DE10322739B4 - Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes - Google Patents
Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes Download PDFInfo
- Publication number
- DE10322739B4 DE10322739B4 DE10322739A DE10322739A DE10322739B4 DE 10322739 B4 DE10322739 B4 DE 10322739B4 DE 10322739 A DE10322739 A DE 10322739A DE 10322739 A DE10322739 A DE 10322739A DE 10322739 B4 DE10322739 B4 DE 10322739B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- image
- preoperative
- registration
- navigation
- arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 22
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000009206 nuclear medicine Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000002600 positron emission tomography Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
- A61B2090/364—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
- A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
- A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Abstract
Verfahren
zur markerlosen Navigation eines medizinischen Instrumentes in präoperativen
3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– Aufnehmen eines intraoperativen 3D-Bildes D mit einem C-Bogen (S2),
– Registrieren N des medizinischen Instrumentes 11 bezüglich des intraoperativen 3D-Bildes D wodurch eine Registriermatrix MDN erhalten wird (S3),
– Registrieren des intraoperativen 3D-Bildes D bezüglich eines vorliegenden präoperativen 3D-Bildes E mittels bildbasierter Registrierung, wodurch eine Registriermatrix MED erhalten wird (S4),
– Navigieren des medizinischen Instrumentes 11 in dem präoperativen 3D-Bild E.
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– Aufnehmen eines intraoperativen 3D-Bildes D mit einem C-Bogen (S2),
– Registrieren N des medizinischen Instrumentes 11 bezüglich des intraoperativen 3D-Bildes D wodurch eine Registriermatrix MDN erhalten wird (S3),
– Registrieren des intraoperativen 3D-Bildes D bezüglich eines vorliegenden präoperativen 3D-Bildes E mittels bildbasierter Registrierung, wodurch eine Registriermatrix MED erhalten wird (S4),
– Navigieren des medizinischen Instrumentes 11 in dem präoperativen 3D-Bild E.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation beispielsweise eines medizinischen Instrumentes in einem präoperativ aufgenommenen 3D-Bild. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Navigation die auf anatomische und/oder künstliche Marker verzichtet.
- In zunehmendem Maß erfolgen Untersuchungen oder Behandlungen eines erkrankten Patienten minimal-invasiv, d.h. mit möglichst geringem operativen Aufwand. Als Beispiel sind Behandlungen mit Endoskopen, Laparoskopen oder Kathetern zu nennen, die jeweils über eine kleine Körperöffnung in den Untersuchungsbereich des Patienten eingeführt werden. Katheter beispielsweise kommen häufig im Rahmen kardiologischer Untersuchungen zum Einsatz.
- Das Problem aus medizinisch-technischer Sicht besteht darin, dass das medizinische Instrument (im folgenden wird als nicht einschränkendes Beispiel von einem Katheter gesprochen) während des Eingriffs (Operation, Untersuchung) durch eine intraoperative Röntgenkontrolle mit dem C-Bogen zwar sehr exakt und hochaufgelöst während der Intervention visualisiert werden kann, jedoch kann zum einen die Anatomie des Patienten während der Intervention in den C-Bogen-Bildern nur ungenügend abgebildet werden. Zum andern besteht oftmals der Wunsch des Arztes, im Rahmen einer Operations-Planung das medizinische Instrument in einem vor der Intervention (präoperativ) aufgenommenen 3D-Bildes (3D-Datensatz) darzustellen.
- Die Druckschrift
DE 101 51 438 A1 offenbart ein Verfahren zur intraoperativen 3-D-Bildgebung, insbesondere bei Verwendung kleiner mobiler C-Bogen-Systeme, wobei ein präoperativ gene rierter 3-D-Bilddatensatz mit großem Volumen durch einen intraoperativ erzeugten kleinvolumigen 3-D-Bilddatensatz markerlos registriert wird. - Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die aktuelle Position und Lage medizinischer Instrumente in einfacher Weise in präoperativ gewonnenen 3D-Bildern zu visualisieren um das Instrument in dem präoperativen 3D-Bild navigieren zu können.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
- Es wird also ein Verfahren beansprucht zur markerlosen Navigation eines medizinischen Instrumentes in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes
gekennzeichnet durch folgende Schritte: - – Aufnehmen eines intraoperativen 3D-Bildes D mit einem C-Bogen,
- – Registrieren des medizinischen Instrumentes N bezüglich des intraoperativen 3D-Bildes D wodurch eine Registriermatrix MDN erhalten wird,
- – Registrieren des intraoperativen 3D-Bildes D bezüglich eines vorliegenden präoperativen 3D-Bildes E mittels bildbasierter Registrierung, wodurch eine Registriermatrix MED erhalten wird,
- – Navigieren des medizinischen Instrumentes N in dem präoperativen 3D-Bild E.
- Erfindungsgemäß wird das präoperative 3D-Bild E in einem ersten Schritt aufgenommen.
- Vorteilhafterweise wird die Registriermatrix MDN nach einem Konzept der markerlosen Registrierung erhalten.
- Weiterhin vorteilhaft wird die Registriermatrix MED durch eine bildbasierte Registrierung des präoperativen 3D-Bildes E bezüglich des intraoperativen 3D-Bildes D erhalten.
- Erfindungsgemäß wird bei dem Bestimmen der Registriermatrix MED eine C-Bogenverwindung berücksichtigt.
- Bei der Navigation im präoperativen 3D-Bild E werden gemäß der vorliegenden Erfindung Ergebnisse einer Eingriffsplanung berücksichtigt.
- Ferner wird ein C-Bogen-Gerät beansprucht welches zur Durchführung der Verfahren gemäß den obigen Ansprüchen 1 bis 6 geeignet ist.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung, -
2 zeigt eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung einer markerbasierten Registrierung zweier 3D-Bilder, -
3 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung1 , wobei hier nur die wesentlichen Teile dargestellt sind. Die Einrichtung umfaßt eine Aufnahmeeinrichtung2 zur Aufnahme zweidimensionaler Durchleuchtungs-Bilder (2D-Fluoro-Bilder) bzw. zur Aufnahme eines 3D-Datensatzes (der sich allerdings aus einem Bündel von 2D-Fluoro-Bildern zusammensetzt). Die Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung1 besteht aus einem C-Bogen3 , an dem eine Röntgenstrahlenquelle4 und ein Strahlendetektor5 , z.B. ein Festkörperbilddetektor, und eine Tool-Platte TP angeordnet sind. Der Untersuchungsbereich6 eines Patienten7 befindet sich vorzugsweise im Isozentrum des C-Bogens, so dass er in voller Gestalt in einem mittels C-Bogen intraoperativ aufgenommenen 3D-Bild D zu sehen ist. - In unmittelbarer Nähe der Aufnahmeeinrichtung
2 befindet sich ein Navigationssensor S durch den die aktuelle Position der Tool-Platte TP und damit die Position eines mittels C-Bogen intraoperativ aufgenommenen 3D-Bildes sowie die Position und Lage eines für den Eingriff verwendeten medizinischen Instrumentes11 erfasst werden kann. - Der Betrieb der Einrichtung
1 wird über eine Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung8 gesteuert, die u.a. auch den Bildaufnahmebetrieb steuert. Sie umfaßt ferner eine nicht näher gezeigte Bildverarbeitungseinrichtung. In dieser ist unter anderem ein 3D-Bilddatensatz E vorhanden, der präoperativ aufgenommen wurde. Dieser präoperative Datensatz E kann mit einer beliebigen Bildgebungsmodalität aufgenommen worden sein, beispielsweise mit einem Computertomographiegerät CT, einem Magnetresonanztomographie-Gerät MRT, einem Ultraschall-Gerät UR, einem nuklearmedizinischen Gerät NM, einem Positron-Emissionstomographie-Gerät PET, usw. Zum anderen liegt der Bildverarbeitungseinrichtung ein mit dem C-Bogen-Gerät2 intraoperativ aufgenommenes 3D-Bild D vor, dessen Position relativ zu dem Navigationssystem S genau definiert ist. - Im gezeigten Beispiel wird in den Untersuchungsbereich
6 , hier das Herz, ein Katheter11 eingeführt. Die Position und Lage dieses Katheters11 kann zum einen durch das Navigationssystem S erfasst und in dem intraoperativen 3D-Bild D in seiner aktuellen Position und Lage visualisiert werden. Die Position des medizinischen Instrumentes11 in dem 3D-Bild D kann dabei durch eine Matrix MDN angegeben werden. Ein solches 3D-Bild ist in1 unten in Form einer Prinzipdarstellung vergrößert gezeigt. - Die vorliegende Erfindung stellt nun ein Verfahren bereit, bei dem das medizinische Instrument
11 in das präoperative 3D-Bild E eingeblendet und dadurch in diesem navigiert werden kann. Dies ist insofern sinnvoll, als dass das präoperative 3D-Bild mittels eines für die aktuelle klinische Fragestellung spezifischen Aufnahmeverfahrens (hochaufgelöst, funktionell etc.) gemessen worden sein kann. - In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Abbildungsvorschrift gefunden wie das medizinische Instrument
11 in dem in beliebiger C-Bogenposition aufgenommenen intraoperativen 3D-Bild D abgebildet und damit navigiert werden kann. Eine solche Abbildungsvorschrift wird – wie bereits erwähnt – durch eine Matrix MDN angegeben und auch als "Registrierung" bezeichnet. Dann wird eine weitere Abbildungsvorschrift (Registrierung) gesucht wie das intraoperative 3D-Bild D welches das medizinische Instrument11 enthält relativ zu dem präoperativen 3D-Bild korreliert ist. Eine solche Abbildungsvorschrift (Registrierung, Korrelation) wird durch eine Matrix MED angegeben. Durch Verkettung beider Abbildungsvorschriften bzw. Matrizen ist eine Transformation N des Instrumentes11 in das 3D-Bild E möglich. - Das Ergebnis einer solchen Transformation ist in
1 in Form eines an einem Monitor13 gezeigten überlagerten Bildes15 dargestellt, in dem das Instrument11 sowie beide 3D-Bilder E und D fusioniert bzw. überlagert worden sind. - Um eine korrekte (lagerichtige) Überlagerung eines intraoperativen 3D-Bildes mit einem präoperativen 3D-Bild E realisieren zu können, ist es notwendig beide Bilder bezüglich einander bzw. jeweils bezüglich des Navigationssensors S zu registrieren, d.h. ihre Koordinatensysteme zueinander zu korrelieren. Eine Registrierung ist – wie oben erwähnt – eine Abbildungsvorschrift und definiert die Lage eines Koordinatensystems in einem bzw. bezüglich eines anderen Koordinatensystems. Im englischen Sprachraum wird eine solche Registrierung auch als "Matching" bezeichnet. Eine solche Registrierung kann beispielsweise am Bildschirm interaktiv durch den Benutzer erfolgen.
- Zur Registrierung zweier 3D-Bilder sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar:
- 1. Es besteht die Möglichkeit in dem ersten der beiden 3D-Bilder ein sinnvollerweise aber mehrere Bildelemente zu identifizieren und das bzw. die gleichen Bildelemente in dem zweiten 3D-Bild zu identifizieren und dann dieses zweite 3D-Bild durch Translation und/oder Rotation und/oder 2D-Projektion bezüglich des ersten 3D-Bildes so auszurichten, dass die inhaltliche Struktur beider 3D-Bilder zur Deckung gebracht werden kann. Derartige Bildelemente werden als "Marker" bezeichnet und können anatomischen Ursprungs oder aber künstlich angebracht worden sein. Marker anatomischen Ursprungs – wie beispielsweise Gefäßverzweigungspunkte, kleine Abschnitte koronarer Arterien aber auch Mundwinkel oder Nasenspitze – werden als "anatomische Marker" bezeichnet. Künstlich ein- bzw. angebrachte Markierungspunkte werden als "künstliche Marker" bezeichnet. Künstliche Marker sind beispielsweise Schrauben, die in einem präoperativen Eingriff gesetzt werden, oder aber einfach Objekte, die auf der Körperoberfläche befestigt (beispielsweise aufgeklebt) werden. Anatomische oder künstliche Marker können vom Benutzer interaktiv in dem ersten 3D-Bild festgelegt (z.B. durch Anklicken am Bildschirm) und anschließend im zweiten 3D-Bild durch geeignete Analysealgorithmen gesucht und identifiziert werden. Eine derartige Registrierung wird als "markerbasierte Registrierung" bezeichnet.
- 2. Eine weitere Möglichkeit ist die sogenannte "Bild-basierte Registrierung". Hierbei werden beide 3D-Bilder (jedes in Form eines Würfels) hintereinander angeordnet (rechnerisch, beispielsweise am Bildschirm), mittels einem Parallelstrahlenbündel aufeinander projiziert und die Korrelation ermittelt. Einer der beiden Würfel wird solange gedreht und/oder verschoben und/oder gestreckt, dass die Korrelation eine minimale Abweichung erfährt. Zweckmäßig wird hierbei der bewegte Würfel benutzergeführt zunächst in eine Position gebracht, in der es dem zweiten Würfel möglichst ähnlich ist und dann erst der Optimierungszyklus initiiert, um so die Rechenzeit für die Registrierung zu verkürzen.
-
2 zeigt eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der markerbasierten 3D-3D-Registrierung, in diesem Falle zweier würfelförmiger 3D-Bilder. Gezeigt ist ein erstes würfelförmiges 3D-Bild E (beispielsweise ein präoperativer 3D-Datensatz) welches drei Marker (Marker 1, 2 und 3) aufweist sowie ein zweites würfelförmiges 3D-Bild D (beispielsweise ein intraoperativer Datensatz) in seiner ursprünglichen Form unmittelbar nach seiner Erstellung. Zur Registrierung müssen die Markerpunkte 1, 2 und 3 in dem ersten 3D-Bild E identifiziert und die korrespondierenden Punkte in dem zweiten 3D-Bild D durch den Benutzer interaktiv (beispielsweise durch Anklicken mit der Maus am Bildschirm) lokalisiert werden. Durch Rotation, Translation und gegebenenfalls durch Skalierung wird aus den korrespondierenden Punktepaaren (hier Marker 1, 2 und 3) die Koordinatentransformation zwischen dem ersten 3D-Bild E und dem zweiten 3D-Bild D bestimmt, durch die die Struktur beider 3D-Bilder zur Deckung gebracht werden kann. Die Ermittlung einer solchen Koordinatentransformation stellt die Registrierung dar. - Die Identifizierung der Marker bei markerbasierter Registrierung muß nicht zwangsweise am Bildschirm erfolgen. Bei Vorhandensein eines Navigationssystems (Navigationssensor S, siehe
1 ) und zur Vorbereitung eines navigationsgestützten Eingriffes erfolgt eine markerbasierte Registrierung eines beispielsweise präoperativen 3D-Bildes relativ zu dem Navigationssystem S durch manuelles Antippen künstlicher oder anatomischer Marker mit einem Navigations-Pointer durch den Arzt. Da das medizinische Instrument11 aufgrund vorhandener Detektoren hinsichtlich Position und Lage relativ zu dem Navigationssystem registriert ist, wird so eine Korrelation zwischen medizinischem Instrument11 und präoperativem 3D-Bild E hergestellt. Über die Steuerungs- und Verarbeitungs einrichtung8 kann somit das jeweils aktuelle Bild des medizinischen Instrumentes11 in das 3D-Bild hineingerechnet und visuell eingeblendet werden. Eine Navigation des medizinischen Instrumentes in E ist somit möglich. - Konventionelle markerbasierte Registrierungen haben den Nachteil, dass oftmals ein zusätzlicher operativer Eingriff zum Setzen künstlicher Marker notwendig ist. Anatomische Marker sind oft schwer eindeutig lokalisierbar weshalb eine Kalibrierung hinsichtlich einer markerbasierten Registrierung oft fehleranfällig ist. Auch eine navigationsgestützte Registrierung hat wesentliche Nachteile: Wollte man nun intraoperativ gemessene 3D-Bilder mit dem präoperativen 3D-Bild navigationsgestützt registrieren, so müßten bei einer navigationsgestützten markerbasierten Registrierung bei jeder C-Bogen-Position des aufzunehmenden 3D-Bildes die Marker wieder manuell angetippt werden. Ein derartiges Verfahren ist in der Praxis sehr fehleranfällig und umständlich. Werden die Marker im Bild in anderer Reihenfolge als die am Patienten angetippt, anatomische Marker nicht reproduzierbar angefahren oder hat sich die relative Lage der Marker verändert, ergeben sich falsche Positionierungen. Bei einer Dejustierung der Navigation während des Eingriffs muß darüber hinaus jedes Mal die Registrierung wiederholt werden.
- Um die eben genannten Nachteile einer markerbasierten Registrierung zu vermeiden bzw. zu umgehen verwendet das erfindungsgemäße Verfahren zumindest bei der Registrierung der beiden 3D-Bilder (präoperatives bezüglich intraoperatives 3D-Bild) eine bildbasierte 3D-3D-Registrierung. Vorteilhaft ist es, wenn auch die Registrierung N des medizinischen Instrumentes
11 bezüglich des intraoperativen 3D-Datensatzes nach dem Konzept einer markerlosen Registrierung erfolgt. - Das erfindungsgemäße Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes ist schematisch in
3 dargestellt. Das Verfahren umfaßt fünf Schritte:
In einem ersten Schritt S1 wird ein präoperativer 3D-Datensatz E aufgenommen. Der 3D-Datensatz kann mit beliebiger Bildgebungsmodalität (gegebenenfalls hochaufgelöst bzw. funktionell) aufgenommen werden (MRT, CT, PET, US, usw.). In einem zweiten Schritt S2 erfolgt die Aufnahme eines intraoperativen 3D-Bildes D mit einem C-Bogen. Für eine solche Aufnahme wird der C-Bogen vorzugsweise im 3D-Angiographie-Modus betrieben wodurch eine spätere Korrelation (Projektion) zwischen einer einzelnen Schicht des intraoperativen 3D-Bildes D und einer Schicht des präoperativen 3D-Bildes auf einfache Weise ermittelt werden kann. In einem dritten Schritt S3 wird durch ein Registrieren N des medizinischen Instrumentes11 bezüglich dem intraoperativen 3D-Bildes eine Registriermatrix MDN ermittelt. Durch die Matrix MDN wird die Position und Lage N des medizinischen Instrumentes11 in dem 3D-Bild D angegeben. Die Bestimmung der Matrix MDN erfolgt vorzugsweise nach dem Konzept einer markerlosen Registrierung. In einem vierten Schritt S4 erfolgt eine vorzugsweise bildbasierte Registrierung zwischen dem präoperativen 3D-Bild E und dem intraoperativen 3D-Bild D. Als Ergebnis dieser Registrierung wird eine Registriermatrix MED erhalten. Die zur Registrierung nötige Positionsbestimmung des C-Bogens bei der intraoperativen Aufnahme erfolgt durch die von dem Navigationssystems S erfaßbare und am C-Bogen fixierte Toolplatte TP. In einem fünften und letzten Schritt S5 erfolgt die Verkettung der oben beschriebenen Registrierungen wodurch gemäß E = MED·MDN·N ein Navigieren des Instrumentes11 in dem präoperativen Datensatz E möglich ist. - Wie bereits erwähnt erfolgt die Ermittlung der C-Bogen-Position und damit die Position des intraoperativen 3D-Bildes durch Positionsbestimmung der Toolplatte mittels dem Navigationssytem S. Die jeweils aktuelle Toolplattenposition wird mit einer Toolplatten-Referenzposition verglichen welche ge genüber dem Navigationssensor genau definiert ist. Bei der Bestimmung der Toolplattenposition bei einer Angulation ≠ 0° tritt üblicherweise aufgrund des Eigengewichtes des C-Bogens eine nichtlineare C-Bogenverwindung auf die durch geeignete Kalibrierungen berücksichtigt und damit korrigiert werden können.
- Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das hier vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren die Navigation eines medizinischen Instrumentes in einem (hochaufgelösten, funktionellen, etc.) präoperativen 3D-Bild realisiert wird, wodurch vorverarbeitete Ergebnisse (beispielsweise die Segmentierung eines Tumors) und/oder Ergebnisse einer zuvor durchgeführten Eingriffs- bzw. Operations-Planung, die durch bzw. für das präoperative 3D-Bild vorliegen, in die Navigation einbezogen werden können. Insbesondere kann es sich bei dem präoperativen 3D-Bild wiederum um das Ergebnis zweier überlagerter präoperativer 3D-Bilder (z.B. anatomisch- und funktionellaufgelöste 3D-Bilder) handeln. Durch das Konzept der markerlosen Registrierung werden die Probleme der markerbasierten Registrierung vermieden.
Claims (6)
- Verfahren zur markerlosen Navigation eines medizinischen Instrumentes in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Aufnehmen eines intraoperativen 3D-Bildes D mit einem C-Bogen (S2), – Registrieren N des medizinischen Instrumentes
11 bezüglich des intraoperativen 3D-Bildes D wodurch eine Registriermatrix MDN erhalten wird (S3), – Registrieren des intraoperativen 3D-Bildes D bezüglich eines vorliegenden präoperativen 3D-Bildes E mittels bildbasierter Registrierung, wodurch eine Registriermatrix MED erhalten wird (S4), – Navigieren des medizinischen Instrumentes11 in dem präoperativen 3D-Bild E. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das präoperative 3D-Bild E in einem ersten Schritt (S1) aufgenommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriermatrix MDN nach einem Konzept der markerlosen Registrierung erhalten wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bestimmen der Registriermatrix MED eine C-Bogenverwindung berücksichtigt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Navigation im präoperativen 3D-Bild E Ergebnisse einer Eingriffsplanung berücksichtigt werden.
- C-Bogen-Gerät das zur Durchführung der Verfahren gemäß den obigen Ansprüchen 1 bis 5 geeignet ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10322739A DE10322739B4 (de) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes |
US10/849,694 US20050004449A1 (en) | 2003-05-20 | 2004-05-20 | Method for marker-less navigation in preoperative 3D images using an intraoperatively acquired 3D C-arm image |
CNA2004100458603A CN1550221A (zh) | 2003-05-20 | 2004-05-20 | 用手术中图像在手术前三维图像中进行无标记引导的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10322739A DE10322739B4 (de) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10322739A1 DE10322739A1 (de) | 2004-12-23 |
DE10322739B4 true DE10322739B4 (de) | 2006-10-26 |
Family
ID=33482058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10322739A Expired - Fee Related DE10322739B4 (de) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050004449A1 (de) |
CN (1) | CN1550221A (de) |
DE (1) | DE10322739B4 (de) |
Families Citing this family (59)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7769427B2 (en) | 2002-07-16 | 2010-08-03 | Magnetics, Inc. | Apparatus and method for catheter guidance control and imaging |
DE10322738A1 (de) * | 2003-05-20 | 2004-12-16 | Siemens Ag | Verfahren zur markerlosen automatischen Fusion von 2D-Fluoro-C-Bogen-Bildern mit präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-Datensatzes |
US7280863B2 (en) | 2003-10-20 | 2007-10-09 | Magnetecs, Inc. | System and method for radar-assisted catheter guidance and control |
DE10360025B4 (de) * | 2003-12-19 | 2006-07-06 | Siemens Ag | Verfahren zur Bildunterstützung eines mit einem medizinischen Instrument durchgeführten operativen Eingriffes |
US20060034513A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-16 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | View assistance in three-dimensional ultrasound imaging |
DE102005023167B4 (de) * | 2005-05-19 | 2008-01-03 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Registrierung von 2D-Projektionsbildern relativ zu einem 3D-Bilddatensatz |
US8027714B2 (en) * | 2005-05-27 | 2011-09-27 | Magnetecs, Inc. | Apparatus and method for shaped magnetic field control for catheter, guidance, control, and imaging |
DE102005032974B4 (de) * | 2005-07-14 | 2013-11-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur 3D-Visualisierung vaskulärer Einsatzstücke im menschlichen Körper mit dem C-Bogen |
DE102005035430A1 (de) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Siemens Ag | Verfahren zur verbesserten Darstellung co-registrierter 2D-3D-Bilder in der medizinischen Bildgebung |
DE102005040049A1 (de) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zur Darstellung eines chirurgischen Instruments während dessen Platzierung in einem Patienten bei einer Behandlung |
DE102005045073B4 (de) | 2005-09-21 | 2012-03-22 | Siemens Ag | Verfahren zum visuellen Unterstützen einer invasiven Untersuchung oder Behandlung des Herzens mit Hilfe eines invasiven Instruments |
US20070118100A1 (en) * | 2005-11-22 | 2007-05-24 | General Electric Company | System and method for improved ablation of tumors |
US8473239B2 (en) * | 2009-04-14 | 2013-06-25 | Maui Imaging, Inc. | Multiple aperture ultrasound array alignment fixture |
WO2007092054A2 (en) | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Specht Donald F | Method and apparatus to visualize the coronary arteries using ultrasound |
US7869854B2 (en) | 2006-02-23 | 2011-01-11 | Magnetecs, Inc. | Apparatus for magnetically deployable catheter with MOSFET sensor and method for mapping and ablation |
WO2008051639A2 (en) | 2006-10-25 | 2008-05-02 | Maui Imaging, Inc. | Method and apparatus to produce ultrasonic images using multiple apertures |
US20080147173A1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-19 | Medtronic Vascular, Inc. | Prosthesis Deployment Apparatus and Methods |
JP4907381B2 (ja) * | 2007-02-23 | 2012-03-28 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | ボリュームデータ対応付け装置および方法 |
US20080249395A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-09 | Yehoshua Shachar | Method and apparatus for controlling catheter positioning and orientation |
US20080297287A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Magnetecs, Inc. | Magnetic linear actuator for deployable catheter tools |
US9282945B2 (en) * | 2009-04-14 | 2016-03-15 | Maui Imaging, Inc. | Calibration of ultrasound probes |
EP2082686B1 (de) | 2008-01-22 | 2015-01-21 | Brainlab AG | Orientierte Wiedergabe von Aufnahmen |
US20090275828A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | Magnetecs, Inc. | Method and apparatus for creating a high resolution map of the electrical and mechanical properties of the heart |
KR101659910B1 (ko) * | 2008-08-08 | 2016-09-27 | 마우이 이미징, 인코포레이티드 | 다중 구경 의료용 초음파를 통한 이미징 및 애드온 시스템의 동기화 |
US8457714B2 (en) * | 2008-11-25 | 2013-06-04 | Magnetecs, Inc. | System and method for a catheter impedance seeking device |
EP3023941B1 (de) * | 2009-03-26 | 2019-05-08 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Vorrichtung zur bereitstellung von visueller führung zum lenken einer spitze einer endoskopischen vorrichtung zu einer oder mehreren landmarken und unterstützung eines bedieners bei der endoskopischen navigation |
US10004387B2 (en) | 2009-03-26 | 2018-06-26 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Method and system for assisting an operator in endoscopic navigation |
US8337397B2 (en) | 2009-03-26 | 2012-12-25 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Method and system for providing visual guidance to an operator for steering a tip of an endoscopic device toward one or more landmarks in a patient |
WO2010120913A2 (en) * | 2009-04-14 | 2010-10-21 | Maui Imaging, Inc. | Universal multiple aperture medical ultrasound probe |
US20110092808A1 (en) * | 2009-10-20 | 2011-04-21 | Magnetecs, Inc. | Method for acquiring high density mapping data with a catheter guidance system |
DE102009051897A1 (de) | 2009-11-04 | 2011-05-05 | Copf, Franz, Dr. | Verfahren und Röntgensystem zum intraoperativen Aufnehmen eines 2D-Röntgenbildes |
US20110112396A1 (en) * | 2009-11-09 | 2011-05-12 | Magnetecs, Inc. | System and method for targeting catheter electrodes |
KR102121040B1 (ko) * | 2010-02-18 | 2020-06-09 | 마우이 이미징, 인코포레이티드 | 초음파 이미지를 구성하는 방법 및 이를 위한 다중-개구 초음파 이미징 시스템 |
DE102010018872A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Bildgebendes Verfahren zur hervorgehobenen Darstellung von Gefäßen in einem Untersuchungsbereich eines Patienten und Medizinsystem zur Durchführung des Verfahrens |
DE102010039604A1 (de) * | 2010-08-20 | 2012-02-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bildunterstützung bei einem medizinischen Eingriff mit einem Instrument, insbesondere einer Nadel, Computerprogramm und Röntgeneinrichtung |
WO2012051305A2 (en) | 2010-10-13 | 2012-04-19 | Mau Imaging, Inc. | Multiple aperture probe internal apparatus and cable assemblies |
JP6092109B2 (ja) | 2010-10-13 | 2017-03-08 | マウイ イマギング,インコーポレーテッド | 凹面超音波トランスデューサ及び3dアレイ |
EP2642917B1 (de) | 2010-11-24 | 2019-12-25 | Edda Technology, Inc. | System und verfahren für ein interaktives dreidimensionales operationssteuerungssystem für weiche organe auf basis einer anatomischen karte |
US9510771B1 (en) | 2011-10-28 | 2016-12-06 | Nuvasive, Inc. | Systems and methods for performing spine surgery |
TW201336478A (zh) | 2011-12-01 | 2013-09-16 | Maui Imaging Inc | 使用以回音為基及多孔徑都卜勒超音波之移動偵測 |
KR20140107648A (ko) | 2011-12-29 | 2014-09-04 | 마우이 이미징, 인코포레이티드 | 임의의 경로들의 m-모드 초음파 이미징 |
JP6259772B2 (ja) * | 2012-01-16 | 2018-01-10 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | イメージング装置 |
EP2816958B1 (de) | 2012-02-21 | 2020-03-25 | Maui Imaging, Inc. | Bestimmung der materialsteifigkeit mittels ultraschall mit mehreren aperturen |
JP6399999B2 (ja) | 2012-03-26 | 2018-10-03 | マウイ イマギング,インコーポレーテッド | 重み付け係数を適用することによって超音波画像の質を改善するためのシステム及び方法 |
IN2015DN00556A (de) | 2012-08-10 | 2015-06-26 | Maui Imaging Inc | |
CN104582582B (zh) | 2012-08-21 | 2017-12-15 | 毛伊图像公司 | 超声成像***存储器架构 |
WO2014160291A1 (en) | 2013-03-13 | 2014-10-02 | Maui Imaging, Inc. | Alignment of ultrasound transducer arrays and multiple aperture probe assembly |
US9883848B2 (en) | 2013-09-13 | 2018-02-06 | Maui Imaging, Inc. | Ultrasound imaging using apparent point-source transmit transducer |
US9848922B2 (en) | 2013-10-09 | 2017-12-26 | Nuvasive, Inc. | Systems and methods for performing spine surgery |
US10401493B2 (en) | 2014-08-18 | 2019-09-03 | Maui Imaging, Inc. | Network-based ultrasound imaging system |
US10856846B2 (en) | 2016-01-27 | 2020-12-08 | Maui Imaging, Inc. | Ultrasound imaging with sparse array probes |
CN106137395B (zh) * | 2016-07-22 | 2019-01-29 | 华南理工大学 | 应用于无标记点光学手术导航***的全自动病人注册方法 |
US10751133B2 (en) | 2017-03-31 | 2020-08-25 | Koninklijke Philips N.V. | Markerless robot tracking systems, controllers and methods |
US10282913B2 (en) | 2017-07-24 | 2019-05-07 | Visom Technology, Inc. | Markerless augmented reality (AR) system |
US10535160B2 (en) | 2017-07-24 | 2020-01-14 | Visom Technology, Inc. | Markerless augmented reality (AR) system |
CN108143501B (zh) * | 2017-12-15 | 2021-11-30 | 苏州科灵医疗科技有限公司 | 一种基于体表静脉特征的解剖投影方法 |
CN108143489A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-12 | 泗洪县正心医疗技术有限公司 | 一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法 |
CN113143466A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-23 | 上海阅行医疗科技有限公司 | 一种基于一体化手术机器人的术中规划调整方法及*** |
CN113855239B (zh) * | 2021-09-24 | 2023-10-20 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 一种血管介入手术中导丝导航***及方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10151438A1 (de) * | 2001-10-18 | 2003-01-16 | Siemens Ag | Verfahren zur intraoperativen 3D-Bildgebung |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6149592A (en) * | 1997-11-26 | 2000-11-21 | Picker International, Inc. | Integrated fluoroscopic projection image data, volumetric image data, and surgical device position data |
US6470207B1 (en) * | 1999-03-23 | 2002-10-22 | Surgical Navigation Technologies, Inc. | Navigational guidance via computer-assisted fluoroscopic imaging |
US6490475B1 (en) * | 2000-04-28 | 2002-12-03 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | Fluoroscopic tracking and visualization system |
EP1357850A1 (de) * | 2001-02-07 | 2003-11-05 | SYNTHES AG Chur | Verfahren zur herstellung einer dreidimensionalen darstellung von knochenröntgenbildern |
CA2348135A1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-17 | Cedara Software Corp. | 3-d navigation for x-ray imaging system |
EP1385018B1 (de) * | 2002-07-25 | 2008-03-26 | Stryker Leibinger GmbH & Co. KG | Korrektur von geometrischen Verzerrungen und Intensitätsverzerrungen in MR-Daten |
US7697972B2 (en) * | 2002-11-19 | 2010-04-13 | Medtronic Navigation, Inc. | Navigation system for cardiac therapies |
-
2003
- 2003-05-20 DE DE10322739A patent/DE10322739B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-05-20 CN CNA2004100458603A patent/CN1550221A/zh active Pending
- 2004-05-20 US US10/849,694 patent/US20050004449A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10151438A1 (de) * | 2001-10-18 | 2003-01-16 | Siemens Ag | Verfahren zur intraoperativen 3D-Bildgebung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10322739A1 (de) | 2004-12-23 |
CN1550221A (zh) | 2004-12-01 |
US20050004449A1 (en) | 2005-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10322739B4 (de) | Verfahren zur markerlosen Navigation in präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-C-Bogen-Bildes | |
DE10323008A1 (de) | Verfahren zur automatischen Fusion von 2D-Fluoro-C-Bogen-Bildern mit präoperativen 3D-Bildern unter einmaliger Verwendung von Navigationsmarken | |
DE10322738A1 (de) | Verfahren zur markerlosen automatischen Fusion von 2D-Fluoro-C-Bogen-Bildern mit präoperativen 3D-Bildern unter Verwendung eines intraoperativ gewonnenen 3D-Datensatzes | |
DE102005030646B4 (de) | Verfahren zur Kontur-Visualisierung von zumindest einer interessierenden Region in 2D-Durchleuchtungsbildern | |
DE10210645B4 (de) | Verfahren zur Erfassung und Darstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingeführten medizinischen Katheters | |
DE102005007893B4 (de) | Verfahren zur Positionsbestimmung eines Instrumentes mit einem Röntgensystem | |
DE102005029242B4 (de) | Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Bilddaten eines Untersuchungsobjekts und dazugehörige Einrichtung | |
DE10210646A1 (de) | Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments | |
DE102004004620A1 (de) | Verfahren zur Registrierung und Überlagerung von Bilddaten bei Serienaufnahmen in der medizinischen Bildgebung | |
DE102005059804A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungskorrektur bei der Bildgebung während einer medizinischen Intervention | |
DE10210650A1 (de) | Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung eines Untersuchungsbereichs eines Patienten in Form eines 3D-Rekonstruktionsbilds | |
DE102008002864A1 (de) | Dynamisches Referenzverfahren und System für die Verwendung mit chirurgischen Verfahren | |
DE102008037424A1 (de) | Verbessertes System und Verfahren für auf Volumen basierende Registrierung | |
DE10210647A1 (de) | Verfahren zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachten medizinischen Instruments | |
DE102009025077A1 (de) | System zur Orientierungsunterstützung und Darstellung eines Instruments im Inneren eines Untersuchungsobjektes insbesondere im menschlichen Körper | |
DE102009009158A1 (de) | Lokalisierung eines medizinischen Instruments in einem präinvasiv aufgenommenen Tomographie-Bilddatensatz | |
DE102005045093A1 (de) | Verfahren zur Lokalisation eines in den Körper eines Untersuchungsobjekts eingeführten medizinischen Instruments | |
WO2011144412A1 (de) | Bestimmung und überprüfung der koordinatentransformation zwischen einem röntgensystem und einem operationsnavigationssystem | |
DE102011120937B4 (de) | Anordnung und Verfahren zur Registrierung von Gewebeverschiebungen | |
DE102012214589B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung eines biologischen Hohlorgans | |
DE102011006537B4 (de) | Verfahren zur Registrierung eines ersten Koordinatensystems einer ersten medizinischen Bildgebungseinrichtung mit einem zweiten Koordinatensystem einer zweiten medizinischen Bildgebungseinrichtung und/oder einem dritten Koordinatensystem eines medizinischen Instruments, welches durch Marker einer medizinischen Navigationseinrichtung definiert ist, und medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungssystem | |
DE10108947B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Abgleichen von wenigstens einem visualisierten medizinischen Messergebnis mit wenigstens einem weiteren, eine räumliche Information enthaltenden Datensatz | |
DE102005022901B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung eines sich in einem Objekt befindlichen Instruments | |
DE102009024652A1 (de) | Hochauflösende, dreidimensionale medizinische Bildgebung mit dynamischen Echtzeitinformationen | |
DE102008054298B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Visualisierung eines Eingriffspfades eines medizinischen Instrumentes, eines medizinischen Instrumentes und/oder einer bestimmten Gewebestruktur eines Patienten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |