DE10001817A1 - Method and system for generating diagnostically usable three-dimensional ultrasound image data sets - Google Patents
Method and system for generating diagnostically usable three-dimensional ultrasound image data setsInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren sowie ein neuartiges System zur Generierung von diagnostisch verwertbaren dreidimensionalen Ultraschallbilddatensätzen.The invention relates to a novel method and a novel system for generating diagnostically usable three-dimensional ultrasound image data sets.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein System zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 6.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a system for performing this method according to the preamble Claim 6.
Ein Verfahren zur Erfassung von diagnostisch verwertbaren dreidimensionalen Ultraschallbilddatensätzen ist grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der EP 0 865 765 beschrieben. Ein wesentlicher Gesichtspunkt dieses bekannten Verfahrens ist u. a. das freie Führen des Ultraschallkopfes während der Aufnahme der Ultraschall- Einzelbilder, d. h. während der Bild- oder Datenaquisition.A method for recording diagnostically usable three-dimensional Ultrasound image data sets are known in principle and for example in EP 0 865 765 described. An essential aspect of this known method is u. a. free guidance of the ultrasound head during the recording of the ultrasound Frames, d. H. during image or data acquisition.
Für die Gewinnung der Positions- und Orientierungsdaten wird beim bekannten Verfahren ein elektromagnetisches Sensorsystem verwendet, welches beispielsweise unter der Bezeichnung "ISOTRAK II" von der Firma POLHEMUS, One Hercules Drive, Colchester, VT 05446 angeboten wird.For obtaining the position and orientation data, the known Method uses an electromagnetic sensor system, which for example under the name "ISOTRAK II" from the company POLHEMUS, One Hercules Drive, Colchester, VT 05446 is offered.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein System zur Generierung von diagnostisch verwertbaren dreidimensionalen Ultraschallbilddatensätzen aufzuzeigen, bei dem die Ultraschallbilder von einer Sonde, beispielsweise einer TEE-Sonde oder - Probe geliefert werden.The object of the invention is to provide a method and a system for generating to show diagnostically usable three-dimensional ultrasound image data sets, in which the ultrasound images from a probe, for example a TEE probe or Sample will be delivered.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein System ist entsprechend dem Patentanspruch 5 ausgebildet.To achieve this object is a method according to claim 1 educated. A system is designed according to claim 5.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.Developments of the invention are the subject of the dependent claims. The invention is explained in more detail below with reference to the figures using an exemplary embodiment.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Generierung von diagnostisch verwertbaren dreidimensionalen Datensätzen für eine tomographische Bildabfassung eines zu untersuchenden Volumens, unter Verwendung einer einführbaren Ultraschall-Sonde; Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the inventive system for the generation of diagnostically acceptable three-dimensional data for a tomographic image of a writing volume to be examined, using a deliverable ultrasound probe;
Fig. 2 in vereinfachter Einzeldarstellung die Sonde; Fig. 2 is a simplified representation of the single probe;
Fig. 3 in schematischer Darstellung die jeweils im Bildverarbeitungssystem abgelegten Einzelbilder, zusammen mit graphischen Darstellungen des EKG-Zyklus und des Respirations-Zyklus eines Patienten. Fig. 3 shows a schematic representation of each stored in the image processing system frames, along with graphical representations of the ECG cycle and the respiratory cycle of a patient.
In den Figuren ist 1 ein Bildverarbeitungssystem, welches im wesentlichen aus dem Rechner 2 und aus den an diesem angeschlossenen peripheren Geräten, wie Tastatur 3, Bildschirm 4, Maussteuerung 5 usw. besteht.In the figures, 1 is an image processing system which essentially consists of the computer 2 and the peripheral devices connected to it, such as keyboard 3 , screen 4 , mouse control 5 , etc.
Dem Bildverarbeitungssystem 1 ist zugeordnet ein Ultraschallgerät 6 mit einer Ultraschall-Sonde 7, die bei der dargestellten Ausführungsform eine TEE-Sonde oder - Probe, d. h. eine Sonde für die Transösophageale Echokardiographie ist.The image processing system 1 is assigned an ultrasound device 6 with an ultrasound probe 7 , which in the embodiment shown is a TEE probe or sample, ie a probe for transesophageal echocardiography.
Sonden dieser Art sind dem Fachmann bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem schlauchartigen Sonden- oder Probenkörper 8, in dem die Funktionselemente der Sonde aufgenommen sind und der an einem Ende die Sondenspitze bildet, an welcher innerhalb des Sondenkörpers 8 eine Ultraschall-Kristall-Anordnung 9 untergebracht ist, die um die Sondenachsen dreh- oder schwenkbar ist, und zwar in nicht dargestellter Weise über eine Mechanik, beispielsweise über eine im Sondenkörper 8 untergebrachte biegsame Welle mittels eines Rades oder Stellgliedes 10. Dieses ist mit dem erforderlichen Abstand von der Sondenspitze am Sondenkörper 8 vorgesehen. Die Ultraschall-Anordnung 9 liefert Bilder von Bildebenen oder Schnitten, die radial zur Sondenachse orientiert sind.Probes of this type are known to the person skilled in the art. They essentially consist of a tube-like probe or sample body 8 , in which the functional elements of the probe are accommodated and which forms the probe tip at one end, on which an ultrasound-crystal arrangement 9 is accommodated within the probe body 8 , which is arranged around the probe axes can be rotated or swiveled, in a manner not shown, via a mechanism, for example via a flexible shaft accommodated in the probe body 8 , by means of a wheel or actuator 10 . This is provided at the required distance from the probe tip on the probe body 8 . The ultrasound arrangement 9 provides images of image planes or sections that are oriented radially to the probe axis.
Die Sonde 7 ist über eine mehradrige Signalleitung an das Ultraschallgerät 6 angeschlossen, über die dann nicht nur die Bildinformationen an das Ultraschall-Gerät übertragen werden, sondern auch eine die jeweilige Drehstellung des Ultraschall- Kopfes 9 definierende Information, die von einer in der Sonde 7 untergebrachten Elektronik, beispielsweise mit Winkelgeber geliefert wird. Das Ultraschallgerät 6 generiert aus den von der Sonde 7 gelieferten Bilddaten Ultraschall-Einzelbilder deren Bildebene abhängig ist u. a. von der Winkelstellung der Ultraschall-Anordnung 9. Die Einzelbilder können dann auf dem Bildschirm 6' des Ultraschallgeräte s dargestellt werden, und zwar zusammen mit einer in das jeweilige Bild eingeblendeten Angabe über die Winkelstellung der Ultraschall-Anordnung 9.The probe 7 is connected to the ultrasound device 6 via a multi-core signal line, via which not only the image information is then transmitted to the ultrasound device, but also information defining the respective rotational position of the ultrasound head 9 , which is provided by an information in the probe 7 electronics, for example with an angle encoder. The ultrasound device 6 uses the image data supplied by the probe 7 to generate individual ultrasound images whose image plane is dependent, inter alia, on the angular position of the ultrasound arrangement 9 . The individual images can then be displayed on the screen 6 ′ of the ultrasound device, together with an indication of the angular position of the ultrasound arrangement 9 that is shown in the respective image.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind dem Bildverarbeitungssystem weiterhin noch ein EKG-Gerät 11 mit zugehörigen Elektroden 12 und ein Gerät 13 zur Registrierung der Atemlage (Respirationszyklus) mit zugehörigen Sonden 14 zugeordnet.In the embodiment shown, the image processing system is also assigned an EKG device 11 with associated electrodes 12 and a device 13 for registering the breathing position (respiratory cycle) with associated probes 14 .
Um aus den von dem Ultraschallgerät 6 gelieferten Einzelbildern einen dreidimensionalen, diagnostisch verwertbaren Datensatz zu erstellen, werden die Einzelbilder von dem an einen geeigneten Ausgang des Ultraschallgerätes 6 angeschlossenen Rechner 2 des Bildverarbeitungssystems 1 erfaßt. Liegen die Einzelbilder in analoger Form vor, so erfolgt mit geeigneten Mitteln, beispielsweise mittels Framegrabber eine Digitalisierung dieser analogen Bilder bzw. Videobilder. Liegen die Ultraschalleinzelbilder bereits in digitaler Form vor, so können diese vom Rechner ohne Umwandlung erfaßt und verarbeitet werden. Der Bildinhalt der Einzelbilder enthält auch, wie oben bereits ausgeführt wurde, die Positionsinformation, d. h. die Information über die Winkelstellung der Ultraschall-Anordnung 9.In order to create a three-dimensional, diagnostically usable data set from the individual images supplied by the ultrasound device 6 , the individual images are acquired by the computer 2 of the image processing system 1 connected to a suitable output of the ultrasound device 6 . If the individual images are in analog form, these analog images or video images are digitized using suitable means, for example using frame grabbers. If the ultrasound individual images are already in digital form, they can be captured and processed by the computer without conversion. As already explained above, the image content of the individual images also contains the position information, ie the information about the angular position of the ultrasound arrangement 9 .
Mit einer geeigneten Software wird diese Positionsinformation erkannt und extrahiert. Bei analogen, vom Ultraschallgerät gelieferten Einzelbildern erfolgt diese Erkennung und Extraktion der Positionsinformation mit Hilfe eines Verfahrens bzw. einer Software zur Mustererkennung (z. B. OCR = Optical Character Recognition).This position information is recognized and extracted using suitable software. This detection takes place in the case of analog single images supplied by the ultrasound device and extraction of the position information using a method or software for pattern recognition (e.g. OCR = Optical Character Recognition).
Im Rechner wird dann zu jedem Ultraschall-Einzelbild auch die zugehörige Positionsinformation in einem diesem Einzelbild zugeordneten Datensatz abgespeichert, und zwar entsprechend der Fig. 3 in einem Bildhaeder dieses Datensatzes, wobei der Bildhaeder bei der dargestellten Ausführungsform auch noch Werte des EKG-Gerätes 11, z. B. einen Meßwert, der die Phasenlage des jeweiligen Einzelbildes in bezug auf den EKG-Zyklus bestimmt, und/oder z. B. einen Meßwert des Gerätes 13, der beispielsweise Phasenlage des Einzelbildes in bezug auf den Respirationszyklus bestimmt.The associated position information for each ultrasound single image is then also stored in the computer in a data record assigned to this single image, in accordance with FIG. 3 in an image holder of this data record, the image holder in the illustrated embodiment also including values of the EKG device 11 . e.g. B. a measured value that determines the phase position of the respective individual image in relation to the EKG cycle, and / or z. B. a measured value of the device 13 , which, for example, determines the phase position of the single image with respect to the respiration cycle.
Die Sonde 7, die beispielsweise die Aufnahme von Bildsequenzen in unterschiedlichen Schnittebenen des menschlichen Herzens ermöglicht, wird hierfür in die Speiseröhre des Patienten 15 eingeführt.For this purpose, the probe 7 , which, for example, enables image sequences to be recorded in different sectional planes of the human heart, is introduced into the patient's 15 esophagus.
Die Zuordnung der Postionsinformation zu dem jeweiligen Ultraschall-Einzelbild, d. h. das Abspeichern dieser Information sowie weitere Informationen im Bild-Haeder kann Online, d. h. zeitgleich mit der Aufnahme der Einzelbilder oder aber nach der Bilderfassung in einem ersten Schritt einer Nachbearbeitung erfolgen.The assignment of the position information to the respective ultrasound single image, i. H. the storage of this information and further information in the image holder can Online, d. H. at the same time as the individual pictures were taken or after the Image acquisition takes place in a first step of post-processing.
Insbesondere dann, wenn die Positionsinformation "online" verarbeitet wird, kann diese Information auch dazu verwendet werden, die Bilderfassung bzw. den Bildeinzug durch den Rechner 2 zu steuern, d. h. ein Ultraschall-Einzelbild wird nur dann erfaßt, wenn seit dem letzten, erfaßten Einzelbild ein vorbestimmtes oder vorgegebenes Winkelinkrement der Drehstellung der Ultraschall-Anordnung 9 zurückgelegt wurde.In particular, when the position information is processed “online”, this information can also be used to control the image acquisition or image acquisition by the computer 2 , ie an ultrasound single image is only acquired if since the last individual image acquired a predetermined or predetermined angular increment of the rotational position of the ultrasound arrangement 9 has been covered.
Durch das EKG-Gerät und das Gerät 13 besteht die Möglichkeit, dynamische, aber auch statische dreidimensionale Datensätze zu generieren, und zwar in bezug auf den Herzzyklus bzw. die Atmung des Patienten 15. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit der EKG-Triggerung und eines Atem-Gating.The EKG device and the device 13 make it possible to generate dynamic, but also static, three-dimensional data sets, specifically in relation to the cardiac cycle or the breathing of the patient 15 . In particular, there is also the possibility of EKG triggering and breath gating.
Die im Rechner 2 abgespeicherten Bilddaten mit zugehörigem Bildhaeder bilden einen Rohdatensatz, aus dem dann beispielsweise durch ein Transformation- und/oder Interpolationsverfahren der diagnostisch verwertbare dreidimensionale Datensatz in einem einheitlichen Bezugs- oder Koordinatensystem erstellt wird. Hierfür wird dann beispielsweise in der EP 0 865 765 detailliert beschriebenen Weise vorgegangen.The image data stored in the computer 2 with the associated image holder form a raw data set, from which the diagnostically usable three-dimensional data set is then created in a uniform reference or coordinate system, for example by means of a transformation and / or interpolation method. The procedure described in detail in EP 0 865 765 is then used for this.
Sind bei dem verwendeten Ultraschall-Gerät bzw. der zugehörigen Sonde zusätzlich zu den tatsächlich gelieferten und angezeigten Positionsinformationen geometrische Annahmen getroffen, z. B. Rotation der Ultraschall-Anordnung 9 um eine in ihrer Lage definierte Achse, beispielsweise um eine durch die Mitte des Schallkopfes 9 verlaufende Achse, so sind auch diese Annahmen in dem jeweiligen Bildhaeder abgelegt, so daß diese Daten bei der Erstellung des dreidimensionalen Datensatzes berücksichtigt werden.Are geometric assumptions made with the ultrasound device or the associated probe in addition to the actually delivered and displayed position information, e.g. B. rotation of the ultrasound arrangement 9 about an axis defined in its position, for example about an axis running through the center of the transducer 9 , these assumptions are also stored in the respective image holder, so that these data are taken into account in the creation of the three-dimensional data set become.
Die von der Sonde 7 gelieferte Positionsinformation, d. h. Information über die Winkelstellung der Ultraschall-Anordnung 9 ist beispielsweise eine numerische und/oder graphische Information.The position information provided by the probe 7 , ie information about the angular position of the ultrasound arrangement 9, is, for example, numerical and / or graphic information.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above using an exemplary embodiment. It it is understood that changes and modifications are possible without the Invention underlying the inventive concept is left.
Enthalten die vom Ultraschall-Gerät 6 gelieferten Einzelbilder die Positionsinformation bereits in einem Bild-Haeder, so kann diese Information direkt für die Erstellung des dreidimensionalen Volumendatensatzes verwendet werden.If the individual images supplied by the ultrasound device 6 already contain the position information in an image holder, this information can be used directly for the creation of the three-dimensional volume data set.
Weiterhin ist es möglich, daß der Rechner 2 Bestandteil des Ultraschallgerätes 6 ist. In diesem Fall ist es dann möglich, daß das entsprechende Programm zur Generierung der Ultraschallbilder aus den Ultraschallsignalen der Sonde 7 und der Positionsinformationen diese Bilddaten und Positionsinformationen über eine geeignete Schnittstelle, z. B. über OLE-Schnittstelle oder shared memory file oder shared memory Mechanismen an das Programm zur Generierung des dreidimensionalen Volumendatensatzes weitergibt.It is also possible that the computer 2 is part of the ultrasound device 6 . In this case, it is then possible that the corresponding program for generating the ultrasound images from the ultrasound signals of the probe 7 and the position information contains this image data and position information via a suitable interface, e.g. B. via OLE interface or shared memory file or shared memory mechanisms to the program for generating the three-dimensional volume data record.
Claims (10)
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Publications (1)
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Cited By (1)
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2000
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| DE10137170B4 (en) * | 2001-07-31 | 2005-04-28 | Siemens Ag | Method for triggering respiration in an imaging process |
| US7035683B2 (en) | 2001-07-31 | 2006-04-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for respiration-dependent triggering of a medical image exposure |
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