NL2001680C2

NL2001680C2 - Beeldgevende werkwijze voor de medische diagnostiek en volgens deze werkwijze werkende inrichting.

Info

Publication number: NL2001680C2
Application number: NL2001680A
Authority: NL
Inventors: Jens Fehre; Rainer Kuth
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-06-09
Also published as: US8870750B2; NL2001680A1; US20090005641A1; DE102007029888B4; DE102007029888A1

Description

BEELDGEVENDE WERKWIJZE VOOR DE MEDISCHE DIAGNOSTIEK EN VOLGENS DEZE WERKWIJZE WERKENDE INRICHTING

De uitvinding heeft betrekking op een beeldgevende werkwijze voor de medische 5 diagnostiek alsmede op een volgens deze werkwijze werkende beeldgevende inrichting.

In de medische diagnostiek worden in een reeks toepassingsgevallen gelijktijdig of na elkaar verschillende beeldgevende werkwijzen toegepast, om de diagnose te vergemakkelijken of foutieve diagnoses te vermijden. Zo is het in de urologie bijvoorbeeld bekend om zowel een endoscopisch onderzoek als ook een röntgenonderzoek uit te 10 voeren. Bij een cndoscopischc werkwijze worden in ware tijd gekleurde optische beelden met hoge resolutie in kijkrichting van de endoscoop gegenereerd. Elk beeld biedt echter slechts tweedimensionale informatie over de gesteldheid van een segment van het binnenoppervlak van de holle ruimte en geen informatie uit diepere lagen of in andere kijkrichtingen. Daarentegen wordt bij een röntgenwerkwijze ook informatie ver-15 kregen uit gebieden die in een endoscopiebeeld niet zichtbaar zijn. De koppeling van aizonderlijke of meerdere endoscopische beelden met één of meer röntgenbeelden van hetzelfde lichaamsgebied vereist bij de waarnemer niet alleen een nauwkeurige kennis over de anatomie maar ook een uitgesproken driedimensionaal voorstellingsvermogen, dat eerst aangeleerd moet worden en vaak tot foutieve interpretaties leidt. Bovendien 20 wijken pathologische structuren vaak op complexe wijze af van de standaard, zodat een koppeling van endoscopiebeelden en röntgenbeelden extra is bemoeilijkt.

Een van de oorzaken voor deze moeilijkheden bestaat er ook uit dat de doorgaans aanvullend naast de endoscopie toegepaste werkwijzen, bijvoorbeeld naast de reeds vermelde röntgenwerkwijzen ook magneetresonantiewerkwijzen of ultrageluidswerk-25 wijzen, snijbeelden van het onderzoeksobject beschikbaar stellen, terwijl in het endoscopiebeeld slechts een grensvlak tussen een optisch doorlatend en een optisch ondoorlatend medium op een tweedimensionaal beeldvlak is weergegeven.

Aan de uitvinding ligt nu de doelstelling ten grondslag om een beeldgevende werkwijze voor de medische diagnostiek aan te geven, die voor de gebruiker de inter-30 pretatie van met endoscopische werkwijzen en niet-endoscopische werkwijzen gewonnen beelddata vergemakkelijkt. Bovendien ligt aan de uitvinding de doelstelling ten grondslag om een volgens deze werkwijze werkende inrichting aan te geven.

2

Met betrekking tot de werkwijze wordt de doelstelling volgens de uitvinding bereikt met een beeldgevende werkwijze met de kenmerken van conclusie 1. Volgens deze kenmerken wordt tijdens een endoscopisch onderzoek van een lichaamsgebied van een patiënt hiervan een beeld met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze 5 gegenereerd, en wordt het beeldveld van de endoscoop vastgesteld en positie- en oriën-tatiegetrouw in het beeld weergegeven.

Door deze maatregel is het voor de gebruiker mogelijk om de in het endoscopie-beeld of in het beeld geïdentificeerde structuren aan elkaar toe te wijzen en met betrekking tot hun diagnostische relevantie te beoordelen.

10 Het begrip “beeld” wordt in de onderhavige beschrijving uitsluitend gebruikt voor beelden die met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze zijn gegenereerd, bijvoorbeeld röntgenbeelden, magneetresonantiebeelden ofultrageluidsbeelden.

Een bijzonder eenvoudige vaststelling van de positie en oriëntatie van het beeldveld van de endoscoop is mogelijk door vergelijking van het met de niet-endoscopische 15 beeldgevende werkwijze van de endoscoop gegenereerde beeld, dat wil zeggen in het beeld weergegeven endoscoop, met een voor de niet-endoscopische werkwijze opgeslagen driedimensionaal model van de endoscoop. Bij dit model gaat het om een driedimensionaal beeld van de endoscoop, dat met deze werkwijze bij een kalibrering is gegenereerd. Bij een dcrgclijkc patroonvcrgclijking wordt het model met ovcrccnkom-20 stige coördinatentransformatie zolang gedraaid en verschoven, tot het beeld van de endoscoop en het op het beeldvlak na de coördinatentransformatie geprojecteerde model maximale overeenstemming tonen. Met het model gekoppeld is ook diens beeldveld, dat net als het model in het beeldvlak wordt geprojecteerd.

Als alternatief hiervoor worden de beeldcoördinaten van het beeld in een plaats-25 vast coördinatensysteem bepaald en de positie en oriëntatie van het beeldveld van de endoscoop wordt met een positiedetectie-inrichting in dit plaatsvaste coördinatensysteem gemeten. Door deze maatregel is een patroonvergelijking niet noodzakelijk en het beeldveld kan ook dan zuiver rekenkundig in het het beeld worden geprojecteerd, wanneer de endoscoop zelf in het beeld niet zichbaar is.

30 De toewijzing van een in het endoscopiebeeld weergegeven structuur aan een in het beeld weergegeven structuur is voor de waarnemer vergemakkelijkt, wanneer het weergegeven beeldveld wordt begrensd door in het beeld herkenbare, optisch ondoorlatende structuren.

3

Een aanvullende vergemakkelijking voor de gebmiker wordt bereikt wanneer een door de gebruiker in het endoscopiebeeld geplaatste markering in het beeld als van de endoscoop uitgaande straal of als eindpunt aan een optisch ondoorlatende structuur wordt aangeduid.

5 Als alternatief of aanvulling hierop wordt een door de gebruiker in het endosco piebeeld geselecteerd gebied in het beeld als van de endoscoop uitgaande straalbundel of als eindvlak aan een optisch ondoorlatende stmctuur aangeduid.

In een voordelige uitvoering van de uitvinding wordt de markering respectievelijk het vlak met methoden van de beeldverwerking automatisch gesegmenteerd.

10 Wanneer het met een nict-cndoscopischc bccldgcvcndc werkwijze gegenereerde beeld een 3D-beeld is, kan het beeldveld van de endoscoop bijzonder aanschouwelijk in ruimtelijke weergave worden gevisualiseerd.

Met betrekking tot de inrichting wordt de doelstelling volgens de uitvinding bereikt met een inrichting met de kenmerken van conclusie 10, waarvan de voordelen 15 inhoudelijk overeenkomen met de voordelen die bij de werkwijzeconclusies zijn aangegeven.

Voor de verdere uiteenzetting van de uitvinding wordt verwezen naar het uitvoe-ringsvoorbeeld van de tekening.

Figuur 1 toont ccn inrichting volgens dc uitvinding in ccn schematische princi-20 peweergave,

Figuren 2 tot en met 4 tonen telkens een met een niet-endoscopische beeldgeven-de werkwijze gegenereerd beeld van een onderzoeksobject en een endoscopiebeeld.

Volgens figuur 1 omvat een inrichting volgens de uitvinding een endoscopieappa-raat 2 alsmede een volgens een niet-endoscopische werkwijze werkend beeldgenere-25 ringssysteem 4, in het voorbeeld een C-boog-röntgenapparaat met een röntgenbron 6 en een röntgenontvanger 8, die aan een gestippeld in de figuur weergegeven C-boog 9 zijn aangebracht. De C-boog 9 kan rond een isocentrum 10 worden gezwenkt, zodat een tweedimensionaal beeld (snijbeeld) uit een lichaamsgebied van een patiënt 12 gegenereerd kan worden. Deze zwenkbeweging rond een loodrecht ten opzichte van een door 30 de C-boog 9 omspannen vlak (in de figuur het tekenvlak) is veraanschouwelijkt door een dubbele pijl 14. Wanneer bovendien de C-boog 5 gezwenkt kan worden rond een as, die in een door hem omspannen vlak ligt en door de dubbele pijl 16 is veraan- 4 schouwelijkt, is het moge lijk om uit het lichaamsgebied van de patiënt 12 ook een 3D-beelddatareeks tot stand te brengen.

Via een lichaamsopening is in een holle ruimte 18 van het lichaam 12 een endoscoop 20 ingebracht, waarmee het mogelijk is om een segment van het binnenopper-5 vlak van een wand 30 van de holle ruimte 18 optisch te bekijken. In de figuur is de zijdelingse rand 19 van een door de endoscoop 20 gedetecteerd beeldveld 22 gestippeld getekend.

Uitgaande van de wand 30 van de holle ruimte 18 strekt zich in het voorbeeld een pathologische weefselzone 24, bijvoorbeeld een tumor, uit in een achter de wand 30, 10 dat wil zeggen buiten dc holle ruimte 18 liggend gebied. Deze pathologische wccfscl-zone 24 ligt in het weergegeven voorbeeld in het beeldveld 22 van de endoscoop 20 en is in een in deze positie van de endoscoop 20 opgenomen endoscopiebeeld 26 te herkennen als vlakke structuur 240 van het binnenoppervlak, die zich weliswaar aftekent van de omgeving, maar waarvan de eenduidige diagnose niet zonder meer mogelijk is. 15 In een met het beeldgenereringssysteem 4 gegenereerd beeld 28, in het voorbeeld een tweedimensionaal röntgensnijbeeld, zijn nu onder andere de een optisch ondoorlatende structuur vormende contour van de wand 30 van de holle ruimte 18 alsmede verdere in het snijvlak liggende structuren 32 herkenbaar. In dit beeld 28 is nu voor de gebruiker een structuur 242 te herkennen, die zich in het binnenste van het weefsel uit-20 strekt en de pathologische weefselzone 24 weergeeft. In het weergegeven uitvoerings-voorbeeld is bovendien de endoscoop 20 in het beeld 28 zichtbaar.

Aan de hand van een in een geheugen 40 van het beeldgenereringssysteem 4 opgeslagen driedimensionaal model van de endoscoop 20 wordt nu door vergelijking van het beeld van de endoscoop 20 met dit model de positie van de endoscoop 20 en daar-25 mee van het beeldveld 22 ten opzichte van een aan het beeldgenereringssysteem 4 toegewezen beeldcoördinatensysteem xB, yB vastgesteld. Met een in een besturings- en evaluatie-inrichting 42 van het beeldgenereringssysteem 4 geïmplementeerde beeld-verwerkingssoftware wordt het beeldveld 22 positie- en oriëntatiegetrouw in het beeld 28 ingevoegd, dat wil zeggen voor de gebruiker zichtbaar geaccentueerd. Hiertoe wordt 30 bijvoorbeeld het totale beeldveld 22 ingekleurd. Alternatief is het ook mogelijk om uitsluitend de rand 19 van het beeldveld 22 als randstralen in het beeld 28 aan te geven.

In het weergegeven voorbeeld eindigen bovendien zowel de rand 19 als ook het beeldveld 22 aan de in het beeld 28 herkenbare contour van de wand 30 van de holle 5 ruimte 18, om aan de waarnemer te visualiseren, dat slechts een met deze contour overeenkomend oppervlaktegebied in het endoscopiebeeld 26 zichtbaar is. Alternatief of aanvullend is het ook mogelijk om het eindvlak van het beeldveld 22 aan de optisch ondoorlatende structuur (wand 30) te accentueren.

5 De waarnemer herkent nu door vergelijking van endoscopiebeeld 26 en beeld 28 direct dat de in het endoscopiebeeld 26 zichtbare vlakke structuur 240 bij de zich diep in het weefsel uitstrekkende structuur 242 in het beeld 28 behoort en kan op deze wijze beide structuren 240, 242 eenduidig aan elkaar toewijzen en bijvoorbeeld de volume-afmeting hiervan beter beoordelen, aangezien het endoscopiebeeld 26 en het beeld 28 10 aan hem groottcvoorstcllingcn in loodrecht ten opzichte van elkaar zijnde snijvlakken verstrekken.

In het weergegeven voorbeeld is aan de endoscoop 20 bovendien een positiede-tectie-inrichting 50 toegewezen, waarmee met behulp van in de figuur niet nader weergegeven, in het gebied van de endoscooppunt aangebrachte sensoren de positie en ori-15 entatie van de endoscoop 20 en daarmee ook de positie en oriëntatie van het beeldveld 22 in een plaatsvast coördinatensysteem x, y, z bepaald kan worden. Bij bekende verhouding tussen het beeldcoördinatensysteem xB, yB van het beeld 28 en het plaatsvaste coördinatensysteem x, y, z is het mogelijk om het beeldveld 22 in het beeld 28 met correcte positie aan tc brengen, zonder dat het noodzakclijk is om ccn model van dc endo-20 scoop 20 op te slaan.

De waarnemer heeft nu op zijn beurt de mogelijkheid om in het endoscopiebeeld een voor hem relevant gebied 52 te markeren, dat in het voorbeeld de structuur 240 omvat. Dit gebied 52 wordt door een besturings- en evaluatie-inrichting 54 van het en-doscopieapparaat 2 naar de besturings- en evaluatie-inrichting 42 van het beeldgenere-25 ringssysteem 4 doorgegeven en met de beeldverwerkingssoftware ingevoegd in het beeld 28, bijvoorbeeld in de vorm van een gearceerd weergegeven beperkt beeldveld 56 of in de vorm van gestippeld getekende randstralen 58, zoals dit in figuur 2 is veraanschouwelijkt.

Als alternatief hiervoor kan de waarnemer in het endoscopiebeeld 26 ook op een 30 aftonderlijk, voor hem relevant punt een markering 60 aanbrengen, die dan volgens figuur 3 ofwel als een aan de wand 30 eindigende, gestippeld getekende zichtlijn of straal 62 ofwel eveneens als eindpunt 61 van deze straal 62 aan de wand 30, dat wil zeggen de optisch ondoorlatende structuur in het beeld 28, wordt weergegeven.

6

In principe is het echter ook mogelijk dat het relevante gebied 52 of de markering met methoden van de beeldverwerking automatisch wordt gesegmenteerd.

ïn de figuren 1 tot en met 3 zijn situaties weergegeven, waarin de endoscoop 20 in het beeld (snijbeeld) 28 zichtbaar is. Dit is niet noodzakelijkerwijs het geval, aange-5 zien de punt van de endoscoop zich ook in een buiten het snijvlak liggend vlak kan bevinden.

In figuur 4 is een situatie weergegeven, waarbij de punt van de endoscoop buiten het in figuur 1 weergegeven tekenvlak (het beeldvlak van het beeld 28) is aangebracht en de optische as van de in de endoscoop geïntegreerde videocamera loodrecht ten op-10 zichtc van het snijvlak is uitgericht. In dit geval is het bccldvcld 22 van de endoscoop een cirkelvlak (bij schuine oriëntatie van de optische as een ellips), en de waarnemer kan bij bekijken van het endoscopiebeeld 26 en het beeld 28 ten hoogste de informatie afleiden, dat een synthese van beide beelden niet mogelijk is.

In het uitvoeringsvoorbeeld worden door het beeldgenereringssysteem 4 tweedi-15 mensionale snijbeelden gegenereerd. De werkwijze kan echter met bijzonder groot voordeel ook dan worden toegepast, wanneer het beeldgenereringssysteem 4 van het onderzoeksobject 12 een driedimensionale beelddatareeks genereert. Dan kan het in de regel kegelvormige beeldveld 22 van de endoscoop ruimtelijk in de 3D-datareeks worden ingevoegd cn dc oriëntatie van de gebruiker is aanzienlijk vergemakkelijkt.

20 De uitvinding is ook niet beperkt tot de in het uitvoeringsvoorbeeld weergegeven flexibele endoscoop. In principe kan de endoscoop ook star of als endoscoopkapsel zijn uitgevoerd.

Claims

1. Beeldgevende werkwijze voor de medische diagnostiek, waarbij tijdens een endoscopisch onderzoek van een lichaamsgebied van een patiënt (12) met een endo- 5 scoop (20) hiervan een beeld (28) met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze wordt gegenereerd, en waarbij het beeldveld (22) van de endoscoop (20) wordt vastgesteld en positie- en oriëntatiegetrouw in het beeld (28) wordt weergegeven.

2. Beeldgevende werkwijze volgens conclusie 1, waarbij aan de hand van een 10 voor dc nict-cndoscopischc werkwijze opgcslagcn driedimensionaal model van dc endoscoop (20) de positie en oriëntatie van het beeldveld (22) van de endoscoop (20) door vergelijking van het met de niet-endoscopische beeldgevende werkwijze van de endoscoop (20) gegenereerde beeld en de in het beeld (28) weergegeven endoscoop (20) met het model wordt vastgesteld. 15

3. Beeldgevende werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de beeldcoördinaten van het beeld (28) in een plaatsvast coördinatensysteem (x, y, z) worden bepaald en de positie en oriëntatie van het beeldveld (22) van de endoscoop (20) met een positiedetectie-inrichting (50) in dit plaatsvaste coördinatensysteem (x, y, z) wordt gemeten. 20

4. Beeldgevende werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3, waarbij het weergegeven beeldveld (22) wordt begrensd door in het beeld (28) herkenbare optisch ondoorlatende structuren.

5. Beeldgevende werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een door de gebruiker in het endoscopiebeeld (26) aangebrachte markering (60) in het beeld (28) als van de endoscoop (20) uitgaande straal (62) of als eindpunt aan een optisch ondoorlatende structuur wordt aangeduid.

6. Beeldgevende werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 4, waarbij een door de gebruiker in het endoscopiebeeld (26) geselecteerd gebied (52) in het beeld (28) als van de endoscoop (20) uitgaande straalbundel of als eindvlak aan een optisch ondoorlatende structuur wordt aangeduid.

7. Beeldgevende werkwijze volgens conclusie 5 of 6, waarbij markering respectievelijk vlak met methoden van de beeldverwerking automatisch wordt gesegmenteerd. 5

8. Beeldgevende werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze gegenereerde beeld (28) een 3D-beeld is.

9. Beeldgevende werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze gegenereerde beeld (28) een röntgenbeeld is.

10. Beeldgevende inrichting met een endoscopie-apparaat (2) voor het genereren 15 van een endoscopiebeeld (26) uit een lichaamsgebied van een patiënt (12) en met een beeldgenereringssysteem (4) voor het genereren van een beeld (28) van dit lichaamsgebied met een niet-endoscopische beeldgevende werkwijze, met een evaluatie-inrichting, die de door het endoscopieapparaat (2) en beeldgenereringssysteem (4) telkens gegenereerde cndoscopicbccldcn (26) respectievelijk beelden (28) met een hierin gcïmplcmcn-20 teerde software voor het uitvoeren van een werkwijze volgens één van de conclusies 1 -9 verwerkt.

11. Beeldgevende inrichting volgens conclusie 10, waarbij het beeldgenererings-systeem (4) een C-boog-röntgenapparaat is. 25

12. Beeldgevende inrichting volgens conclusie 10, waarbij aan de endoscoop (20) een positiedetectie-inrichting (50) voor het meten van zijn positie in een plaatsvast coördinatensysteem is toegewezen.