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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
für ein
3-D Objekt. Derartige Verfahren werden unter anderem bei bildgestützten medizinischen
Eingriffen angewendet.
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Bei
diesen Verfahren wird vom Rechner kontinuierlich ein von einem Grunddetektor
erfasstes Bild des Objekts entgegen genommen und daraus eine 2-D
Grundabbildung des Objekts ermittelt, die vom Rechner über ein
Ausgabesystem als Bild flüchtig
ausgegeben wird. Der Einsatz derartiger Darstellungsverfahren bietet
sich dabei insbesondere deshalb an, weil die hierzu benötigte Ausstattung
im Operationssaal oft vorhanden ist. Darüber hinaus ist diese Ausstattung
einfacher handhabbar und kostengünstiger
in der Anschaffung als eine Ausstattung für eine 3-D Bildgebung wie beispielsweise
einen Magnetresonanztomographen, einen Computertomographen, 3-D
Angiographiegeräte
und dergleichen. Darüber
hinaus ist die Ermittlung eines Volumendatensatzes, der ein Objekt
beschreibt, mit dem heutigen Stand der Technik in Echtzeit nicht
möglich.
Die Echtzeitfähigkeit
der Bildgebung ist aber gerade in Zusammenhang mit Eingriffen in
den Körper
eine unverzichtbare Eigenschaft.
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2-D
Abbildungen des Objekts weisen eine Anzahl von Nachteilen auf. So
steht insbesondere ein Bediener (der Operateur) beim Einsatz von
2-D Abbildungen des Objekts immer vor der schwierigen Aufgabe, den
dargestellten 2-D Bildinhalt mental auf die realen 3-D anatomischen
Verhältnisse
zu übertragen.
Oft stellt sich dem Bediener auch die Situation dar, dass eine präoperative
Eingriffplanung anhand eines Volumendatensatzes und aus dem Volumendatensatz
ermittelten 2-D Darstellungen erfolgte, diese Planungsergebnisse
bei der Operation aber nicht direkt auf in Echtzeit verfügbare 2-D
Abbildungen während
der Operation abbildbar sind.
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Bei
Navigationsprozeduren werden im klinischen Umfeld meist mit Positionssensoren
bestückte chirurgische
Instrumente benutzt. Dadurch kann die aktuelle Position dieser Instrumente – gegebenenfalls
nach einer einmalig oder mehrmals während des Eingriffs durchgeführten sogenannten
Registrierungsprozedur – während des
Eingriffs in präoperativ erzeugten
Bilddaten dargestellt werden. Bei dieser Vorgehensweise ist die
nicht einfache Handhabung der Positionssensoren problematisch. Auch
die Registrierungsprozedur ist meist sehr aufwändig. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, dass die präoperativen,
aus einem Volumendatensatz des Objekts ermittelten Bilddaten oft
nicht die erforderliche Aktualität
aufweisen.
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Bei
orthopädischen
Prozeduren ist ferner bekannt, mehrere 2-D Abbildungen des Objekts
(meist in Form von Projektionen) darzustellen und so eine Navigation
zu betreiben. Dieser Ansatz behebt den Nachteil der mangelnden Aktualität der präoperativen
3-D-Volumendaten, da diese Daten hier durch Röntgenbilder ersetzt werden.
Allerdings steht hier keine echte 3-D Information zur Verfügung, sondern nur
eine quasi-3-D Information, aus der der Operateur mental ein 3-D
Szenario erzeugen muss. Darüber
hinaus können
auch bei dieser Vorgehensweise Ergebnisse einer vorherigen Eingriffsplanung,
die vorab anhand präoperativer
(echter) 3-D Bilddaten durchgeführt
wurde, nicht ohne weiteres auf die intraoperativen 2-D Projektionen übertragen
werden.
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Schließlich ist
noch bekannt, zwei Projektionen des Operationsfelds aufzunehmen
und über
das Ausgabesystem als Bilder darzustellen. Die Projektionen werden
dabei unter verschiedenen Winkeln aufgenommen, um quasi-räumliche
Information über das
Operationsfeld zu gewinnen. Auch bei diesem Ansatz wird keine echte
3-D Bildinformation generiert, so dass wiederum der 3-D Kontext
vom Operateur mental geschaffen werden muss.
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In
der älteren,
nicht vorveröffentlichen
deutschen Patentanmeldung 102 10 646.0 mit dem Titel „Verfahren
zur Bilddarstellung eines in einen Untersuchungsbereich eines Patienten
eingebrachten medizinischen Instruments", eingereicht am 11.03.2002, ist ein
rechnergestütztes
Darstellungsverfahren für ein
3-D Objekt beschrieben, bei dem von einem Rechner ein von einem
Grunddetektor erfasstes Bild des Objekts entgegen genommen und daraus
eine 2-D Grundabbildung des Objekts ermittelt und über ein
Ausgabesystem als Bild flüchtig
ausgegeben wird. Vom Rechner wird ferner anhand eines in einem dem
Rechner zugeordnetem Speicher hinterlegten 3-D Volumendatensatzes
des Objekts eine 2-D Grunddarstellung ermittelt und – zumindest
teilweise – der
Grundabbildung überlagert
bzw. in diese eingeblendet. Diese Vorgehensweise stellt bereits
einen großen
Fortschritt dar, ist aber immer noch nicht in allen Aspekten völlig befriedigend.
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Aus
der US-B-6,364,526 ist ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
für ein
3-D Objekt bekannt, bei dem von einem Rechner ein von einem Grunddetektor
erfasstes Bild des Objekts entgegen genommen und daraus eine 2-D
Grundabbildung des Objekts ermittelt wird, die vom Rechner über ein
Ausgabesystem als Bild flüchtig
ausgegeben wird. Aus der US-B-6,364,526
ist weiterhin auch ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
für ein
3-D Objekt bekannt, bei dem von einem Rechner anhand eines in einem
dem Rechner zugeordneten Speicher hinterlegten 3-D Volumendatensatzes
eines Objekts eine 2-D Grunddarstellung ermittelt wird, die vom
Rechner über
ein Ausgabesystem als Bild flüchtig
ausgegeben wird. Darüber,
ob das Objekt, das der 2-D Grundabbildung zu Grunde liegt, mit dem
Objekt, das der 2-D Grunddarstellung zu Grunde liegt, identisch ist,
finden sich in der US-B-6,364,526 keine Aussagen. Weiterhin sind
allem Anschein nach der Rechner, der die 2-D Grundabbildung ermittelt
und das diesem Rechner zugeordnete Ausgabesystem völlig getrennt
und unabhängig
von dem Rechner, der die 2-D Grunddarstellung ermittelt, und dem
diesen Rechner zugeordneten Ausgabesystem.
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Aus
der US-B-6,216,030 ist ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
für ein
3-D Objekt bekannt, bei dem von einem Rechner anhand eines Volumendatensatzes,
der in einem dem Rechner zugeordneten Speicher hinterlegt ist, mehrere
2-D Darstellungen ermittelt und über
ein Ausgabesystem als Bilder flüchtig
ausgegeben werden. Vom Rechner werden weiterhin von Detektoren erfasste
Bilder des Objekts entgegen genommen und daraus 2-D Abbildungen
ermittelt, die vom Rechner in die 2-D Darstellungen eingeblendet
werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
für ein
3-D Objekt zu schaffen, mittels dessen für einen Bediener (einen Operateur)
eine noch einfachere Erfassung der dargestellten Sachverhalte möglich ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein rechnergestütztes Darstellungsverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein
Bestimmen der Projektionsparameter der Grunddarstellung derart,
dass die Projektionsparameter mit den Projektionsparametern der
Grundabbildung übereinstimmen,
ist im Stand der Technik unter dem Begriff „Registrierung" bekannt. Registrierungsverfahren
sind beispielsweise in der eingangs erwähnten
DE 102 10 646.0 beschrieben. Sie
sind als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Auch
ist der Volumendatensatz in aller Regel vorab ermittelt worden.
Er kann beispielsweise einen Gefäßbaum repräsentieren,
innerhalb dessen ein Katheter geführt werden soll. Anhand des
Volumendatensatzes kann beispielsweise ein Weg festgelegt worden
sein, entlang dessen der Katheter zu führen ist. In einem derartigen
Fall ist z. B. ein Einblenden einer sogenannten „road map" in die Grundabbildung möglich. Auch
ist es möglich,
mittels eines Cursors in der Grunddarstellung Bereiche zu markieren
oder zu selektieren und derartige Markierungen bzw. Selektionen
halb- oder vollautomatisch in die Grundabbildung zu übertragen.
Gegebenenfalls ist es sogar möglich,
einen Cursor für
die Grunddarstellung mit einem Cursor für die Grundabbildung direkt
zu koppeln.
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Bei
der Berücksichtigung
von in Bezug auf das Objekt gegebenen ortsbezogenen Informationen an
korrespondierenden Stellen der Grunddarstellung ist zusätzlich zu
berücksichtigen,
dass – im
Gegensatz zur Abbildung vom Dreidimensionalen ins Zweidimensionale – die Abbildung
von der Grundabbildung in die Grunddarstellung in der Regel nicht
eindeutig ist. Jeder Punkt der Grundabbildung wird vielmehr in eine
Linie im Volumendatensatz abgebildet. Diese Linie reduziert sich
nur dann wieder auf einen Punkt der Grunddarstellung, wenn die Grunddarstellung
und die Grundabbildung perspektivische Projektionen sind, deren
Projektionsparameter übereinstimmen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt also insbesondere auf intraoperative
Situationen ab, bei denen einerseits intraoperative, in Echtzeit
ermittelte 2-D Bilddaten verwendet werden, aber zusätzlich präoperative
3-D Bilddaten existieren, so dass sich die Informationen der 2-D
Bilddaten und die Informationen der 3-D Bilddaten gegenseitig ergänzen können. Die Erfindung
beschränkt
sich aber nicht auf ein einheitliches Darstellen ineinander (Einblenden),
sondern betrifft ein Darstellen der Bilder nebeneinander.
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Wenn
nicht nur die Grundabbildung, sondern auch die Grunddarstellung
vom Rechner in Echtzeit ermittelt wird, ist das Verfahren besonders
vielseitig anwendbar. Insbesondere besteht in diesem Fall die Möglichkeit,
die Grunddarstellung interaktiv zu ändern.
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Wenn
die Grundabbildung durch eine Grundaufnahmegeometrie bestimmt ist
und die Grundaufnahmegeometrie jederzeit änderbar ist, ist auch die Grundabbildung
jederzeit etwaigen geänderten
Erfordernissen anpassbar.
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Wenn
zum Anpassen der Grundabbildung die Grundaufnahmegeometrie von einem
Bediener manuell in eine Grundaufnahmestellung verfahren werden
soll, kann dies besonders genau und zuverlässig geschehen, wenn bei Erreichen
der Grundaufnahmestellung der Rechner eine akustische oder optische
Grundrückmeldung
an den Bediener ausgibt und/oder die Grundaufnahmegeometrie eine
mechanische Grundrückmeldung
an den Bediener ausgibt.
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Insbesondere
aufgrund dieser Unbestimmtheit der Abbildung der Grundabbildung
in den Volumendatensatz ist es von Vorteil, wenn vom Rechner auch
ein von einem Zusatzdetektor erfasstes Bild des Objekts entgegen
genommen und daraus eine von der Grundabbildung des Objekts verschiedene
2-D Zusatzabbildung des Objekts ermittelt wird, die Zusatzabbildung
vom Rechner über
das Ausgabemedium als Bild flüchtig
ausgegeben wird und die Zusatzabbildung des Objekts vom Rechner über das
Ausgabesystem gleichzeitig zur Grundabbildung und der Grunddarstellung,
aber örtlich
getrennt von diesen ausgegeben wird. Die Ermittlung der Zusatzabbildung
erfolgt dabei selbstverständlich
wieder in Echtzeit.
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Denn
dadurch, dass dann zwei 2-D Abbildungen des Objekts zur Verfügung stehen,
können bei
Markierung je einer bestimmten Stelle in den beiden Abbildungen
im Volumendatensatz zwei Linien ermittelt werden. Ähnlich einer
Kreuzpeilung kann somit ein korrespondierender Ort im Volumendatensatz
ermittelt werden und auch in der Grunddarstellung dann eindeutig
(punktuell) markiert werden.
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Analog
zur Grundabbildung ist auch die Zusatzabbildung durch eine Zusatzaufnahmegeometrie bestimmt.
Vorzugsweise ist auch die Zusatzaufnahmegeometrie jederzeit änderbar.
In analoger Weise zur Grundabbildung kann dabei wieder ein manuelles Verfahren
in eine vorbestimmte Zusatzaufnahmestellung durch eine akustische
oder optische Zusatzrückmeldung
des Rechners und/ oder eine mechanische Zusatzrückmeldung der Zusatzaufnahmegeometrie erfolgen.
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Die
Grundaufnahmegeometrie weist eine Grundabbildungshauptachse auf,
die Zusatzaufnahmegeometrie eine Zusatzabbildungshauptachse. Die Abbildungshauptachsen
schneiden sich in der Regel unter Bildung eines Schnittwinkels in
einem gemeinsamen Schnittpunkt. Der Schnittwinkel ist vorzugsweise
derart zu bestimmen, dass die durch die Grund- und die Zusatzabbildung
vermittelte Gesamtinformation über
das Objekt möglichst
groß ist.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Zusatzabbildung relativ
zur Grundabbildung derart bestimmt wird, dass der Schnittwinkel
90° beträgt.
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Falls
der Schnittwinkel konstruktionsbedingt nur maximal so groß wie ein
Grenzwinkel sein kann, der kleiner als 90° ist, wird die Zusatzabbildung
relativ zur Grundabbildung vorzugsweise derart bestimmt, dass der
Schnittwinkel gleich dem Grenzwinkel ist.
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Vorzugsweise
wird vom Rechner anhand des Volumendatensatzes auch eine von der
Grunddarstellung verschiedene 2-D Zusatzdarstellung ermittelt und über das
Ausgabesystem als Bild flüchtig ausgegeben.
Die Zusatzdarstellung wird dabei vom Rechner über das Ausgabesystem gleichzeitig
zur Grundabbildung und der Grunddarstellung, aber örtlich getrennt
von diesen, gegebenenfalls auch örtlich getrennt
von der Zusatzabbildung, ausgegeben. Dadurch ist für den Bediener
ein noch besseres Verständnis
des dargestellten Sachverhalts möglich. Ebenso
wie bei der Grunddarstellung wird auch die Zusatzdarstellung vom
Rechner vorzugsweise in Echtzeit ermittelt. Denn dadurch ist sie
wieder interaktiv änderbar.
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Wenn
die Zusatzdarstellung und die Zusatzabbildung perspektivische Projektionen
sind und derart bestimmt werden, dass ihre Projektionsparameter übereinstimmen,
ist ein mentaler Ab gleich und Vergleich der Zusatzabbildung und
der Zusatzdarstellung für
den Bediener wieder besonders einfach.
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Vorzugsweise
wird vom Rechner ferner anhand des Volumendatensatzes eine sowohl
von der Grunddarstellung als auch von der Zusatzdarstellung unabhängige 2-D
Ergänzungsdarstellung
ermittelt und über
das Ausgabesystem als Bild flüchtig
ausgegeben. Auch die Ergänzungsdarstellung
wird dabei vom Rechner über
das Ausgabesystem gleichzeitig mit der Grundabbildung, der Grunddarstellung
und der Zusatzdarstellung, aber örtlich
getrennt von diesen, gegebenenfalls auch örtlich getrennt von der Zusatzabbildung,
ausgegeben. Denn dann ist das Darstellungsverfahren noch vielseitiger.
Insbesondere kann beispielsweise die Ergänzungsdarstellung variiert
werden, ohne die Grund- und die Zusatzdarstellung ändern zu
müssen.
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Auch
die Ergänzungsdarstellung
wird – ebenso
wie die Grunddarstellung und die Zusatzdarstellung – vorzugsweise
in Echtzeit ermittelt. Denn dann ist sie wieder interaktiv änderbar.
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Wenn
die Abbildungen und die Darstellungen jeweils über eine eigene Ausgabeeinrichtung,
z. B. einen Monitor, des Ausgabesystems ausgegeben werden, erfolgt
die Ausgabe auf besonders übersichtliche
Weise.
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Wie
oben stehend ausgeführt,
können
die Grund- und die Zusatzdarstellung perspektivische Projektionen
sein. Gleiches gilt selbstverständlich auch
für die
Ergänzungsdarstellung.
Es ist aber auch möglich,
dass die Darstellungen – einzeln
oder zusammen – parallele
Projektionen oder Schnitte sind. Auch die Grund- und die Zusatzabbildung
können perspektivische
Projektionen sein.
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Wenn
die Grundabbildung, gegebenenfalls auch die Zusatzabbildung, durch
Röntgenstrahlung oder
durch Ultraschall ermittelt werden, gestaltet sich die Ermittlung
der Abbildungen besonders einfach.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
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1 schematisch
eine bildgebende Modalität,
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2 einen
Ausschnitt von 1 und
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3 und 4 Kombinationen
von 2D-Darstellungen eines Volumendatensatzes eines Objekts mit
mindestens einer 2D-Abbildung des Objekts.
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Gemäß 1 ist
eine bildgebende Modalität 1 z.
B. als Röntgenanlage 1 ausgebildet.
Die Röntgenanlage 1 ist
mit einem Steuerrechner 2 verbunden.
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Die
Röntgenanlage 1 ist
gemäß 2 als C-Bogen-Anlage
ausgebildet. Sie weist also ein Röntgensystem auf, das aus einer
Röntgenquelle 3 und
einem Röntgendetektor 4 besteht,
die auf einer gemeinsamen Kreisbahn 5 um eine Schwenkachse 6 verschwenkbar
sind. Jede Stelle auf der Kreisbahn 5 definiert eine Aufnahmegeometrie.
Die Aufnahmegeometrie weist insbesondere eine Abbildungshauptachse 7 auf,
die durch die Röntgenquelle 3 und
das Zentrum des Röntgendetektors 4 bestimmt
ist. Sie schneidet die Schwenkachse 6 in einem Schnittpunkt 8.
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Ein
mit dieser Aufnahmegeometrie erfasstes Durchleuchtungsbild eines
Objekts 9 (in der Regel eines Menschen 9) ist
somit mittels des Röntgendetektors 4 erfassbar
und in Echtzeit an den Steuerrechner 2 übermittelbar. Von diesem wird
dann die korrespondierende Abbildung 23 des Objekts 9 ermittelt
und in Echtzeit über
ein Ausgabesystem 10 als Bild flüchtig ausgegeben. Im vorliegenden
Fall eines Durchleuchtungsbildes ist die Abbildung 23 eine
perspektivische Projektion 23.
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Gemäß 2 ist
zusätzlich
zu dem von der Röntgenquelle 3 und
dem Röntgendetektor 4 gebildeten
Röntgensystem
ein weiteres Röntgensystem vorhanden,
das ebenfalls eine Röntgenquelle 3' und einen Röntgendetektor 4' aufweist. Die
Röntgensysteme
sind dabei im wesentlichen gleich ausgebildet. Sie sind auch in
gleicher Weise betreibbar. Gleiche Komponenten sind daher mit den
gleichen Bezugszeichen versehen, die aber zur Unterscheidung vom erstgenannten
Röntgensystem
mit einem Apostroph versehen sind.
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Soweit
nachfolgend zwischen dem vom Röntgendetektor 4 erfassten
Durchleuchtungsbild (Projektion 23) und dem vom Röntgendetektor 4' erfassten Durchleuchtungsbild
(Projektion 23')
unterschieden wird, ist ersteres als Grundabbildung 23 bzw.
Grundprojektion 23 bezeichnet, letzteres als Zusatzabbildung 23' bzw. Zusatzprojektion 23'.
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Gemäß 3 wird
vom Steuerrechner 2 die Zusatzabbildung 23' ebenfalls über das
Ausgabesystem 10 ausgegeben. Das Ausgabesystem 10 weist hierfür eine Vielzahl
von Ausgabeeinrichtungen 11, z. B. von Monitoren 11,
auf. Die beiden Projektionen 23, 23' werden dabei über je eine eigene Ausgabeeinrichtung 11 ausgegeben.
Die Ausgabe der Abbildung 23, 23' erfolgt also zwar gleichzeitig,
aber getrennt voneinander.
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Die
Grund- und die Zusatzabbildung 23, 23' sind durch
die Aufnahmegeometrien bestimmt, wobei gemäß 2 die Aufnahmegeometrien
voneinander verschieden sind. Insbesondere schneiden sich die Abbildungshauptachsen 7, 7' unter Bildung
eines Schnittwinkels α in
dem Schnittpunkt 8. Somit ist auch die Zusatzabbildung 23' von der Grundabbildung 23 verschieden.
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Die
Zusatzabbildung 23' wird
relativ zur Grundabbildung 23 derart bestimmt, dass der Schnittwinkel α einen Minimalwert
nicht unterschreitet. Vorzugsweise sollte der Schnittwinkel α 90° betragen.
Wenn dies nicht möglich
sein sollte, weil ein Grenzwinkel, unter dem die Abbildungshauptachsen 7, 7' sich maximal
schneiden können,
kleiner als 90° ist,
wird die Zusatzabbildung 23' relativ
zur Grundabbildung 23 vorzugsweise derart bestimmt, dass
der Schnittwinkel α gleich
dem Grenzwinkel ist. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass
gute Ergebnisse bereits erzielbar waren, wenn der Schnittwinkel α 45° betragen
hat.
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Prinzipiell
sind die Grundaufnahmegeometrie und die Zusatzaufnahmegeometrie
der Röntgensysteme
unabhängig
voneinander einstellbar. Sie können
dabei beispielsweise, wie in 1 angedeutet,
manuell durch einen Bediener 12 oder vom Steuerrechner 2 verstellt
werden. In jedem Fall aber sind die Aufnahmegeometrien jederzeit änderbar.
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Wenn
das Ändern
der Aufnahmegeometrien manuell durch den Bediener 12 erfolgt,
ist das Anfahren vorbestimmter Aufnahmestellungen kritisch. Daher
werden beispielsweise mittels Sensoren von einer Steuereinrichtung 13 kontinuierlich
die momentanen Stellungen der Röntgensysteme
erfasst und an den Steuerrechner 2 gemeldet. Wenn z. B.
die Grundaufnahmegeometrie eine vorbestimmte Aufnahmestellung erreicht,
gibt der Rechner 2 über
einen Bildschirm oder eine schematisch angedeutete Signallampe 14 eine
optische Rückmeldung
an den Bediener 12 aus.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann bei Erreichen der gewünschten
Aufnahmestellung auch eine akustische Rückmeldung über einen kleinen Lautsprecher 15 erfolgen.
Es ist auch möglich,
dass die Röntgenanlage 1 selbst
schematisch angedeutete mechanische Rückkopplungselemente 16 aufweist,
so dass die Aufnahmegeometrie selbst ähnlich einem Schalter mit mehreren
Drehstellungen eine mechanische Rückmeldung an den Bediener 12 ausgibt.
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Die
obigen Ausführungen
bezüglich
des definierten Anfahrens von Aufnahmestellungen gelten selbstverständlich gleichermaßen für das Grundröntgensystem
und das Zusatzröntgensystem.
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Das
Aufnehmen der Durchleuchtungsbilder des Objekts 9 (Projektionen 23, 23') und Darstellen der
Projektionen 23, 23' über die
Ausgabeeinrichtungen 11 wird vom Steuerrechner 2 unter
Abarbeitung eines Computerprogramms 17 durchgeführt, mit
dem der Steuerrechner 2 programmiert ist.
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Dem
Steuerrechner 2 ist auch ein Speicher 18 zugeordnet.
Im Speicher 18 ist unter anderem ein Volumendatensatz 19 des
Objekts 9 hinterlegt. Der Volumendatensatz 19 kann
dabei anhand von Daten aller bildgebenden 3D-Modalitäten ermittelt
worden sein. Der Volumendatensatz 19 kann also beispielsweise
mittels Computertomographie, Magnetresonanztomographie, 3D-Angiographie,
3D-Röntgenverfahren,
3D-Ultraschall und anderer bildgebender 3D-Verfahren wie beispielsweise
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder Single Photon Emission
Computer Tomography (SPECT) ermittelt worden sein.
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Gesteuert
durch das Computerprogramm 17, ermittelt der Steuerrechner 2 daher
auch mindestens eine Darstellung 20 bis 22 des
Volumendatensatzes 19 und stellt sie über eine der Ausgabeeinrichtungen 11 des
Ausgabesystems 10 dar. Der Steuerrechner 2 gibt
dabei jede der Darstellungen 20 bis 22 über je eine
eigene Ausgabeeinrichtung 11 des Ausgabesystems 10 als
Bild flüchtig
aus. Auch die Darstellungen 20 bis 22 werden somit
vom Steuerrechner 2 zwar gleichzeitig, aber örtlich getrennt
voneinander (und auch örtlich
getrennt von den Abbildungen 23, 23') ausgegeben.
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Gemäß 3 gibt
der Steuerrechner 2 drei Darstellungen 20 bis 22 des
Volumendatensatzes 19 über
je eine der Ausgabeeinrichtung 11 aus. Die Darstellungen 20 bis 22 werden
nachfolgend zur Unterscheidung voneinander als Grunddarstellung 20,
Zusatzdarstellung 21 und Ergänzungsdarstellung 22 bezeichnet.
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Die
Darstellungen 20 bis 22 werden vom Steuerrechner 2 in
Echtzeit ermittelt. Gemäß 3 sind
insbesondere die Grunddarstellung 20 und die Zusatzdarstellung 21 perspektivische
Projektionen 20, 21. Die Projektionsparameter
der Grunddarstellung 20 stimmen dabei mit den Projektionsparametern
der Grundabbildung 23 überein.
Ebenso stimmen die Projektionsparameter der Zusatzdarstellung 21 mit
den Projektionsparametern der Zusatzabbildung 23' überein.
Insbesondere ist somit auch die Zusatzdarstellung 21 von
der Grunddarstellung 20 verschieden.
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Die
Ergänzungsdarstellung 22 ist
von der Grunddarstellung 20 und der Zusatzdarstellung 21 unabhängig. Sie
ist gemäß 3 insbesondere
interaktiv änderbar.
Beispielsweise kann der Volumendatensatz 19 über die
Ergänzungsdarstellung 22 unter sich ändernden
Blickwinkeln dargestellt werden.
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Gemäß 3 ist
die Grunddarstellung 20 an die Grundabbildung 23 gekoppelt,
die Zusatzdarstellung 21 an die Zusatzabbildung 23'. Insbesondere sind
somit die Grunddarstellung 20 und die Zusatzdarstellung 21 zwangsweise
perspektivische Projektionen 20, 21. Im vorliegenden
Fall steht sogar eine gegenseitige Kopplung zwischen Grundabbildung 23 und
Zusatzabbildung 23',
so dass indirekt auch die Grunddarstellung 20 und die Zusatzdarstellung 21 miteinander
gekoppelt sind. Es ist somit möglich,
bei einer Änderung
von Grund- oder Zusatzabbildung 23, 23' die korrespondierende
Darstellung 20, 21 unmittelbar und automatisch
mitzuführen.
Somit sind indirekt auch die Grund- und die Zusatzdarstellung 20, 21 interaktiv änderbar.
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Darüber hinaus
ist es prinzipiell aber auch möglich,
die Grunddarstellung 20 von der Grundabbildung 23 zu
entkoppeln und ebenso auch die Zusatzdarstellung 21 von
der Zusatzabbildung 23' zu entkoppeln.
In diesem Fall ist selbstverständlich
auch eine direkte interaktive Änderung
der Grund- und der Zusatzdarstellung 20, 21 möglich. Darüber hinaus müssen in
diesem Fall die Grund- und die Zusatzdarstellung 20, 21 nicht
notwendigerweise perspektivische Projektionen sein. Vielmehr können sie
in diesem Fall auch parallele Projektionen oder Schnitte sein.
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Ein
Beispiel einer derartigen Entkopplung zeigt 4. Gemäß 4 werden über das
Ausgabesystem 10 drei Darstellungen 20 bis 22 (des
Volumendatensatzes 19) und eine Projektion 23 (des
Objekts) gleichzeitig, aber örtlich
getrennt voneinander ausgegeben. Die drei Darstellungen 20 bis 22 sind gemäß 4 z.
B. drei zueinander senkrechte Schnitte 20 bis 22.
Die Pro jektion 23 kann im Einzelfall parallel zu einem
der Schnitte verlaufen. Dies ist im Allgemeinen aber nicht der Fall.
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Die
Schnitte 20 bis 22 und die Projektion 23 werden
gemäß 4 über eine
einzige, gemeinsame Ausgabeeinrichtung 11 des Ausgabesystems 10 ausgegeben.
Sie könnten
aber auch über
jeweils eine eigene Ausgabeeinrichtung 11 ausgegeben werden.
In jedem Fall aber werden sie immer gleichzeitig, aber örtlich getrennt
voneinander ausgegeben.
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Gemäß 4 ist
es möglich,
dass vom Steuerrechner 2 mindestens eine in Bezug auf den
Volumendatensatz 19 gegebene ortsbezogene Information an
einer korrespondierenden Stelle der Projektion 23 berücksichtigt
wird.
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Beispielsweise
weisen die drei Schnitte 20 bis 22 einen gemeinsamen
Punkt 24 auf. Dieser Punkt 24 entspricht einem
3D-Cursor 24.
Dieser 3D-Cursor 24 kann beispielsweise in die Projektion 23 als
Markierung 25 mit eingeblendet werden. Auch ist es beispielsweise
möglich,
einen geplanten 3D-Weg für
ein Werkzeug, der anhand des Volumendatensatzes 19 ermittelt
wurde, in die Projektion 23 einzublenden. Gemäß 3 geschieht
dies beispielsweise für
beide Abbildungen 23, 23' über eigene Ausgabeeinrichtungen 11 des
Ausgabesystems 10. Dort werden also zusätzlich zu den Abbildungen 23, 23' noch zwei weitere
Abbildungen 27, 27' ausgegeben.
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Auch
ist es möglich,
einen anderweitig in den Schnitten 20 bis 22 markierten
oder selektierten Bereich des Volumendatensatzes 19 in ähnlicher
Weise automatisch in der Projektion 23 zu markieren oder zu
selektieren. Es ist sogar möglich,
einen Cursor 26 der Projektion 23 mit dem gemeinsamen
Punkt 24 der Schnitte 20 bis 22 zu verkoppeln.
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Das
Verfahren kann insbesondere auch dazu verwendet werden, die Genauigkeit
der Registrierung zu überprüfen. Beispielsweise
können
markante Stellen des Volumendatensatzes 19 in den Schnitten 20 bis 22 markiert
werden. Durch gleichzeitiges automatisches Markieren der korrespondierenden
Stellen 25 durch den Steuerrechner 2 kann dann auf
einfache Weise die Korrektheit der Registrierung, das heißt der Abbildung
des Volumendatensatzes 19 in die Projektion 23, überprüft werden.
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Auch
umgekehrt ist es möglich,
dass vom Steuerrechner 2 mindestens eine im Bezug auf das Objekt 9 gegebene
ortsbezogene Information an korrespondierenden Stellen der Schnitte 20 bis 22 berücksichtigt
wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn nicht nur die Grund-,
sondern auch die Zusatzabbildung 23, 23' genutzt werden
kann. Denn dann ist anhand der zwei Projektionen 23, 23' ein Ort im
Volumendatensatz 19 eindeutig bestimmbar. Somit kann auch
eine Rückabbildung
eindeutig ausgeführt
werden. Es ist also wiederum z. B. eine Kopplung des Cursors 26 mit
dem gemeinsamen Punkt 24 möglich und auch ein Markieren
und Selektieren von Bereichen in der Projektion 23 (bzw.
den Projektionen 23, 23'), wobei dann der Steuerrechner 2 automatisch
die korrespondierenden Markierungen und Selektierungen in den Schnitten 20 bis 22 vornimmt.
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Das
vorliegende Verfahren zum Einblenden von aus der Projektion 23 (bzw.
den Projektionen 23, 23') gewonnenen Informationen in die
Darstellungen 20 bis 22 kann insbesondere dazu
benutzt werden, ein chirurgisches Instrument, z. B. einen Katheter, und
hier insbesondere die Katheterspitze, in der Projektion 23 (bzw.
in den Projektionen 23, 23') zu markieren und diese Spitze
dann in die Schnitte 20 bis 22 einzublenden. Denn
in den Projektionen 23, 23' wird der Katheter meist sehr hoch
auflösend
dargestellt, während
die anatomische Information des umgebenden Gewebes oftmals nur unzureichend
abgebildet werden kann. Durch das Einblenden der Katheterspitze
in die Schnitte 20 bis 22 (bzw. allgemeiner die Darstellungen
des Volumendatensatzes 19) kann daher der Katheter aufgrund
der vorliegenden Erfindung erheblich präziser geführt werden. Das Auffinden der
Katheterspitze in der Projektion 23 (bzw. in den Projektionen 23, 23') dann dabei
ggf. automatisch erfolgen.
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Gemäß dem oben
stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden durch Röntgenstrahlung
Abbildungen 23, 23' ermittelt,
die Projektionen 23, 23' sind. Dies stellt auch den häufigsten
Anwendungsfall dar. Die Abbildungen 23, 23' können aber auch
auf andere Art, insbesondere durch Ultraschall, SPECT und PET ermittelt
werden. In diesen Fällen müssen die
Abbildungen 23, 23' nicht
notwendigerweise Projektionen 23, 23' sein.
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Die
vorliegende Erfindung wurde ferner in Verbindung mit einer medizinischen
Anwendung beschrieben. Sie ist aber nicht auf medizinische Anwendungen
beschränkt,
sondern vielmehr allgemein anwendbar.