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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung
eines sich in einem Objekt befindlichen Instruments mittels 2D-Projektionsbildern
sowie dessen Einordnung in einem 3D-Bilddatensatz.
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Bei
bestimmten klinischen Untersuchungen oder Behandlungen besteht die
Notwendigkeit, die Lage und die Orientierung von Instrumenten, wie
beispielsweise Kathetern, im Körper
eines Patienten exakt zu bestimmen. Beispiele für solche Anwendungen sind minimal-invasive
Untersuchungen oder Behandlungen mit Endoskopen, Laparoskopen oder Kathetern,
welche jeweils über
eine kleine Körperöffnung in
den Patienten eingeführt
werden. Katheter kommen häufig
im Rahmen kardiologischer Untersuchungen zum Einsatz, beispielsweise
bei Arrhythmien des Herzens, die heutzutage durch so genannte Ablations-Prozeduren
behandelt werden.
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Die
Positions- und Orientierungsbestimmung von medizinischen Instrumenten
ist auch bei Katheter-Interventionen, insbesondere bei der Verwendung
bildgebender Katheter für
die intrakardiale oder intravaskuläre Ultraschallbildgebung, aber
auch bei der OCT-Bildgebung oder bei Anwendungen, bei den Katheter
in dreidimensionalen Bilddaten navigiert werden, von besonderer
Wichtigkeit.
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Wird
ein Ultraschall-Katheter in einen Patienten eingeführt, um
beispielsweise mit dem sich an der Katheterspitze befindlichen Ultraschallsensor
eine Ultraschallaufnahme zu generieren, ist die exakte Position
und Orientierung der Katheterspitze bei der Aufnahme eines jeden
Einzelbildes wichtig, da die Lage der Einzelbilder zur späteren Rekonstruktion
eines dreidimensionalen Ultraschallbilddatensatzes sehr wichtig ist,
um ein dreidimensionales Volumen ohne Artefakte zusammensetzen zu
können.
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Die
exakte Bestimmung der Position und Orientierung eines medizinischen
Instruments wird im Stand der Technik mit elektromagnetischen Lokalisierungssystemen
(beispielsweise der Firma Biosense Webster, Kalifornien, USA) durchgeführt. Dabei werden
Sensoren zur Detektion elektromagnetischer Feldänderungen in das medizinische
Instrument integriert, während
um den Patienten herum ein elektromagnetisches Feld aufgebaut wird.
Dadurch lassen sich die drei Positions-Freiheitsgrade (X-, Y- und Z-Koordinaten)
sowie die drei Orientierungs-Freiheitsgrade
(„pitch", „yaw" und „roll"-Informationen) bestimmen.
Diese bekannten Systeme weisen jedoch den Nachteil auf, dass keine
Standard-Instrumente eingesetzt werden können, sondern beispielsweise
teure modifizierte Katheter mit integrierten Sensoren verwendet
werden müssen,
die meist nur sehr spezielle Applikationen unterstützen. Auch
sind die Positions- und Orientierungsdaten nicht exakt, da ferromagnetische
Materialien in der Umgebung des Sensors Verzerrungen des Magnetfelds
zur Folge haben, die zur Positionsungenauigkeit führen. Diese Ungenauigkeit
kann im Bereich von einigen Millimetern liegen, was deutlich schlechter
ist als die Auflösung
interventioneller Röntgensysteme.
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Darüber hinaus
existieren Systeme, bei denen Beschleunigungssensoren an der Instrumentenspitze
eingesetzt werden, um die jeweilige Veränderung der Lage der Instrumentenspitze
im Körper
des Patienten über Änderungen
der Beschleunigung festzustellen. Auch diese Systeme eignen sich
nur bedingt für
die exakte Positions- und Orientierungsbestimmung, beispielsweise
einer Katheterspitze zur Aufnahme von dreidimensionalen Ultraschallbildern, da
Bewegungen des Patienten, die nicht zu einer Relativverschiebung
zwischen dem aufzunehmenden Organ und dem aufnehmenden Ultraschallsensor
in der Katheterspitze führen,
dennoch als Lageänderung
der einzelnen Teilbilder detektiert werden.
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Schließlich existieren
biplane Röntgen-Bildgebungssysteme,
wie beispielsweise das Angiographiesystem AXIOM Artis dBC zur Katheterlokalisation.
Die
DE 102 10 647
A1 beschreibt die Ermittlung von fünf Freiheitsgraden der Katheter-Position/-Orientierung, indem
mit Hilfe zweier Röntgenbilder,
die aus unterschiedlichen Angulationen des C-Bogens eines Röntgensystems
aufgenommen werden, die fünf
Freiheitsgrade ermittelt werden. Hierfür wird die Position der Katheterspitze
in beiden zweidimensionalen Durchleuchtungsbildern detektiert und
eine Orientierungslinie begrenzter Länge des Katheterspitzenabschnitts
bestimmt. Diese Orientierungslinie wird dann unter Aufspannen zweier
Rückprojektionsebenen,
die von den beiden Orientierungslinien in den jeweiligen Durchleuchtungsbildern
und der Strahlenquelle aufgespannt werden, rückprojiziert, wodurch sich
eine Schnittgerade beider sich schneidender Rückprojektionsebenen ergibt,
die sowohl die genaue Position als auch zwei Freiheitsgrade der Orientierung
(nämlich
die Richtung) des Katheterspitzenabschnitts angibt. Die zwei Richtungs-Freiheitsgrade
(„pitch" und „yaw") können damit
bestimmt werden, nicht aber der dritte Orientierungs-Freiheitsgrad „roll".
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Im
Folgenden werden zur Vereinfachung die drei Positionsfreiheitsgrade
im XYZ-Koordinatensystem als „Position" des Instruments,
die zwei „pitch"- und „yaw"-Freiheitsgrade als „Richtung" des Instruments
und der „roll"-Freiheitsgrad als „Drehung" des Instruments
bezeichnet. „Richtung" und „Drehung" ergeben die Orientierung
des Instruments.
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Somit
ist die Drehung des Instruments, nämlich die Drehung beispielsweise
eines Katheters um dessen Längsachse,
nicht mit der vorgenannten Methode bestimmbar. Die Kenntnis dieses
Drehungs-Freiheitsgrades ist aber Voraussetzung für verschiedene
medizinische Anwendungen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung eines sich in einem
Objekt befindlichen Instruments an zugeben, wobei eine besonders
hohe Genauigkeit hergestellt werden und eine breite Verfügbarkeit
von lokalisierbaren Kathetern für
beliebige Applikationen und für Herstellerunabhängige Marktsegmente
möglich
sein soll.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die
zur Ausführung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen entsprechend.
Ein Instrumentenabschnitt nach der vorliegenden Erfindung ist im
Anspruch 15 beansprucht.
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Die
Erfindung beschreibt einen Lösungsansatz,
der die Bestimmung aller sechs Freiheitsgrade eines Abschnitts eines
Instruments in einem Untersuchungsbereich eines Objekts ermöglicht,
indem zur Orientierungsbestimmung mindestens ein zweidimensionales
Bild des Untersuchungsbereichs aufgenommen wird und auf oder an
dem Abschnitt des Instruments befindliche Markierungen erkannt werden. Nach
dem Erkennen der Markierungen wird ein Markierungsmuster gebildet
und das Markierungsmuster wird vorbekannten Mustern zugeordnet bzw.
mit diesen verglichen, um die Orientierung des Instrumentenabschnitts
anzugeben.
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Zur
Bestimmung der Positions- und zum Teil auch der Orientierungsdaten
des Abschnitts des Instruments eignet sich das im Stand der Technik
vorbekannte Verfahren nach der US 2003/0220555 A1. Hier werden mindestens
zwei beispielsweise aus unterschiedlichen bevorzugt zueinander orthogonalen C-Bogen-Angulationen
aufgenommene Röntgenbilder
ermittelt und die Position der Katheterspitze mit Hilfe von Rückprojektionsalgorithmen
in den beiden Röntgenbildern
detektiert. Mittels einer vorab durchgeführten C-Bogen-offline-Kalibrierung
kann die dreidimensionale Position des Abschnitts des Instruments
im Untersuchungsbereich des Patienten ermittelt werden, indem die
in den beiden Röntgenbildern detektierten
zweidimensionalen Positionen des Abschnitts in den dreidimensionalen
Raum rückprojiziert
werden. Durch die Festlegung eines bestimmten Abschnitts des Instruments,
der durch wenigstens zwei Punkte bzw. Bereiche begrenzt wird, kann
die Richtung des Abschnitts mittels der Bestimmung einer Strecke
bestimmt werden, die sich aus dem Schnittbild der rückprojizierten
Abschnitte aus den zwei zweidimensionalen Bildern ergibt.
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Durch
die Mustererkennung von sich auf oder an dem Abschnitt des Instruments
befindlichen Markierungen kann nicht nur die Richtung sondern auch
die Drehung der vorab bestimmten Strecke (Instrumentenabschnitt),
insbesondere die Drehung eines rotationssymmetrischen medizinischen
Instruments, um dessen Längsachse
bestimmt werden. Neben der Drehung kann auch die Richtung des Instrumentenabschnitts
mittels der Mustererkennung bestimmt werden, indem beispielsweise
ellipsenförmig
erkannte Kreismarkierungen auf eine entsprechende Neigung des Abschnitts
schließen
lassen.
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Mit
Vorteil sind die Markierungen auf dem Abschnitt dem Bildaufnahmeverfahren
anpassbar. Beispielsweise können
die Markierungen aus Materialveränderungen
im Abschnitt des Instruments bestehen, wobei unterschiedliche Materialien
aufgrund ihrer unterschiedlichen Röntgendichte in einem zweidimensional
aufgenommenen Röntgen-Projektionsbild
erkannt werden. Die Markierungen sind mit Vorteil längs des
Abschnitts spiral-, sägezahn-,
rechteck-, sinus- oder wendelförmig
angeordnet. Die erfindungsgemäßen Markierungen
können
Einbuchtungen oder auch Ausnehmungen des Abschnitts sein, sofern
diese im zweidimensionalen Bild, je nach Aufnahmeverfahren, erkennbar
sind. Schließlich
ist auch eine entsprechende Formänderung
des Instruments bzw. des entsprechenden Abschnitts des Instruments
möglich,
so dass aufgrund beispielsweise asymmetrischer Formen oder Formänderungen
des Abschnitts die Markierungen realisiert werden.
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Später lässt sich
nach dem Erkennen der Markierungsmuster die Orientierung des Instrumentenabschnitts,
wie beispielsweise einer Katheterspitze, farblich am Bildschirm
darstellen, bei spielsweise durch ein Längsmuster aus verschiedenen
Farben, das die Drehung einer rotationssymmetrischen Spitze markiert.
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Zur
Bestimmung der Positions- und Orientierungsinformationen des Abschnitts
zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
mit Vorteil dadurch aus, dass mindestens ein zweites zweidimensionales Bild
des Untersuchungsbereichs aufgenommen wird, das in einem bestimmten
Winkel zum ersten zweidimensionalen Bild steht, wodurch sich die
Position eines insbesondere linienförmigen Abschnitts des Instruments
in den beiden zweidimensionalen Bildern entsprechend der vorgenannten
Methode bestimmen lässt.
Die Richtung des Abschnitts wird durch eine Positionsbestimmung
zweier den Abschnitt begrenzender Punkte oder Bereiche in den beiden
zweidimensionalen Bildern bestimmt. Beispielsweise kann die Richtung
einer Katheterspitze, d.h. die „pitch"- und „yaw"-Freiheitsgrade, mittels der Bestimmung zweier
die Katheterspitze begrenzender Punkte in den beiden zweidimensionalen
Bildern detektiert werden. Die Markierungen an der Katheterspitze können jedoch
auch zur Bestimmung der Richtungsinformation ohne eine Vorabbestimmung
der den Abschnitt begrenzender Punkte oder Bereiche herangezogen
werden, sofern die Art des Musters eine solche Richtungsbestimmung
zulässt.
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Die
Orientierungs- und/oder Positionsdaten des Abschnitts lassen sich
mit Vorteil in einen dreidimensionalen Datensatz des Untersuchungsbereichs des
Objekts einordnen und dienen zur Darstellung des Abschnitts des
Instruments zusammen mit dem dreidimensionalen Datensatz an einem
Anzeigegerät,
wobei der dreidimensionale Datensatz mit Vorteil den zu untersuchenden
Bereich, wie beispielsweise ein Gefäß eines Patienten, zeigt. Dabei
kann die Drehung des dreidimensional dargestellten Instruments farbig
auf der 3D-Repräsentation
des Instruments codiert sein.
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Gemäß der Erfindung
lassen sich mit Hilfe des Verfahrens Katheterspitzen in entsprechenden Untersuchungsbereichen
des menschlichen oder tierischen Körpers bestimmen, insbesondere in
Gefäßabschnitte
eingeführte
Katheterspitzen. Die zur Erfassung der Orientierung der Katheterspitze
aufgenommenen zweidimensionalen Bilder sind mit Vorteil Röntgen-Durchleuchtungsbilder.
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Während der
Aufnahme der oder des zweidimensionalen Bildes werden nach einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung gleichzeitig Bewegungsdaten des Objekts bzw. des Untersuchungsbereichs
aufgezeichnet und in einem separaten Bewegungsdatensatz abgespeichert.
Diese Bewegungsdaten sind insbesondere dann wichtig, wenn mittels
des Katheters Bilddaten aus dem zu untersuchenden, sich bewegenden
Bereichs gewonnen werden. Wird der Katheter zur Einführung eines
Bildaufnahmegeräts,
wie beispielsweise eines Ultraschallsensors, benutzt, der in oder
an der Spitze des Katheters, d.h. an dem Abschnitt des Instruments, befestigt
ist, so ist eine Abspeicherung der Orientierungs- und Positionsdaten
des Abschnitts, insbesondere zusammen mit den Bewegungsdaten, sehr wichtig.
In diesem Fall lassen sich eine Reihe von beispielsweise mittels
eines Ultraschallsensors aufgenommener zweidimensionaler Teil-Bildbereiche später in ihrer
Lage zueinander exakt zuordnen, wodurch eine Rekonstruktion eines
dreidimensionalen Volumens ermöglicht
wird. Für
die Genauigkeit der Rekonstruktion ist die exakte Lage und die Orientierung
der aufgenommenen Ultraschallbilder besonders wichtig.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung eines
sich in einem Untersuchungsbereichs eines Objekts befindlichen Abschnitts
eines Instruments angegeben, mit einer Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen
mindestens eines ersten zweidimensionalen Bildes des Untersuchungsbereichs
sowie einer Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung zum Erkennen von
sich auf oder an dem Abschnitts des Instruments befindlichen Markierungen
zum Bilden eines Markierungsmusters und zum Zuordnen des Markierungsmusters
zu vorbekannten Mustern, die die Orientierung des Instrumentenabschnitts,
ggf. auch die Richtung, angeben. Mit Vorteil wird hierfür ein C-Bogen-Röntgengerät verwendet,
dass das mindestens eine erste zweidimensionale Bild aufnimmt, während die
Markierungen längs
des Abschnitts eine gegenüber
dem Material des Abschnitts unterschiedliche Röntgendichte aufweisen, um zu
gewährleisten, dass
diese in dem zweidimensionalen Bild erkennbar sind.
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Unterliegt
das Objekt bzw. der Untersuchungsbereich einer rhythmischen oder
arrhythmischen physiologischen Bewegung (beispielsweise Herzschlag
oder Atmung), wird zur Erreichung einer optimalen Registrierung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
darauf geachtet, dass die Bewegungsdaten gleichzeitig mit den Bilddaten
des sich in der Katheterspitze befindlichen Ultraschallsensors aufgenommen
werden. Auch die gesteuerte Aufnahme anhand der Bewegungsdaten ist
möglich.
Hierzu wird die Herz- oder Atemphase des Patienten mit einem geeigneten
Gerät (beispielsweise
EKG-Gerät für das Herz
oder Brustgürtel
für die
Atmung) aufgenommen und die einzelnen zweidimensionalen Ultraschallbilder
werden zu bestimmten Zeitpunkten beispielsweise nach Ablauf einer
bestimmten Zeitdauer nach Auftreten der R-Zacke aufgenommen, um
einen möglichst
bewegungsarmen Zustand des Herzens aufzunehmen. Es handelt sich
dann um eine EKG-getriggerte Aufnahme.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben:
Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung,
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2a, 2b zwei
Darstellungen eines mit den erfindungsgemäßen Markierungen versehenen Instrumentenabschnitts
in unterschiedlichen Orientierungen,
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3a, 3b eine
alternative Ausführungsform
des Abschnitts des Instruments nach 2a, 2b ebenfalls
in unterschiedlichen Orientierungen,
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4 eine
3D-Darstellung des erfindungsgemäßen detektierbaren
Abschnitts nach symbolischer 3D-Rekonstruktion
des Instrumenten-Abschnitts. Die Drehung des Abschnitts ist farbig
auf der 3D-Darstellung des Abschnitts codiert, und
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5 die
schematische Darstellung einer Anzeige eines sich in einem Gefäß befindlichen
Ultraschallsensors, der an der Spitze eines Katheters befestigt
ist.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Untersuchungs- und/oder Behandlungseinrichtung 1 mit
einer Aufnahmeeinrichtung 2, die zweidimensionale Bilder
eines Untersuchungsbereichs 6 eines Objekts 7 aufnimmt.
Dargestellt ist eine mit einem C-Bogen 3 verbundene Röntgenstrahlenquelle 4 und
ein Strahlendetektor 5, beispielsweise ein Festkörperbilddetektor,
der Durchleuchtungsbilder der Strahlenquelle 4 aufnimmt.
Der Untersuchungsbereich 6 eines als Objekt 7 dargestellten
Patienten befindet sich im Wesentlichen im Isozentrum des C-Bogens, so dass er
in voller Gestalt im aufgenommenen zweidimensionalen Durchleuchtungsbild
zu sehen ist.
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Der
Betrieb der Einrichtung 1 wird über eine Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 14 gesteuert,
die beispielsweise auch den Bildaufnahmebetrieb steuert. Sie umfasst
eine nicht weiter gezeichnete Bildverarbeitungseinrichtung, ein
Eingabegerät 10 und
ein Anzeigegerät 9,
wobei ein Speicher verschiedene Datensätze abspeichert. Schematisch dargestellt
ist die Abspeicherung des zweidimensionalen Datensatzes 12,
des dreidimensionalen Datensatzes 8 und eines Bewegungsdatensatzes 13,
der der Verarbeitungseinrichtung 14 über einen Bewegungsdetektor 21,
wie beispielsweise einem EKG-Gerät,
zugeführt
wird.
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2a und 2b zeigen
schematisch den Abschnitt 16 eines Instruments 11,
beispielsweise die Spitze eines Katheters, mit den erfindungsgemäßen Markierungen 18.
Die Markierungen 18 befinden sich zwischen dem Instrumentenende 15 und
dem Abschnittsende 17. Instrumentenende 15 und
Abschnittsende 17 begrenzen den Abschnitt 16,
dessen Position und Orientierung festgestellt werden sollen. 2a zeigt
beispielhaft eine rotationssymmetrische Katheterspitze mit als Ausbuchtungen
oder Ausnehmungen dargestellten Markierungen 18, während 2b dieselbe
Instrumentenspitze in einer um 90° gedrehten
Darstellung zeigt. Das gegenüber
dem in 2a gezeigten Markierungsmuster
unterschiedliche Markierungsmuster in 2b dient
zur Orientierungsbestimmung der Instrumentenspitze. Die Markierungen 18 sind
in dem gezeigten Beispiel spiralförmig angeordnet, um eine Drehung
der Instrumentenspitze festzustellen. Des Weiteren kann auch die Richtung
der Instrumentenspitze durch einen Markierungsmustervergleich festgestellt
werden, wenn die in 2a beispielsweise als Ellipse
dargestellten Markierungen 18 kreisförmige Ausnehmungen der Instrumentenspitze
sind, woraus sich eine in diesem zweidimensionalen Bild in die Bildebene
hinein oder aus der Bildebene hinaus gerichtete Lage der Instrumentenspitze
vorhersagen lässt.
Durch die Bestimmung eines zweiten Röntgenbildes, möglichst
in orthogonaler Anordnung zum ersten zweidimensionalen Bild, lässt sich
dann die genaue Richtung der Instrumentenspitze ermitteln.
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Gleichermaßen kann
bei bekannter Richtung (d.h. bekannte „pitch"- und „yaw"-Freiheitsgrade) zu jedem beliebigen
Zeitpunkt der gemessene Abstand x zwischen Instrumentenende 15 und
der ersten sichtbaren Markierung 18 ermittelt werden, wobei
die bekannten Richtungs-Freiheitsgrade zur Bestimmung des tatsächlichen
Abstands x verwendet werden. Mittels eines Vergleichs des ermittelten
Abstands x mit der bekannten geometrischen Anordnung der Markierungen 18 kann
die gesuchte Orientierung des Abschnitts 16 bestimmt werden.
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Neben
den in 2a und 2b gezeigten, als
Ausnehmung dargestellten Markierungen 18 kann auch ein
spiralförmig
angeordneter Marker-Draht auf dem Abschnitt 16 des Instruments 11, wie
schematisch in den 3a und 3b gezeigt, angeordnet werden.
Aufgrund der spiralförmigen
Anordnung kann in den zweidimensionalen Bildern dann auf die Orientierung
des Instruments 11 geschlossen werden.
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In 4 ist
eine dreidimensionale Darstellung des erfindungsgemäß detektierbaren
Abschnitts gezeigt, nachdem der Instrumentenabschnitt dreidimensional
rekonstruiert wurde. Die Drehung des Abschnitts ist farbig auf der
dreidimensionalen Darstellung des Abschnitts codiert. Das Beispiel
zeigt als Markierung dargestellte Farbflächen 22, die beispielsweise
aus über
dem Umfang verteilte, gleichmäßig voneinander
beabstandete Farbmuster bestehen, deren Lage die jeweilige Orientierung
bzw. Drehung des Instruments 11 angeben.
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Werden
nun gemäß der vorliegenden
Erfindung zwei im Winkel voneinander beabstandete zweidimensionale
Bilder aufgenommen, um die Position und Richtung der Katheterspitze
festzustellen, kann eines der beiden oder beide zweidimensionalen Bilder
gleichzeitig zur Bestimmung des dritten „roll"-Parameters, d.h. der Drehung der Katheterspitze
verwendet werden, wodurch sich, wie in 5 schematisch
dargestellt, verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben:
Bei der Katheterbildgebung (beispielsweise OCT intravaskulärer Ultraschall,
intrakardialer Ultraschall) ist es möglich, aus aufeinanderfolgend
erfassten zweidimensionalen Ultraschallbildern ein dreidimensionalen
Volumen zu rekonstruieren. Hierfür
ist die Kenntnis der exakten räumlichen
Anordnung jedes einzelnen zweidimensionalen Bildes erforderlich.
Insbesondere bei einer Bewegung des bildgebenden Katheters während der
Erfassung der zweidimensionalen Bilder ist die Positions-/Orientierungsinformation
jedes einzelnen Bildes sehr wichtig. Gleichzeitig ist es beispielsweise
bei der Aufnahme des dreidimensionalen Volumens der Herzanatomie
mit Hilfe eines intrakardialen Ultraschallkatheters wichtig, auch
die Bewegung des Herzens aufzunehmen, um die während unterschiedlichen Bewegungszuständen des
Herzens aufgenommenen Ultraschallbilder später dem jeweiligen Bewegungszustand
wieder korrekt zuzuordnen (Phasenlage des Bildes, auch als 4.
Dimension bezeichnet). Es ist bei der Erfassung der zweidimensionalen
Ultraschallbilder wichtig, gleichzeitig die Positions- und Orientierungsinformationen
zu erhalten, da diese in der Regel mittels eines „sweep", d.h. rotationssymmetrisch,
aufgenommen werden und eine unbeabsichtigte Drehung des Katheters
daher zu einer fehlerhaften Darstellung des rekonstruierten dreidimensionalen
Volumens führen würde.
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5 zeigt
schematisch eine solche Anordnung mit einem in einem Gefäß eingeschobenem
Instrument 11, dessen Abschnitt 16 mit einem Ultraschallwellen 20 ausstrahlenden
Ultraschallwandler ausgestattet ist. Am Anzeigegerät 9 kann
der Arzt die Richtung des Wellenfächers anhand der vorliegenden
Erfindung erkennen und steuern.
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Darüber hinaus
ist es bei bestimmten Interventionen (beispielsweise bei einer elektrophysiologischen
Ablationsprozedur) vorteilhaft, die aktuelle Orientierung (Richtung
und Drehung des Katheters während
der Intervention zu visualisieren. Dies ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn der Katheter nur eine Deflektion in eine bestimmte Richtung
erlaubt. Wird beispielsweise der „roll"-Parameter der Katheterspitze während der
vorgenannten Ausführung
im Anzeigegerät 9 farbig
visualisiert, so kann der behandelnde Arzt jeweils genau erkennen,
in welche Richtung der Katheter aktuell deflektiert werden kann.
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Schließlich ist
es bei einer „endoscopic view"-Visualisierung wichtig,
innere Oberflächen
von Organen, wie beispielsweise den Darm, Blutgefäße oder
Herzkammern, in einer perspektivischen Ansicht darzustellen. Bei
einer solchen Darstellung ist es oftmals wichtig, als Blickpunkt
bzw. als Blickrichtung dieser Visualisierung die tatsächliche
Position und Orientierung eines medizinischen Instruments herzunehmen,
um dem Arzt eine „Aktionsdarstellung" zu bieten. Auch
hierfür
kann das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhaft angewandt werden.
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Schließlich erlaubt
die vorliegende Erfindung eine automatische Registrierung zwischen
den Bildern eines bildgebenden Katheters und der zweidimensionalen
Röntgenbilder,
die zur Positions- und Orientierungsbestimmung des Katheters verwendet werden.
Ohne weiteren erforderlichen Registrierungsaufwand ist es somit
möglich,
beispielsweise zweidimensionale Katheterbilder mit den zweidimensionalen
Röntgenbildern
zu registrieren und eine räumliche
Relation zwischen diesen Bildern herzustellen. Wird aus den zweidimensionalen
Röntgenbildern
ein dreidimensionales Volumen rekonstruiert, ist automatisch auch
die räumliche
Relation zwischen diesem Volumen und dem erfassten zweidimensionalen
Katheterbild bekannt. Auch könnte
das durch einen bildgebenden Katheter erzeugte dreidimensionale
Katheterbild mit dem zweidimensionalen Röntgenbild kombiniert werden,
da für
jedes zweidimensionale Katheterbild die Katheterspitze des bildgebenden
Katheters durch oben beschriebenes Verfahren lokalisiert wurde.
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Ein
durch den lokalisierten Katheter erzeugtes dreidimensionales Katheterbild
kann auch mit dem dreidimensionalen Röntgenbild registriert werden,
das durch eine Rekonstruktion aus den zweidimensionalen Röntgenbildern
gewonnen wurde. Die Transformationsmatrix ist in diesem Fall eine
Einheitsmatrix, da die Koordinatensysteme beider dreidimensionaler
Rekonstruktionsbilder über
die Lokalisierung der Katheterspitze miteinander korrelieren.