsweise einem MR-Bilddatensatz und Echtzeitbil­ dern, z. B. Ultraschallbildern, vorgesehen sein, wobei ein solches Matching oder Falschfarben Matching mit Bilddatensät­ zen verschiedenen Datums auch eine Verlaufskontrolle ermög­ licht, beispielsweise Kontrolle eines Tumors und seines Wachstums in Größe und Richtung.In addition, the Infor tion of different imaging methods that are projected alternately or in combination can, for better differentiation and assessment this mixed images by the doctor a false color matching different imaging methods is possible. About that In addition, historical image data can also be matched zen, for example an MR image data set and real-time image other, e.g. B. ultrasound images may be provided, wherein a such matching or false color matching with image data set A progress check is also possible on different dates light, for example control of a tumor and its Growth in size and direction.

Schließlich lässt sich das Matching von radiologischen und technischen Objekten, z. B. Prothesen vornehmen, um so eine Simulation von Hüftprothesenimplantationen zu ermöglichen. Finally, the matching of radiological and technical objects, e.g. B. make prostheses to such a To enable simulation of hip prosthesis implantations.  

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is based on a schematic Embodiment will be explained in more detail.

Der auf einem Untersuchungstisch 1 angeordnete Patient 2 wird - vorzugsweise nachdem ihm im zu untersuchenden Bereich die Haare entfernt worden sind - durch ein, vorzugsweise als La­ serstrahlvermessungssystem ausgebildetes, Vermessungssystem 3 so untersucht, dass im Untersuchungsbereich, im vorliegenden Fall im Brustbereich, die genaue Lage und die Formgebung der Hautoberfläche in einer Bildverarbeitungsstation 4 bestimmt werden kann, die unter anderem auch einen Bildinformations­ speicher mit einer nachgearbeiteten Bildbearbeitungsstufe um­ fasst, in der Informationen unterschiedlicher Bildgebungsver­ fahren, also Röntgenbilder, MR-Aufnahmen, Computertomogra­ phieaufnahmen usw., gespeichert sein können. Darüber hinaus können auch Speicher vorgesehen sein, um Bildinformationen aus Echtzeitaufnahmen vorübergehend zu speichern und zum Matchen mit historischen Bildinformationene entsprechend vor­ zuverzerren.The patient 2 arranged on an examination table 1 is examined - preferably after his hair has been removed in the region to be examined - by a measurement system 3 , preferably designed as a laser beam measurement system, such that the exact position in the examination region, in the present case in the breast region and the shape of the skin surface can be determined in an image processing station 4 , which also includes, among other things, an image information memory with a reworked image processing stage in which information from different imaging methods, i.e. X-ray images, MR images, computer tomography images, etc., can be stored. In addition, memories can also be provided in order to temporarily store image information from real-time recordings and to pre-distort them for matching with historical image information.

Die Position und Haltung des Kopfes 5 des Arztes 6 wird mit Hilfe eines Videokamerasystems 7 erfasst, wobei hierfür bei­ spielsweise ein Marker 8 am Kopf oder speziell auch der Bril­ le 9 des Arztes vorgesehen sein kann. Durch dieses Videokame­ rasystem 7 kann in Verbindung mit dem Vermessungssystem 3 ei­ ne exakte Bearbeitung und Vorverzerrung der Bildinformationen des Bildspeichers des Bildverarbeitungssystems 4 derart er­ folgen, dass auf die Haut des Patienten 2 ein Bild derart projiziert wird, dass es in der Betrachtungsrichtung des Arz­ tes exakt ein entzerrtes Bild des Körperinneren des Patienten aus dieser Blickrichtung ergibt. Die Projektionsvorrichtung 10 zur Projizierung des Bildes auf die Haut des Patienten kann dabei auch mehrere Projektoren umfassen, die gegebenen­ falls abwechselnd Bilder für das linke oder rechte Auge des Arztes oder aber auch Bilder für mehrere um den Patienten verteilt angeordnete Ärzte erzeugen, und zwar individuell jeweils in Form von Einsichten in den Körper aus den entspre­ chenden Blickrichtungen.The position and posture of the head 5 of the doctor 6 is recorded with the aid of a video camera system 7 , for which purpose a marker 8 on the head or specifically the glasses 9 of the doctor can be provided for this purpose. Through this video camera system 7 , in conjunction with the measurement system 3, an exact processing and predistortion of the image information from the image memory of the image processing system 4 can be such that an image is projected onto the skin of the patient 2 in such a way that it is in the viewing direction of the doctor gives an exactly rectified image of the patient's body from this perspective. The projection device 10 for projecting the image onto the patient's skin can also comprise a plurality of projectors which, if appropriate, alternately generate images for the left or right eye of the doctor or else images for a plurality of doctors arranged around the patient, individually in each case in the form of insights into the body from the corresponding perspective.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Wiedergabe radiologischer und/oder gra­ phischer Bildinformationen bei der Diagnose, der Operations­ planung oder bei Operationen, gekennzeichnet durch eine mit einem Bildinformationsspeicher mit ei­ ner nachgeschalteten Bildbearbeitungsstufe gekoppelte Projek­ tionsvorrichtung (10), um die Bildinformation nach Maßgabe der Hautoberfläche vorzuverzerren und auf die Haut zu proji­ zieren.1. Device for reproducing radiological and / or graphical image information during diagnosis, operation planning or during operations, characterized by a projection device ( 10 ) coupled to an image information memory with a downstream image processing stage, in order to predistort the image information in accordance with the skin surface and to project onto the skin. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass ein Vermessungssystem (3), vorzugsweise ein Laserstrahlvermessungssystem, zur Vermessung des Patienten (2) vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a measuring system ( 3 ), preferably a laser beam measuring system, is provided for measuring the patient ( 2 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch ein Videokamerasystem (7) zur Erfassung der Kopfposition und Kopfhaltung des Arztes, das die Projektionsvorrichtung (10) so steuert, dass ein ent­ zerrtes Bild auf der Haut in der Blickrichtung des Arztes (6) entsteht.3. Device according to claim 1 or 2, marked by a video camera system ( 7 ) for detecting the head position and head posture of the doctor, which controls the projection device ( 10 ) so that an ent-distorted image on the skin in the direction of the doctor ( 6 ) arises. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass am Kopf (5) des Arztes, insbesondere an einer Brille (9'), ein Marker (8) für das Vi­ deokamerasystem (7) befestigt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that on the head ( 5 ) of the doctor, in particular on glasses ( 9 '), a marker ( 8 ) for the video camera system ( 7 ) is attached. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Pro­ jektionsvorrichtung (7) zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes des virtuell transparenten Patienten eigene Projekto­ ren für das rechte und linke Auge des Arztes umfasst.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the projection device ( 7 ) for generating a stereoscopic image of the virtually transparent patient comprises separate projectors for the right and left eye of the doctor. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Projektoren Bilder in unterschiedlicher Farbe projizieren. 6. The device according to claim 5, characterized ge indicates that the projectors have images in project different color.   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Projektoren abwechselnd Bilder für das linke und das rechte Auge des Arztes projizie­ ren.7. The device according to claim 5, characterized ge indicates that the projectors take turns Projector images for the left and right eyes of the doctor ren. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ge­ kennzeichnet durch Vorsehen von mehr als zwei Projektoren für die zyklische Bildprojektion für mehrere Ärzte oder Helfer.8. Device according to one of claims 5 to 7, ge characterized by providing more as two projectors for cyclic image projection for several doctors or helpers. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass im Bild­ informationsspeicher ein 3D-Bilddatensatz des Patienten ge­ speichert ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, there characterized by that in the picture information store a 3D image data record of the patient stores. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass im Bild­ datensatz die Informationen unterschiedlicher Bildgebungsver­ fahren gespeichert sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, there characterized by that in the picture record the information from different imaging technologies drive are saved. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeich­ net durch ein Falschfarben Matching unter­ schiedlicher Bildgebungsverfahren.11. The device according to claim 10, characterized net with a false color matching below different imaging techniques. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ge­ kennzeichnet durch ein Matching von historischen Bilddatensätzen und Echtzeitbildern.12. Device according to one of claims 9 to 11, ge characterized by a matching of historical image data sets and real-time images. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Projizierung der Bildinformation in "real-time" zeitgleich mit ihrer Gewinnung erfolgt.13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized characterized that the projection of the image information in "Real-time" takes place simultaneously with their extraction.
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