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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Angiogramms sowie eine zugehörige Vorrichtung. Unter einem Angiogramm wird hier eine Darstellung von Gefäßen, insbesondere Blutgefäßen, verstanden, welche sich in einer Region eines menschlichen oder tierischen Körpers befinden.
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Bei einer Operation feiner Strukturen an einem menschlichen oder tierischen Körper kann einem Arzt ein vergrößertes Abbild einer Oberfläche des entsprechenden Organs mittels eines Operationsmikroskops dargeboten werden. Bei digitalen Varianten solcher Operationsmikroskope wird das Abbild dabei mittels einer Kamera gewonnen und dann dem Arzt auf einem Bildschirm oder über ein am Auge zu tragendes Okular angezeigt. Nachteilig bei Operationsmikroskopen ist allerdings, dass der Arzt nur die Oberfläche des Organs sieht. Beim Setzen eines Schnitts kann es deshalb passieren, dass der Arzt ungewollt ein Blutgefäß verletzt, welches unterhalb der Oberfläche des Organs verläuft. Operationen, bei welchen Operationsmikroskope verwendet werden, sind zum Beispiel das Abklemmen von Aneurysmen. Da diese örtlich begrenzten Erweiterungen eines Blutgefäßes unterhalb der Oberfläche des entsprechenden Organs sehr unregelmäßig verlaufen können, besteht hier besonders häufig das Risiko, dass das Blutgefäß beim Anbringen einer Klemme verletzt wird. Ein weiteres Beispiel stellt die Entfernung eines Tumors aus einem Organ dar. Hier ist es ebenfalls besonders wichtig, die Lage der das Tumorgewebe versorgenden Blutgefäße innerhalb des Tumors genau zu kennen, um einen Schnitt entsprechend planen zu können. Als besonders kritisch haben sich in diesem Zusammenhang Operationen an einem Gehirn herausgestellt.
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Um einem Arzt einen Eindruck von der Lage von Blutgefäßen innerhalb eines Organs zu vermitteln, kann vor einer Operation ein dreidimensionales Modell der Blutgefäße ermittelt werden.
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Ein solches dreidimensionales Angiogramm kann beispielsweise auf der Grundlage einer Computertomographie gewonnen werden. Hierbei werden mittels eines beweglichen Computertomographen mehrere Schnittbilder auf der Grundlage eines radiologischen, bildgebenden Verfahrens ermittelt und anschließend die Schnittbilder zu einem 3D-Bilddatensatz verbunden, in welchem zu einzelnen Volumenelementen (Voxel) der gescannten Körperregion Informationen zu deren stofflicher Beschaffenheit enthalten sind. Nachteilig bei heutigen, auf einer Computertomographie basierenden Darstellungen von Gefäßen ist, dass die einzelnen Volumenelemente Kantenlängen im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm aufweisen. Hierdurch ergibt sich eine zu geringe räumliche Auflösung des dreidimensionalen Angiogramms, um auch feine Strukturen erkennen zu können, wie es beim Operieren z.B. eines Gehirns nötig ist. Zudem lassen sich auch keine kontinuierlichen Aufnahmen erstellen, sodass funktionale Darstellungen, durch welche zeitliche Vorgänge erkennbar werden, nicht möglich sind. Um eine Strahlenbelastung eines Patienten gering zu halten, dürfen Computertomographien auch nicht besonders häufig während einer Operation durchgeführt werden, um Veränderungen verfolgen zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Arzt bei einem operativen Eingriff visuell zu unterstützen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Erzeugen einer Darstellung von Gefäßen, insbesondere Blutgefäßen, welche sich in einer Region eines menschlichen oder tierischen Körpers befinden. Mittels eines Computertomographen wird hierzu ein 3D-Bilddatensatz zu Gefäßen innerhalb der Region ermittelt. Es handelt sich hierbei um einen 3D-Bilddatensatz, wie er mit den bereits beschriebenen, aus dem Stand der Technik an sich bekannten Verfahren gewonnen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird des Weiteren zu einem Teil der Gefäße, welcher sich an einer Oberfläche der Region befindet, mittels einer Kamera ein 2D-Bilddatensatz ermittelt. Es handelt sich dabei also um ein Abbild einer Oberfläche der Region. Bei der Kamera kann es sich z. B. um eine digitale Fotokamera oder eine digitale Videokamera handeln. Solche Kameras können z. B. in einem Operationsmikroskop bereitgestellt sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun vorgesehen, den 3D-Bilddatensatz derart zu transformieren, dass sich eine lage- und dimensionsrichtige Überlagerung der 3D-Bilddaten mit den 2D-Bilddaten ergibt. Ein Beispiel für eine solche Transformation ist eine Matrixtransformation, durch welche die Vektordaten, die die Lage einzelner Voxel innerhalb des Körpers beschreiben, im Sinne einer Rotation und/oder Translation mathematisch umgeformt werden. Auf der Grundlage dieser so transformierten 3D-Bilddaten wird dann eine Darstellung der Gefäße angezeigt.
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Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen an einem C-Arm um eine Region eines menschlichen oder tierischen Körpers rotierbaren Computertomographen auf. Dieser ist dazu ausgelegt, 3D-Bilddaten zu Gefäßen in dieser Region zu ermitteln. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung ein Operationsmikroskop mit einer Kamera, welches dazu ausgelegt ist, zu demjenigen Teil der Gefäße, der sich an einer Oberfläche der Region befindet, 2D-Bilddaten zu ermitteln. Der Computertomograph und das Operationsmikroskop sind mit einer Auswerteeinheit gekoppelt. Diese ist dazu ausgelegt, die 3D-Bilddaten zu transformieren und hierdurch lage- und dimensionsrichtig auf die 2D-Bilddaten abzubilden. Durch die Auswerteeinheit kann außerdem eine Darstellung der Gefäße auf der Grundlage der transformierten 3D-Bilddaten angezeigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen den Vorteil auf, dass einem Arzt bei einer Operation zu einem Mikroskopbild, das er durch ein Operationsmikroskop beim Operieren sieht, zusätzlich eine lage- und dimensionsrichtige Darstellung der Gefäße innerhalb des zu operierenden Organs angezeigt wird. Bevor der Arzt also einen Schnitt setzt, kann er sich anhand dieser Darstellung vergewissern, ob sich unter der Oberfläche des Organs an der entsprechenden Stelle ein Gefäß befindet. Durch lage- und dimensionsrichtige Abbildung der 3D-Bilddaten lassen sich dabei einzelne Bereiche der 3D-Bilddaten entsprechenden Bereichen im Kamerabild eindeutig zuordnen.
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Die Anzeige der Darstellung der in dem Organ befindlichen Gefäße ist beispielsweise auf einem separaten Bildschirm denkbar, welchen der Arzt neben dem Operationsplatz anordnet. Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die Informationen zur räumlichen Lage der Gefäße in das Kamerabild integriert sind. Entsprechend sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, zum Darstellen der Gefäße den transformierten 3D-Bilddatensatz mit einem 2D-Bilddatensatz zu kombinieren, also z. B. visuell zu überlagern. Bei dem 2D-Bilddatensatz kann es sich dabei um denjenigen 2D-Bilddaten handeln, mit denen die 3D-Bilddaten bereits mittels der Transformation in Deckung gebracht wurden. Es ist aber auch problemlos möglich, die 3D-Bilddaten mittels der Transformation mit weiteren, mit der Kamera gewonnenen 2D-Bilddaten in Deckung zu bringen. Denn solange die Kamera bezüglich des Körpers des Patienten nicht bewegt wird, bleibt die Transformation für sämtliche 2D-Bilddatensätze gültig, die mittels derselben Kamera gewonnen werden. Weiter ist es sogar möglich, den transformierten 3D-Bilddatensatz nicht nur mit einem Mikroskopbild, sondern auch mit einem 2D-Röntgendatensatz zu kombinieren. Dieser kann beispielsweise mittels einer digitalen Subtraktionsangiographie ermittelt worden sein.
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Liegen die Transformationsparameter erst einmal vor, so lässt sich sogar eine funktionale Darstellung um die dreidimensionalen strukturellen Informationen ergänzen. Entsprechend sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hierzu vor, die transformierten 3D-Bilddaten mit einer mittels der Kamera gewonnenen Bildsequenz zu überlagern.
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In Zusammenhang mit dem Auffinden der richtigen Transformationsparameter für die gewünschte Transformation sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, die Transformationsparameter mittels eines iterativen Verfahrens festzulegen. Hierbei werden wiederholt in Abhängigkeit von aktuellen Werten der Transformationsparameter zweidimensionale Projektionen der 3D-Bilddaten auf eine Projektionsebene berechnet. Nach jeder Berechnung einer Projektion wird ein Maß für eine Ähnlichkeit dieser Projektion mit bestimmten 2D-Bilddaten ermittelt, die aus dem 2D-Bilddatensatz der Kamera gewonnen werden. Die 2D-Bilddaten können z.B. eine segmentierte Variante des 2D-Bilddatensatzes sein. Durch Verändern der Transformationsparameter nach jedem Projektionsschritt wird schrittweise das Maß für die Ähnlichkeit zwischen der Projektion und den 2D-Bilddaten verändert, bis das Maß schließlich ein vorbestimmtes Optimierungskriterium erfüllt. Das Optimierungskriterium kann beispielsweise darin bestehen, ein gewünschtes Mindestmaß an Ähnlichkeit zwischen der Projektion und den 2D-Bilddaten aus dem 2D-Bilddatensatz zu erhalten. Diese Ausführungsform des Verfahrens weist den Vorteil auf, dass sich das Auffinden der geeigneten Transformationsparameter automatisieren lässt.
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Bei solchen iterativen Verfahren kann es sich allerdings als ungünstig erweisen, die Iterationen von einem beliebigen Anfangspunkt aus zu starten. Dies kann zum einen dazu führen, dass sehr viele Iterationen nötig sind, um das Optimierungskriterium zu erfüllen, wodurch sich entsprechend lange Rechenzeiten ergeben; zusätzlich kann es passieren, dass das iterative Verfahren in einem lokalen Minimum des Gradienten konvergiert, dem das iterative Verfahren beim Verändern der Transformationsparameter folgt. In diesem Fall würde das iterative Verfahren abgebrochen, ohne dass die Transformationsparameter eine lage- und dimensionsrichtige Transformation ergeben. Um diesen Problemen vorzubeugen, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, für die Transformation die Transformationsparameter zunächst manuell festzulegen. Hierzu wird in Abhängigkeit von aktuellen Werten der Transformationsparameter, also beispielsweise zufällig festgelegten Anfangswerten, eine zweidimensionale Projektion der 3D-Bilddaten berechnet und anschließend diese Projektion einer Bedienperson angezeigt. Die Bedienperson kann dann eine Eingabe vornehmen, durch welche sie verbesserte Transformationsparameter vorgibt. Die Bedienperson kann beispielsweise die in der Projektion erkennbare dreidimensionale Struktur der Gefäße rotieren, bis sich bereits eine günstige Ausgangslage für das automatisierte Ermitteln der optimalen Transformationsparameter mittels des beschriebnen iterativen Verfahrens ergibt.
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Die in Zusammenhang mit der Ermittlung der Transformationsparameter erwähnten 2D-Bilddaten stammen zwar aus dem 2D-Bilddatensatz, können aber, wie bereits angedeutet, zweckmäßigerweise vor dem Ermitteln der Transformationsparameter noch in einer Weise verändert werden, welche das Auffinden der optimalen Transformationsparameter begünstigt. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Transformationsparameter lediglich auf der Grundlage einiger weniger, besonders markanter Orientierungspunkte des 2D-Bilddatensatzes zu ermitteln. Mit anderen Worten wird zum Ermitteln des beschriebenen Vergleichsmaßes nicht jede Information aus dem 2D-Bilddatensatz verwendet, sondern nur besonders herausragende Orientierungspunkte (englisch: landmarks). Hierdurch lässt sich ein iteratives Verfahren signifikant beschleunigen. Zudem kann verhindert werden, dass zwei in der Gefäßstruktur vorhandene ähnliche Bereiche dazu führen, dass ein Algorithmus zum Auffinden der Transformationsparameter ein falsches Ergebnis liefert.
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Um solche geeigneten Orientierungspunkte zu finden, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, diese durch eine Segmentierung des 2D-Bilddatensatzes zu bestimmen. Durch eine solche Segmentierung wird zu einzelnen Voxeln anhand eines Schwellwerts entschieden, ob sie in die Menge der Orientierungspunkte aufgenommen werden oder nicht. Eine solche Segmentierung ist automatisierbar, sodass sich mittels dieser Weiterbildung des Verfahrens besonders schnell geeignete Orientierungspunkte auffinden lassen.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, zum Auffinden der Transformationsparameter die Projektionen mit 2D-Bilddaten zu vergleichen, die mittels einer perspektivischen Transformation aus dem 2D-Bilddatensatz berechnet werden. Eine solche perspektivische Transformation ist in Zusammenhang mit der Berechnung von Bildern für Unterhaltungs-Trickfilme als „perspective rendering“ bekannt. Die mittels des „perspective rendering“ erhaltenen 2D-Bilddaten weisen eine größere Ähnlichkeit mit denjenigen Bilddaten auf, wie sie sich bei Berechnung einer beschriebenen Projektion ergeben. Somit wird das automatisierte Auffinden von Transformationsparametern auf der Grundlage von perspektivisch transformierten 2D-Bilddaten weniger fehleranfällig.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der 2D-Bilddatensatz, auf dessen Grundlage die Transformationsparameter ermittelt werden, mittels eines fluoreszenzmikroskopischen Angiographieverfahrens unter Verwendung von Indo-Cyanin-Grün gewonnen wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche Merkmale aufweisen, die den im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Merkmalen entsprechen. Daher sind die Merkmale dieser Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Angiogramms,
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2 eine schematische Darstellung einer Anzeige, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet ist und
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3 ein Flussschaubild zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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In 1 sind ein C-Bogen-Computertomograph 10, ein Operationsmikroskop 12 und eine Anzeigeeinheit 14 dargestellt. Auf einem Operationstisch 16 liegt ein Patient 18, der in dem gezeigten Beispiel am Gehirn 20 operiert werden soll.
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Die Anzeigeeinheit 14 ist mit einer Kamera 22 des Operationsmikroskops 12 und mit einem Röntgendetektor 24 des Computertomographen 10 über Signalleitungen 26 verbunden. Die über die Signalleitungen 26 von der Kamera 22 und dem Röntgendetektor 24 empfangenen Bilddaten werden von der Anzeigeeinheit 14 nach einer Verarbeitung durch eine Prozessoreinheit 28 der Anzeigeeinheit 14 auf einem Bildschirm 30 angezeigt, den ein Arzt 32 durch ein Okular 34 der Anzeigeeinheit 14 betrachtet. Die Anzeigeeinheit 14 ist verschwenkbar und kann so den Bewegungen des Arztes 32 während der Operation folgen.
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In 2 ist eine Momentaufnahme einer Anzeige A gezeigt, die dem Arzt 32 auf dem Bildschirm 30 angezeigt wird. Der Arzt 32 sieht auf dem Bildschirm 30 eine Videoaufnahme einer Oberfläche 36 des Gehirns 20. Die Oberfläche wird dazu von der Kamera 22 des Operationsmikroskops 12 gefilmt. An der Oberfläche 36 des Gehirns 20 befindet sich ein Tumor 38, den der Arzt 32 entfernen möchte. Nahe des Tumors 38 verlaufen Abschnitte 40, 42, 44 von Arterien 46 an der Oberfläche 36. Anhand der Anzeige A auf dem Bildschirm 30 kann der Arzt 32 auch erkennen, wo die Arterien 46 unterhalb der Oberfläche 36 innerhalb des Gehirns 20 verlaufen. Ein entsprechendes dreidimensionales Strukturmodell der Arterien 36 ist auf dem Bildschirm 30 als halbtransparente Projektion den Bildern der Videosequenz der Kamera 22 lage- und dimensionsrichtig überlagert. In 2 sind diese überlagerten Bildanteile gestrichelt dargestellt. Das dreidimensionale Strukturmodell der Arterien 46 ist von der Prozessoreinheit 28 auf der Grundlage eines 3D-Bilddatensatzes berechnet worden, der mittels des Computertomographen 10 gewonnen worden ist. Mithilfe der überlagerten Darstellung der Kamera-Bilddaten und des dreidimensionalen Strukturmodells ist es dem Arzt möglich, den Tumor 38 aus dem Gehirn 20 zu schneiden, ohne dabei die unterhalb der Oberfläche 36 des Gehirns 20 verlaufenden Arterien 46 versehentlich zu verletzen.
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Im Folgenden wird anhand von 3 die Abfolge von Verfahrensschritten erläutert, welche zu der in 2 gezeigten Anzeige A auf dem Bildschirm 30 geführt haben.
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Durch die Schrittfolge 48 werden Indo-Cyanin-Grün-Angiographiebilddaten, die mittels der Kamera 22 gewonnen werden, mit 3D-Tomographiedaten des Gehirns 20 kombiniert, die mittels des Computertomographen 10 gewonnen werden. Von den im Folgenden beschriebenen Rechen- und Anzeigevorgängen können einige auch von einer separaten (in den Figuren nicht gezeigten) Anzeigeeinheit und/oder Prozessierungseinheit, z.B. einem Arbeitscomputer, durchgeführt werden.
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In einem Schritt S1 erzeugt der Arzt 32 dazu mittels des Computertomographen 10 eine Vielzahl von Schnittbildern des Gehirns 20. Die zugehörigen Bilddaten werden von dem Röntgendetektor 24 an die Prozessoreinheit 28 übertragen, wo daraus ein dreidimensionales Volumenmodell der Arterien 46 (und gegebenenfalls weiterer Körperteile) in dem Gehirn 20 erzeugt wird. Dieser so entstandene 3D-Bilddatensatz dient als Grundlage für ein dreidimensionales Angiogramm der Blutgefäße. Der Scan (Aufnahme der Schnittbilder und Berechnung des Volumenmodells) wird vor der Operation durchgeführt und ermöglicht es dem Arzt, den bevorstehenden Eingriff zu planen. Mittels einer Eingabeeinrichtung 50 der Anzeigeeinheit 14 markiert der Arzt 32 in dem dreidimensionalen Angiogramm manuell die nahe des Tumors 38 befindlichen Arterien 46 und einen Bereich 52 des Schädels, der für die Operation zum Erreichen des Gehirns 20 entfernt werden soll. Der so vorbereitete 3D-Bilddatensatz wird im Folgenden als 3D-ANGIO bezeichnet.
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In einem Schritt S2 öffnet der Arzt 32 den Schädel für den operativen Eingriff, sodass die Abschnitte 40, 42, 44 der Arterien 46 und der Tumor 38 an der Oberfläche 36 des Gehirns 20 mittels des Operationsmikroskops 12 betrachtet werden können. Der Arzt 32 fertigt nun ein Indo-Cyanin-Grün-Angiogramm oder ICG-Angiogramm an und nimmt dieses mittels der Kamera 22 auf. Dieser von der Kamera 22 zur Anzeigeeinheit 14 übertragene 2D-Bilddatensatz wird im Folgenden als ICG-IMG bezeichnet.
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Der 2D-Bilddatensatz ICG-IMG wird von der Prozessoreinheit 28 segmentiert. Als Segmentierungsverfahren kann durch die Prozessoreinheit 28 z. B. ein an sich aus dem Stand der Technik bekanntes Schwellenwertverfahren verwendet werden. Mittels der Segmentierung werden die größeren Blutgefäße in den 2D-Bilddaten markiert. Das Segmentierungsverfahren ist dabei nicht auf Blutgefäße beschränkt. In Zusammenhang mit anderen Operationen können auch Knochen und andere gut erkennbare Strukturen durch eine Segmentierung freigelegt werden. Die segmentierten Bereiche, d.h. im vorliegenden Beispiel die segmentierten größeren Blutgefäße, bilden für das weitere Verfahren anatomische Orientierungspunkte, die hier als Landmarks LM bezeichnet sind.
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In einem Schritt S4 wird eine perspektivische Transformation (perspective surface rendering PSR) der in den 2D-Bilddaten ICG-IMG erkennbaren Abschnitte 40, 42, 44 der Arterien 46 durchgeführt. Die derart erhaltenen 2D-Bilddaten PSR erleichtern es, den 2D-Bilddatensatz ICG-IMG mit dem 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO über einen als Registrierung bezeichneten Schritt lage- und dimensionsrichtig aufeinander abzubilden.
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Beim Öffnen des Schädels des Patienten kann es aufgrund von Druckveränderungen im Inneren des Schädels dazu kommen, dass die Lage des Gehirns 20 verändert wird (Englisch: brain shift). Um die eben erwähnte Registrierung mit geringeren Fehlern durchführen zu können, kann in einem optionalen Schritt S5 vorgesehen sein, dass der Arzt einen weiteren 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO mittels des Computertomographen 10 erzeugt. Für den Fall, dass der Schritt S5 durchgeführt wird, wird der hieraus erhaltene 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO für die folgenden Schritte zugrundegelegt.
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Um den 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO bezüglich der 2D-Bilddaten PSR auszurichten, markiert der Arzt 32 mittels der Bedieneinheit 50 manuell die ihn für die bevorstehende Operation interessierenden Gefäße, d.h. hier z. B. die Arterien 46, in dem 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO. Dazu wird ihm ein dreidimensionales Modell dieser Gefäße auf dem Bildschirm 30 angezeigt. Das Modell wird durch die Prozessoreinheit 28 aus dem 3D-Bilddatensatz 3D-ANGIO berechnet. Die Anzeige des 3D-Modells auf dem (zweidimensionalen) Bildschirm 30 wird ermöglicht, indem zu dem 3D-Modell eine zweidimensionale Projektion berechnet wird. Diese zeigt das 3D-Modell dann aus einem bestimmten Blickwinkel. Ein Beispiel für eine geeignete Projektions-Technik ist die Maximum-Intensity-Projektion (MIP). Der Arzt 32 kann nun das 3D-Modell mittels beispielsweise eines Track-Balls der Bedieneinheit 50 rotieren und auf diese Weise einen Blickwinkel auf das 3D-Modell auswählen, der demjenigen am nächsten kommt, welchen er auch mittels der Kamera 22 auf die Abschnitte 40, 42, 44 der Arterie 46 hat. Durch diese erste, manuelle Ausrichtung (MA) wird der Prozessoreinheit 28 ein erster Satz von Parameterwerten vorgegeben, welcher angibt, wie das 3D-Modell zu transformieren ist, um die 3D-Bilddaten des 3D-Bilddatensatzes 3D-ANGIO lage- und dimensionsrichtig mit den 2D-Bilddaten PSR zu überlagern, wie es in 2 gezeigt ist.
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Die Ermittlung Parameterwerte für eine genauere Transformation erfolgt dann in einem weiteren Schritt S7 automatisch.
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Hierzu wird ein Ähnlichkeitsmaß optimiert, wobei hierzu iterativ die Tomographie-Bilddaten transformiert und mit den Bilddaten der Kamera 22 verglichen werden. Für jede Iteration wird dazu ein simuliertes Projektions-Bild aus den Tomographie-Bilddaten berechnet und der sich dann ergebende Wert für das Ähnlichkeitsmaß berechnet. Ein weiteres iteratives Verfahren ist aus der folgenden Veröffentlichung bekannt: „Registration of Video Images to Tomographic Images by Optimising Mutual Information Using Texture Mapping, M.J. Clarkson, D. Rueckert, A.P. King, P.J. Edwards, D.L.G. Hill and D.J. Hawkes, Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention # MICCAI#99, Lecture Notes in Computer Science, 1999, Volume 1679/1999, 579–588“. Zum Vergleichen der einzelnen Projektions-Bilder mit den Mikroskop-Bilddaten kann das aus dem 2D-Bilddatensatz ICG-IMG gebildete perspektivische Bild PSR verwendet werden. Alternativ zu den beschriebenen Verfahren kann auch jedes andere Verfahren verwendet werden, mit dem eine Registrierung von Videodaten zu 3D-Orientierungspunkten (3D-landmarks) ermöglicht wird.
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Nach Durchführung einer erfolgreichen Registrierung kann nun in einem Schritt S8 auf der Anzeige 30 eine Überlagerung (Blending BLND) unterschiedlicher Angiographie-Daten auf Grundlage der durch die Registrierung erhaltenen Transformationsparameter angezeigt werden. So ist es beispielsweise möglich, die 3D-Bilddaten in die von der Kamera 22 erzeugte Videosequenz einzublenden. Natürlich kann auch ein ICG-Angiogramm, also beispielsweise dasjenige aus den ICG-Bilddaten ICG-IMG, angezeigt werden. Solange das Operationsmikroskop 12 mit der Kamera 22 nicht bewegt wird, lässt sich auf der Grundlage der ermittelten Transformationsparameter aber jedes Bild der Kamera 22 mit den transformierten 3D-Bilddaten kombinieren. Das Einblenden kann auf Grundlage eines an sich aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens geschehen. So kann beispielsweise dem Mikroskop-Bild ein halbtransparentes Bild einer Projektion des 3D-Modells der Arterien 46 überlagert werden.
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Anders herum kann auf der Anzeige 30 auch eine dreidimensionale Darstellung der Arterien 46 angezeigt werden. Dieser Darstellung kann dann ein Bild oder eine Bildsequenz der Kamera 22 überlagert werden.
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Durch die Überlagerung der aus den zwei unterschiedlichen Modalitäten gewonnenen Darstellungen kann der Arzt nun erkennen, wo sich die Arterien 46 in dem Gehirn 20 befinden. Durch die Mikroskopiedaten erhält er gleichzeitig hochauflösende Darstellungen feiner Äderchen, so genannter Kollaterale, die sich mit dem Computertomogramm nicht darstellen lassen.
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In dem gezeigten Beispiel sind die Transformationsparameter zu einer Transformationsmatrix zusammengefasst. In dieser Transformationsmatrix sind nicht nur die Informationen bezüglich einer für die Registrierung nötigen Rotation des 3D-Modells der Arterien 46 enthalten. Zusätzlich werden durch die Transformationsmatrix auch optische Verzerrungen kompensiert, wie sie beispielsweise durch die Linsen der Kamera 22 verursacht werden. Somit kann die Transformationsmatrix auch dazu genutzt werden, durch unterschiedliche Modalitäten gewonnene 2D-Bilddatensätze aufeinander abzubilden, ohne dass der 3D-Bilddatensatz selbst verwendet wird. Ein Beispiel hierfür ist die Überlagerung des ICG-Angiogramms mit einer 2D-Fluoroskopie, beispielsweise einer digitalen Subtraktionsangiographie. Für diese Überlagerung kann zusätzlich noch auf aus dem Stand der Technik bekannte 2D/3D-Überlagerungs- und Registrationstechniken zurückgegriffen werden, wie zum Beispiel auf das von dem Unternehmen Siemens AG vertriebene Produkt iPilot. Sie lassen sich problemlos mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpfen.
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Neben den beschriebenen Verfahren für die Registrierung des 3D-Bilddatensatzes 3D-ANGIO mit dem 2D-Bilddatensatz ICG-IMG können auch andere Registrierungstechniken verwendet werden, die zusätzlich eine dynamische Anpassung der Transformationsparameter während der Operation ermöglichen, so dass eine Verformung der Arterien 46, wie sie durch den operativen Eingriff verursacht werden kann, berücksichtigt wird.
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Durch die Beispiele ist gezeigt, wie ein ICG-Angiogramm und ein 3D-Computertomogramm miteinander kombiniert werden können. Vorteilhaft bei der Verwendung eines ICG-Angiogramms ist, dass auf seiner Grundlage besonders einfach Orientierungspunkte für eine Registrierung gefunden werden können, da Gefäße besonders leicht segmentiert werden können und hierzu dann eine perspektivische Transformation (PSR) berechnet werden kann. Ein 3D-Bilddatensatz für ein 3D-Angiogramm kann vor der Operation, während und danach erzeugt werden, um so das 3D-Modell der Arterien 46 an die tatsächliche Form der Arterien 46 jederzeit anpassen zu können. Die hochauflösenden, funktionalen 2D-Bilddaten, wie sie mit dem Mikroskop gewonnen werden können, und die 3D-Informationen des 3D-Computertomogramms ergeben in Kombination ein sehr genaues Bild von den Blutgefäßen und der Form von Aneurysmen, wodurch ein Arzt eine besonders effektive visuelle Unterstützung beim Abklemmen eines Aneurysma erhält. Die beim Abklemmen verwendeten metallischen Klammern stellen für das hier vorgestellte Verfahren kein Problem dar. Die durch solche metallischen Klemmen verursachten Bildartefakte können einfach entfernt werden, da sich das erfindungsgemäße Verfahren problemlos auch mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Entfernung solcher Bildartefakte kombinieren lässt (MAR – metallic artefact reduction). Durch die Verwendung von Indo-Cyanin-Grün lässt sich die Dosis von jodhaltigem Kontrastmittel sowie die zum Erstellen von fluoroskopischen Bilddaten benötigte Strahlungsdosis für den Patienten gering halten. Insbesondere in der Neurologie ist aufgrund der filigranen Strukturen der Nerven und ihrer Versorgungsgefäße das Identifizieren und Lokalisieren von zu operierenden Bereichen besonders schwierig. Ohne die Information über den Verlauf von Blutgefäßen innerhalb des Gehirns besteht hierbei stets das Risiko, dass beim operativen Eingriff eines dieser Blutgefäße verletzt wird. Auf Grundlage der Transformationsparameter kann zudem das mittels der Mikroskoplinsen erstellte 2D-Mikroskopbild entzerrt werden, wodurch dem Arzt auf einer digitalen Anzeige ein entzerrtes Bild angezeigt werden kann, welches nicht den ansonsten für mikroskopische Aufnahmen typischen Fischaugeneffekt zeigt. Dies macht es für den Arzt einfacher, seine Bewegungen beim Operieren zu koordinieren.
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Insgesamt können Zielregionen, wie beispielsweise Blutgefäße oder Tumore, durch präoperative Computertomogramm-Daten ausgemacht werden und Informationen zu diesen Zielregionen in Form von 3D-Modellen den Mikroskop-Bildern während der Operation überlagert werden. Auf dieser Grundlage können auch weitere Techniken aufsetzen, durch welche ein Arzt beim Führen eines Operationsinstruments geleitet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Registration of Video Images to Tomographic Images by Optimising Mutual Information Using Texture Mapping, M.J. Clarkson, D. Rueckert, A.P. King, P.J. Edwards, D.L.G. Hill and D.J. Hawkes, Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention # MICCAI#99, Lecture Notes in Computer Science, 1999, Volume 1679/1999, 579–588 [0036]
