DE102019201227A1

DE102019201227A1 - Bildgebendes Gerät und Verfahren zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos, Computerprogrammprodukt und computerlesbares Speichermedium

Info

Publication number: DE102019201227A1
Application number: DE102019201227.2A
Authority: DE
Inventors: Alois Regensburger; Amilcar ALZAGA; Günter Lauritsch
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06
Also published as: US20200250835A1; US11488313B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Gerät (1) sowie ein Verfahren (15) zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos. Weiter betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium (8). Das bildgebende Gerät (1) weist dabei eine Datenerfassungseinrichtung (2, 3, 7) zum Erfassen von Bilddaten eines Zielobjekts (5, 11) auf. Das bildgebende Gerät (1) ist dazu eingerichtet, mittels einer Registrierungseinrichtung (7, 9) eine Pose einer inertialen Messeinheit (13) zu erfassen und darauf basierend eine Registrierung zwischen Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit (13) und den Bilddaten durchzuführen. Das bildgebende Gerät (1) ist weiter dazu eingerichtet, Bewegungsdaten von der an dem Zielobjekt (5, 11) angeordneten inertialen Messeinheit (13) zu erfassen und durch Verarbeiten der Bewegungsdaten das bewegungskompensierte Bild oder Video zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Gerät und ein Verfahren zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten derartigen Computerprogrammprodukt. Das Verfahren kann beispielsweise mittels des bildgebenden Geräts ausgeführt werden und das bildgebende Gerät kann insbesondere zum Ausführen des Verfahrens ausgebildet und eingerichtet sein.
Bildgebende Geräte und Methoden sind heutzutage in vielerlei technischen Gebieten und Anwendungsbereichen verbreitet, insbesondere im medizinischen Umfeld zum Abbilden von Ziel- oder Untersuchungsobjekten, beispielsweise Patienten oder Gewebeproben oder dergleichen. Hinsichtlich einer Bildqualität letztendlich resultierender Bilder oder Videos kann es dabei problematisch sein, wenn sich das Ziel- oder Untersuchungsobjekt während es abgebildet wird oder zwischen zwei Abbildungszeitpunkten bewegt. Solche Bewegungen, beispielsweise Atembewegungen, eines Patienten können beispielsweise dazu führen, dass ein aus mehreren - dann bei unterschiedlichen Positionen oder Stellungen des Patienten aufgenommenen - Projektionsbildern rekonstruiertes CT-Volumenbild (CT: Computertomografie) verschwommen erscheint, sodass anatomische Strukturen nicht erkennbar sind und das CT-Volumenbild damit diagnostisch unbrauchbar ist.
Um diesen Problemen zu begegnen, gibt es bereits mehrere Ansätze.
So kann beispielsweise zur Vermeidung einer Bewegung bei Patienten unter Vollnarkose eine maschinelle Beatmung zeitweise abgeschaltet werden oder ein jeweiliger Patient ohne Narkose angewiesen werden, während der Aufnahmen den Atem anzuhalten. In der Veröffentlichung „Interventional 4D motion estimation and reconstruction of cardiac vasculature without motion periodicity assumption“ von C. Rohkohl et. al. in Medical Image Analysis 14 (2010), S.687-694 wird ein bildbasierter Ansatz vorgeschlagen. Dabei wird zunächst ein Referenzbild rekonstruiert, in welchem ein Gefäßsystem sichtbar ist. Anschließend werden Parameter eines Bewegungsmodells abgeschätzt durch Optimierung einer Zielfunktion. Die Zielfunktion zielt dabei darauf ab, eine Gesamtintensität des Referenzbildes und einer bewegungskompensierten FDK-Rekonstruktion zu maximieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Möglichkeit zur Bewegungskompensation für eine verbesserte Bildqualität anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Ein erfindungsgemäßes bildgebendes Gerät dient, ist also eingerichtet, zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos eines Zielobjekts. Es können also ein einzelnes Bild oder mehrere Bilder erzeugt werden, wobei eine zeitliche Abfolge mehrerer Bilder das Video bilden kann. Das Bild beziehungsweise die Bilder können 2D-Bilder oder 3D-Bilder, beispielsweise ein CT-Volumenbild, sein. Das Zielobjekt kann dabei ein Patient oder ein Teil eines Patienten, beispielsweise eine Bauchregion, ein Organ, ein Gefäßbaum, oder eine Gewebeprobe sein. Grundsätzlich kann es sich bei dem Zielobjekt aber um ein letztendlich beliebiges Objekt handeln, welches einer Abbildung mittels des bildgebenden Geräts zugänglich ist.
Das bildgebende Gerät weist eine Datenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Bilddaten des Zielobjekts auf. Als die Bilddaten können beispielsweise Röntgenbilddaten erfasst werden.
Das bildgebende Gerät kann dann weiter eine Rekonstruktionseinrichtung zum Erzeugen oder Rekonstruieren wenigstens eines Röntgenbildes des Zielobjekts aus den Röntgenbilddaten aufweisen. Das erzeugte oder rekonstruierte Röntgenbild kann dabei dann bereits das bewegungskompensierte Bild sein. Ebenso kann das bewegungskompensierte Bild jedoch beispielsweise aus dem Röntgenbild oder allgemein aus den Bilddaten erzeugt werden oder das Röntgenbild, die Bilddaten oder ein aus den Bilddaten erzeugtes Bild umfassen oder damit kombiniert werden, etwa für eine augmentierte Darstellung (englisch: augmented reality). Ebenso können als die Bilddaten aber beispielsweise optische Bilddaten wie etwa Endoskopbilddaten oder Endoskopvideodaten, Ultraschalldaten, Magnetresonanzdaten oder dergleichen erfasst werden. Erfindungsgemäß ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, mittels einer Registrierungseinrichtung eine Pose einer inertialen Messeinheit (IMU, englisch: „inertial measurement unit“) zu erfassen und darauf basierend eine Registrierung zwischen Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit und den Bilddaten oder einem daraus erzeugten Bild durchzuführen.
Das Koordinatensystem der inertialen Messeinheit ist dabei dasjenige Koordinatensystem, in welchem die inertiale Messeinheit Mess- oder Sensordaten aufnimmt. Das Koordinatensystem der Bilddaten der des daraus erzeugten Bilds ist hingegen dasjenige Koordinatensystem, in welchem die Bilddaten aufgenommen werden oder wurden. Im Falle von Röntgenbilddaten kann dies also beispielsweise ein Koordinatensystem einer Strahlquelle und eines Detektors des bildgebenden Geräts und/oder eines Raumes, in dem das bildgebende Gerät beziehungsweise die Strahlquelle und der Detektor angeordnet sind, sein.
Weiter ist das bildgebende Gerät erfindungsgemäß dazu eingerichtet, Bewegungsdaten von der an dem Zielobjekt angeordneten inertialen Messeinheit zu erfassen und durch Verarbeiten dieser Bewegungsdaten das bewegungskompensierte Bild oder Video zu erzeugen. Die Bewegungsdaten geben dabei eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung der inertialen Messeinheit an, beispielsweise in Form von Beschleunigungsdaten, also einer Stärke und/oder einer Richtung, mit welcher beziehungsweise in welcher die inertiale Messeinheit bewegt oder beschleunigt wird oder wurde. Da es vorgesehen ist, dass die inertiale Messeinheit die Bewegungsdaten aufnimmt während die Bilddaten erfasst werden, während also das Zielobjekt zum Aufnehmen der Bilddaten abgebildet wird, und da die inertiale Messeinheit dabei insbesondere an dem Zielobjekt angeordnet ist, können die mittels der inertialen Messeinheit gewonnenen Bewegungsdaten als Grundlage oder Referenz für die Bewegungskompensation verwendet werden. Die Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit geben also eine Bewegung des Zielobjekts an.
Da die Bewegung des Zielobjekts also mittels der inertialen Messeinheit gemessen wird, ist vorteilhaft keine Abschätzung oder indirekte Methode zum Bestimmen der Bewegung des Zielobjekts notwendig. Insbesondere ist anders als im Stand der Technik keine zusätzliche Aufnahme eines Referenzbildes des Zielobjekts für die Bewegungskompensation oder Bewegungskompensierung notwendig, sodass durch die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik eine Strahlenbelastung des Zielobjekts vorteilhaft reduziert werden kann.
Die inertiale Messeinheit kann in Form der Bewegungsdaten also die Bewegung oder ein Bewegungsfeld des Zielobjekts während des Aufnehmens der Bilddaten angeben. Für die eigentliche Bewegungskompensation auf Basis dieser Bewegungsdaten können dann an sich bekannte Methoden oder Verfahren verwendet werden. Beispielsweise können aus den Bewegungsdaten abgeleitete Positionsdaten des Zielobjekts auf die Bilddaten aufgeschlagen oder von diesen abgezogen werden, um die Bewegung des Zielobjekts in dem Koordinatensystem der Bilddaten effektiv zu eliminieren, also zu kompensieren. Dies kann für jeden Frame, also für jedes Einzelbild, beispielsweise jedes Röntgen- oder Projektionsbild, der Bilddaten separat durchgeführt werden, wodurch ein Verschwimmen oder eine Unschärfe in einem daraus erzeugten Bild, beispielsweise einem 3D- oder Volumenbild, vermieden oder reduziert werden kann. Sowohl die Bilddaten als auch die Bewegungsdaten können dazu mit jeweiligen Zeitstempeln versehen sein, welche eine zeitliche Zuordnung zwischen den Bilddaten und den Bewegungsdaten ermöglichen.
Das bildgebende Gerät kann beispielsweise ein Computertomografiegerät, ein Magnetresonanztomografiegerät, ein Ultraschallgerät, ein optisches Bildgebungsgerät, also etwa eine Kamera oder ein Endoskop zur Aufnahme optischer Bilddaten, oder dergleichen mit integrierter Datenverarbeitungseinrichtung, ein System aus einem solchen Gerät und einer direkt oder indirekt damit verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung oder eine Datenverarbeitungseinrichtung sein. In den ersten beiden Fällen kann das Erfassen der Bilddaten insbesondere deren Aufnehmen oder Messen, also das eigentliche Abbilden des Zielobjekts umfassen. Insbesondere wenn es sich bei dem bildgebenden Gerät um die Datenverarbeitungseinrichtung handelt, kann das Erfassen der Bilddaten ein Empfangen oder Auslesen der Bilddaten über eine entsprechende Datenschnittstelle der Datenverarbeitungseinrichtung umfassen oder bedeuten. Die Einrichtungen des bildgebenden Geräts, also insbesondere die Datenerfassungseinrichtung, gegebenenfalls die Rekonstruktionseinrichtung und die Registrierungseinrichtung sowie gegebenenfalls beispielsweise eine Überlagerungseinrichtung können entsprechende Programm- und/oder Hardwaremodule der Datenverarbeitungseinrichtung oder des bildgebenden Geräts sein oder umfassen. Dabei können einige oder alle der Einrichtungen miteinander kombiniert oder integriert sein.
Durch die vorliegende Erfindung können Bewegungen des Zielobjekts bei dem Abbilden, also beim Aufnehmen oder Erfassen der Bilddaten des Zielobjekts, besonders genau und detailliert gemessen und nachverfolgt werden. Damit eröffnet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, bewegungskompensierte Bilder oder Videos mit verbesserter Bildqualität auch von beweglichen oder sich bewegenden Zielobjekten oder Teilen davon, beispielsweise von beweglichen oder sich bewegenden Organen eines Patienten, zu erzeugen, wobei insbesondere keine aktive oder passive Atemkontrolle oder Steuerung der Atembewegung notwendig ist.
Um sicherzustellen, dass aus den mittels der inertialen Messeinheit gewonnenen Bewegungsdaten zuverlässig auf die Bewegung des Zielobjekts geschlossen werden kann, kann die inertiale Messeinheit entsprechend direkt, also unmittelbar oder indirekt, also mittelbar an dem Zielobjekt angeordnet werden. Das bedeutet, dass sich die inertiale Messeinheit also in einer vorgegebenen und somit als Parameter bekannten oder gegebenen räumlichen Lagebeziehung zu dem Zielobjekt befinden kann.
Das Positionieren oder Anordnen der initialen Messeinheit an dem Zielobjekt ist dabei nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sofern oder soweit es einen chirurgischen Schritt erfordert oder umfasst. Es sei jedoch angemerkt, dass die inertiale Messeinheit je nach Anwendungsfall beispielsweise einfach von außen auf das Zielobjekt aufgelegt werden kann und ebenso die vorliegende Erfindung nicht nur an menschlichen oder tierischen Körpern nutzbringend angewendet werden kann.
Ebenso kann es beispielsweise möglich sein, die relative Lagebeziehung zwischen dem Zielobjekt und der inertialen Messeinheit aus den Bilddaten abzuleiten, beispielsweise durch eine Abstandsmessung. Ebenso wie das Erfassen der Bilddaten kann das Erfassen der Bewegungsdaten ein Empfangen oder Auslesen dieser Bewegungsdaten von der inertialen Messeinheit oder einer zwischengeschalteten Speichereinrichtung durch das bildgebende Gerät umfassen oder bedeuten. Das Erfassen der Bilddaten und/oder das Erfassen der Bewegungsdaten kann also zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen als das Erzeugen des bewegungskompensierten Bildes.
Die Verwendung der inertialen Messeinheit zum Erfassen oder Aufnehmen der Bewegungsdaten ist beispielsweise gegenüber einer Verwendung herkömmlicher in einer jeweiligen Bildgebungsmodalität sichtbarer, beispielsweise röntgensichtbarer, Marker besonders vorteilhaft, da im Gegensatz zu den Markern für die inertiale Messeinheit beispielsweise nicht sichergestellt werden muss, dass diese während des Aufnehmens der Bilddaten permanent für eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung, also beispielsweise das bildgebende Gerät, dessen Datenerfassungseinrichtung oder eine Kamera oder dergleichen, sichtbar ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, als die Bilddaten einen 3D-CT-Datensatz zu erfassen. Dieser 3D-CT-Datensatz kann insbesondere mehrere aus unterschiedlichen Winkeln oder Angulationen aufgenommene Projektionsbilder umfassen. Weiter ist das bildgebende Gerät dann dazu eingerichtet, gleichzeitig zu den Bilddaten die Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit zu erfassen und als das bewegungskompensierte Bild aus dem 3D-CT-Datensatz und den Bewegungsdaten ein bewegungskompensiertes 3D-Bild, also ein CT-Volumenbild, des Zielobjekts zu rekonstruieren.
Mit anderen Worten ist das bildgebende Gerät also dazu eingerichtet, anhand der Bewegungsdaten die Bewegung des Zielobjekts während des Erfassens oder Aufnehmens der Bilddaten zu bestimmen oder die Bewegungsdaten als Bewegungsdaten für das Zielobjekt zu verwenden oder zu interpretieren. Die Roh- oder Einzeldaten für den 3D-CT-Datensatz, also die einzelnen Röntgen- oder Projektionsbilder, können nach heutigem Stand der Technik üblicherweise nicht instantan gleichzeitig aufgenommen werden, sondern es wird hierfür eine gewisse Aufnahmezeit oder Aufnahmedauer benötigt. Während dieser Aufnahmezeit oder Aufnahmedauer kann sich das Zielobjekt bewegen, was entweder zu einer Unschärfe, also einer reduzierten Bildqualität in einem letztlich rekonstruierten CT-Volumenbild führt oder mit entsprechenden Maßnahmen kompensiert werden muss.
Patienten, welche als das Zielobjekt abgebildet werden, befinden sich oftmals in einem Zustand, welcher ihnen ein kontrolliertes Atemanhalten oder ein ausreichend gleichmäßiges Atmen über mehrere Atemzyklen hinweg nicht erlaubt oder nicht ermöglicht. Dies kann beispielsweise aufgrund von Verletzungen oder einer Sedierung der Fall sein. In solchen Fällen kann also nicht von einer ausreichend regelmäßigen Atmung ausgegangen werden, um basierend auf einem zuvor aufgenommenen Atemzyklus eine zuverlässige und genaue Bewegungskompensierung zu ermöglichen. Die Verwendung der inertialen Messeinheit bildet dann vorteilhaft eine besonders einfache, zuverlässige, flexibel einsetzbare und für den Patienten belastungsarme Möglichkeit, Bewegungsdaten als Grundlage oder Basis für die Bewegungskompensation zu erhalten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, aus den Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit als das bewegungskompensierte Bild ein bewegungskompensiertes Überlagerungsbild (englisch: Overlay) zu erzeugen und dieses den Bilddaten oder dem wenigstens einen daraus erzeugten Bild, also beispielsweise einem Röntgen-, CT-, MR-, Ultraschall- oder Kamerabild, zu überlagern.
Ein beispielhafter Anwendungsfall für diese Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise sein, dass ein Arzt einen Katheter durch einen Gefäßbaum zu einem Zielort in einer Anatomie, also in dem Patienten, bewegen möchte .Es ist dann möglich, dass als die Bilddaten oder das daraus erzeugte Bild Fluoroskopiedaten oder -bilder aufgenommen werden, auf oder in denen aber im Wesentlichen nur in der röntgensichtbare Katheter selbst sichtbar oder erkennbar ist, während ein anatomischer Hintergrund nicht oder nur vergleichsweise schwach kontrastiert ist. Insbesondere wenn der Gefäßbaum an einer aktuellen Position des Katheters keine Verzweigung aufweist und/oder wenn der Katheter aus dem Gefäßbaum herausgezogen wird, kann es für einen erfolgreichen Eingriff ausreichen, nur die Bewegung des Katheters selbst zu visualisieren, um dem Arzt bei einer Navigation des Katheters durch den Gefäßbaum Hilfestellung zu geben. Der Katheter oder eine jeweils aktuelle Position der inertialen Messeinheit kann dann als virtuelles Überlagerungsbild über ein jeweils zuletzt aufgenommenes, also das aktuellste verfügbare Röntgenbild bewegt werden.
Dazu kann die inertiale Messeinheit beispielsweise in oder an dem Katheter angeordnet sein. Das Überlagerungsbild kann dann gemäß in Bewegungsdaten bewegt werden, wodurch die aktuelle Position des Katheters - oder eines entsprechenden anderen Instruments - realistisch, also wirklichkeitsgetreu, in dem bewegungskompensierten Bild dargestellt werden kann.
Besonders vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen bildbasierten Methoden ist hier, dass die Bewegungskompensation des Überlagerungsbildes mit einer Aktualisierungs- oder Bildrate erfolgen kann, welche größer ist als eine Bild- oder Framerate, also eine Aufnahmerate oder Aufnahmefrequenz, mit welcher die Bilddaten, also beispielsweise die Fluoroskopiebilder, aufgenommen werden. Das Überlagerungsbild kann sich dann also flüssiger bewegen als das dahinterliegende Bild. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Dosis und somit eine Belastung des Patienten reduziert oder eingespart werden, weil für ein flüssiges oder flüssig dargestelltes Überlagerungsbild keine entsprechend hohen Bildraten mehr erforderlich sind, was insbesondere im Fall von Röntgenbilddaten vorteilhaft ist. Durch Verwendung der inertialen Messeinheit kann also ein robustes bewegungskompensiertes Überlagerungsbild erzeugt werden, welches auch bei reduzierter Bildrate - und damit gegebenenfalls entsprechend reduzierter Dosis - bei schlechtem Kontrast und/oder unregelmäßigen Atembewegungen funktioniert, also eine realistische Positionsdarstellung ermöglicht.
Ebenso kann beispielsweise das Überlagerungsbild einem als die Bilddaten aufgenommenen Endoskopbild oder Endoskopvideo überlagert werden. Durch die vorliegende Erfindung kann dann auf Basis der Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit das Überlagerungsbild bewegungskompensiert werden oder bewegungskompensiert dargestellt werden. Somit kann also sichergestellt werden, dass das Überlagerungsbild bewegungskompensiert und somit auch bei einer Bewegung des Zielobjekts stets konsistent und in korrektem räumlichem Bezug zu dem Endoskopvideo diesem überlagert wird. Beispielsweise kann die inertiale Messeinheit dazu während eines Eingriffs, etwa während einer Leber-Operation, auf dem Zielobjekt verankert, beispielsweise auf eine Oberfläche der Leber aufgeklebt, sein. Die inertiale Messeinheit bewegt sich dann zusammen mit dem Zielobjekt, hier also etwa zusammen mit der Leber, und misst dabei die entsprechende Bewegung.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, bei Erfassen der Bewegungsdaten automatisch eine Aufnahmerate, mit welcher das bildgebende Gerät die Bilddaten erfasst auf oder um einen vorgegebenen Wert zu reduzieren. Mit anderen Worten können die Röntgenbilddaten also beispielsweise so lange mit der reduzierten Bild- oder Aufnahmerate aufgenommen werden, wie die Bewegungsdaten, insbesondere in Echtzeit, erfasst werden, also jeweils aktualisiert werden oder vorliegen. Sobald keine oder keine aktuellen Bewegungsdaten mehr erfasst werden oder vorliegen und/oder sobald eine andere vorgegebene Bedingung erfüllt ist, kann die Aufnahmerate beispielsweise automatisch wieder erhöht werden. Das Überlagerungsbild kann also mit einer höheren Bildrate oder Frequenz aktualisiert werden als die Bilddaten oder das daraus erzeugte Bild, wobei das jeweils aktuellste Überlagerungsbild den jeweils aktuellsten verfügbaren Bilddaten oder dem jeweils zuletzt daraus erzeugten Bild überlagert wird.
Durch das automatische Steuern der Aufnahmerate kann eine Dosisbelastung für das Zielobjekt besonders sicher und zuverlässig reduziert werden. Zudem kann beispielsweise der jeweilige Arzt oder ein jeweiliges Bedienpersonal des bildgebenden Gerätes von einem manuellen Anpassen der Aufnahmerate entlastet werden, wodurch dem Zielobjekt, insbesondere also dem Patienten, mehr Aufmerksamkeit zukommen kann, sodass sich mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Behandlungserfolg einstellen und eine Fehlerwahrscheinlichkeit oder Fehlerhäufigkeit bei einem jeweiligen Eingriff oder eine jeweiligen Intervention reduziert werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, regelmäßig wiederholt Bilddaten zu erfassen, daraus gegebenenfalls ein jeweils aktualisiertes Bild zu erzeugen und anhand eines Kontrastes der Bilddaten oder der derart erzeugten Bilder automatisch eine Kontrastmittelinjektion zu detektieren. Dazu kann beispielsweise ein Schwellenwert und/oder eine bestimmte Veränderungsgeschwindigkeit oder ein Veränderungsumfang des Kontrastes als Indiz für die Kontrastmittelinjektion vorgegeben sein. Weiter ist das bildgebende Gerät dann dazu eingerichtet, auf eine Detektion einer Kontrastmittelinjektion hin automatisch die Aufnahmerate für die Bilddaten auf oder um einen vorgegebenen Wert zu erhöhen. Dies ist besonders vorteilhaft, da typischerweise eine Kontrastmittelinjektion in einer für einen erfolgreichen Eingriff, eine erfolgreiche Behandlung oder eine erfolgreiche Diagnose besonders wichtigen oder ausschlaggebenden oder kritischen Moment oder Zeitraum erfolgen wird. In einem solchen Moment oder Zeitraum kann die erhöhte Aufnahmerate dann vorteilhaft mehr Detailinformationen, also ein verbessertes oder genaueres Verständnis einer aktuellen Situation liefern oder ermöglichen, wodurch der Erfolg weiter unterstützt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass durch das automatisch gesteuerte Erhöhen der Aufnahmerate jeweiliges Bedienpersonal, also beispielsweise ein behandelnder Arzt, in dem kritischen Moment hiervon entlastet wird.
Weiter kann das bildgebende Gerät bevorzugt dazu eingerichtet sein, die Aufnahmerate automatisch wieder um den oder einen weiteren vorgegebenen Wert zu reduzieren, wenn der Kontrast auf oder um einen vorgegebenen Wert gefallen ist und/oder wenn seit der Kontrastmittelinjektion eine vorgegebene Zeitspanne oder Zeitdauer verstrichen ist. Mit anderen Worten kann die Aufnahmerate also automatisch, adaptiv und dynamisch angepasst oder eingestellt, also situations- und bedarfsgerecht erhöht beziehungsweise erniedrigt werden. Hierdurch kann besonders vorteilhaft ein hinsichtlich eines Behandlungs- oder Diagnoseerfolgs einerseits und hinsichtlich einer möglichst geringen Belastung des Zielobjekts andererseits ein optimaler Kompromiss erreicht werden. Für besondere Situationen oder Anforderungen kann dabei dem jeweiligen Arzt oder Bedienpersonal freigestellt sein, die automatische Steuerung oder Anpassung der Aufnahmerate manuell zu übersteuern, wodurch vorteilhaft eine verbesserte Flexibilität und gegebenenfalls ein optimiertes Behandlungs- oder Diagnoseergebnis besonders zuverlässig erreicht werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das bildgebende Gerät eine mit einem Antrieb ausgestattete, beweglich gelagerte Ablage zum Anordnen des Zielobjekts auf. Die Ablage, welche insbesondere eine Patientenliege oder ein Patiententisch sein kann, ist also mittels des Antriebs bewegbar oder verfahrbar. Das bildgebende Gerät ist dann dazu eingerichtet, bei einer Bewegung der Ablage in verschiedenen Raumrichtungen sowohl diese Bewegung als auch die mittels der der inertialen Messeinheit gewonnenen Bewegungsdaten zu erfassen und zum Bestimmen der Pose oder einer Orientierung der inertialen Messeinheit miteinander in Beziehung zu setzen, also etwa zu kombinieren, abzugleichen oder zu korrelieren. Bevorzugt können dabei auch die Bilddaten berücksichtigt oder in Beziehung gesetzt werden, um die Pose, insbesondere also die Orientierung und eine Lage oder Position, der inertialen Messeinheit, insbesondere in dem Koordinatensystem der Bilddaten, besonders zuverlässig und genau bestimmen zu können.
Ein grundlegendes Problem bei der Verwendung der inertialen Messeinheit zum Aufnehmen der Bewegungsdaten ist, dass die initiale Messeinheit typischerweise nur relative Bewegungsdaten in ihrem eigenen Koordinatensystem liefert und dementsprechend eine absolute Bewegungskurve in einem äußeren Koordinatensystem, beispielsweise einem weltfesten Koordinatensystem oder dem Koordinatensystem des bildgebenden Geräts oder der Bilddaten oder des daraus erzeugten Bildes zunächst nicht gegeben oder bekannt ist. Dieses Problem wird mittels der vorgesehenen Registrierung jedoch gelöst.
Vorliegend kann dazu eine räumliche Position und/oder Orientierung der inertialen Messeinheit, beispielsweise vor Beginn eines Aufnehmens der Bilddaten, in Bezug auf das äußere Koordinatensystem, beispielsweise in Bezug auf das bildgebende Gerät, bestimmt werden. Da die Ablage Teil des bildgebenden Geräts ist, ist eine räumliche Position und Lage der Ablage in dem Koordinatensystem des bildgebenden Geräts, beispielsweise relativ zu einem vorgegebenen Koordinatenursprung und/oder relativ zu der Strahlquelle und dem Detektor des bildgebenden Gerätes, stets bekannt, also gegeben oder auf einfache Weise auslesbar. Dazu kann beispielsweise ein Zustandssignal des Antriebs oder eines entsprechenden Sensoren ausgelesen oder ausgewertet werden oder ausgehend von einer vorgegebenen Anfangsposition die Position und Lage der Ablage entsprechend jeweiliger an den Antrieb ausgegebener Steuerbefehle zum Bewegen der Ablage nachverfolgt werden. Dabei kann es sich sowohl um beispielsweise von einer Steuereinrichtung oder einem Steuergerät des bildgebenden Geräts automatisch erzeugte Steuerbefehle handeln als auch um solche Steuerbefehle, die durch eine manuelle Bedienhandlung eines jeweiligen Benutzers oder Bedienpersonals erzeugt werden.
Durch das gleichzeitige Erfassen der Bewegung der Ablage und der Bewegungsdaten, also einer entsprechenden Bewegung, der inertialen Messeinheit während sich die initiale Messeinheit in einer vorgegebenen, insbesondere konstanten, relativen räumlichen Lagebeziehung zu der Ablage befindet, kann eine eindeutige räumliche Lagebeziehung zwischen der Ablage oder deren Koordinatensystem und der inertialen Messeinheit oder deren Koordinatensystem bestimmt werden. Dazu kann die initiale Messeinheit beispielsweise auf der Ablage angeordnet werden. Besonders bevorzugt wird die Ablage für die Registrierung jedoch bewegt, während sich das Zielobjekt mit der daran angeordneten inertialen Messeinheit bereits auf der Ablage in derjenigen Position befindet, in der nachfolgend die Bilddaten aufgenommen werden oder aufgenommen werden sollen. Die inertiale Messeinheit wird hier also durch die vorgegebene Bewegung der Ablage bewegt, wobei entsprechende Bewegungsdaten von der inertialen Messeinheit selbst aufgenommen werden. Das bildgebende Gerät, beispielsweise dessen Datenerfassungs- oder Datenverarbeitungseinrichtung, kann die Bewegung der Ablage und die entsprechende dabei von der inertialen Messeinheit gemessene Bewegung dann einander zuordnen und so die Registrierung durchführen oder unterstützen.
Für eine Bewegungskompensierung translatorischer Bewegungsanteile oder -komponenten ohne Berücksichtigung rotatorischer Bewegungsanteile oder -komponenten kann es ausreichend sein, die Orientierung der inertialen Messeinheit zu bestimmen, ohne deren Position genau zu bestimmen. Soll auch der rotatorische Bewegungsanteil kompensiert werden, so kann dazu zusätzlich zu der Orientierung die Position der inertialen Messeinheit bestimmt werden, beispielsweise aus den erfassten Bilddaten. Weitere Details hierzu sind weiter unten angegeben.
Besonders bevorzugt kann die Bewegung der Ablage mehrfach und/oder über eine Eigenbewegung oder mehrere Eigenbewegungszyklen, beispielsweise während einer Atembewegung oder über mehrere Atemzyklen, des Zielobjekts hinweg durchgeführt werden. Dies ermöglicht es vorteilhaft, die entsprechende Eigen- oder Atembewegung des Zielobjekts aus der von der inertialen Messeinheit aufgenommenen oder gemessenen Gesamtbewegung herauszurechnen. Die von der inertialen Messeinheit aufgenommene Gesamtbewegung kann also eine Kombination oder Überlagerung aus der durch den Antrieb bewirkten Bewegung der Ablage und der Eigenbewegung des Zielobjekts darstellen, wodurch gegebenenfalls die Zuordnung oder Registrierung zwischen den Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit und des bildgebenden Geräts verfälscht werden könnte. Dieses Problem kann durch die hier vorgeschlagene Weiterbildung umgangen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, für die Registrierung in den Bilddaten automatisch ein vorgegebenes, beispielsweise röntgensichtbares, Objekt zu erkennen oder zu identifizieren. Dieses Objekt kann dabei die inertiale Messeinheit selbst und/oder wenigstens ein in einer vorgegebenen räumlichen Lagebeziehung zu der inertialen Messeinheit angeordneter, beispielsweise röntgensichtbarer, Marker sein. Es kann also aus den Bilddaten eine Position der inertialen Messeinheit direkt oder indirekt automatisch bestimmt werden. Diese Position der inertialen Messeinheit in den Bilddaten und damit in dem Koordinatensystem des bildgebenden Geräts kann dann mit zu einem Aufnahmezeitpunkt der entsprechenden Bilddaten von der inertialen Messeinheit aufgenommenen oder gemessenen Positions- oder Bewegungsdaten korreliert werden, um die Registrierung durchzuführen oder zu unterstützen.
Dieses Vorgehen kann besonders vorteilhaft sein, wenn sich die inertiale Messeinheit ohnehin in einem Blick- oder Aufnahmefeld des bildgebenden Geräts befindet. Die Registrierung kann dann aus den ohnehin zum Abbilden des Zielobjekts aufgenommenen Bilddaten bestimmt oder durchgeführt werden, sodass beispielsweise keine zusätzliche Strahlenbelastung des Zielobjekts entsteht. Um die Position des Objekts für die Registrierung zu bestimmen, können als die Bilddaten beispielsweise wenigstens zwei Projektionsbilder aus verschiedenen Winkeln oder mit verschiedenen Angulationen, beispielsweise in einer Epipolargeometrie, aufgenommen werden. Ebenso kann durch eine entsprechende Gestaltung der inertialen Messeinheit und/oder durch entsprechende Gestaltung und Anordnung des wenigstens einen Markers die Pose der inertialen Messeinheit aus einem einzigen Projektionsbild bestimmt werden. Insbesondere kann die Pose der inertialen Messeinheit während des Aufnehmens der Bilddaten zum Abbilden des Zielobjekts, also beispielsweise während eines 3D-Laufs zum Aufnehmen eines 3D-CT-Bilddatensatzes, mehrfach wiederholt bestimmt werden, insbesondere anhand mehrerer oder eines jeden dabei aufgenommenen Projektionsbildes. Hierdurch kann vorteilhaft eine Sensordrift von Sensoren der inertialen Messeinheit erkannt und gegebenenfalls abgefangen oder kompensiert werden. Zudem kann eine zeitliche Glättung über mehrere nacheinander bestimmte Posen, also über verschiedene nacheinander aufgenommene Projektionsbilder hinweg, automatisch durchgeführt werden, um eine verbesserte Genauigkeit zu erreichen.
Beispielsweise kann die inertiale Messeinheit in oder an einem Kopf eines flexiblen Endoskops oder eines anderen zum Untersuchen des Zielobjekts verwendeten Objekts oder Instruments angeordnet sein. Hieran können dann zudem mehrere, beispielsweise röntgensichtbare, Marker in vorgegebener Anordnung starr angeordnet sein. Eine Lage und Anordnung der Marker in jeweils einem oder mehreren der Projektionsbilder ermöglicht es dann, eine jeweilige Position und Ausrichtung der inertialen Messeinheit zu bestimmen. Bei einer ausreichenden Anzahl und/oder entsprechenden Anordnung des oder der Marker können dann alle sechs räumlichen Freiheitsgrade anhand des oder der Projektionsbilder bestimmt werden, nämlich drei räumliche Positionskoordinaten x, y, z und drei Rotationswinkel φ, ν, ω. Aus den Projektionsbildern kann dann die Position und Orientierung des Endoskopkopfes während des 3D-Laufs bestimmt werden. Die dabei gleichzeitig durch die inertiale Messeinheit ermittelte, also aufgenommen oder gemessene Bewegung und gegebenenfalls Drehung der inertialen Messeinheit selbst und damit auch des Endoskopkopfes kann dann als Basis für die Bewegungskorrektur oder Bewegungskompensation bei der 3D-Rekonstruktion des CT-Volumenbildes aus den während des 3D-Laufs aufgenommenen Röntgen-Bilddaten verwendet werden.
Für eine durch die Bewegungskompensation verbesserte Bildqualität kann es bereits ausreichen, die Position der inertialen Messeinheit beziehungsweise des entsprechenden Geräts oder Instruments und/oder Organs oder Teils des Zielobjekts auf etwa 2 cm genau zu bestimmen. Für die Orientierung oder Winkellage kann eine Genauigkeit auf etwa 3° genau ausreichen. Beide Werte sind mittels heutzutage verfügbarer Technologie erreichbar. Soll beispielsweise nur eine Bewegungskompensation der translatorischen Bewegungsanteile, also ohne der Berücksichtigung von rotatorischen Bewegungsanteilen, erfolgen, so muss die Position der inertialen Messeinheit nicht oder nur auf beispielsweise 10 cm genau bestimmt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das bildgebende Gerät einen Draht, entlang welchem wenigstens ein, beispielsweise röntgensichtbarer, Marker angeordnet ist. In oder an dem wenigstens einen Marker ist dabei jeweils die oder eine initiale Messeinheit angeordnet. Es kann also in oder an jedem, einigen oder einem der Marker jeweils eine eigene inertiale Messeinheit angeordnet sein. Der Draht ist als Datenleitung zum Übermitteln der Bewegungsdaten der jeweiligen inertialen Messeinheit an diese angeschlossen. Die wenigstens eine initiale Messeinheit ist also über den als Datenleitung fungierenden Draht mit einer entsprechenden Schnittstelle, der Datenerfassungs- oder Datenverarbeitungseinrichtung des bildgebenden Geräts verbunden. Der oder die Marker können dabei fest mit dem Draht verbunden oder gekoppelt sein oder entlang des Drahtes beweglich und gegebenenfalls fixierbar sein. Der wenigstens eine Marker kann beispielsweise zum Markieren einer jeweiligen Position eines Anatomiemerkmals, beispielsweise einer Läsion, verwendet werden. Die von der wenigstens einen inertialen Messeinheit übermittelten Mess- oder Bewegungsdaten können dann beispielsweise dazu verwendet werden, den wenigstens einen Marker während eines Eingriffs oder einer Intervention leichter, insbesondere automatisch, zu lokalisieren.
Das bildgebende Gerät kann mit anderen Worten also in Abhängigkeit von den durch die wenigstens eine inertialen Messeinheit übermittelten Positions- oder Bewegungsdaten automatisch bewegt oder gesteuert werden, um ein Blickfeld oder einen Aufnahmebereich des bildgebenden Geräts für die Bilddaten so auszurichten, dass die Position des wenigstens einen Markers in dem Blickfeld oder Aufnahmebereich enthalten ist. Das bildgebende Gerät kann also für eine entsprechende automatische Steuerung oder Ausrichtung eingerichtet sein.
Durch die Verwendung des Drahtes als Datenleitung kann vorteilhaft eine zusätzliche oder separate Datenleitung eingespart und somit eine Handhabung vereinfacht werden. Zudem ist die drahtgebundene Übermittlung der Bewegungsdaten besonders zuverlässig und wenig anfällig für Störungen, beispielsweise im Gegensatz zu einer drahtlosen, beispielsweise funkbasierten Übermittlung. Zudem kann bei Verwendung des Drahtes als Datenleitung die inertiale Messeinheit besonders kompakt aufgebaut sein, wodurch diese besonders flexibel und für den jeweiligen Patienten besonders belastungsarm einsetzbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, als die Bilddaten Fluoroskopiedaten oder Fluoroskopiebilder des Zielobjekts gleichzeitig mit den Bewegungsdaten zu erfassen, aus den Fluoroskopiedaten eine Atemkurve des Zielobjekts zu bestimmen und damit die Bewegungsdaten für die Registrierung zu korrelieren. Da eine Lage oder Pose des Zielobjekts durch dessen Anordnung für ein Abbilden mittels des bildgebenden Geräts vorgegeben ist, ist anatomisch bedingt auch eine Bewegungsrichtung des Zielobjekts durch die Atmung oder während der Atmung festgelegt, insbesondere im Koordinatensystem des bildgebenden Geräts beziehungsweise der Bilddaten. Diese Bewegungsrichtung kann dann durch entsprechende zeitliche Zuordnung oder Korrelation mit einer durch die inertiale Messeinheit als Teil der Bewegungsdaten aufgenommenen oder erfassten Bewegung oder Bewegungsrichtung in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch die Registrierung durchgeführt oder unterstützt werden kann. Die Fluoroskopiedaten können dabei insbesondere solche Fluoroskopiedaten sein, die ohnehin zum Abbilden, also zum Untersuchen, des Zielobjekts aufgenommen werden oder aufzunehmen sind. Durch das hier vorgeschlagene Vorgehen kann also ebenfalls eine zusätzliche Strahlenbelastung des Zielobjekts für die Registrierung vermieden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die inertiale Messeinheit zumindest einen Beschleunigungssensor. Das bildgebende Gerät ist dann dazu eingerichtet, während einer zyklischen Bewegung, insbesondere während einer Atembewegung, des Zielobjekts die Bilddaten und gleichzeitig die Bewegungsdaten zu erfassen, anhand der Bewegungsdaten eine jeweilige Phase der zyklischen Bewegung, insbesondere eine Atemphase, zu bestimmen und die Bewegungskompensierung basierend auf der jeweils bestimmten Phase durchzuführen. Mit anderen Worten wird also bildbasiert wenigstens ein Bewegungszyklus des Zielobjekts zusammen mit dem zugehörigen Bewegungs- oder Beschleunigungssignal der inertialen Messeinheit aufgezeichnet.
Das Beschleunigungssignal der inertialen Messeinheit wird dann verwendet, um den jeweils aktuellen Abschnitt des Bewegungs- oder Atemzyklus zu bestimmen. Dabei kann bevorzugt eine Bild- oder Aufnahmerate der Bilddaten reduziert werden. Dies gilt sowohl für ein Anlernen des Bewegungs- oder Atemzyklus als auch für eine nachfolgende Aufnahme weiterer Bilddaten, beispielsweise unter oder bei Verwendung des genannten bewegungskompensierten Überlagerungsbildes. Da durch eine vorgegebene Lage oder Anordnung des Zielobjekts dessen Bewegungsrichtung während der zyklischen Bewegung zumindest grob vorgegeben und damit bekannt ist, kann auf diese Weise die Bewegungskompensierung besonders einfach und zuverlässig durchgeführt werden. Da die Bewegungsdaten durch die inertiale Messeinheit kontinuierlich aufgenommen werden können, muss dabei vorteilhaft keine Annahme bezüglich einer Regelmäßigkeit oder Gleichmäßigkeit der zyklischen Bewegung für die Bewegungskompensation gemacht werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft also eine besonders genaue Bewegungskompensation und somit eine verbesserte Bildqualität.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die inertiale Messeinheit wenigstens einen Magnetfeldsensor auf und ist dazu eingerichtet, eine Stärke oder einen Gradienten und/oder eine Richtung, also eine räumliche Struktur, eines jeweiligen lokalen Magnetfeldes zu messen. Das bildgebende Gerät umfasst dabei einen Magnetfeldgenerator und ist dazu eingerichtet, mittels dieses Magnetfeldgenerators im Bereich der inertialen Messeinheit ein Magnetfeld mit einer vorgegebenen räumlichen Struktur relativ zu dem Koordinatensystem der Bilddaten oder des wenigstens einen daraus erzeugten Bildes zu erzeugen. Die räumliche Struktur kann eine Richtung des Magnetfeldes, also der Magnetfeldlinien und/oder eines Gradienten einer Feldstärke und/oder eine räumliche Verteilung der Feldstärke des Magnetfeldes angeben oder hierdurch bestimmt oder charakterisiert sein. Das bildgebende Gerät ist dann weiter dazu eingerichtet, für die Registrierung die Pose der inertialen Messeinheit aus der von diesem gemessenen Stärke und/oder Richtung des erzeugten Magnetfeldes zu bestimmen.
Es kann dabei zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Magnetfeld nacheinander aus mehreren Richtungen oder in unterschiedlichen Anordnungen oder Ausrichtungen erzeugt und jeweils mittels der inertialen Messeinheit gemessen wird, um eine verbesserte Genauigkeit zu erreichen. Da das Magnetfeld viele, insbesondere elektrisch nicht leitende, Materialien durchsetzen oder durchdringen kann, ist es im Gegensatz zur Verwendung optisch nachverfolgter Marker vorteilhaft nicht notwendig, dass sich die inertiale Messeinheit oder ein damit gekoppelter Marker in einem Blick- oder Sichtfeld einer optischen Kamera befinden muss. Zudem verursacht das Magnetfeld im Gegensatz zu ionisierender Strahlung vorteilhaft keinerlei Schädigung des Zielobjekts.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das bildgebende Gerät dazu eingerichtet, zusätzlich EKG-Daten des Zielobjekts und/oder eine Atemkurve einer das Zielobjekt versorgenden Beatmungsmaschine zu erfassen und zum Erzeugen des bewegungskompensierten Bildes oder Videos die Bewegungsdaten mit den EKG-Daten und/oder mit der Atemkurve zu fusionieren, also zu kombinieren. Durch die EKG-Daten und/oder die Atemkurve ist dabei eine jeweilige Randbedingung für die Bewegungskompensierung vorgegeben. Mit anderen Worten ist das bildgebende Gerät also dazu eingerichtet, eine Fusion von Mess- oder Sensordaten aus verschiedenen Quellen durchzuführen.
Die EKG-Daten und/oder die durch die Beatmungsmaschine vorgegebene Atemkurve bilden zusammen mit den Bewegungsdaten eine breitere Datenbasis, wodurch eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit oder Konfidenz der Bewegungskompensation verbessert werden kann. Dies ist beispielsweise darauf zurückzuführen, dass sämtliche dieser Größen oder Daten fehlerbehaftet sein können, diese Fehler oder Messungenauigkeiten aber unabhängig voneinander sind. Zudem können die EKG-Daten und/oder die Atemkurve beispielsweise als Referenz für die Bewegungsdaten dienen, um eine Sensordrift von Sensoren der inertialen Messeinheit zu erkennen und gegebenenfalls auszugleichen oder abzufangen. Insbesondere können die EKG-Daten und/oder die Atemkurve eine Periodizität für die Bewegungsdaten vorgeben.
Um die EKG-Daten und/oder die Atemkurve mit den Bewegungsdaten zu fusionieren oder zu kombinieren kann im einfachsten Fall beispielsweise aus allen unterschiedlichen Datenarten eine jeweilige Bewegung des Zielobjekts bestimmt und anschließend daraus eine gemittelte Bewegung des Zielobjekts bestimmt und für die Bewegungskompensierung verwendet werden.
Auch wenn dies hier nicht explizit beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft auch für Subtraktionsmodi beispielsweise für ein Roadmap-Verfahren oder eine digitale Subtraktionsangiographie (DSA) verwendet werden, gegebenenfalls in Verbindung mit bereits bekannten Methoden. Weiterhin können einige oder alle der beschriebenen Ausgestaltungen, Weiterbildungen, Maßnahmen oder Vorgehensweisen, beispielsweise für eine weiter verbesserte Genauigkeit der Registrierung, miteinander kombiniert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos. Bei dem Verfahren werden mittels einer Datenerfassungseinrichtung Bilddaten eines Zielobjekts erfasst. Insbesondere wenn es sich bei den Bilddaten beispielsweise um Röntgen- oder MR-Bilddaten handelt, kann mittels einer Rekonstruktionseinrichtung aus diesen Röntgen- oder MR-Bilddaten wenigstens ein Röntgenbild oder MR-Bild des Zielobjekts erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei dem Verfahren mittels einer Registrierungseinrichtung eine Pose einer inertialen Messeinheit erfasst und darauf basierend eine Registrierung zwischen Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit und den Bilddaten oder wenigstens einem aus diesen erzeugten Bild durchgeführt wird. Weiter werden Bewegungsdaten von der an dem Zielobjekt angeordneten inertialen Messeinheit erfasst. Das bewegungskompensierte Bild oder Video wird dann automatisch unter Verarbeiten zumindest der Bewegungsdaten erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also als Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen bildgebenden Geräts verstanden werden. Dementsprechend können die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Einrichtungen und Geräte insbesondere die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen bildgebenden Gerät genannten Einrichtungen und Geräte sein. Einige oder alle der im Zusammenhang mit den übrigen Aspekten, insbesondere im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen bildgebenden Gerät beschriebenen Maßnahmen oder Vorgehensweisen können als weitere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein computerimplementiert das Verfahren sein. Dementsprechend ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm, welches Befehle oder Steueranweisungen umfasst, die bewirken, dass das erfindungsgemäße bildgebende Gerät bei Ausführen des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts oder Computerprogramms zumindest eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Speichermedium, auf dem zumindest eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts gespeichert ist. Auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium können darüber hinaus weitere Befehle oder weitere Steueranweisungen oder weiterer Programmcode gespeichert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der inertialen Messeinheit und/oder durch Nachverfolgen von Markern und/oder durch gegebenenfalls simultane Fluoroskopie die Bewegung oder Bewegungstrajektorie des Zielobjekts, beispielsweise während wenigstens eines Atemzyklus, aufgezeichnet werden. Während des Aufnehmens der Bilddaten zum Abbilden des Zielobjekts kann die so bestimmte Bewegung oder Bewegungstrajektorie dann einer Bewegung des bildgebenden Geräts, beispielsweise eines C-Bogens, aufaddiert werden. Damit bewegt sich dann also das bildgebende Gerät oder zumindest eine Bildaufnahmeeinrichtung des bildgebenden Geräts, mit dem Zielobjekt mit, sodass das bildgebende Gerät oder dessen Bildaufnahmeeinrichtung und das Zielobjekt relativ zueinander in Ruhe sind bis auf die zum Aufnehmen der Bilddaten notwendigen Relativbewegung des bildgebenden Geräts oder dessen Bildaufnahmeeinrichtung. Das bildgebende Gerät oder dessen Bildaufnahmeeinrichtung vollzieht dann also beispielsweise die Atembewegung des Zielobjekts nach, wodurch diese effektiv kompensiert wird und somit nicht zu einem Verschwimmen oder eine Unschärfe in einem rekonstruierten Bild oder einem Live-Bild, beispielsweise einem Live-Röntgenbild, führt. Dieses Vorgehen, also das Bewegen einer Hardware kann zusätzlich zu den anderen beschriebenen Maßnahmen vorgesehen werden, die in Software ausgeführt werden können. Die Software-Bewegungskompensation kann also zusätzlich durchgeführt werden, um beispielsweise auf einer Ungenauigkeit oder Trägheit bei der Steuerung des bildgebenden Geräts noch verbleibende Bewegungsartefakte zu korrigieren oder zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße bildgebende Gerät kann, insbesondere als Teil der genannten Einrichtungen, ein erfindungsgemäßes computerlesbares Speichermedium aufweisen. Weiter kann das erfindungsgemäße bildgebende Gerät zum Ausführen des auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium gespeicherten Computerprogramms oder Programmcodes wenigstens eine Prozessoreinrichtung, beispielsweise einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, aufweisen, welche beziehungsweise welcher mit dem computerlesbaren Speichermedium über eine Datenverbindung verbunden oder gekoppelt ist.
Die vorliegend für eine oder im Zusammenhang mit einer Röntgenbildgebung beschriebenen Merkmale, Ausgestaltungen und/oder Vorgänge können entsprechend übertragen für andere Bildgebungsverfahren, beispielsweise Ultraschall, Magnetresonanzbildgebung, Endoskop- oder Videobildgebung oder dergleichen, gelten und angewendet werden.
Die bisher und im Folgenden angegebenen Eigenschaften und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die entsprechenden Vorteile sind jeweils sinngemäß wechselseitig zwischen diesen und ebenso auf die anderen Aspekte der Erfindung, also auf das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt und das erfindungsgemäße computerlesbare Speichermedium übertragbar und umgekehrt. Es gehören also zu der Erfindung auch solche Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bildgebenden Geräts, des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermediums, welche Ausgestaltungen aufweisen, die hier zur Vermeidung unnötiger Redundanz nicht explizit in der jeweiligen Kombination oder für jeden dieser Aspekte der vorliegenden Erfindung separat beschrieben sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines bildgebenden Geräts; und
2 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan für ein Verfahren zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos eines Zielobjekts.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines bildgebenden Geräts 1 mit einer Strahlquelle 2 und einem Detektor 3. Vorliegend ist das bildgebende Gerät 1 als Röntgengerät ausgebildet. Ebenso gelten die im Folgenden beschriebenen Beispiele jedoch analog für andere Arten von bildgebenden Geräten, beispielsweise ein MR- oder Ultraschallgerät oder ein Endoskop. Die hier dargestellte Form als C-Bogen-Gerät ist dabei rein beispielhaft und schematisch zu verstehen. Insbesondere kann das bildgebende Gerät 1 beispielsweise als Computertomograph ausgebildet sein. Zwischen der Strahlquelle 2 und dem Detektor 3 ist vorliegend ein Patiententisch 4 angeordnet, auf dem sich ein zu untersuchender oder abzubildender Patient 5 befindet. Der Patiententisch 4 weist einen Antrieb 6 auf, mittels welchem der Patiententisch 4 bewegbar oder verstellbar ist. Mittels des Antriebs 6 kann im vorliegenden Beispiel also der Patiententisch 4 und damit der Patient 5 relativ zu der Strahlquelle 2 und dem Detektor 3 in verschiedene Raumrichtungen hin und her verstellt oder bewegt werden.
Das bildgebende Gerät 1 umfasst vorliegend eine hier rein schematisch angedeutete Datenverarbeitungseinrichtung 7 mit einem computerlesbaren Speichermedium 8 und einer damit verbundenen Prozessoreinrichtung 9. Auf dem Speichermedium 8 ist ein Computerprogramm oder Programmcode abgespeichert, welcher ein Verfahren zum Betreiben des bildgebenden Geräts zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos des Patienten 5 oder eines Teilbereiches des Patienten 5 kodiert oder repräsentiert. Dieses Computerprogramm oder dieser Programmcode ist zum Ausführen des Verfahrens durch die Prozessoreinrichtung 9 ausführbar.
Weiterhin ist hier eine mit der Datenverarbeitungseinrichtung 7 verbundene Anzeigeeinrichtung 10, beispielsweise ein Bildschirm oder Monitor, dargestellt. Die Anzeigeeinrichtung 10 kann Teil des bildgebenden Geräts 1 oder mit diesem verbunden sein. Auf der Anzeigeeinrichtung 10 kann das erzeugte bewegungskompensierte Bild oder Video angezeigt werden.
2 zeigt beispielhaft einen schematischen Ablaufplan 15 für ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen des bewegungskompensierten Bildes oder Videos mittels des bildgebenden Geräts 1. Dieses Verfahren beziehungsweise der Ablaufplan 15 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 näher erläutert.
Beispielsweise bei Computertomografie-Aufnahmen (CT-Aufnahmen), im Abdomen verschwimmen wegen einer Atembewegung oftmals anatomische Strukturen, was rekonstruierte Aufnahmen oder Bilder diagnostisch unbrauchbar machen kann. Insbesondere für Aufnahmen der Leber oder des Gallentrakts wäre eine Bewegungskompensation zur Verbesserung der Qualität der resultierenden Aufnahmen oder Bilder wünschenswert. Erschwerend kommt hierbei hinzu, dass Patienten oftmals nur schwach sediert und nicht aktiv beatmet sind, sodass eine zuverlässige Kontrolle der Atembewegung praktisch unmöglich wird.
Gerade bei interventionellen CT-Aufnahmen der Leber oder des Gallentrakts ist üblicherweise ein Zugang durch ein Instrument 12, beispielsweise einen Katheter oder ein flexibles Endoskop, gegeben, mittels welchem ein röntgensichtbarer Marker und/oder eine Sensorik in oder an ein aufzunehmendes oder abzubildendes Organ 11 des Patienten 5 gebracht werden kann. Somit kann eine, beispielsweise durch die Atmung und/oder einen Herzschlag oder eine sonstige Eigenbewegung des Patienten 5 verursachte, Bewegung des Organs 11 direkt, sozusagen „von innen heraus“, gemessen werden.
Vorliegend ist mittels des Instruments 12 über einen Leistenzugang ein Katheter mit einer integrierten inertialen Messeinheit 13 (IMU) in oder an das Organ 11 gebracht .Der Katheter kann beispielsweise in der Nähe eines Kopfes des Instruments 12 belassen werden oder in einen Gallengang eingeführt sein. Vorzugsweise hat der Katheter nur einen geringen Metallanteil, um Bildartefakte zu vermeiden. Die oder eine weitere inertialen Messeinheit 13 kann ebenso in oder an dem Kopf des Instruments 12 angeordnet oder integriert sein.
Vorzugsweise sind röntgensichtbare Marker oder Markierungspunkte an dem Katheter, insbesondere in der Nähe der inertialen Messeinheit 13, und/oder an der inertialen Messeinheit 13 angeordnet und/oder die inertiale Messeinheit 13 selbst ist röntgensichtbar ausgebildet, kann also als röntgensichtbarer Marker oder Markierungspunkt verwendet werden.
Bevorzugt können entlang des Katheters oder entlang des Instruments 12 mehrere initiale Messeinheiten 13 vorhanden oder angeordnet sein, sodass eine Bewegung des Organs 11 an mehreren Stellen gemessen werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise über ein biomechanisches Modell des Organs 11 und/oder per räumlicher Interpolation eine nicht-rigide Organbewegung des Organs 11 modelliert werden. Beispielsweise bei der sogenannten iVATS (englisch: image-guided video assisted thoracoscopic surgery) werden mitunter Marker (englisch: Fiducials) zur Markierung von Läsionen verwendet. Diese Marker sind dabei an einem hier ebenfalls schematisch angedeuteten Draht 14 befestigt, welcher entlang eines Nadelpfades aus dem Patienten 5 heraus oder von dem Patienten 5 weg führt. Vorliegend sind in diesen Markern weitere initiale Messeinheiten 13 integriert, wobei vorliegend der Übersichtlichkeit halber lediglich eine dieser weiteren initialen Messeinheiten 13 an einer Oberfläche des Organs 11 dargestellt ist. Der Draht 14 ist mit einem von dem Patienten 5 abgewandten Ende mit der Datenverarbeitungseinrichtung 7 verbunden und dient vorliegend als Datenleitung zum Übermitteln von Mess- oder Sensordaten der initialen Messeinheiten 13 an die Datenverarbeitungseinrichtung 7. Unter Verwendung dieser Mess- oder Sensordaten, welche durch die initialen Messeinheiten 13 aufgenommen und bereitgestellt werden, lassen sich jeweilige Orte der Marker während eines Eingriffs oder einer Intervention oder Operation vorteilhaft leichter lokalisieren.
Vorliegend ist es vorgesehen, dass mittels der initialen Messeinheiten 13 während eines 3D-Laufs, also während eines Aufnehmens eines 3D-CT-Datensatzes des Patienten 5 oder des Organs 11, eine dabei stattfindende lokale Bewegung des Organs 11 gemessen wird. Da die initialen Messeinheiten 13 in oder an dem Organ 11 angeordnet sind, vollziehen die initialen Messeinheiten 13 die Bewegung des Organs 11 nach. Auf Basis oder Grundlage entsprechender mittels der initialen Messeinheiten 13 aufgenommenen Bewegungsdaten wird dann bei einer Bilderzeugung oder Bildrekonstruktion aus dem 3D-CT-Datensatz die Bewegung des Organs 11 kompensiert, sodass ein bewegungskompensiertes Bild oder Video des Patienten 5 beziehungsweise des Organs 11 erzeugt wird. Ebenso können die mittels der initialen Messeinheiten 13 aufgenommenen Bewegungsdaten als Basis für ein bewegungskompensiertes Overlay, also ein bewegungskompensiertes Überlagerungsbild, verwendet werden, da die initialen Messeinheiten 13, zumindest annähernd, die gleiche Bewegung vollführen wie das untersuchte Organ 11.
Zunächst besteht jedoch das Problem, dass die initialen Messeinheiten 13 nur relative Bewegungsdaten in ihren eigenen Koordinatensystem liefern und eine absolute Bewegungskurve, also ein Ort und eine Orientierung, der initialen Messeinheiten 13 in dem Koordinatensystem des bildgebenden Geräts 1, also etwa relativ zu der Strahlquelle 2 und den Detektor 3, zunächst nicht bekannt sind. Es besteht also die Herausforderung, eine Registrierung zwischen den Raumachsen des jeweiligen lokalen Koordinatensystems der initialen Messeinheiten 13, in dem die Bewegung, also eine Translation und/oder Rotation, gemessen oder detektiert wird, und dem Koordinatensystem des bildgebenden Geräts, auch bezeichnet als Röntgen-Koordinatensystem, zu bestimmen.
Diese Registrierung wird vorliegend in einem Verfahrensschritt S1 durchgeführt. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten, welche alternativ oder in Kombination miteinander angewendet werden können.
Als pragmatische Lösung kann die jeweilige räumliche Orientierung der initialen Messeinheiten 13 vor dem 3D-Lauf bestimmt werden, indem der Patiententisch 4 mittels des Antriebs 6nach oben und unten sowie seitlich verfahren wird und ein dabei aufgenommenes Messsignal der initialen Messeinheiten 13, also entsprechende Bewegungsdaten, entsprechend zugeordnet werden. Der Patiententisch 4 wird also nacheinander in den verschiedenen Raumrichtungen automatisch oder manuell bewegt, bevorzugt mit einer möglichst kleinen Amplitude, die von den initialen Messeinheiten 13 gerade noch detektiert werden kann. Die Bewegung oder ein Bewegungs- oder Verstellumfang für die Bewegung des Patiententisches 4 wird also beispielsweise in Abhängigkeit von einer Empfindlichkeit der initialen Messeinheiten 13 festgelegt. Durch mehrfache Ausführung der Bewegung kann eine Überlagerung einer Atembewegung des Patienten 5 während des Bewegens oder Verstellens des Patiententisches 4 herausgerechnet werden. Alternativ kann die Atmung während der Bewegung des Patiententisches 4 kurz angehalten werden. Optional werden diese Bewegungen des Patiententisches mit relativ kleiner Amplitude während der Bewegungskorrektur wiederholt, also mehrfach immer wieder durchgeführt.
Die jeweilige Position oder der jeweilige Ort der initialen Messeinheiten 13 beziehungsweise des oder der in deren Nähe befindlichen röntgensichtbaren Marker kann durch Rekonstruktion aus wenigstens zwei mittels des bildgebenden Geräts 1 aufgenommenen Projektionen oder Projektionsbildern - zumindest näherungsweise - bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei für die Bestimmung der Position oder des Ortes keine besonders hohe Genauigkeit erforderlich, um eine Bewegungskorrektur oder Bewegungskompensierung und damit eine verbesserte Bildqualität zu erreichen.
Zusätzlich oder alternativ kann durch eine Bilderkennung die Position, also der Ort der initialen Messeinheiten 13 beziehungsweise des oder der entsprechenden röntgensichtbaren Marker in einem, einigen oder allen aufgenommenen Projektionsbildern bestimmt werden. Für den Ort einer der initialen Messeinheiten 13 im n-ten Projektionsbild zum Zeitpunkt t_n kann gelten: $\begin{array}{l} (x_{IMU,}_{Projektionsbild} (t_{n}), y_{IMU,}_{Projektionsbild} (t_{n})) = \\ M_{n} (x_{IMU} (t_{n}), y_{IMU} (t_{n}), z_{IMU} (t_{n})), \end{array}$
wobei im M_n die Projektionsmatrix des n-ten Projektionsbildes bezeichnet. Die Projektionsmatrix M_n beschreibt, wie gemäß einem Strahlengang von der Strahlenquelle 2 zu dem Detektor 3 ein dreidimensionaler Punkt im Raum des Strahlengangs oder Strahlenkegels auf einen oder mehrere Pixel in dem jeweiligen Projektionsbild, also in die 2D-Ebene des Detektors 3, abgebildet wird. Die inertiale Messeinheit 13 zeichnet innerhalb ihres lokalen Koordinatensystems eine Bewegungskurve auf, welche als Tupel (a (t_n) , b(t_n), c(t_n), a(t_n), β (t_n) , γ (t_n) ) mit räumlichen Koordinaten a, b, c und Raum- oder Rotationswinkeln α, β, γ angegeben werden kann. Hier ist ein Ursprung auf den Zeitnullpunkt t₀ gesetzt, sodass also gilt: $(a (t_{0}), b (t_{0}), c (t_{0}), α (t_{0}), β (t_{0}), γ (t_{0})) = 0.$
Eine Umrechnung aus dem lokalen Koordinatensystem der inertialen Messeinheit 13 in das Röntgen- oder Weltkoordinatensystem x, y, z, φ, ν, ω ist gegeben durch: $\begin{array}{l} (x_{IMU} (t_{n}), y_{IMU} (t_{n}), z_{IMU} (t_{n}), φ (t_{n}), ν (t_{n}), ω (t_{n})) = \\ R (a (t_{n}), b (t_{n}), c (t_{n}), α (t_{n}), β (t_{n}), γ (t_{n})) y_{IMU} (t_{0}), \\ z_{IMU} (t_{0}), φ_{IMU} (t_{0}), ν (t_{0}), ω (t_{0})), \end{array}$

mit einer zunächst unbekannten Transformationsmatrix R und unbekannten Koordinaten bei t₀. Bei Verwendung einer ausreichenden Anzahl von Projektionen ist ein sich ergebendes Gleichungssystem überbestimmt und kann mittels bekannter Verfahren numerisch gelöst werden, sodass die Bewegungs- und Drehungs- oder Rotationskurve der inertialen Messeinheit 13 in dem Weltkoordinatensystem bestimmt werden kann.
Daraus kann nun ein Bewegungsfeld, gegebenenfalls mit Drehungs- oder Rotationanteil, des Organs 11 bestimmt und bei der Bildrekonstruktion kompensiert werden.
Gegebenenfalls kann die Berechnung bei passender Wahl der Koordinatensysteme und/oder entsprechender Startpunkte und/oder Parameter vereinfacht werden zu: $\begin{array}{l} (x_{IMU} (t_{n}), y_{IMU} (t_{n}), z_{IMU} (t_{n}), φ (t_{n}), ν (t_{n}), ω (t_{n})) = \\ R (a (t_{n}), b (t_{n}), c (t_{n}), α (t_{n}), β (t_{n}), γ (t_{n})) + (x_{IMU} (t_{0}), \\ y_{IMU} (t_{0}), z_{IMU} (t_{0}), φ (t_{0}), ν (t_{0}), ω (t_{0})) . \end{array}$
Ebenso kann das bildgebende Gerät 1 zur Durchführung einer Fluoroskopie, also zum Aufnehmen von Fluoroskopiedaten oder Fluoroskopiebildern des Patienten 5 oder des Organs 11 ausgebildet sein. Es können dann per Fluoroskopie Atembewegungen aus einer oder mehreren Angulationen mit dem bildgebenden Gerät 1 aufgezeichnet werden und dazu die während dessen mittels der initialen Messeinheiten 13 gemessene Bewegungskurve korreliert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei keine allzu hohe Frame- oder Aufnahmerate notwendig, wie sie beispielsweise für eine flüssige Videodarstellung notwendig wäre, und es muss vorteilhaft auch nicht notwendigerweise ein kompletter Atemzyklus aufgezeichnet werden.
Die Registrierung der initialen Messeinheiten 13 innerhalb einer Bildebene der Projektionsbilder, entsprechend den Koordinaten x, y, z kann über eine Detektion eines röntgensichtbaren Objekts, also beispielsweise der initialen Messeinheiten 13 selbst und/oder der genannten röntgensichtbare Marker, in den Fluoroskopiedaten oder Fluoroskopiebildern abgeleitet werden. Falls keine solche Registrierung vorhanden ist, kann das genannte Overlay oder Überlagerungsbild beispielsweise global gemäß der mittels der initialen Messeinheiten 13 detektierten Bewegungen bewegt oder mitbewegt werden.
Ebenso kann die Registrierung zusätzlich oder alternativ über ein Magnetfeld erfolgen oder unterstützt werden. Dazu weist das bildgebende Gerät 1 vorliegend einen Magnetfeldgenerator 16 zum Erzeugen eines Magnetfeldes mit vorgegebener Struktur im Bereich der initialen Messeinheiten 13 auf. Mittels des Magnetfeldgenerators 16 kann also ein externes Magnetfeld angelegt oder erzeugt werden, gegebenenfalls nacheinander aus mehreren Richtungen. Dieses Magnetfeld wird dann, insbesondere hinsichtlich seiner Richtung, seiner Stärke und/oder seines Gradienten mittels entsprechender Magnetfeldsensoren der initialen Messeinheiten 13 räumlich detektiert. Durch eine Zuordnung zwischen der vorgegebenen Struktur des Magnetfeldes gemäß seiner Erzeugung durch den Magnetfeldgenerator 16 und dem mittels der initialen Messeinheiten 13 gemessenen Magnetfeld ist dann die Registrierung möglich.
Während der eigentlichen Untersuchung oder Abbildung des Patienten 5 oder des Organs 11 werden in einem Verfahrensschritt S2 kontinuierlich die Bewegungskurve, also entsprechende Bewegungsdaten, mittels der initialen Messeinheiten 13 aufgenommen oder aufgezeichnet, was vorliegend durch einen schleifenartigen Programmpfad P1 schematisch angedeutet ist. Parallel dazu werden zum Abbilden des Patienten 5 beziehungsweise des Organs 11 in einem Verfahrensschritt S3 Röntgendaten, also Projektionsbilder oder der 3D-CT-Datensatz, mittels des bildgebenden Geräts 1 aufgenommen. Dabei können nacheinander eine Vielzahl einzelner Projektionsbilder aufgenommen werden, was hier ebenfalls durch den schleifenartigen Programmpfad P1 schematisch angedeutet ist. Vorzugsweise kann dabei durch fortgesetzte Erkennung der Position der initialen Messeinheiten 13 in den aufgenommenen Röntgenbilddaten, also in den aufgenommenen 2D-Projektionsbildern, und durch Abgleich mit den von den initialen Messeinheiten 13 gemessenen Bewegungsdaten fortwährend die Registrierung der Raumachsen des Koordinatensystems oder der Koordinatensysteme der initialen Messeinheiten 13 mit dem Röntgen-Koordinatensystem überprüft und/oder aktualisiert werden.
Je nach Anwendungsfall kann zumindest zeitweise während des Verfahrensschrittes S3, also während des 3D-Laufs und/oder während der Fluoroskopie-Navigation, die Aufnahmerate der Röntgenbilddaten, also der Fluoroskopie- oder Projektionsbilder, automatisch adaptiv abgesenkt und/oder erhöht werden. Dies ist hier schematisch durch einen Programmpfad P2 und einen Verfahrensschritt S4, in dem die jeweilige Adaption oder Anpassung der Aufnahmerate durchgeführt wird, sowie einen Programmpfad P3 schematisch angedeutet.
Im Allgemeinen kann jeweils eine der initialen Messeinheiten 13 ausreichend viele Beschleunigungs- und Rotations- oder Drehratensensoren aufweisen, sodass Bewegungen und Drehungen in alle Raumrichtungen und um alle Raumachsen detektiert werden können. Ebenso ist es jedoch möglich, beispielsweise aus Kosten- und/oder Platzgründen, eine vereinfachte inertiale Messeinheit 13 zu verwenden, welche beispielsweise lediglich eine Beschleunigung in eine oder zwei Raumrichtungen messen kann. Auch in einem solchen Fall können die entsprechenden Bewegungs- oder Beschleunigungsdaten vorteilhaft für eine Bewegungskompensierung und somit letztlich für eine verbesserte Bildqualität verwendet werden. Dazu können diese Bewegungsdaten beispielsweise mit einer bildbasierten Aufzeichnung oder Bestimmung eines Bewegungszyklus des Patienten 5 kombiniert werden.
Parallel können in einem Verfahrensschritt S5 weitere Daten, beispielsweise ein EKG-Signal und/oder eine Atemkurve und/oder dergleichen mehr, aufgezeichnet werden.
In einem Verfahrensschritt S6 werden die verfügbaren Daten, also die Röntgenbilddaten, die Bewegungsdaten und gegebenenfalls die weiteren Daten miteinander kombiniert, um das bewegungskompensierte oder bewegungskorrigierte Bild oder Video zu erzeugen. Es kann die Bewegungskompensation des genannten Overlays beispielsweise im Falle einer Kompensation von Herzbewegungen durch eine Kombination der Bewegungsdaten aus den initialen Messeinheiten 13 und den EKG-Daten erfolgen.
Das im Verfahrensschritt S6 erzeugte bewegungskompensierte Bild kann beispielsweise ein bewegungskompensiertes CT-Volumenbild oder das genannte bewegungskompensierte Overlay sein. Das Overlay kann beispielsweise ein virtuelles Objekt oder Modell, beispielsweise des Katheters oder des Instruments 12 und/oder des Organs 11 sein oder umfassen und beispielsweise einem Röntgen- oder Projektionsbild oder einem Laparoskopvideo bewegungskompensiert überlagert werden.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Ablaufplan 15 rein schematisch zu verstehen ist. Die genannten Verfahrensschritte S1 bis S6 können also beispielsweise in unterschiedlichen zeitlichen Relationen zueinanderstehen oder ausgeführt werden, beispielsweise zeitlich überlappend oder sequenziell nacheinander. Die Verfahrensschritte S1 bis S6 sowie die Programmpfade P1 bis P3 können Programmmodule, Funktionsblöcke oder Funktionen eines Computerprogramms sein oder repräsentieren, welches das hier beschriebene Verfahren kodiert, also dessen Ausführung veranlassen oder bewirken kann.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele, wie durch Verwendung einer inertialen Messeinheit 13 eine Bewegungskompensation beispielsweise für CT-Aufnahmen oder für ein Overlay, also ein Überlagerungsbild, verwendet werden kann, um, insbesondere ohne zusätzliche Strahlenbelastung für den Patienten 5, letztendlich eine verbesserte Bildqualität zu erreichen oder zu ermöglichen.

Claims

Bildgebendes Gerät (1) zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos, aufweisend - eine Datenerfassungseinrichtung (2, 3, 7) zum Erfassen von Bilddaten eines Zielobjekts (5, 11), und dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, - mittels einer Registrierungseinrichtung (7, 9) eine Pose einer inertialen Messeinheit (13) zu erfassen und darauf basierend eine Registrierung zwischen Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit (13) und den Bilddaten oder einem daraus erzeugten Bild durchzuführen, - Bewegungsdaten von der an dem Zielobjekt angeordneten inertialen Messeinheit (13) zu erfassen, und - durch Verarbeiten der Bewegungsdaten das bewegungskompensierte Bild oder Video zu erzeugen.
Bildgebendes Gerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, als die Bilddaten einen 3D-CT-Datensatz zu erfassen, gleichzeitig dazu die Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit (13) zu erfassen, und als das bewegungskompensierte Bild aus dem 3D-CT-Datensatz und den Bewegungsdaten ein bewegungskompensiertes 3D-Bild des Zielobjekts zu rekonstruieren.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, aus den Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit (13) als das Bild ein bewegungskompensiertes Überlagerungsbild zu erzeugen und dieses den Bilddaten oder einem aus den Bilddaten erzeugten Bild zu überlagern.
Bildgebendes Gerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, bei Erfassen der Bewegungsdaten automatisch eine Aufnahmerate, mit welcher das bildgebende Gerät (1) die Bilddaten erfasst, auf oder um einen vorgegebenen Wert zu reduzieren.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, - regelmäßig wiederholt Bilddaten zu erfassen, - anhand eines Kontrastes der Bilddaten oder eines daraus erzeugten Bildes automatisch eine Kontrastmittelinjektion zu detektieren, und - auf eine Detektion einer Kontrastmittelinjektion hin automatisch eine Aufnahmerate für die Bilddaten auf oder um einen vorgegebenen Wert zu erhöhen.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) eine mit einem Antrieb (6) ausgestattete, beweglich gelagerte Ablage (4) zum Anordnen des Zielobjekts (5) darauf aufweist und dazu eingerichtet ist, bei einer Bewegung der Ablage (4) in verschiedenen Raumrichtungen diese Bewegung und die Bewegungsdaten der inertialen Messeinheit (13) zum Bestimmen der Pose oder einer Orientierung der inertialen Messeinheit (13) miteinander in Beziehung zu setzen, bevorzugt unter zusätzlicher Berücksichtigung der Bilddaten.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, für die Registrierung in den Bilddaten automatisch ein vorgegebenes Objekt (12, 13) zu erkennen, wobei das Objekt (12, 13) die inertiale Messeinheit (13) selbst und/oder wenigstens ein in einer vorgegebenen räumlichen Lagebeziehung dazu angeordneter Marker ist.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) einen Draht (14) umfasst, entlang welchem wenigstens ein röntgensichtbarer Marker angeordnet ist, wobei in oder an dem wenigstens einen Marker jeweils die inertiale Messeinheit (13) angeordnet ist und der Draht (14) als Datenleitung zum Übermitteln der Bewegungsdaten der jeweiligen inertialen Messeinheit (13) an diese angeschlossen ist.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, als die Bilddaten Fluoroskopiedaten des Zielobjekts (5, 11) gleichzeitig mit den Bewegungsdaten zu erfassen, aus den Fluoroskopiedaten eine Atemkurve des Zielobjekts (5, 11) zu bestimmen und damit die Bewegungsdaten für die Registrierung zu korrelieren.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die inertiale Messeinheit (13) zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst und das bildgebende Gerät (1) dazu eingerichtet ist, während einer zyklischen Bewegung, insbesondere während einer Atembewegung, des Zielobjekts (5, 11) die Bilddaten und gleichzeitig die Bewegungsdaten zu erfassen, anhand der Bewegungsdaten eine jeweilige Phase der zyklischen Bewegung, insbesondere eine Atemphase, zu bestimmen und die Bewegungskompensierung basierend auf der jeweils bestimmten Phase durchzuführen.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die inertiale Messeinheit (13) wenigstens einen Magnetfeldsensor aufweist und dazu eingerichtet ist, eine Stärke und/oder Richtung eines jeweiligen lokalen Magnetfeldes zu messen, und - das bildgebende Gerät (1) einen Magnetfeldgenerator (16) umfasst, und dazu eingerichtet ist, - mittels des Magnetfeldgenerators (16) im Bereich der inertialen Messeinheit (13) ein Magnetfeld mit einer vorgegebenen räumlichen Struktur relativ zu dem Koordinatensystem der Bilddaten zu erzeugen, und - für die Registrierung die Pose der inertialen Messeinheit (13) aus der von dieser gemessenen Stärke und/oder Richtung des erzeugten Magnetfeldes zu bestimmen.
Bildgebendes Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebenden Gerät (1) dazu eingerichtet ist, zusätzlich EKG-Daten des Zielobjekts (5) und/oder eine Atemkurve einer das Zielobjekt (5) versorgenden Beatmungsmaschine zu erfassen und zum Erzeugen des bewegungskompensierten Bildes oder Videos die Bewegungsdaten mit den EKG-Daten und/oder der Atemkurve zu fusionieren, wobei durch die EKG-Daten und/oder die Atemkurve eine jeweilige Randbedingung vorgegeben ist.
Verfahren (15) zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos, bei dem mittels einer Datenerfassungseinrichtung (2, 3, 7) Bilddaten eines Zielobjekts (5, 11) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels einer Registrierungseinrichtung (7, 9) eine Pose einer inertialen Messeinheit (13) erfasst und darauf basierend eine Registrierung zwischen Koordinatensystemen der inertialen Messeinheit (13) und den Bilddaten oder einem daraus erzeugten Bild durchgeführt wird, - Bewegungsdaten von der an dem Zielobjekt (5, 11) angeordneten inertialen Messeinheit (13) erfasst werden, und - unter Verarbeiten zumindest der Bewegungsdaten das bewegungskompensierte Bild oder Video automatisch erzeugt wird.
Computerprogrammprodukt (15), umfassend Befehle, welche bewirken, dass ein bildgebendes Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 das Verfahren nach Anspruch 13 ausführt.
Computerlesbares Speichermedium (8), auf dem ein Computerprogrammprodukt (15) nach Anspruch 14 gespeichert ist.