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    • 专利摘要:
    Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betrachtung radiologischer Bilder weist eine bildgebende Vorrichtung (10) auf, der befohlen wird, Bilder mit einer vorgegebenen Frequenz zu akquirieren und diese einem Prozessor (5) zuzuführen. Der Prozessor (5) erzeugt basierend auf mehreren von der bildgebenden Vorrichtung (10) akqurierten Bildern Zwischenbilder. Ein Display (9) stellt aufeinanderfolgend die akquirierten Bilder und die Zwischenbilder dar, wobei die Zwischenbilder zwischen die akquirierten Bilder eingeschoben sind, so dass die Frequenz mit der das Display (9) die dargestellten Bilder jeweils erneuert, größer ist als die Akquisitionsfrequenz der bildgebenden Vorrichtung (10).
    公开号:DE102004001770A1
    申请号:DE200410001770
    申请日:2004-01-12
    公开日:2004-07-22
    发明作者:Serge Muller
    申请人:GE Medical Systems Global Technology Co LLC；
    IPC主号:H04N5-232
    专利说明:
    [0001] Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einVerfahren und eine Vorrichtung zum Betrachten von Bildern einesObjekts, insbesondere zur Bildbetrachtung auf dem Gebiet der medizinischenBildgebung.
    [0002] In der chirurgischen Radiologie werdendie von einem Chirurgen oder einem Heilkundigen vorgenommenen Operationenunter Verwendung von Bildern durchgeführt, die von einer Strahlenquelleerzeugt werden, wie etwa bei einer digitalen Durchleutung (Fluoroskopie).Zu diesem Zwecke kann dem Patienten schon vor der Operation eineKontrastflüssigkeitoder ein Kontrastmittel injiziert worden sein. Dank dieser Technikkann der Chirurg oder der Heilkundige ein Bild der inneren Strukturendes entsprechenden Bereiches des zu behandelnden Patienten auf einemBildschirm in Echtzeit betrachten. Während der Operation verwendetder Chirurg oder Heilkundige dieses Bild, um die Instrumente indiese Strukturen einzuführenund um den Fortschritt der Operation zu überwachen. Im Ergebnis gestattetdie chirurgische Radiologie die Ausführung von Operationen die lediglichgering invasiv sind.
    [0003] Diese Technik macht es notwendig,dass der Operationssaal mit einem bildgebenden radiologischen Gerät ausgerüstet ist.Das Gerätweist typischerweise Strahlungserzeugungsmittel, wie eine Röntgenstrahlenquelleund bildgebende Mittel, wie einem Bilddetektor auf, der gegenüber derQuelle angeordnet ist. Der zu behandelnde anatomische Teil des Patientenist zwischen der Quelle und dem Detektor angeordnet. Der von derQuelle emittierte Strahl geht durch die inneren biologischen Strukturen desPatienten durch, bevor er den Detektor erreicht. Dieser Strahl wirdvon den inneren Strukturen teilweise absorbiert, so dass die Intensität des vondem Detektor empfangenen Strahls abgeschwächt ist. Die von dem Detektorakquirierten Bilder sind deshalb das Ergebnis einer Projektion desanatomischen Teils des Patienten in der Detektorebene.
    [0004] Die Bilder werden mit einer vorgegebenen Rateakquiriert und in Echtzeit an Verarbeitungsmittel übermittelt,die die Darstellung dieser Bilder auf einem Bildschirm in dem Operationssaalsteuern. Der Chirurg oder Heilkundige kann auf dem Bildschirm sowohldie inneren Strukturen des zu behandelnden Patienten als auch diejeweilige Lage seines Instrumentes oder seiner Instrumente in Bezugauf diese Strukturen betrachten. Der Chirurg oder Heilkundige führt seinInstrument bzw. seine Instrumente anhand der Bilder, die er betrachtet.
    [0005] Es geht das Bestreben dahin, dieRate der von der bildgebenden Vorrichtung akquirierten Bilder zureduzieren, um die Röntgenstrahldosis,die auf den Patienten zur Einwirkung gebracht wird, zu minimieren.Diese Verringerung vergrößert aberdie Bildabstandszeit auf dem Bildschirm. Das führt zu einer niedrigen Darstellungsfrequenz,was in bestimmten Fällenzu einem speziellen Problem fürden Chirurgen oder Heilkundigen werden kann, weil er den Fortschrittder Opera tion auf ruckweise erscheinenden Bildern betrachtet, wasdie visuelle Kontrolle der Bewegungen des Chirurgen oder Heilkundigenbeeinträchtigenund in verhältnismäßig kurzerZeit zu einer Ermüdungführenkann.
    [0006] Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sichauf die Beobachtungsbedingungen des Fortschritts einer Operation.Eine Ausführungsformder Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildbetrachtung,das aufweist: – bildgebenden Mitteln wirdbefohlen die Bilder mit einer bestimmten Frequenz zu akquirierenund sie Verarbeitungsmitteln zuzuleiten; – dieBearbeitungsmittel erzeugen, basierend auf mehreren, von den bildgebendenMitteln akquirierten Bildern, Zwischenbilder, – Darstellungsmittelstellen aufeinanderfolgend die akquirierten Bilder und die Zwischenbilderdar, wobei die Zwischenbilder zwischen die akquirierten Bilder eingefügt sind,so dass die Frequenz mit der die Darstellungsmittel das jeweilsdargestellte Bild erneuern größer istals die Akquisitionsfrequenz der bildgebenden Mittel.
    [0007] Die von den Verarbeitungsmittelnerzeugten Zwischenbilder gestatten es einen Übergang zwischen den akquiriertenBildern herzustellen. Demzufolge erscheint der Fortschritt der Operationauf den Darstellungsmitteln so, als wenn er kontinuierlich wäre.
    [0008] Bei einer Ausführungsform der Erfindung erlaubtes das erfindungsgemäße Verfahrendie wirksame Darstellungsfrequenz zu erhöhen, ohne dass die Bildakquisitionsrateder bildgebenden Mittel erhöhtwird.
    [0009] Bei einer Ausführungsform der Erfindung werdendie Zwischenbilder jeweils als ein Kombination von den von den bildgebendenMitteln akquirierten Bildern berechnet. Beispielsweise werden diePixelintensitätender Zwischenbilder jeweils als eine Kombination der Pixelintensitätswerteder akquirierten Bilder berechnet. Diese Kombination kann eine Extrapolationoder ein Interpolation der akquirierten Bilder beinhalten.
    [0010] Bei einer Ausführungsform der Erfindung werdendie Zwischenbilder durch eine Abschätzung oder Bewertung der Bewegungberechnet.
    [0011] Weitere charakteristische Eigenschaftenund Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, dielediglich zur Veranschaulichung dient und nicht beschränkend istund die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu lesen ist,in der:
    [0012] 1 schematischeine einer Ausführungsformder Erfindung entsprechende Vorrichtung zeigt;
    [0013] 2 einBlockdiagramm ist, dass die bei dem erfindungsgemäßen Verfahrenbenutzten Schritte veranschaulicht.
    [0014] In 1 istein Patient 1, an dem eine Operation vorzunehmen ist, aufeinem Operationstisch 2 zwischen einer Röntgenstrahlquelle 3 undeinem optoelektronischen Detektor 4 einer bildgebendenVorrichtung 10 gelagert. Die Quelle 3 emittiertStrahlungspulse mit einer Frequenz von etwa 10 Hz. Der Detektor 4 unddie Quelle 3 sind miteinander synchronisiert, so dass derDetektor etwa 10 Bilder pro Sekunde akquiriert.
    [0015] Der Detektor 4 übermitteltdie sich auf die akquirierten Bilder beziehenden Daten in Echtzeitan Verarbeitungsmittel 5 in Gestalt eines Bildprozessors.Der Prozessor 5 weist einen Pufferspeicher 6, indem er die Daten speichert und einen Mikroprozessor 7 auf,der die Verarbeitung dieser Daten ermöglicht. Die bildgebenden Vorrichtungsmittel 10 undder Prozessor 5 sind durch einen Taktgeber 8 miteinandersynchronisiert. Der Prozessor 5 steuert Darstellungs(Display)mittel 9 inGestalt eines in dem Operationssaal aufgestellten Bildschirms inder Weise, dass dieser die von den bildgebenden Mitteln 10 akquiriertenBilder darstellt.
    [0016] Der Prozessor 5 kann ausmehreren von den bildgebenden Mitteln akquirierten Bildern Zwischenbildererzeugen. Er liefert diese Zwischenbilder zu dem Darstellungsbildschirm 9,so dass dieser aufeinanderfolgend die akquirierten Bilder und dieZwischenbilder darstellt, wobei die Zwischenbilder jeweils zwischendie akquirierten Bilder eingeschoben sind.
    [0017] 2 veranschaulichtdas von dem Prozessor 5 der 1 angewandteVerfahren zur Ermittlung der Zwischenbilder aus den von den bildgebenden Mitteln 10 akquiriertenBildern. Dieses Verfahren kann kontinuierlich auf die von der bildgebendenVorrichtung übermitteltenDaten angewandt werden.
    [0018] Bei einem Schritt 101 empfängt derProzessor 5 zu einem gegebenen Zeitpunkt t1 einenDatensatz I(t1), der einem von dem Bilddetektor 4 akquiriertenBild entspricht.
    [0019] Die Daten I(t1)sind z.B. ein Satz Intensitätswerte,die den Bilddetektorpixeln zugeordnet sind. Der Prozessor 5 speichertdie Daten beim Empfang in seinem Pufferspeicher 6.
    [0020] Bei einem Schritt 102 bestimmt derProzessor 5 die Zwischenbilder aus den den von den bildgebendenMitteln akquirierten Bildern entsprechenden gespeicherten DatenI(t1), I(t2), I(t3) .... I(tn).
    [0021] Unter der Annahme, dass die Bildakquisitionsfrequenzdes Detektors 4 R1 ist und dassdie Frequenz mit der die Bilder auf dem Bildschirm 9 gewechseltwerden R2 ist (R2 > R1),erzeugt der Prozessor zwischen zwei aufeinanderfolgenden akquiriertenBildern I(t1), I(t1+1)eine Anzahl M von Zwischenbildern: M = R2/(R1–1)Bei einer Ausführungsformdes Schrittes 102 wird eine Folge von M Zwischenbildern zwischeneinem ersten Bild I(t1) und einem zweitenBild I(t1+1) durch Extrapolation der Bilder I(t1–3),I (t1–2),I(t1–1),I(t1) einer vorhergehenden Folge von Bildernberechnet. Die Intensitäteines Pixels eines Zwischenbildes I'1, I'2,... I'M wirddeshalb durch Extrapolation der Änderungder Intensitätder den Bildern ... I(t1–4), I(t1–3),I(t1–2),I(t1–1),I(t1) zugeordneten Pixel als Funktion derZeit berechnet. Die Extrapolation berücksichtigt die letzten beidenvon dem Prozessor empfangenen Bilder I(t1–1),I(t1). In diesem Fall kann die Extrapolationlinear sein. Unter dieser Annahme muss deshlab der Pufferspeicher 6 zujedem gegebenen Zeitpunkt lediglich zwei Bilder speichern.
    [0022] Bei einer Ausführungsform des Schrittes 102 wirdeine Folge von Zwischenbildern I'1,I'2, I'M zwischeneinem ersten Bild I(t1) und einem zweitenBild I(t1+1) durch Interpolation der BilderI(t1) einer vorhergehenden Bilderfolge undeiner nachfolgenden Bilderfolge berechnet. Die Intensität einesZwischenbildpixels wird deshalb durch Interpolation der Intensitätsänderungder den Bildern . . . I(t1–4), I(t1–3),I(t1–2), I(t1–1),I(t1) zugeordneten Pixel als Funktion derZeit berechnet. Diese Interpolation kann das von dem Prozessor empfangeneletzte Bild I(ti) und ein darauffolgendesBild I(t1+1) berücksichtigen. In diesem Falle kanndie Interpolation linear sein. Unter dieser Annahme muss der Pufferspeicher 6 deshalblediglich diese beiden Bilder speichern. Bei dieser Ausführugnsformmuss der Prozessor 5 so lange warten bis er die Daten deszweiten Bildes I(t1+1) empfängt, damit erdie Zwischenbilder durch Interpolation bestimmen kann.
    [0023] Bei einer Ausführungsform des Schrittes 102 beinhaltetder Prozessor 5 ein Programm, dass einen Algorithmus dazuverwendet, eine Bewegung zu bewerten. Solche Algorithmen sind inden nachfolgenden Veröffentlichungenbeschrieben: „TemporalLinking of motion-based segmentation for object oriented image sequencecoding", GARCIA-GARDUNO,LABIT, BONNAUD, Signal Processing 7th theories and applicationsproceedings of EUSIPCO-94, September 1994, Edinburgh; „Multiple occludingobjects tracking using a non-redundant boundary based presentationfor image sequence interpolation after decoding", BONNAUD, LABIT, Proceedings 1997 Internationalconference on Image Processing ICIP, October 1997, Santa Barbara; „Spatio-temporalwiener filtering of image sequences using a parametric motion model", DEKEYSER, BOUTHEMY,PEREZ, Proceedings 2000 International conference on Image ProcessingICIP, September 2000, Vancouver, „Robust fast extraction ofvideo objects combining frame differences and adaptive referenceimage", CAPLIER,BONNAUD, CHASSERY, Proceedings 2001, International conference on ImageProces sing, ICIP, October 2001, Thessaloniki. Diese Programme erlaubenes die Bilder in verschiedene Teile zu segmentieren, wobei einigeTeile feste Strukturen und andere Teile sich bewegende Strukturenwiedergeben. Sie basieren in der Regel auf einer Bildsubstraktionvon Bildern. Diese Subtraktion entfernt die Pixel, die von einemBild zu dem nächstfolgendenBild gleich sind und hebt die Pixel hervor, deren Intensität sich ändert.
    [0024] In dem Fall z.B., in dem die abgebildeteninneren Strukturen feststehend sind und der Chirurg oder Heilkundigeein Instrument (einen Katheter oder dergleichen) in diese Struktureneinführt,werden lediglich die Pixel, die das Instrument wiedergeben, voneinem Bild zu dem nächstfolgendenBild verändertund entwickeln sich dauernd fort. Außerdem ist bei gewissen Operationender Bewegungsweg des Instrumentes vorhersagbar. So ist z.B. im Falleeiner transkutanen Punktur der Bewegungsweg des Katheters im Wesentlichenlinear. In diesem Falle baut der Prozessor 5 die Zwischenbilderdadurch auf, dass er die die abgebildeten inneren Strukturen wiedergebendenPixel dupliziert und sie durch Extrapolation oder Intrapolationder das chirurgische Instrument wiedergebenden Pixel abwandelt.
    [0025] Bei einem Schritt 103 steuert derProzessor 5 den Bildschirm 9 so an, dass dieseraufeinanderfolgend die akquirierten Bilder I(tt–1),I(tt+1) und die Zwischenbilder I'1, I'2 ... IM,die er berechnet hat, darstellt, wobei die Zwischenbilder zwischendie akquirierten Bilder eingefügtsind.
    [0026] In dem Fall, dass der Prozessor 5 dieZwischenbilder durch Extrapolation bestimmt, übermittelt er das von dem Detektorakquirierte Bild I(t1) unmittelbar an denBildschirm. Sodann berechnet der Prozessor 5 die ZwischenbilderI'1, I'2 ,... IM und übermitteltdiese auf den Bildschirm bis er das nachfolgende Bild I(t1+1) empfängt.
    [0027] In dem Fall, dass der Prozessor 5 eineInterpolation durchführt,darf der Prozessor erst dann ein akquiriertes Bild I (t1)an den Bildschirm übermitteln, wenner das jeweils nachfolgende Bild I(t1+1)empfängt.Der Empfang des nachfolgenden Bildes I(t1+1) löst die Verarbeitungund Übermittlungder Zwischenbilder I'1,I'2 .... IM zu dem Bildschirm aus. Das Ergebnis ist,dass die Bildschirmdarstellung nicht augenblicklich erfolgt. Sieist um eine Zeit verzögert,die etwa gleich ist dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgendenAkquisitionen des Detektors.
    [0028] Die beschriebenen Ausführungsformenerlauben es dem Chirurgen oder Heilkundigen die Bilder der von ihmbehandelten anatomischen Struktur mit einer Bildfolgefrequenz zubetrachten, die ähnlich derbeim Fernsehen ist (z.B. 24 Bilder pro Sekunde).
    [0029] Der Fachmann kann zahlreiche Änderungen derStruktur/Ausfpürungund/oder Funktion und/oder der Verfahrensschritte der beschriebenenAusführungsbeispieleund deren Äquivalentevornehmen, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wieer durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Verfahren zum Betrachten von Bildern, das beinhaltet: – bildgebendenMitteln (10) wird befohlen Bilder mit einer vorgegebenFrequenz zu akquirieren und die Bilder an Verarbeitungsmittel (5)zu übermitteln; – die Verarbeitungsmittel(5) erzeugen basierend auf mehreren von den bildgebendenMitteln (10) akquirierten Bildern Zwischenbilder; – die akquiriertenBilder und die Zwischenbilder werden aufeinanderfolgend auf Displaymitteln(9) dargestellt, wobei die Zwischenbilder zwischen dieakquirierten Bilder so eingeschoben werden, dass die Frequenz mitder die Displaymittel (9) das jeweils dargestellte Bilderneuern größer istals die Akquisitionsfrequenz der bildgebenden Vorrichtung (10).
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenbilderals eine Kombination von Bildern berechnet werden, die von den bildgebendenMitteln (10) akquiriert wurden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zwischenbilderdurch Extrapolation der von den bildgebenden Mitteln (10)akquirierten Bilder erzeugt werden.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, bei der die Extrapolationlinear ist und lediglich die beiden jeweils zuletzt akquiriertenBilder berücksichtigenkann.
    [5] Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zwischenbilder durchInterpolation der von den bildgebenden Mitteln (10) akquiriertenBildern erzeugt werden.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5 bei dem die Interpolationlinear ist und lediglich die beiden jeweils zuletzt akquiriertenBilder berücksichtigt.
    [7] Verfahren nach Anspruch 1 bei dem die Zwischenbilderdurch eine Bewegungsbewertung berechnet werden, wobei die unbeweglichenGebiete der akquirierten Bilder zur Erzeugung der Zwischenbilderdupliziert werden.
    [8] Bildbetrachtungsvorrichtung, die aufweist: – Mittelzum Akquirieren von Bildern (10); – Mittel (5) zur Verarbeitungder akquirierten Bilder; – Mittel(9) zur Darstellung der Bilder, – wobei die Verarbeitungsmittel(5) das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche anwendenkönnen.
    [9] Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Verarbeitungsmittel(5) aufweisen: – einenPufferspeicher (6) der von den bildgebenden Mitteln (10)zugeführteund die akquirierten Bilder definierende Daten speichern kann; – wobeider Pufferspeicher (6) eine ausreichend große Speicherkapazität zur Speicherungeiner Zahl von Bildern aufweist, die von den Verarbeitungs mitteln (5)benötigtwerden, um eine Folge aufeinanderfolgender Zwischenbilder zu bestimmen.
    [10] Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die einen Taktgeber(8) zur Synchronisation der bildgebenden Mittel (10)und der Verarbeitungsmittel (5) aufweist.
    [11] Computerprogramm das Codemittel beinhaltet die beider Durchführungauf einem Computer, der Verarbeitungsmittel aufweist, die Schrittenach einem der Ansprüche1 bis 8 ausführen.
    [12] Computerprogramm auf einem Träger, der Codemittel trägt, diebei der Durchführungauf einem Computer der Verarbeitungsmittel aufweist, die Schrittenach einem der Ansprüche1 bis 9 durchführen.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2008-11-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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