DE10210650A1 - Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds - Google Patents

Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds

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Abstract

Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3-D-Rekonstruktionsbilds, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Verwendung eines präoperativ aufgenommenen 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs, DOLLAR A - Aufnahme mehrerer 2-D-Ultraschallbilder des Untersuchungsbereichs, DOLLAR A Aktualisierung des präoperativen 3-D-Bilddatensatzes unter Verwendung der 2-D-Ultraschallbilder, und DOLLAR A - Rekonstruieren eines 3-D-Rekonstruktionsbilds anhand des aktualisierten 3-D-Bilddatensatzes.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds.
  • Die dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds wird im Rahmen medizinischer Untersuchungen oder Behandlungen immer wichtiger. Zu nennen sind beispielsweise minimal-invasive Behandlungen unter Verwendung von Endoskopen, Laparoskopen oder Kathetern, die jeweils über eine kleine Körperöffnung in den Untersuchungsbereich des Patienten eingeführt werden. Anhand des 3D-Rekonstruktionsbilds erhält der Arzt eine dreidimensionale Ansicht des Untersuchungsbereichs, beispielsweise des Herzens, was ihm zur Navigation des medizinischen Instruments nützlich ist. Aber auch in Fällen, in denen kein Instrument einzuführen ist, sondern lediglich eine diagnostischen Zwecken dienende Darstellung erforderlich ist, sind solche 3D- Rekonstruktionsbilder dienlich.
  • Häufig werden zur Rekonstruktion eines 3D-Rekonstruktionsbilds präoperativ aufgenommene 3D-Bilddatensätze verwendet, also Datensätze, die eine beliebige Zeit vor der momentanen Untersuchung oder Behandlung aufgenommen wurden. Vor allem dann, wenn das 3D-Rekonstruktionsbild im Rahmen einer anstehenden Intervention verwendet wird, können aufgrund der präoperativen Aufnahme Schwierigkeiten hinsichtlich geänderter anatomischer Verhältnisse oder geänderter Patientenlagerungsverhältnisse auftreten, das heißt, das 3D-Rekonstruktionsbild, das basierend auf dem präoperativen Bilddaten rekonstruiert wird, stellt nicht mehr die aktuellen anatomischen bzw. lagemäßigen Verhältnisse dar. Beispielsweise kann der Patient zugenommen oder abgenommen haben, er kann in anderer Lage auf der Patientenliege liegen etc. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten für den behandelnden Arzt, die ihm die Diagnose, Untersuchung oder Behandlung, insbesondere die Interventionsbehandlung, erschweren.
  • Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das hier Abhilfe schafft.
  • Zur Lösung ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art mit folgenden Schritten vorgesehen:
    • - Verwendung eines präoperativ aufgenommenen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs,
    • - Aufnahme mehrerer 2D-Ultraschallbilder des Untersuchungsbereichs,
    • - Aktualisierung des präoperativen 3D-Bilddatensatzes unter Verwendung der 2D-Ultraschallbilder und
    • - Rekonstruieren eines 3D-Rekonstruktionsbilds anhand des aktualisierten 3D-Bilddatensatzes.
  • Die Erfindung schlägt vor, den präoperativen 3D-Bilddatensatz zum Zeitpunkt der Untersuchung oder Behandlung zu aktualisieren, so dass das anschließend anhand des aktualisierten 3D- Bilddatensatzes rekonstruierte 3D-Rekonstruktionsbild die tatsächlichen anatomischen bzw. lagemäßigen Gegebenheiten wiedergibt. Hierzu werden mehrere 2D-Ultraschallbilder des Untersuchungsbereichs aufgenommen. Diese zeigen den Untersuchungsbereich in der aktuellen Lage. Die 2D-Ultraschallbilder bilden die Grundlage zur Aktualisierung. Die Ultraschallbildaufnahme ist in mehrerlei Hinsicht von Vorteil. Zum einen kann sie ohne großen apparativen Aufwand erfolgen, zum anderen ist keinerlei strahlungsmäßige Patientenbelastung durch die Ultraschallaufnahme gegeben. Auch können die Bilder sehr schnell im Rahmen der anstehenden Untersuchung oder Behandlung oder Intervention aufgenommen werden, so dass es nicht zur übermäßig zeitlichen Verlängerung der gesamten Prozedur kommt.
  • Der präoperative 3D-Bilddatensatz kann mit einer beliebigen Aufnahmemodalität aufgenommen worden sein, es kann sich also beispielsweise um einen CT-, einen MR- oder einen 3D-Röntgenangiographie-Datensatz handeln. Alle diese Datensätze lassen eine exakte Rekonstruktion des Untersuchungsbereichs zu, gleichermaßen können diese unterschiedlichen Datensätze auch unter Verwendung von Bilddaten, die mit einer anderen Untersuchungsmodalität, nämlich einer Ultraschalleinrichtung, aufgenommen wurden, aktualisiert werden.
  • Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann die Aktualisierung des präoperativen 3D-Bilddatensatzes direkt anhand der 2D-Ultraschallbilder erfolgen. Eine Erfindungsalternative sieht vor, anhand der 2D-Ultraschallbilder einen 3D-Ultraschall-Bilddatensatz zu rekonstruieren, anhand dem die Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes erfolgt. Daneben ist auch ein kombinierter Aktualisierungsmodus möglich, das heißt die Aktualisierung kann sowohl anhand der 2D-Ultraschallbilder als auch anhand des rekonstruierten 3D-Ultraschall-Bilddatensatzes erfolgen.
  • Erfolgt die Aktualisierung anhand eines 3D-Ultraschall-Bilddatensatzes, so können erfindungsgemäß der 3D-Bilddatensatz und der 3D-Ultraschall-Bilddatensatz einander überlagert werden, und diejenigen Datensatzteile des 3D-Bilddatensatzes, die in nicht hinreichendem Maß mit den entsprechenden Teilen des 3D-Ultraschall-Bilddatensatzes übereinstimmen, durch Translation und/oder Rotation solange deformiert werden, bis eine hinreichende Überlagerung erreicht ist. Hier findet ein sogenanntes "Deformable Matching" zwischen dem präoperativen 3D-Bilddatensatz und dem rekonstruierten 3D-Ultraschall-Bilddatensatz statt. Es wird eine Registrierung vorgenommen, die den präoperativ aufgenommenen Bilddatensatz so deformiert, dass er besser zu dem aktuellen Bilddatensatz passt, was in möglichst schneller Zeit erfolgen soll, um die Wartezeit für den Patienten so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grund erfolgt zunächst ein rigides Matching zwischen dem präoperativen 3D-Bilddatensatz und dem quasi intraoperativ aufgenommenen 3D-Ultraschall-Bilddatensatz bzw. dem Ultraschallvolumen. In den Bereichen, in denen die Datensätze gut übereinstimmen, ist keine weitere Registrierung, also datensatzmäßige Veränderung oder Deformierung erforderlich. Es müssen nur die Bereiche erneut betrachtet werden, in denen die Datensätze noch nicht in hinreichendem Maß übereinstimmen. Die beiden Datensätze werden also unterteilt und jeder nicht ausreichend registrierte Bereich wird erneut registriert. Hierzu ist es beispielsweise möglich, aus jedem Datensatz ein 3D- Rekonstruktionsbild bzw. ein 3D-Ultraschall-Rekonstruktionsbild zu erstellen und die jeweiligen rekonstruierten Volumina in einzelne, gleich große Voxel zu unterteilen und diese Voxel dann separat miteinander zu vergleichen. Nur diejenigen Voxel, die eben nicht hinreichend bezüglich einander registriert sind, also nicht hinreichend gut übereinstimmen, werden erneut rigid registriert. Ist für jeden Teilbereich der beiden Datensätze eine ausreichende Registrierung gefunden worden, müssen diese Registrierungen noch miteinander verknüpft werden. Durch die Verknüpfung ist es nun möglich, dass sich Überlappungen oder Lücken ergeben. Um diese auszugleichen kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die aufgrund der translatorischen und/oder rotatorischen Deformierung erzeugten Überlappungs- oder Lückenbereiche innerhalb des 3D-Bilddatensatzes durch Interpolation zu glätten. Da bei einem solchen Registrierungsprozess nur einmal am Ende eine Deformation stattfindet und ansonsten die Teilbereiche der Datensätze nur rigid registriert werden, kann die zum Registrieren erforderliche Zeit erheblich reduziert werden.
  • Die Bestimmung der zur Aktualisierung eines Voxels erforderlichen Deformationsparameter erfolgt beispielsweise durch eine Grauwert-Analyse der zu vergleichenden Datenteile oder Voxel. Aus dieser Grauwert-Verteilungsanalyse kann erkannt werden, wie die zu vergleichenden Bildteile bezüglich einander liegen. Stehen die Deformationsparameter fest, so erfolgt die tatsächliche Änderung des Bilddatensatzes, also die eigentliche Aktualisierung oder Deformierung.
  • Zur Aktualisierung unter unmittelbarer Verwendung der 2D- Ultraschallbilder kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die 2D-Ultraschallbilder mit einer Ultraschallaufnahmeeinrichtung mit einem Positionssensor, der Informationen bezüglich der räumlichen Lage und Position eines aufgenommenen 2D-Ultraschallbilds liefert und der bezüglich der Koordinaten des 3D- Bilddatensatzes registriert ist, aufzunehmen, so dass die räumliche Position und Lage eines aufgenommenen 2D-Ultraschallbilds relativ zum 3D-Bilddatensatz bekannt ist, wobei ein aufgenommenes 2D-Ultraschallbild positions- und lagegenau in ein entsprechendes Schnittebenenbild des 3D-Bilddatensatzes eingeblendet wird, das anschließend entsprechend dem 2D-Ultraschallbild deformiert wird. Hier werden also die 2D- Ultraschallbilder unmittelbar zur Aktualisierung verwendet. Es wird vorausgesetzt, dass die Lage und die Orientierung des 2D-Ultraschallbilds im Raum durch einen in den Ultraschallsensor integrierten Positionssensor bekannt ist. Die Position und Orientierung des Positionssensors wird über ein geeignetes Positionserfassungssystem in einem positionserfassungssystemeigenen Koordinatensystem bestimmt. Dieses Koordinatensystem und damit der Positionssensor selbst ist mit den Koordinaten des präoperativen 3D-Bilddatensatzes registriert, so dass hierüber auch die Position und Lage jedes während der Bildaufnahme aufgenommene 2D-Ultraschallbilds relativ zu dem präoperativen 3D-Bilddatensatz bekannt ist. Mit der durch den Positionssensor erhaltenen Position und Orientierung lässt sich das aktuelle 2D-Ultraschallbild an die entsprechende Position im präoperativen 3D-Bilddatensatz einblenden, das heißt es wird positions- und lagegenau in die entsprechende Schnittbildebene des 3D-Bilddatensatzes eingeblendet. Zur Registrierung und damit Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes erfolgt nun eine Deformierung und Angleichung des 3D-Bilddatensatzes dadurch, dass die gezeigten Oberflächen und Konturen des Schnittebenenbilds des 3D-Bilddatensatzes solange deformiert werden, bis sie der in dem eingeblendeten 2D- Ultraschallbild gezeigten Anatomie entsprechen. Das heißt hier werden Oberflächen oder geometrische Strukturen angeglichen.
  • Eine Verbesserung der Registrierung kann dadurch erfolgen, dass vor dem Einblenden eine im 3D-Bilddatensatz gezeigte Oberfläche des Untersuchungsbereichs, also beispielsweise die Herzoberfläche segmentiert wird, und anschließend das 2D-Ultraschallbild eingeblendet wird. Durch die Segmentierung erhält man eine dreidimensionale Hüllenfigur, die die Oberfläche des Untersuchungsbereichs, also beispielsweise des Herzens zeigt. Über diese wird wiederum lage- und ebenengenau das 2D-Ultraschallbild gelegt und anschließend zur Bestimmung der Deformationsparameter ermittelt, in welcher Richtung die 3D-Oberflächenhülle zu deformieren ist, dass sie zur gezeigten 2D-Kontur des Herzens in der jeweiligen Bildebene passt. Es wird also zur Bestimmung der Deformationsparameter berechnet, wie die Deformierung für einen Oberflächenfit auszusehen hat. Anschließend erfolgt unter Verwendung der Deformationsparameter die eigentliche Aktualisierung bzw. Deformierung des präoperativen 3D-Bilddatensatzes. Hier ist es also möglich, durch die klare Abgrenzung der Herzoberfläche im Ultraschallbild den Abstand und die Richtung der Oberfläche im Ultraschallbild zur Oberfläche im präoperativ aufgenommenen 3D-Bilddatensatz zu ermitteln und basierend hierauf die Deformationsparameter in geeigneter Weise zu bestimmen oder zu ändern.
  • Handelt es sich bei dem Untersuchungsbereich um einen sich rhythmisch oder arrhythmisch bewegenden Bereich, beispielsweise das Herz, so ist für eine exakte Darstellung zu beachten, dass die zu aktualisierenden Bilddaten aus dem 3D-Bilddatensatz und die aufgenommenen 2D-Ultraschallbilder den Untersuchungsbereich in der gleichen Bewegungsphase zeigen. Um dies zu ermöglichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, bei einem sich rhythmisch oder arrhythmisch bewegenden Untersuchungsbereich zu den 2D-Ultraschallbildern die Bewegungsphase zu erfassen, also die Phase, in der ein Ultraschallbild aufgenommen wird, und nur den Anteil an Bildern aus dem 3D-Bilddatensatz zu Aktualisieren und zur Rekonstruktion zu verwenden, der in der gleichen Bewegungsphase wie die 2D-Ultraschallbilder aufgenommen ist. Das heißt, sowohl bei der Aufnahme des 3D-Bilddatensatzes wie auch der 2D-Ultraschallbilder ist die Erfassung der Bewegungsphase erforderlich, um phasengleiche Bilder oder Volumina erstellen und aktualisieren zu können. Die zu aktualisierenden Bilddaten und damit das Rekonstruktionsvolumen richten sich zweckmäßigerweise nach der Phase, in der die 2D-Ultraschallbilder aufgenommen wurden. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn zusätzlich zur Bewegungsphase auch der Zeitpunkt der Aufnahme der 2D-Ultraschallbilder erfasst und zur Aktualisierung und Rekonstruktion des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten aus dem 3D-Bilddatensatz verwendet werden, die auch zum gleichen Zeitpunkt wie die 2D-Ultraschallbilder aufgenommen sind.
  • Handelt es sich bei dem Untersuchungsbereich um das Herz, so wird zweckmäßigerweise zur Erfassung der Bewegungsphase und gegebenenfalls der Zeit ein EKG aufgenommen, in dessen Abhängigkeit die Aufnahme der 2D-Ultraschallbilder getriggert wird, wobei den Bilddaten zur Erstellung des 3D-Rekonstruktionsbilds ebenfalls ein EKG bei deren Aufnahme zugeordnet ist.
  • Die 2D-Ultraschallbilder können entweder extrakorporal unter Verwendung einer von außen am Patienten anzusetzenden bekannten Ultraschallaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Auch eine intrakorporale Ultraschallbildaufnahme ist denkbar, wozu ein geeignetes medizinisches Instrument beispielsweise in Form eines Katheters verwendet wird, in dessen Spitze ein Ultraschallaufnahmekopf integriert ist.
  • Anhand des aktualisierten 3D-Bilddatensatzes ist es nun möglich, ein den aktuellen anatomischen Gegebenheiten entsprechendes 3D-Rekonstruktionsbild zu erstellen. Dieses kann wie beschrieben zu diagnostischen Zwecken verwendet werden, es ist aber auch möglich, dieses im Rahmen einer Intervention zu nutzen. Hierzu werden beispielsweise die Ultraschallbilder bei bereits in den Untersuchungsbereich eingeführtem Instrument, beispielsweise einem in das Herz eingeführten Katheter aufgenommen und die Position des Instruments anhand wenigstens eines 2D-Ultraschallbilds ermittelt und im aktualisierten 3D-Rekonstruktionsbild angezeigt. Das heißt es besteht die Möglichkeit, den Katheter online lage- und orientierungsgenau im aktualisierten 3D-Rekonstruktionsbild zu visualisieren. Hierzu können entweder die 2D-Ultraschallbilder verwendet werden, die den Katheter zeigen. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, hierzu beispielsweise 2D-Durchleuchtungsbilder, die mit einer geeigneten Röntgeneinrichtung aufgenommen werden, zu verwenden und einzublenden. In diesem Fall ist eine 2D/3D-Registrierung bzw. eine 2D/3D-Fusion der 2D-Echtzeitbilder, die die Abbildung des Instruments zeigen, mit dem aktualisierten präoperativen 3D-Bilddatensatz durchzuführen. Ist alternativ ein Positionssensor in dem Katheter integriert, können mit Hilfe dieses Positionssensors seine Positionen Orientierung kontinuierlich während der Intervention erfasst und in den aktualisierten präoperativen 3D-Bilddatensatz eingeblendet werden. Hierfür wird eine 3D/3D-Registrierung der Koordinaten des Positionssensors mit den Koordinaten des aktualisierten 3D-Bilddatensatzes vorausgesetzt. Die Registrierung kann anhand jeglicher bekannter 2D/3D- bzw. 3D/3D-Registrierungsverfahren erfolgen. Solche Registrierungsmodi sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und gehören zu seinem Fachwissen. Eine nähere Beschreibung ist nicht erforderlich.
  • Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, ausgebildet zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • Fig. 1 eine Prinzipskizze einer medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung,
  • Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Aktualisierung unter Verwendung eines 3D-Ultraschall- Bilddatensatzes, und
  • Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Aktualisierung unter Verwendung eines 2D-Ultraschallbilds.
  • Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 umfassend eine Ultraschallbildaufnahmeeinrichtung 2 sowie eine Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 3, die den Betrieb der Ultraschallaufnahmeeinrichtung 2 steuert sowie die Bilddatenverarbeitung, -aufbereitung und -analyse vornimmt. Mittels der Ultraschalleinrichtung 2 wird von einem Untersuchungsbereich 15 hier dem Herzen eines Patienten 4 ein Satz 2D- Ultraschallbilder 5 aufgenommen, die an die Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 3 gegeben werden. Die Aufnahme der 2D-Ultraschallbilder erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel unter Triggerung durch ein EKG 6, das parallel aufgezeichnet wird, da es sich bei dem Untersuchungsbereich 15 um ein sich rhythmisch bewegendes Organ, nämlich das Herz handelt. Die EKG-Daten werden ebenfalls an die Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 3 gegeben.
  • An der Ultraschallaufnahmeeinrichtung 2 ist ferner ein Positionssensor 8 vorgesehen, mit dem die räumliche Position der Ultraschallaufnahmeeinrichtung 2 und damit die jeweilige räumliche Lage eines aufgenommenen 2D-Ultraschallbilds bestimmt werden kann. Hierzu ist ein geeignetes Positionserfassungssystem erforderlich, das hier nicht näher gezeigt ist. Die Positionsdaten werden ebenfalls zusammen mit den 2D- Ultraschallbildern 5 abgelegt.
  • In der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 3 ist ferner ein präoperativ aufgenommener 3D-Bilddatensatz 7 des Untersuchungsbereichs 15 vorhanden. Hierbei kann es sich um einen Computertomographie-, ein Magnetresonanz- oder einen 3D- Angiographie-Bilddatensatz handeln. Da dieser präoperativ, also eine beliebige Zeit vor der momentanen Behandlung aufgenommen wurde, besteht die Möglichkeit, dass dieser den Untersuchungsbereich nicht so zeigt, wie die aktuellen anatomischen Verhältnisse sind. Um diesen hochaufgelösten 3D-Bilddatensatz dennoch zur Erstellung eines 3D-Rekonstruktionsbilds im Rahmen einer nachfolgenden Untersuchung oder Behandlung verwenden zu können ist es erforderlich, diesen zu aktualisieren, ihn also an die tatsächlichen anatomischen Begebenheiten anzupassen.
  • Die Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes kann auf zwei verschiedene Weisen erfolgen. Zum einen unter unmittelbarer Verwendung der 2D-Ultraschallbilder 5, die aufgrund ihrer räumlichen Positionserfassung bezüglich des Koordinatensystems des 3D-Ultraschallbilddatensatzes in bekannter Weise registriert sind. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, anhand der 2D-Ultraschallbilder 5 einen 3D-Ultraschallbilddatensatz 9 zu erzeugen und diesen zur Aktualisierung heranzuziehen. Hierauf wird bezüglich der Fig. 2 und 3 noch eingegangen.
  • Nach erfolgter Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes im Schritt 10 erfolgt im Schritt 11 die Erstellung eines 3D- Rekonstruktionsbilds. Wie der nur gestrichelt gezeigte Schritt 12 zeigt, besteht ferner die Möglichkeit, in dieses 3D-Rekonstruktionsbild ein in den Untersuchungsbereich 3 eingeführtes Instrument einzublenden. Dies kann unter Verwendung der 2D-Ultraschallbilder erfolgen, die dieses Instrument möglicherweise zeigen. Seine Position wird erfasst, aufgrund der Registrierung der 2D-Ultraschallbilder 5 bezüglich des 3D- Bilddatensatzes kann die erfasste Position und Orientierung lage- und orientierungsgenau in das 3D-Volumenbild eingeblendet werden. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, anstelle der 2D-Ultraschallbilder 5 andere zweidimensionale Bilder, z. B. Röntgendurchleuchtungsbilder, die das Instrument im Untersuchungsvolumen zeigen, zu verwenden. Das 3D-Rekonstruktionsbild, gegebenenfalls unter Einbringung des Instruments wird anschließend an einem Monitor 13 ausgegeben.
  • Fig. 2 zeigt die Aktualisierung unter Verwendung eines 3D- Ultraschallbilddatensatzes. Dieser 3D-Ultraschallbilddatensatz 9 ist - wie auch der 3D-Bilddatensatz 7 - in Form eines Volumens dargestellt. Die jeweiligen Volumina werden in eine Vielzahl kleiner Teilvolumina, sogenannter Voxel, unterteilt. Im 3D-Bilddatensatz 7 sind vier Voxel 7a, 7b, 7c und 7d gezeigt, entsprechend vier Voxel 9a, 9b, 9c und 9d sind im 3D- Ultraschallbilddatensatz 9 gezeigt. Zur Deformierung und Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes 7 werden nun die einzelnen Voxel miteinander verglichen und bestimmt, ob die Voxel des 3D-Bilddatensatzes 7 mit den entsprechenden Voxel des 3D- Ultraschallbilddatensatzes 9 übereinstimmen oder nicht. Im gezeigten Beispiel stimmen die Voxel 7a, 7b, 7c und die Voxel 9a, 9b, 9c überein, das heißt hier liegt ein Bilddatenmatch vor. Das exemplarisch herausgegriffene Voxel 7d kann jedoch nicht auf das Voxel 9d lage- und positionsgenau abgebildet werden. Zur Aktualisierung erfolgt nun eine rigide Registrierung dieses - und natürlich auch jedes anderen nicht passenden Voxels - durch Translation und/oder Rotation des jeweiligen Voxels, bis es zum jeweiligen Vergleichs-Voxel im 3D- Ultraschallbilddatensatz passt. Das heißt, das Voxel 7d wird solange translatorisch oder rotatorisch verändert, bis es deckungsgleich auf das Voxel 9d abgebildet werden kann. Hierüber erfolgt eine Bestimmung der Deformations- oder Aktualisierungsparameter. Wurde zu jedem nicht passenden Voxel der entsprechende Deformationsparameter bestimmt, erfolgt die eigentliche Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes 7, das heißt er wird abhängig von den erfassten Aktualisierungserfordernissen geändert. Die Erfassung etwaiger Unterschiede innerhalb der Voxel erfolgt durch eine Analyse der jeweiligen Grauwerte.
  • Fig. 3 zeigt in Form einer Prinzipskizze die Aktualisierung unter Verwendung eines 2D-Ultraschallbilds. Gezeigt ist auch hier in Form eines dreidimensionalen Kubus der 3D-Bilddatensatz 7. In diesen wird nun ein 2D-Ultraschallbild 5 positions- und orientierungsgenau eingeblendet. Wie beschrieben ist aufgrund der Erfassung der räumlichen Lage eines 2D-Ultraschallbilds 5 unter Verwendung des Positionssensors 8 und aufgrund der Registrierung des 2D-Ultraschallbilds 5 mit dem Koordinatensystem des 3D-Bilddatensatzes 7 die genaue räumliche Lage des 2D-Ultraschallbilds 5 in dem 3D-Volumen bekannt, so dass diese Einblendung erfolgen kann. Nun wird beispielsweise auch hier über eine Grauwertanalyse überprüft, wie der Untersuchungsbereich, der in der Schnittbildebene des 3D- Bilddatensatzes 7 gezeigt ist, und der Untersuchungsbereich, wie er in den 2D-Ultraschallbild 5 gezeigt ist, bezüglich einander übereinstimmen. Im gezeigten Beispiel ist links die Schnittbildebene aus dem 3D-Bilddatensatz 7 gezeigt, über die oder in die das daneben stehende 2D-Ultraschallbild 5 eingeblendet wird. In der 3D-Schnittbildebene (links) ist der Untersuchungsbereich idealisiert als Kreis gezeigt, während er im 2D-Ultraschallbild, das die aktuellen anatomischen Verhältnisse angibt, oval ist. Nun erfolgt die Ermittlung der Deformations- oder Aktualisierungsparameter derart, dass beispielsweise über eine geeignete Grauwertanalyse oder einen Kantendetektionsalgorithmus ermittelt wird, wie die im 3D- Schnittebenenbild 14 gezeigte Darstellung des Untersuchungsbereichs zu verschieben oder deformieren ist, bis sie mit der im 2D-Ultraschallbild 5 gezeigten Darstellung übereinstimmt. Diese Einblendung und Bestimmung der Deformationsparameter erfolgt solange, bis eine Aktualisierung des vollständigen 3D-Bilddatensatzes 7 möglich ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds, mit folgenden Schritten:
- Verwendung eines präoperativ aufgenommenen 3D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs,
- Aufnahme mehrerer 2D-Ultraschallbilder des Untersuchungsbereichs,
- Aktualisierung des präoperativen 3D-Bilddatensatzes unter Verwendung der 2D-Ultraschallbilder, und
- Rekonstruieren eines 3D-Rekonstruktionsbilds anhand des aktualisierten 3D-Bilddatensatzes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als 3D-Bilddatensatz ein mit einem Magnetresonanzgerät, mit einem Computertomographiegerät oder einem Röntgengerät aufgenommener Bilddatensatz verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aktualisierung direkt anhand der 2D-Ultraschallbilder erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem anhand der 2D- Ultraschallbilder ein 3D-Ultraschall-Bilddatensatz rekonstruiert wird, anhand dem die Aktualisierung des 3D-Bilddatensatzes erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem die Aktualisierung sowohl anhand der 2D-Ultraschallbilder als auch anhand des rekonstruierten 3D-Ultraschall-Bilddatensatzes erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der 3D-Bilddatensatz und der 3D-Ultraschall-Bilddatensatz einander überlagert werden, wonach diejenigen Datensatzteile des 3D-Bilddatensatzes, die in nicht hinreichendem Maß mit den entsprechenden Teilen des 3D-Ultraschall-Bilddatensatzes übereinstimmen, durch Translation und/oder Rotation solange deformiert werden, bis eine hinreichende Übereinstimmung erreicht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem aufgrund der translatorischen und/oder rotatorischen Deformierung erzeugte Überlappungs- oder Lückenbereiche innerhalb des 3D-Bilddatensatzes durch Interpolation geglättet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem die 2D- Ultraschallbilder mit einer Ultraschallaufnahmeeinrichtung mit einem Positionssensor, der Informationen bezüglich der räumlichen Lage und Position eines aufgenommenen 2D-Ultraschallbilds liefert und der bezüglich der Koordinaten des 3D- Bilddatensatzes registriert ist, aufgenommen werden, so dass die räumliche Position und Lage eines aufgenommenen 2D- Ultraschallbilds relativ zum 3D-Bildatensatz bekannt ist, wobei ein aufgenommenes 2D-Ultraschallbild positions- und lagegenau in ein entsprechendes Schnittebenenbild des 3D-Bilddatensatzes eingeblendet wird, das anschließend entsprechend dem 2D-Ultraschallbild deformiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem vor dem Einblenden eine im 3D-Bilddatensatz gezeigte Oberfläche des Untersuchungsbereichs segmentiert wird, über die das 2D-Ultraschallbild eingeblendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einem sich rhythmisch oder arrhythmisch bewegenden Untersuchungsbereich zu den 2D-Ultraschallbildern die Bewegungsphase erfasst und nur der Anteil an Bildern aus dem 3D- Bilddatensatz aktualisiert und zur Rekonstruktion verwendet wird, der in der gleichen Bewegungsphase wie die 2D-Ultraschallbilder aufgenommen ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zusätzlich zur Bewegungsphase auch der Zeitpunkt der Aufnahme der 2D-Ultraschallbilder erfasst und zur Aktualisierung und Rekonstruktian des 3D-Rekonstruktionsbilds nur diejenigen Bilddaten aus dem 3D-Bilddatensatz verwendet werden, die auch zum gleichen Zeitpunkt wie die 2D-Ultraschallbilder aufgenommen sind.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Untersuchungsbereich das Herz ist und zur Erfassung der Bewegungsphase und gegebenenfalls der Zeit ein EKG aufgenommen wird, in dessen Abhängigkeit die Aufnahme der 2D-Ultraschallbilder getriggert wird, wobei den Bilddaten zur Erstellung des 3D- Rekonstruktionsbilds ebenfalls ein EKG bei deren Aufnahme zugeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die 2D-Ultraschallbilder extrakorporal oder intrakorporal aufgenommen werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ultraschallbilder bei bereits in den Untersuchungsbereich eingeführtem Instrument aufgenommen und die Position des Instruments anhand wenigstens eines 2D-Ultraschallbilds oder eines 2D-Durchleuchtungsbilds ermittelt und im aktualisierten 3D-Rekonstruktionsbild angezeigt wird.
15. Medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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