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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer medizintechnischen
Anlage, insbesondere einer Angiographieanlage, bei dem mittels eines
Projektionsbildaufnahmegeräts
während
des Betriebs der medizintechnischen Anlage in zeitlichen Abständen aktuelle
Projektionsbilder eines Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, erfasst
und auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden und bei dem parallel
jeweils auf einer weiteren Anzeigeeinrichtung aus zuvor erzeugten
Volumendaten des Hohlorgans generierte Volumenbilder des Hohlorgans
angezeigt werden. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine medizintechnische Anlage mit
einem Projektionsbildaufnahmegerät
zur Erzeugung von Projektionsbildern eines Hohlorgans, mit einer
Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Projektionsbilder, einer Volumendaten-Schnittstelle
zur Erfassung von Volumendaten des Hohlorgans, einer Volumendaten-Bearbeitungseinheit
zum Generieren von Volumenbildern aus den Volumendaten sowie einer
zweiten Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Volumenbilder.
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Insbesondere
zur Untersuchung von Herzkranzgefäßen oder bei neuroradiologischen
Untersuchungen werden heutzutage oftmals invasive Angiographieuntersuchungen
durchgeführt.
Hierzu wird über
einen Zugang, beispielsweise in der Leiste oder der Hand, ein Katheter
in ein Blutgefäß des Patienten eingeführt und
dieser Katheter durch die Gefäße bis zu
dem zu untersuchenden Gefäßabschnitt
navigiert. Dabei wird in zeitlichen Abständen jeweils mit einem Projektionsbildaufnahmegerät, beispielsweise
einem speziell für
angiographische Untersuchungen vorgesehenen Röntgendurchleuchtungsgerät, ein aktuelles
Projektionsbild erzeugt. Um das Gefäß in den Projektionsbildern
besonders gut sichtbar zu machen, wird Kontrastmittel eingesetzt,
das über
den Katheter injiziert werden kann. Eine typischerweise dabei verwendete
Methode ist die sogenannte digitale Subtraktionsangiographie, bei
der zunächst
eine Leeraufnahme ohne Kontrastmittel angefertigt wird und anschließend diese
Leeraufnahme von der Aufnahme mit dem Kontrastmittel subtrahiert
wird. Dadurch werden störende
Bildelemente, wie Knochenstrukturen, die auf beiden Bildern vorhanden
sind, ausgeblendet. Um Kontrastmittelgaben zu reduzieren, navigiert
das medizinische Personal dabei zu einem großen Teil ohne eine Visualisierung
der Gefäße durch
diese hindurch. Nur an einigen schwierigen Stellen wird Kontrastmittel
eingesetzt. Innerhalb der Projektionsbilder ist daher in der Regel
lediglich der Katheter selbst ausreichend sichtbar, da dieser sich beispielsweise
bei einer Verwendung eines üblichen Röntgengeräts aufgrund
seiner Absorption der Röntgenstrahlung
immer von der umliegenden Anatomie abhebt. Eine solche Navigation
des hauchdünnen Katheters
in dem nicht kontrastierten Gefäß erfordert eine
große
Erfahrung und viel Übung.
Oft erschweren unerwartete Gefäßverläufe, Verschlüsse wie
Stenosen oder totale Okklusionen die Navigation des Katheters. Besonders
schwer ist das Einfädeln
des Katheters beispielsweise beim Herzen in die einzelnen Koronargefäße. Hierbei
steuert der Kardiologe die Katheterspitze entlang dem Aortenbogen
hin zu den Ostien, dem Abgang in die beiden Hauptstämme der rechten
und linken Koronararterie. Dies ist eine zeitaufwändige und
relativ komplizierte Aufgabe, die nur von erfahrenem und gut geschultem
Personal schnell und zuverlässig
durchgeführt
werden kann. Bei erschwerten Zugängen
in die Ostien oder im Gefäß selbst
kann es aufgrund des invasiven Verfahrens zu Verletzungen der Gefäßinnenwand
kommen.
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Um
die Risiken des Eingriffs besser einzukalkulieren, um Koronarstenosen
auszuschließen
oder zu evaluieren, wird häufig
vor einer solchen invasiven Angiographie eine nicht-invasive Angiographie,
eine sog. CCTA (Coronary Computer Tomography Angiography; Koronarangiographie),
mittels eines Computertomographen durchgeführt. Alternativ können hierfür auch andere
Geräte
eingesetzt werden, die Volumendaten erzeugen, beispielsweise ein
Magnetresonanzgerät,
PET (Positronen-Emissions-Tomograph), SPECT (Single-Photon-Emissions-Tomograph) oder ähnliche
Geräte.
Mit Hilfe der Volumendaten können die
Gefäße in ihrer
räumlichen
Struktur erheblich besser sichtbar gemacht werden. In der Regel
werden daher während
einer invasiven Angiographie ein oder mehrere aus den Volumendaten
erzeugte Volumenbilder in Form von Ausdrucken oder auf anderen Monitoren
neben der Anzeige der jeweiligen aktuellen Projektionsbilder positioniert.
Unter „Volumendaten” sind dabei
alle aus den Volumendaten erzeugten Bilder wie Projektionen, Schnittbilder
oder 3D-Ansichten zu verstehen, beispielsweise sog. VRT-Bilder (VRT
= Volumen Rendering Technik) oder MPR/MIP-Bilder (MPR = Multi Plannar
Reformat, MIP = Maximum Intensity Projection). 1 zeigt hierzu
ein typisches Bild aus einem Angiographieraum. Dargestellt ist ein
auf einem Untersuchungstisch liegender Patient P, dessen Herzkranzgefäße im Rahmen
der invasiven Angiographie analysiert werden sollen. Um den Oberkörper herum
befindet sich ein Projektionsbildaufnahmegerät 2 in Form eines
sogenannten C-Arms 2, an dem hier zwei Röntgeneinrichtungen
mit jeweils einem Röntgenstrahler und
einem gegenüberliegenden
Detektor angeordnet sind. Mit Hilfe der Röntgenstrahler und Detektoren können zwei
um 90° zueinander
versetzte Bilder erzeugt werden. Solche C-Arme 2 gibt es
auch mit nur einem Röntgenstrahler
und gegenüberliegendem Detektor. Über eine
Bedienkonsole 3 am Patiententisch kann der zuständige Arzt
das Projektionsbildaufnahmegerät 2 ansteuern,
um beispielsweise den C-Bogen um den Patienten zu verfahren und
so den Projektionswinkel der Projektionsaufnahmen zu verändern. Über weitere
Bedienelemente kann der Katheter navigiert werden. Die Veränderung
des Projektionswinkels des Projektionsbildaufnahmegeräts ist erforderlich,
um dem Verlauf der Gefäße und der Katheterspitze
optimal zu folgen. Ein Problem bei der Navigation ist dabei jedoch
die räumliche
Zuordnung der in den jeweils aktuellen Projektionsbildern gezeigten
Lage des zu untersuchenden Gefäßes mit dem
in den Volumenbildern dargestellten Gefäß. Die Person, die den Katheter
navigiert, muss ständig
zwischen der räumlichen
Darstellung in den Volumendaten, die quasi eine Art statische Landkarte
des Gebiets, in dem die Katheterspitze navigiert wird, darstellt,
und der Orientierung des aktu ellen Projektionsbilds, welche die
aktuelle Sicht des Bedieners ersetzt, hin- und herschalten. Dies
erhöht
naturgemäß das Fehlerrisiko.
Zum anderen muss der Bediener vielfach mehrere Projektionsbilder
aus verschiedenen Projektionsrichtungen erzeugen, um den richtigen
Projektionswinkel zu finden, welcher ihm für den nächsten Navigationsabschnitt
brauchbare Bilder liefert. Dies führt dazu, dass der Patient
einer erhöhten Strahlendosis
ausgesetzt ist.
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Um
die Navigation während
eines Eingriffs zu erleichtern, gibt es eine Vielzahl von Vorschlägen, verschiedene
Bilder aufeinander zu registrieren bzw. die Informationen aus verschiedenen
Bildern einander zu überlagern.
So beschäftigt
sich die nachveröffentlichte
DE 10 2007 051 479
A1 mit einer Anzeige von 2D-Durchleuchtungsbildern und
passenden 2D-Projektionen aus einem 3D-Datensatz. Dabei wird ein
dreidimensionaler Datensatz mit einem vorher angefertigten zweidimensionalen
Projektionsbild registriert. In der
DE 10 2005 030 646 A1 wird
eine Überlagerung
der Kontur aus einem 3D-Datensatz mit einem 2D-Durchleuchtungsbild
vorgeschlagen, wofür
jeweils eine 2D-Projektion automatisch mittels eines bekannten 2D/3D-Register-Verfahrens
aus dem segmentierten 3D-Datensatz erzeugt wird. Hierbei erfolgt
aber eine Erstellung einer neuen 2D-Projektion aus dem 3D-Datensatz
erst nach einer Veränderung
des 2D-Durchleuchtungsbilds, sodass zwangsläufig immer zunächst ein
aktuelles 2D-Durchleuchtungsbild für die Registrierung benötigt wird.
Auch die
DE 10
2005 022 541 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur Darstellung
von Strukturen auf einem 2D-Durchleuchtungsbild, wobei jedoch vermieden
werden soll, ein komplettes 2D-Durchleuchtungsbild mit einem kompletten 3D-Bilddatensatz überlagert
darzustellen. Stattdessen werden innerhalb des 3D-Bilddatensatzes
Positionsmarkierungen festgelegt und diese Positionsmarkierungen
werden dann positionsgenau auf das 2D-Durchleuchtungsbild übertragen.
In der
US 2007/0100223
A1 wird wiederum vorgeschlagen, einem assoziierten 3D-Volumenbild
ein 2D-Bild zu überlagern,
wobei eine Registrierung der 3D-Daten auf ein aktuelles 2D-Durchleuchtungsbild
mit Hilfe von sog. „Landmarks” erfolgt.
Wie bei den anderen Verfahren muss aber auch hier zunächst ein
2D-Projektionsbild vorliegen und daraufhin wird aus dem 3D-Datensatz
ein entsprechendes Bild erzeugt, welches auf das aktuelle Projektionsbild
registriert werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
Computerprogramm zur Ansteuerung einer medizintechnischen Anlage
sowie eine medizintechnische Anlage der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass auf einfachere Weise eine Position mit dem Projektionsbildaufnahmegerät angefahren
werden kann, in der der Bediener die beste Sicht für die Navigation
des Katheters durch den nächsten
Gefäßabschnitt
hätte, und
insbesondere die Strahlendosis reduziert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum
anderen durch eine medizintechnische Anlage gemäß Patentanspruch 13 sowie ein
Computerprogramm hierfür nach
Anspruch 14 gelöst.
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Dabei
besteht ein wesentlicher Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass
automatisch die Anzeige eines aktuellen Projektionsbilds und die
Anzeige eines Volumenbilds des Hohlorgans miteinander lagekorreliert
werden. Bei einer solchen Lagekorrelation wird dafür gesorgt,
dass zumindest die Ansichtsrichtung im Volumenbild auf das Hohlorgan
im Wesentlichen der Ansichtsrichtung, d. h. der Projektionsrichtung,
des Projektionsbilds entspricht. Vorzugsweise erfolgt die Lagekorrelation
dabei sogar so, dass die Lage des Hohlorgans im Volumenbild vollständig der
Lage des Hohlorgans im Projektionsbild entspricht, d. h. in den
beiden Bildern weist das Hohlorgan jeweils die gleiche Orientierung
in dem durch die Bildansicht definierten Raum auf. Durch eine solche
Kopplung zwischen Volumenbild und Projektionsbild wird für die Person,
welche die Bilder benötigt,
die Orientierung im Raum erheblich vereinfacht, wodurch die Fehleranfälligkeit
verringert werden kann. Zudem kann bei der erfindungsgemäßen Art
der Kopplung zwischen Volumenbild und der Projektionswinkelorientierung
des Projektionsbildaufnahmegeräts
dafür gesorgt
werden, dass die richtigen Projektionswinkel schneller gefunden
werden und dadurch Dosis eingespart wird. Hierzu wird nämlich auf
Basis von Projektions-Aufnahmeparameterwerten des Projektionsbildaufnahmegeräts automatisch
ein Volumenbild aus den Volumendaten generiert und angezeigt, welches
zu einem Projektionsbild lagekorreliert ist, das bei den betreffenden
Projektions-Aufnahmeparameterwerten vom Projektionsbildaufnahmegerät voraussichtlich
erzeugt würde.
Bei diesen Projektions-Aufnahmeparameterwerten kann es sich beispielsweise
um aktuelle Einstellungen des Projektionsbildaufnahmegeräts handeln,
welche z. B. mit Sensoren gemessen werden oder als Daten hinterlegt
sind, aber auch um aktuelle Steuersignale, mit denen das Projektionsbildaufnahmegerät angesteuert
wird.
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Eine
erfindungsgemäße medizintechnische Anlage
weist hierzu eine Bildkorrelationseinrichtung auf, welche beispielsweise
mit der Volumendaten-Bearbeitungseinheit gekoppelt ist und so ausgebildet
ist, dass automatisch die Anzeige eines aktuellen Projektionsbilds
und die Anzeige eines aktuellen Volumenbilds des Hohlorgans miteinander
lagekorreliert werden. Dabei ist die Bildkorrelationseinrichtung mit
einer Benutzerschnittstelle für
das Projektionsbildaufnahmegerät
und/oder dem Projektionsbildaufnahmegerät selbst (z. B. der zugehörigen Steuereinrichtung
und/oder Sensoren im Projektionsbildaufnahmegerät) gekoppelt und so ausgebildet,
dass auf Basis von Projektions-Aufnahmeparameterwerten automatisch
ein Volumenbild aus den Volumendaten generiert und angezeigt wird,
welches zu dem bei Verwendung der betreffenden Projektions-Aufnahmeparameterwerte
vom Projektionsbildaufnahmegerät
erzeugten Projektionsbild lagekorreliert ist.
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Ein
Großteil
der Komponenten der medizintechnischen Anlage zur Realisierung der
Erfindung, wie beispielsweise die Volumendaten-Schnittstelle, die
Volumendaten-Bearbeitungseinheit oder die Bildkorrelationseinheit,
können
ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden.
Insbesondere können
z. B. die Schnittstellen sowohl als reine Hardwarekomponenten als
auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise wenn die
Daten von bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Softwarekomponenten übernommen
werden können
bzw. softwaremäßig übergeben
werden müssen.
Selbstverständlich können die
Schnittstellen auch aus Hardware- und Softwarekomponenten bestehen,
wie z. B. Standard-Hardwareschnittstellen, die durch Software speziell
konfiguriert werden.
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Die
Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogramm, welches direkt
in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung der medizintechnischen
Anlage ladbar ist und Programmcodeabschnitte aufweist, um alle Schritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchzuführen,
wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Eine solche softwaremäßige Realisierung
ist insoweit vorteilhaft, da hierdurch auch bereits vorhandene medizintechnische
Anlagen leichter nachgerüstet
werden können,
um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu arbeiten.
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Die
abhängigen
Ansprüche
enthalten jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen
der Erfindung, wobei die medizintechnische Anlage insbesondere auch
analog zu den abhängigen
Verfahrensansprüchen
weitergebildet sein kann.
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Die
Kopplung zwischen der Projektionsbildanzeige und der Volumenbildanzeige
kann auf verschiedenste Weise durchgeführt werden.
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Besonders
bevorzugt wird beispielsweise auf der Basis von Steuersignalen,
die beispielsweise an der Benutzerschnittstelle vom Bediener eingegeben
werden und die für
die Ansteuerung des Projektionsbildaufnahmegeräts vorgesehen sind, automatisch
ein passendes Volumenbild aus den Volumendaten generiert und angezeigt,
welches genau zu dem Projektionsbild lagekorreliert ist, das bei
einer Ansteuerung des Projektionsbildaufnahmegeräts unter Nutzung der Steuersignale
erzeugt würde.
Dabei wird ganz besonders bevorzugt mittels des Projektionsbildaufnahmegeräts erst
nach einem Anzeigen des betreffenden Volumenbilds und nach einem Empfang
eines Bestätigungssignals
das Projektionsbild erzeugt. Ein solches Bestätigungssignal kann z. B. ein über eine
Benutzerschnittstelle eingelesenes Signal sein, beispielsweise das
Signal zum Auslösen einer
Projektionsbild-Röntgenaufnahme,
das mittels des in Angiographieanlagen üblicherweise verwendeten Fußschalters
gegeben wird. Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren kann also der
Bediener mit seinem üblichen
Joystick oder einem ähnlichen
Gerät den
Projektionswinkel des Projektionsbildaufnahmegeräts einstellen und bekommt auf
der Volumenbildanzeige jeweils vorab dargestellt, wie das jeweils aktuell
von dem Projektionsbildaufnahmegerät erzeugte Projektionsbild
wäre. Dadurch
kann eine Vielzahl von unnötigen
Aufnahmen vermieden werden, da so problemlos die richtige Position
angefahren werden kann, in der der Bediener die beste Sicht für die Navigation
des Katheters durch den nächsten Gefäßabschnitt
hätte.
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Dabei
ist es möglich,
dass mit der Eingabe der Steuersignale auch gleichzeitig das Projektionsbildaufnahmegerät angesteuert
wird, d. h. die Kopplung erfolgt derart, dass das angezeigte Volumenbild jeweils
entsprechend der aktuellen Lage des Projektionsbildaufnahmegeräts mitgeführt wird
bzw. in ”real time” eine simultane
Steuerung des Projektionsbildaufnahmegeräts und der Volumenbildanzeige
erfolgt. Alternativ kann das Projektionsbildaufnahmegerät aber auch
erst nach einem Anzeigen eines Volumenbilds und nach einem Empfang
eines Bestätigungssignals
auf Basis der Projektions-Aufnahmeparameterwerte angesteuert werden.
Bei der zweiten Alternative erfolgt das Verfahren des Projektionsbildaufnahmegeräts also
verzögert
erst dann, wenn ein Bediener nach Sichtung der jeweiligen Lage anhand
des aktuell dargestellten Volumenbilds sein OK gibt. Dies erspart
ggf. ein unnötiges
Verfahren des Projektionsbildaufnahmegeräts.
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Bei
beiden Varianten wird das Projektionsbild erst nach der Anzeige
des lagekorrelierten Volumenbilds erzeugt und angezeigt, d. h. die
aktuelle Anzeige des lagekorrelierten Volumenbilds läuft dem
Projektionsbild vorteilhafterweise etwas voraus, solange der Bediener
die neuen Projektionseinstellungen sucht. Eine solche vorausschauende
Kopplung des aktuellen Volumenbilds mit dem anzufertigenden Projektionsbild
wird durch die erfindungsgemäße Kopplung
der Bildkorrelationseinrichtung der medizintechnischen Anlage mit
einer Benutzerschnittstelle für
das Projektionsbildaufnahmegerät
und/oder dem Projektionsbildaufnahmegerät selbst ermöglicht.
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Wenn
dies in einem konkreten Fall gewünscht
wird, kann übrigens
auch auf Basis eines aktuell anzuzeigenden Projektionsbilds, welches
gerade gefertigt wurde, automatisch ein hierzu lagekorreliertes
Volumenbild aus den Volumendaten des Hohlorgans generiert und angezeigt
werden. Dies ist beispielsweise mit entsprechenden Bildanalyse-
bzw. Bilderkennungsverfahren möglich,
indem z. B. die anatomischen Strukturen innerhalb der beiden Bilder automatisch
erkannt, ggf. auch segmentiert und aufeinander registriert werden
und auf Basis der dabei gewonnenen Informationen automatisch die
Ausrichtung bzw. Erzeugung des Volumenbilds aus den Volumendaten
passend zum jeweils anzuzeigenden Projektionsbild erfolgt. Geeignete
Verfahren und Software zur Bildverarbeitung, Segmentierung und Registrierung
erkannter Objekte in den Projektionsbildern und der Volumendaten
sind dem Fachmann bekannt.
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Um
das erfindungsgemäße Verfahren
so einfach wie möglich
durchführen
zu können,
wird vorzugsweise zunächst
in einer Initialisierungsprozedur ein Initialisierungs-Projektionsbild
erzeugt und hierzu aus den Volumendaten ein lagekorreliertes Initialisierungs-Volumenbild
generiert. Hierbei gibt es wieder verschiedene Möglichkeiten:
Zum einen
können
das Initialisierungs-Projektionsbild und die Volumendaten automatisch
analysiert werden, um ein zum Initialisierungs-Projektionsbild lagekorreliertes
Initialisie rungs-Volumenbild zu erzeugen. Die Analyse des Initialisierungs-Projektionsbilds
und der Volumendaten kann dabei jeweils eine automatische Objekterkennung
und/oder Objektseg mentierung umfassen. Wie oben erläutert, gibt
es bereits entsprechende Bildanalyseverfahren.
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Ebenso
können
aber auch aus den Volumendaten auf Basis von Anzeige-Steuerbefehlen
Volumenbilder mit entsprechend den Anzeige-Steuerbefehlen veränderten
Ansichten des Hohlorgans erzeugt und angezeigt werden, um so ein
zum Initialisierungs-Projektionsbild
lagekorreliertes Initialisierungs-Volumenbild zu finden. Hierbei
wird also eine manuelle Initialisierung durchgeführt, d. h. es wird das Initialisierungs-Projektionsbild
angefertigt und angezeigt und es kann beispielsweise über einen Joystick
oder dergleichen das angezeigte Volumenbild (auf Basis der Volumendaten)
virtuell so geschwenkt bzw. gedreht werden, bis ein Bediener der Ansicht
ist, dass die Ansicht im Volumenbild mit der Ansicht im Initialisierungs-Projektionsbild
ausreichend gut übereinstimmt
und das Hohlorgan die gleiche Lage aufweist.
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Ebenso
ist es auch möglich,
beide Verfahren anzuwenden und beispielsweise zunächst eine
automatische Analyse des Initialisierungs-Projektionsbilds und der
Volumendaten durchzuführen,
um einen Vorschlag für
ein lagekorreliertes Initialisierungs-Volumenbild zu erzeugen und
dieses dann als Startposition für
eine manuelle Nachjustage so lange zu verwenden, bis der Bediener
mit dem Ergebnis zufrieden ist.
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Vorzugsweise
wird zum Beenden der Initialisierungsprozedur und Weiterführen des
Verfahrens eine Initialisierungsbestätigung erfasst. Das heißt, der
Benutzer kann, wenn er mit dem Ergebnis der Initialisierungsprozedur
zufrieden ist und der Ansicht ist, dass die Bilder ausreichend lagekorreliert
sind, die Anzeige „verriegeln”, so dass
dann nachfolgend automatisch eine Kopplung zwischen Projektionsbildern
und Volumenbildern erfolgt. Dies ist insofern einfach, da ja zur
Erzeugung neuer Projektionsbilder die Projektionsbilderzeugungseinrichtung
entsprechend angesteuert werden muss, um den Projektionswinkel zu
verändern.
Diese Steuersignale können dann
genutzt werden, um in analoger Weise auch das Volumenbild virtuell
zu verfahren, d. h. unter entsprechend geänderten relativen Winkeln zum
Initialisierungs-Volumenbild neue Volumenbilder aus den Volumendaten
zu erzeugen. Eine ständige
neue Analyse der Projektionsbilder und der Volumendaten zum Auffinden
eines lagekorrelierten Volumenbilds ist dann nicht mehr nötig.
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Vorteilhafterweise
können
die Bilder nicht nur lagekorreliert werden, sondern es können zusätzlich auch
die Kollimatoreinstellungen des Projektionsbildaufnahmegeräts mit der
Anzeige eines Volumenbilds korreliert werden. Das heißt, es kann
im Volumenbild z. B. exakt der gleiche Bildausschnitt (FoV = Field
of View) wie im Projektionsbild dargestellt werden. Alternativ kann
auch die Kollimatoreinstellung des Projektionsbildaufnahmegeräts in oder
an der Volumenbildanzeige visualisiert werden. Dies ist insbesondere
dann sinnvoll, wenn die Kollimatoreinstellung verändert werden
soll. So kann beispielsweise mit einem die Kollimatoreinstellung
repräsentierenden
Visualisierungselement, z. B. in Form eines Rahmens, innerhalb des
Volumenbilds angezeigt werden, welcher Ausschnitt des Gesamtvolumens gerade
im aktuellen Projektionsbild dargestellt wird bzw. bei einer Aufnahme
mit den aktuellen Einstellungen des Projektionsbildaufnahmegeräts erzeugt
werden würde.
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Bei
einer besonders bevorzugten Variante kann eine Kollimatoreinstellung
des Projektionsbildaufnahmegeräts
in Abhängigkeit
von der aktuellen Einstellung eines solchen Visualisierungselements
in der Volumenbildanzeige durchgeführt werden. Zum Beispiel könnte ein
im Volumenbild überlagerter
Rahmen über
eine Benutzerschnittstelle wie Tastatur, Joystick oder Maus verändert werden
und synchronisiert hierzu wird dann beispielsweise simultan der Kollimator
im Projektionsbildaufnahmegerät
eingestellt.
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Weiterhin
kann auch die Anzeige eines aktuellen Volumenbilds korreliert zu
einer Vergrößerungseinstellung
des Projektionsbildaufnahmegeräts
erfolgen. Beispielsweise wird der Zoomfak tor, welcher beim Projektionsbildaufnahmegerät eingestellt
ist oder eingestellt werden soll, von der Volumendaten-Bearbeitungseinheit
verwendet, die ein entsprechendes Volumenbild aus den Volumendaten
erzeugt, so dass auch bezüglich
der Vergrößerung der gleiche
Bildeindruck wie im Projektionsbild entsteht. Es kann also auch
eine simultane Steuerung der Vergrößerung der Volumenbildanzeige
und des Projektionsbildaufnahmegeräts durchgeführt werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Darstellung einer typischen Situation bei einer Angiographieuntersuchung,
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2 eine
Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen medizintechnischen Anlage,
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3 ein
Flussdiagramm eines möglichen Ablaufs
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 eine
parallele Darstellung der rechten Koronararterie in einem Projektionsbild
und in zwei verschiedenen Volumenbildern,
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5 eine
Darstellung eines Volumenbilds eines Herzens mit einer Anzeige von
aktuellen Kollimatorgrenzen eines parallel angesteuerten Projektionsbildaufnahmegeräts.
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In
dem folgenden Ausführungsbeispiel
wird erläutert,
wie mit Hilfe der Erfindung eine komfortablere Darstellung von Gefäßen im Rahmen
eines Einsatzes bei einer invasiven Angiographie unterstützend genutzt
werden kann. Es wird aber ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass die Erfindung nicht mit der Durchführung von
invasiven Eingriffen selbst zusammenhängt und beispielsweise auch
bei Anfertigung von nicht invasiven Projektionsaufnahmen genutzt werden
kann. Darüber
hinaus ist neben dem in dem nachfolgenden Beispiel gezeigten Einsatz
im Bereich der Kardiologie auch ein vorteilhafter Einsatz in anderen
angiographischen Anwendungen, bei denen zuvor Volumendaten als Planungsdaten
erzeugt wurden, anwendbar, z. B. zum Durchführen von Clipping- und Coiling-Methoden
bei neuroradiologischen Problemstellungen, für perkutane intravaskuläre Herzklappentransplantationen
oder TRIPS (Transjugular Intrahepatitic Portosystemic Shunt), um
nur einige Verfahren aufzuführen.
Darüber
hinaus ist das Verfahren auch bei Fragestellungen nutzbar, die andere Hohlorgane
wie Harnleiter oder dergleichen betreffen, bei denen eine korrelierte
Anzeige von Volumenbildern und aktuellen Projektionsbildern sinnvoll
ist.
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Die 1,
welche eine räumliche
Anordnung der einzelnen Komponenten einer typischen Angiographieanlage 1 im
Betrieb zeigt, wurde bereits eingangs ausführlich erläutert.
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In 2 sind
noch einmal die Komponenten einer solchen Angiographieanlage 1 in
Form einer Art Blockschaltbild dargestellt, um das Zusammenwirken dieser
Komponenten zu erläutern.
Wie aus 2 zu ersehen ist, sind das Projektionsbildaufnahmegerät 2 (im
Folgenden auch als Röntgen-C-Arm 2 oder
kurz C-Arm 2 bezeichnet), die am Patiententisch angeordnete
Bedienerkonsole 3 sowie die Anzeigeeinrichtung 7 (häufig auch
als Monitorampel 7 bezeichnet) an ein zentrales Steuergerät 4 angeschlossen.
Eine solche Monitorampel 7 kann, wie in 1 zu
sehen ist, aus einem großen
Bildschirm bestehen, der beispielsweise in mehrere Anzeigesegmente
unterteilt ist, auf denen separat verschiedene Bilder angezeigt werden
können.
Es kann sich aber auch um mehrere, beispielsweise mechanisch miteinander
verkoppelte Monitore handeln. Ebenfalls können auch mehrere Monitorampeln
nebeneinander eingesetzt werden, die so eine gesamte Anzeigeeinrichtung
bilden.
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Über eine
weitere Schnittstelle 8 ist an das Steuergerät 4 ein
Massenspeicher 11 angeschlossen, in dem beispielsweise Volumenbilddaten
VD hinterlegt sind, welche zuvor an anderen Modalitäten, z.
B. Magnetresonanzgeräten,
Computertomographen, PET- oder SPECT-Geräten, gefertigt wurden. Über die
Volumendaten-Schnittstelle 8 hat die zentrale Steuereinrichtung 4 Zugriff
auf diese Volumendaten VD. Die zentrale Steuereinrichtung 4 ist mit
einer Volumendaten-Bearbeitungseinheit 9 ausgestattet.
Diese dient dazu, aus den Volumendaten VD Volumenbilder BV zu erzeugen.
Die jeweils erzeugten Volumenbilder BV können auf einer Anzeige 7b der
Monitorampel 7 angezeigt werden.
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Über das
Bedienerterminal 3 kann ein Bediener durch Eingabe von
entsprechenden Anzeigesteuerbefehlen S vorgeben, wie die Volumenbilder BV
aus den Volumendaten VD erzeugt werden. Beispielsweise kann er sowohl
den Typ (MIP, MPR, VRT etc.) der Volumenbilder BV als auch die jeweilige
Ansicht bzw. die Schicht vorgeben, die im betreffenden Volumenbild
BV dargestellt werden soll. Insbesondere ist ein virtuelles Verkippen
bzw. Verdrehen sowie Zoomen der Bilder möglich, beispielsweise durch Eingabe
von Anzeige-Steuerbefehlen S über
eine Art Joystick oder dergleichen am Bedienerterminal 3. Die
Steuereinrichtung 4 ist außerdem mit einer Steuerschnittstelle 5 ausgestattet, über die
der C-Arm 2, insbesondere dessen Projektionswinkel, unter
dem jeweils aktuell Projektionsaufnahmen gefertigt werden können, eingestellt
werden kann. Hierzu werden entsprechende Projektions-Aufnahmeparameterwerte
PW an den C-Arm 2 in Form von Steuersignalen übermittelt.
Auch diese Steuersignale S bzw. Projektions-Aufnahmeparameterwerte
PW können
vom Benutzer über
das Bedienerterminal 3 eingegeben werden, beispielsweise
ebenfalls mit Hilfe des bereits genannten Joysticks. Über eine
Bildakquisitions-Schnittstelle 6 werden die vom Röntgen-C-Arm 2 aufgenommenen
Projektionsbilder BP ausgelesen. Sie können dann auf einer zweiten
Anzeigeeinrichtung 7a der Monitorampel 7 neben
den Volumenbildern BV dargestellt werden.
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Die
Steuereinrichtung 4 ist außerdem mit einer Bildkorrelationseinrichtung 10 ausgestattet.
Diese sorgt erfindungsgemäß in der
nachfolgend noch detaillierter beschriebenen Weise dafür, dass
die Anzeige eines aktuellen Projektionsbilds BP mit einem angezeigten
Volumenbild BV korreliert ist.
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Die
Steuerschnittstelle 5, die Bildakquisitions-Schnittstelle 6,
die Volumendaten-Bearbeitungseinheit 9 und die Bildkorrelationseinrichtung 10 können beispielsweise
in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor der zentralen Steuereinrichtung 4 realisiert
sein. Darüber
hinaus kann die zentrale Steuereinrichtung 4 noch eine
Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die üblicherweise zur Ansteuerung
einer Angiographieanlage 1 benötigt werden. Da der prinzipielle
Aufbau und die Funktionsweise einer Angiographieanlage aber bekannt
sind, brauchen diese Komponenten hier nicht weiter dargestellt und erläutert zu
werden.
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Anstelle
des hier dargestellten Aufbaus mit einer zentralen Steuereinrichtung 4 können die
Komponenten 5, 6, 9 und 10 auch
auf verschiedene untereinander vernetzte Steuergeräte verteilt
sein. Beispielsweise ist der Massenspeicher 11 in der Regel über ein
Netzwerk (RIS, Radiologisches Informationssystem) an die Angiographieanlage 1 angeschlossen.
Dieses Netzwerk verbindet eine Vielzahl von weiteren Modalitäten, Massenspeichern,
Servern, Befundungsstationen, Printern etc. untereinander. Üblicherweise
befinden sich daher entfernt von der Angiographieanlage im Netzwerk
weitere leistungsstarke Rechner, auf denen noch andere Volumendaten-Bearbeitungseinheiten 9,
d. h. entsprechende Bildbearbeitungssoftware, implementiert sind,
um die im Massenspeicher 11 befindlichen Volumendaten zu
bearbeiten und daraus beispielsweise für Befundungsstationen Volumenbilder
zu bearbeiten. Daher bietet es sich an, anstatt eine eigene Volumendaten-Bildbearbeitungseinheit 9 in
der zentralen Steuereinrichtung 4 der Angiographieanlage 1 zu implementieren,
eine solche Volumendaten-Bildbearbeitungseinheit 9 auf
einem bereits vorhandenen Rechner 12 im Netzwerk zu verwenden.
Hierzu könnte
die zentrale Steuereinrichtung 4 ein entsprechendes Softwaremodul
aufweisen, welches als Thin-Client-Applikation beispielsweise über einen
automatischen Command-Line-Call-Up über das RIS auf die Volumendaten-Bearbeitungseinheit 9 auf
dem Server 12 zugreift. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
Angiographie- und Volumendaten auf derselben Thin-Client-Plattform
mit einer gemeinsamen Datenbank aufbauen. Das heißt, es könnte auch
die Bildkorrelationseinrichtung 10 in den Server 12 verlagert
werden, und es gibt ein gemeinsames Thin-Client-Softwaremodul auf
der zentralen Steuereinrichtung, so dass an der Steuereinrichtung
der Angiographieanlage über
die gleiche Software die verschiedenen Bilddaten (Projektionsbilder
und Volumenbilder) aufgerufen, miteinander korreliert, abgespeichert
bzw. angezeigt werden können,
wodurch der technische Arbeitsablauf erheblich vereinfacht ist.
Diese optionale alternative Anordnung ist in 2 gestrichelt
dargestellt.
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Anhand
von 2 wird im Folgenden ein typischer Ablauf der Erfindung
zur korrelierten Darstellung der Volumenbilder und der Projektionsbilder
beschrieben.
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Zunächst erfolgt
in einem ersten Verfahrensschritt I eine Datenerfassung mittels
einer bildgebenden Anlage, mit der Volumendaten erzeugt werden können. Beispielsweise
werden für
den Einsatz einer späteren
kardiologischen Untersuchung im Rahmen einer invasiven Angiographie
Volumendaten der Koronaranatomie, der Herzmuskel etc. aufgezeichnet. Die
Bilder können
dann in der üblichen
Weise als VRT-Modell, in einer MPR-Darstellung oder MIP-Darstellung abgebildet
und einem späteren
Behandler zur Planung zur Verfügung
gestellt werden. Es können
dann in den Bildern Stenosen in den Herzkranzgefäßen durch Setzen von Markern
etc. gekennzeichnet werden, es kann die Länge von zu platzierenden Stents
vermessen und im Bild festgehalten werden usw. Dieser Verfahrensschritt
I ist im Wesentlichen unabhängig
von dem später
durchgeführten erfindungsgemäßen Verfahren
und kann zu beliebigen Zeitpunkten vorher erfolgen. Entscheidend
ist, dass ein entsprechender Volumendatensatz erzeugt wird und im
Verfahren zur Verfügung
steht.
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Die
aus den Volumendaten erzeugten Volumenbilder können dann später an der
Angiographieanlage auf einem hierfür vorgesehenen Monitorbereich
der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden, wie dies bereits in 2 erläutert wurde.
Das Anzeigen kann vorteilhafterweise automatisch mit einem Patientenaufruf
an der Angiographieanlage 1 erfolgen. Zu einem beliebigen
Zeitpunkt kann der Bediener der Angiographieanlage 1, beispielsweise
ein behandelnder Arzt bei einer Durchführung einer invasiven Angiographie,
dann entscheiden, ob er aktuelle Projektionsbilder und hierzu korrelierte
Volumenbilder angezeigt bekommen möchte. Häufig wird dies in der oben
geschilderten Situation so sein, dass die Einführung des Katheters bis zur
Aortenklappe mit den Ostien in der üblichen Weise lediglich durch
Anfertigung geeigneter Projektionsbilder durchgeführt wird. Für den Bereich
der verzweigteren Herzkranzgefäße soll
dann aber eine erfindungsgemäße korrelierte
Anzeige von Projektionsbildern und Volumenbildern erfolgen. Hierzu
wird im Schritt II zunächst
ein Initialisierungs-Projektionsbild IBP erzeugt und auf der Anzeigeeinrichtung
angezeigt.
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Es
werden dann im Verfahrensschritt III automatisch der Volumendatensatz
und parallel das Initialisierungs-Projektionsbild analysiert, um
ein zu dem Initialisierungs-Projektionsbild korreliertes Volumendatenbild
zu finden. Hierzu kann auf übliche
Bildverarbeitungsmodule, Objekterkennung zur Segmentierung und Registrierung
von Bildobjekten zurückgegriffen
werden. Es wird so automatisch ein Initialisierungs-Volumendatenbild
IBV erstellt und im Verfahrensschritt V parallel neben dem Initialisierungs-Projektionsbild
IBP angezeigt.
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Optional
kann auch eine manuelle Suche eines geeigneten Initialisierungs-Volumenbilds
IBV durchgeführt
werden. Dies ist durch den Verfahrensschritt IV angedeutet. Ausgehend
vom Schritt II, in dem das Initialisierungs-Projektionsbild erzeugt
und angezeigt wird, kann der Bediener manuell unter Zugriff auf
den Volumendatensatz ein Volumenbild BV aus den Volumendaten erzeugen
und durch Eingabe entsprechender Anzei ge-Steuerbefehle S das jeweils angezeigte
Volumenbild BV virtuell im Raum drehen, den Vergrößerungsfaktor
verändern
und ggf. auch den Bildausschnitt so lange variieren, bis das angezeigte
Volumenbild BV in seiner Darstellung des betreffenden Hohlorgans
der Darstellung in dem Initialisierungs-Projektionsbild IBP entspricht, d. h.
die Lage korreliert ist und ggf. auch Zoomfaktor und Bildausschnitt übereinstimmen.
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Nachdem
im Schritt V das gewünschte
Initialisierungs-Volumenbild
IBV angezeigt ist und für
gut befunden wurde, kann dann im Schritt VI eine Verriegelung durch
Eingabe eines Initialisierungsbestätigungssignals IB durch den
Bediener erfolgen.
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Ab
diesem Zeitpunkt wird dann in der erfindungsgemäßen Weise dafür gesorgt,
dass die Volumenbilder automatisch immer optimal zu den Projektionsbildern
korreliert dargestellt werden. Dies erfolgt dadurch, dass beispielsweise
der Joystick der Angiographieanlage in diesem Verfahrensstadium
nicht nur mit der Steuerschnittstelle 5 des C-Arms 2 gekoppelt
ist, sondern auch mit der Bildkorrelationseinrichtung 10 (siehe 2).
Bedient der Bediener also mit dem Joystick den C-Arm 2,
um ihn in einen anderen Projektionswinkel zu verfahren, so wird
parallel dazu bereits das Volumenbild BV so verändert, dass im Volumenbild
eine Ansicht gezeigt wird, die dem Projektionsbild entsprechen würde, das
in der betreffenden Stellung des C-Arms 2 erzeugt werden
würde. Löst der Bediener
dann über
den üblichen
Fußschalter
das Röntgengerät des C-Arms 2 aus
(und bestätigt
somit mittels eines Bestätigungssignals
BS die richtige Einstellung), so wird ein entsprechendes Projektionsbild
erzeugt, wodurch gewährleistet
ist, dass zu diesem Projektionsbild sofort zeitgleich ein korreliertes
Volumenbild angezeigt wird. Da der Bediener bereits vorab sieht,
welches Projektionsbild er in der jeweiligen Projektionsrichtung
erwarten kann, führt dies
dazu, dass keine unnötigen
Projektionsbilder aus falschen Projektionswinkeln erfasst werden
müssen.
Zudem kann die Kontrastmittelmenge reduziert werden. Dieses weitere
Verfahren ist in 3 als ein Block VII dargestellt.
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Bei
einer Anlage mit zwei Röntgengeräten am C-Arm,
wie sie in 1 dargestellt ist, ist es selbstverständlich auch
möglich,
dass zwei Volumenbilder parallel neben den zugehörigen Projektionsbildern dargestellt
werden, welche das zu untersuchende Hohlorgan jeweils aus zwei verschiedenen
Richtungen, beispielsweise unter 90° zueinander zeigen.
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Ebenso
ist es möglich,
auch verschiedene Volumenbilder neben einem Projektionsbild anzuzeigen.
Dies ist beispielsweise in 4 dargestellt. Ganz
links ist ein Projektionsbild BP des rechten Herzkranzgefäßes gezeigt,
welches mit einer üblichen
digitalen Subtraktionsangiographie erzeugt wurde. In der Mitte befindet
sich ein VRT-Volumenbild, welches eine Art dreidimensionale Ansicht
auf das gleiche Herzkranzgefäß (eines
anderen Patienten) aus derselben Projektionsrichtung wie das Projektionsbild
(jedoch mit größerem Bildausschnitt)
bietet. Ganz rechts ist ein sog. MIP-Volumenbild dargestellt. Ein
solches MIP bietet im Wesentlichen nicht nur von der Lage, sondern
auch von der Art her die gleiche Sichtweise wie ein Projektionsbild
BP. In einem MIP-Bild sind besonders gut Verkalkungen und andere
Stenosen zu erkennen. Daher bietet sich ein solches Bild insbesondere
dann an, wenn bestimmte kritische Bereiche zuvor markiert werden
sollen, wie dies hier durch Markierungen M1,
M2 und M3 für eine Engstelle
und die Endpositionen eines gegebenenfalls einzusetzenden Stents
dargestellt ist.
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Wie
bereits erläutert,
ist nicht nur eine Lagekorrelation mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, sondern
es kann auch die Kollimierung der Röntgengeräte des C-Arms bei der Darstellung
des Volumenbilds berücksichtigt
werden. Zum einen kann dafür
gesorgt werden, dass der aufgrund der Kollimatoreinstellung im Projektionsbild
gegebene Bildausschnitt genau dem Bildausschnitt im Volumenbild
entspricht. Bei einer weiteren Variante, welche in 5 dargestellt
ist, besteht die Möglichkeit, sich
ein Volumenbild anzeigen zu lassen, in dem mittels eines Markierungselements,
beispielsweise hier eines Kollimatorrahmens KR, angezeigt wird,
wie die aktuelle Kollimatoreinstellung am Röntgen-C-Arm ist, so dass erkennbar
wird, welcher Ausschnitt bei einer Anfertigung eines Projektionsbilds
auf diesem Projektionsbild angezeigt werden wird. Dabei kann über eine
grafische Benutzerschnittstelle auch eine Kopplung der Steuerung
der Kollimatoreinstellung mit dem Kollimatorrahmen KR in der Anzeige
des Volumenbilds BV derart erfolgen, dass der Bediener mit einem Anzeigegerät, beispielsweise
einer Maus, den Kollimatorrahmen KR verändern kann und dabei automatisch
auch die echte Kollimatoreinstellung am Röntgengerät des C-Arms nachgefahren wird.
Auch dies sorgt dafür,
dass der Bediener im Vorhinein genauer sehen kann, welches Projektionsbild
er beim Auslösen
des Röntgengeräts erwarten
kann, um so die Röntgendosis
für den
Patienten so niedrig wie möglich
zu halten. Auch die Lage der Aufnahme innerhalb der Projektionsebene
kann hiermit festgelegt werden, so dass ein besonders interessierendes
Objekt, hier das schraffierte Gefäß, mit einer bestimmten Orientierung
in der Bildebene des nachfolgend anzufertigen Projektionsbilds liegt.
Weiterhin ist es auch möglich,
die Vergrößerungsfaktoren
des Röntgengeräts und des
dargestellten Volumenbilds zu korrelieren, so dass auch die Wirkung
der Vergrößerungseinstellung
bereits vor Anfertigung eines Projektionsbilds vom Bediener gesehen
werden kann.
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Mit
dem beschriebenen Verfahren kann also der Röntgen-C-Arm online und ”real time”, d. h.
simultan mit der Manipulation der Volumenbildanzeige hinsichtlich
aller wesentlicher Parameter, wie z. B. Projektionswinkel bzw. Verschwenkung,
Kollimatoreinstellung und Zoom, gesteuert werden, oder umgekehrt
kann die Manipulation der Volumenbildanzeige simultan mit der Steuerung
des Röntgen-C-Arms
erfolgen.
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Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Aufbauten
lediglich um Ausführungsbeispiele
handelt und dass das Grundprinzip der Verkop pelung der Bilder auch
in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den
Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist.
Insbesondere können
nicht nur verschiedene Typen von Volumenbildern neben dem aktuellen
Projektionsbild dargestellt werden, sondern z. B. auch ein Volumenbild,
welches dem aktuell angezeigten Projektionsbild entspricht und ein
weiteres Volumenbild, das zu dem Projektionsbild korreliert ist,
das bei der aktuellen (bzw. aktuell vorgesehenen) Einstellung des
Projektionsbildaufnahmegeräts
von diesem aufgenommen würde.
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Es
wird der Vollständigkeit
halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten
Artikel „ein” bzw. „eine” nicht
ausschließt, dass
die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso
schließt
der Begriff „Einheit” nicht
aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls
auch räumlich verteilt
sein können.