WO2022179877A1 - Identifying a device inserted into biological tissue using medical imaging - Google Patents
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- WO2022179877A1 WO2022179877A1 PCT/EP2022/053520 EP2022053520W WO2022179877A1 WO 2022179877 A1 WO2022179877 A1 WO 2022179877A1 EP 2022053520 W EP2022053520 W EP 2022053520W WO 2022179877 A1 WO2022179877 A1 WO 2022179877A1
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
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- A61B2090/3954—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers magnetic, e.g. NMR or MRI
Definitions
- the invention relates to a method for detecting a first and at least one second device introduced into biological tissue using a medical imaging method, as well as a medical imaging device and an image processing unit for carrying out the method.
- the devices introduced can be, for example, catheters or implants, which are typically made of non-biological material. Since medical imaging methods are designed to image biological tissue or biological structures, introduced devices are often not recognizable or at most only indirectly recognizable because they are not directly imaged.
- the position and location of introduced devices in biological tissue can be shown with medical imaging, in which the introduced devices are provided with markings (markers) that are recognized and imaged directly by the imaging method.
- the markers are made of a material that is detected by the imaging process, such as iron oxide nanoparticles in magnetic resonance imaging and magnetic particle imaging or materials with high absorptivity for X-rays in computed tomography or for ultrasound in sonography.
- the positioning of the introduced device under observation in the medical imaging method can thus be facilitated.
- US Pat. No. 6,574,497 B1 describes that markers from two different devices that have been introduced are detected on the screen of a medical imaging method. However, the recognition and evaluation of the markers in the displayed image is left to the viewer of the screen.
- the aim of the invention is to improve the detection of at least two different devices introduced into biological tissue using a medical imaging method.
- the two devices introduced each have markings (markers) that can be detected by the imaging method.
- the at least two devices introduced may be a medical catheter and a guidewire.
- the medical catheter can be a balloon catheter, for example for angioplasty, or a microcatheter for the local delivery of radioactive beads for the treatment of tumors or other drugs.
- the devices introduced can be medical implants, for example in the form of a biopsy needle or a stent that is to be placed in biological tissue with the aid of a catheter and/or a guide wire.
- an image data record with image data of the biological tissue and the markings is first generated with the device using the imaging method. At least one pixel of a first marking of the first introduced device is then detected in the image data record. Then at least one pixel of a second marking becomes one of the introduced ones Devices detected if the second mark is within a predetermined distance from the detected pixel of the first mark. For this purpose, a pixel of at least one further marking of the introduced devices is searched for in any spatial direction at a predetermined distance in the image data set. When such a pixel and the associated further markers have been detected, it is finally determined whether the detected second marker is a marker of the second device introduced.
- steps b), c) and d) can be carried out automatically by a digital image processing algorithm.
- the method according to the invention is not a therapeutic method because recognizing introduced devices in biological tissue does not constitute medical treatment of the human or animal body and also has no therapeutic effect. It is also not a diagnostic method, because no diagnosis of a patient's disease is carried out, but introduced devices in biological tissue are intended to be recognized. A surgical method is also not present because the method according to the invention has no invasive or surgical method step. The introduction of the devices to be detected is not part of the invention. There is no functional connection between the method according to the invention and the effect on the body. In particular, the method according to the invention should not be used therapeutically, diagnostically or surgically.
- Markings of different devices introduced should be able to be distinguished as far as possible. A determination is to be made as to whether the detected second marker is a marker of the second inserted device or the first inserted device. In order to make this possible, it is advantageous if the markings of different devices that have been introduced each have different ones have features or properties that can be clearly assigned to the respective devices.
- the markings of the first device introduced should therefore have a first feature, while the markings of the at least second device introduced have a second feature that is different from the first and clearly distinguishable by the imaging. The same applies to the markings of any other devices that may have been introduced.
- the features or properties can be physical properties of the material of the markings, for example the magnetic spin in MRI, the relaxation time and/or the T1/T2 contrast in magnetic resonance imaging.
- the markings of the devices introduced can have different shapes, with segmentation and/or pattern recognition of digital image processing being able to take place in order to determine the shapes of the two detected markings in the image data set.
- the markings of the two devices introduced can have different materials, which are recognizable as different materials from the imaging, wherein in step d) an evaluation of properties of the image data (e.g. the amplitudes and/or the frequency) can be carried out in order to to determine the materials of the two detected markings in the image data set. It is advantageous if the different materials cause different amplitudes and/or different frequencies of the associated pixels of the two materials in the image data of the imaging.
- the method according to the invention it is expedient to determine at least one further marking of the first device introduced and at least one further marking of the at least second device introduced.
- the markings of different devices determined in this way can each be segmented and classified.
- a first class contains the markings of the first introduced device and a second class contains the markings of the second introduced device.
- the first class is associated with the first introduced device and the second class is associated with the second inserted device. Further classes may be provided for corresponding further introduced devices.
- the various devices introduced can already be determined and observed in the image data set based on the number of markers identified in each case, without a human observer being required for this on a screen of the imaging method.
- the second mark is a mark of the second device introduced
- At least one further pixel of the same marking is detected by searching in the image data set for further pixels of the same marking within a predetermined distance from the detected pixel of the marking.
- the shape, size, density or composition of the marker can be determined in the imaging system, thereby enabling the detection of the spatial position and/or orientation of the associated introduced device in the biological tissue.
- the pixels can be segmented and then classified to identify the shape, size, density or composition of the marking.
- each of different markings at least one pixel is determined in each case in the center of the markings in one exemplary embodiment.
- the thus determined central image points of different markings of the same introduced device can then be connected to one another by a line.
- the line generated in this way can be stored in the image data record in the form of image data. In this way, the shape, orientation, extent and/or position of the introduced device in the biological tissue can be determined and reconstructed in the image data set.
- the detection of pixels of multiple markings of the at least two inserted devices it can be checked for each of the pixels of multiple markings of one of the two insertable devices whether there is a pixel of a marking of another inserted device within a predetermined distance from the pixel of the first marking.
- the distance between the two pixels, between the two markers and/or between other pixels of the two markers can be determined and preferably observed over a period of time.
- the method can be carried out several times at different points in time in order to observe changes in the position of the detected markers or changes in the relative position of markers of different inserted devices.
- a medical imaging device is also provided with an image processing unit that is designed to carry out the method described above.
- each of the two insertable devices is provided with a plurality of markings, for which the following applies to the distances between adjacent markings on the same insertable device: adjacent markings on one insertable device have the same spacing or an integer multiple of the spacing as adjacent markings the or other insertable device; adjacent markers of one insertable device are spaced from each other by a distance equal to the length or width of one of the markers of one or another insertable device and/or multiple markers of one insertable device are spaced apart by distances equal to the distances between corresponding markers of or correspond to another insertable device.
- FIG. 1 shows a first view of the exemplary embodiment in a schematic representation
- Fig. 2 is a second view of the embodiment in schematic
- Fig. 3 is a third view of the embodiment in schematic
- the three figures show a first device 12 in the form of a guide wire that can be inserted into biological tissue and a second device 14 that can be inserted into biological tissue in the form of a balloon catheter, which is placed in the biological tissue, more precisely in a blood vessel, of a patient with the help of the guide wire target.
- Both are insertable devices rotationally symmetrical. Three or more insertable devices are also conceivable.
- the first insertable device 12 is provided with three markings 16, 18, 20 in the form of annular circumferential strips of iron oxide.
- the distance between the first marking 16 and the second marking 18 of the first device 12 is approximately 2 cm.
- the distance between the second marking 18 and the third marking 20 of the first device 12 is also approximately 2 cm.
- the second insertable device 14 is provided with a plurality of markers 22,24,26,28.
- the distance between the first marking 22 and the second marking 24 of the second device 14 corresponds to the distance between the first two markings 16, 18 of the first device 12 and is therefore also approximately 2 cm.
- the distance between the second marking 24 and the fourth marking 28 of the second device 14 corresponds to the distance between the second marking 18 and the third marking 20 of the first insertable device 12 and is therefore approximately 2 cm.
- the distance between the third marker 26 and the fourth marker 28 of the second insertable device 14 is approximately equal to the axial width of the elongate first device 12.
- FIG. 2 shows the two insertable devices 12, 14 one behind the other in the axial longitudinal direction.
- the arrow in FIG. 2 indicates the direction in which the balloon catheter of the second insertable device 14 is to be advanced toward and over the guidewire of the first insertable device 12 .
- the markings 16-28 of the two devices 12, 14 can be seen in the imaging of a magnetic resonance tomograph.
- the imaging method of the magnetic resonance tomograph generates a digital image data set with the pixels of the imaged areas in a conventional manner. Due to their shape, size, density or composition, the markings 16-28 can be automatically recognized and differentiated from one another by imaging methods, with the principle of the imaging method being decisive for the structure of the algorithm.
- the imaging method first searches for all pixels of the same marking for a detected pixel of one of the markings 16 , 18 , 20 .
- the imaging process includes a digital image processing algorithm, the pixels by a
- Pattern recognition method and assigned by a classification of the respective marking This procedure is repeated for each of the markers.
- a pixel of a marking of the respective other insertable device is searched for at a predetermined distance.
- the other markers of the other insertable device are also determined and the associated image points are identified, marked and stored in the image data set of the imaging method.
- the image processing algorithm observes and tracks the positions of the markings on both devices 12, 14 .
- the distances between markings of different devices 12, 14 that are close to one another are determined and tracked.
- the distances between the pixels of the second marking 24 of the second device 14 and the second marking 18 of the first device 12 are observed while the two devices 12, 14 are displaced relative to one another. In Fig. 2 this distance is large. In Fig. 3 the distance is minimal. This can be recognized by the imaging method according to the invention.
- the distances between the pixels of the first marking 16 of the first device 12 and the first marking 22 of the second device 14 are also observed and tracked.
- the result of the distance measurement in relation to the two second markings 18, 24 can be confirmed as part of a redundancy measurement.
- the same procedure is followed with regard to the distance between the pixels of the two third markings 20, 26 or the third marking 20 of the first device 12 and the fourth marking 28 of the second device 14.
- the markers 26, 28 of the second device 14 and the third marker 18 of the first device 12 make it possible to determine whether the third marker 20 of the first device 12 is between the third marker 26 and fourth marker 28 of the second device 14.
- the markings can be used in connection with the imaging method according to the invention as a “parking aid” in order to use the imaging method to determine whether the two devices 12, 14 introduced have a desired, predetermined distance and a preferred relative orientation to one another.
- the invention also relates to a medical imaging device with an image processing unit, which is designed to carry out the method described above.
- the invention relates in particular to an image processing unit with an electronic memory in which an image processing algorithm for executing the method described above is stored.
- both the imaging device according to the invention and the image processing unit according to the invention are designed to generate an image data set with image data of the biological tissue and to detect at least one pixel of a first marking 16 of the first introduced device 12 in the image data set, and then at least one pixel of a second marking one of the inserted devices 12, 14 that is within a predetermined distance of the detected pixel of the first marker 16, finally determining whether the detected second marker is a marker of the second inserted device 14.
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Abstract
Description
Erkennung einer in biologisches Gewebe einaeführten Vorrichtung mit medizinischer Bildgebung Detection of a device inserted into biological tissue using medical imaging
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer ersten und mindestens einer zweiten in biologisches Gewebe eingeführten Vorrichtung mit Hilfe eines medizinischen Bildgebungsverfahrens, sowie eine medizinische Bildgebungsvorrichtung und eine Bildverarbeitungseinheit zur Ausführung des Verfahrens. The invention relates to a method for detecting a first and at least one second device introduced into biological tissue using a medical imaging method, as well as a medical imaging device and an image processing unit for carrying out the method.
In verschiedenen Bereichen der modernen Lebenswissenschaften einschließlich der Medizin ist es von Bedeutung, in biologisches Gewebe eingeführte Vorrichtungen mit Hilfe eines Bildgebungsverfahrens zu erkennen. Bei den eingeführten Vorrichtungen kann es sich beispielsweise um Katheter oder um Implantate handeln, die typischerweise aus nicht-biologischem Material gefertigt werden. Da medizinische Bildgebungsverfahren darauf ausgelegt sind, biologisches Gewebe oder biologische Strukturen abzubilden, sind eingeführte Vorrichtungen oftmals nicht oder allenfalls nur indirekt erkennbar, weil sie nicht direkt abgebildet werden. In various fields of modern life sciences, including medicine, it is important to use an imaging method to detect devices introduced into biological tissue. The devices introduced can be, for example, catheters or implants, which are typically made of non-biological material. Since medical imaging methods are designed to image biological tissue or biological structures, introduced devices are often not recognizable or at most only indirectly recognizable because they are not directly imaged.
Mit Hilfe der Markertechnologie können Position und Lage von eingeführten Vorrichtungen in biologischem Gewebe mit medizinischer Bildgebung dargestellt werden, in dem die eingeführten Vorrichtungen mit Markierungen (Markern) versehen werden, die direkt von dem Bildgebungsverfahren erkannt und abgebildet werden. Die Marker sind dabei aus einem Material gefertigt, das von dem Bildgebungsverfahren detektiert wird, wie zum Beispiel Eisenoxid- Nanopartikel in der Magnetresonanztomographie und im Magnetic Particle Imaging oder Materialien mit hoher Absorptionsvermögen für Röntgenstrahlung in der Computertomographie oder für Ultraschall in der Sonographie. Damit kann das Positionieren der eingeführten Vorrichtung unter Beobachtung im medizinischen Bildgebungsverfahren erleichtert werden. With the help of marker technology, the position and location of introduced devices in biological tissue can be shown with medical imaging, in which the introduced devices are provided with markings (markers) that are recognized and imaged directly by the imaging method. The markers are made of a material that is detected by the imaging process, such as iron oxide nanoparticles in magnetic resonance imaging and magnetic particle imaging or materials with high absorptivity for X-rays in computed tomography or for ultrasound in sonography. The positioning of the introduced device under observation in the medical imaging method can thus be facilitated.
Eine besondere Herausforderung besteht beim Einführen mehrerer Vorrichtungen in biologisches Gewebe. US 6,574,497 Bl beschreibt, dass Marker zweier verschiedener eingeführter Vorrichtungen am Bildschirm eines medizinischen Bildgebungsverfahrens detektiert werden. Das Erkennen und Auswerten der Marker im dargestellten Bild bleibt jedoch dem Betrachter des Bildschirms überlassen. A particular challenge arises when introducing multiple devices into biological tissue. US Pat. No. 6,574,497 B1 describes that markers from two different devices that have been introduced are detected on the screen of a medical imaging method. However, the recognition and evaluation of the markers in the displayed image is left to the viewer of the screen.
Die Erfindung hat zum Ziel, das Erkennen mindestens zwei verschiedener in biologisches Gewebe eingeführter Vorrichtungen mit Hilfe eines medizinischem Bildgebungsverfahrens zu verbessern. The aim of the invention is to improve the detection of at least two different devices introduced into biological tissue using a medical imaging method.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1. The method according to the invention is defined by the features of patent claim 1.
Die beiden eingeführten Vorrichtungen weisen jeweils Markierungen (Marker) auf, die von dem Bildgebungsverfahren detektierbar sind. Bei den mindestens zwei eingeführten Vorrichtungen kann es sich um einen medizinischen Katheter und um einen Führungsdraht handeln. Der medizinische Katheter kann ein Ballonkatheter beispielsweise zur Angioplastie oder ein Mikrokatheter für die lokale Freigabe von radioaktiven Beads zur Behandlung von Tumoren oder anderen Medikamenten. Bei den eingeführten Vorrichtungen kann es sich alternativ oder ergänzend um medizinische Implantate handeln, zum Beispiel in Form einer Biopsienadel oder einem Stent, der mit Hilfe eines Katheters und/oder eines Führungsdrahtes in biologischem Gewebe platziert werden soll. The two devices introduced each have markings (markers) that can be detected by the imaging method. The at least two devices introduced may be a medical catheter and a guidewire. The medical catheter can be a balloon catheter, for example for angioplasty, or a microcatheter for the local delivery of radioactive beads for the treatment of tumors or other drugs. Alternatively or additionally, the devices introduced can be medical implants, for example in the form of a biopsy needle or a stent that is to be placed in biological tissue with the aid of a catheter and/or a guide wire.
Erfindungsgemäß wird mit dem Bildgebungsverfahren zunächst ein Bilddatensatz mit Bilddaten des biologischen Gewebes und der Markierungen mit der Vorrichtung erzeugt. In dem Bilddatensatz wird dann mindesten ein Bildpunkt einer ersten Markierung der ersten eingeführten Vorrichtung detektiert. Anschließend wird mindestens ein Bildpunkt einer zweiten Markierung einer der eingeführten Vorrichtungen detektiert, sofern sich die zweite Markierung innerhalb eines vorgegebenen Abstands zu dem detektierten Bildpunkt der ersten Markierung befindet. Hierzu wird also in einem vorgegebenen Abstand in irgendeiner Raumrichtung nach einem Bildpunkt mindestens einer weiteren Markierung der eingeführten Vorrichtungen in dem Bilddatensatz gesucht. Wenn ein solcher Bildpunkt und die zugehörigen weiteren Markierungen detektiert wurden, wird schließlich ermittelt, ob die detektierte zweite Markierung eine Markierung der zweiten eingeführten Vorrichtung ist. According to the invention, an image data record with image data of the biological tissue and the markings is first generated with the device using the imaging method. At least one pixel of a first marking of the first introduced device is then detected in the image data record. Then at least one pixel of a second marking becomes one of the introduced ones Devices detected if the second mark is within a predetermined distance from the detected pixel of the first mark. For this purpose, a pixel of at least one further marking of the introduced devices is searched for in any spatial direction at a predetermined distance in the image data set. When such a pixel and the associated further markers have been detected, it is finally determined whether the detected second marker is a marker of the second device introduced.
Damit ist es möglich, automatisch bereits in den digitalen Bilddaten des Bildgebungsverfahrens zu prüfen und festzustellen, ob sich verschiedene der eingeführten Vorrichtungen in dem vorgegebenen Abstand befinden. Die Prüfung erfolgt nicht durch einen menschlichen Betrachter, sondern stattdessen vielmehr durch das Bildgebungssystem. Hierzu können die Schritte b), c) und d) von einem digitalen Bildverarbeitungsalgorithmus automatisiert ausgeführt werden. This makes it possible to already automatically check and determine in the digital image data of the imaging method whether various of the devices introduced are located at the specified distance. The inspection is not performed by a human viewer, but rather by the imaging system instead. To this end, steps b), c) and d) can be carried out automatically by a digital image processing algorithm.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich nicht um ein therapeutisches Verfahren, weil das Erkennen eingeführter Vorrichtungen in biologischem Gewebe keine medizinische Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers darstellt und auch keine therapeutische Wirkung hat. Auch handelt es sich nicht um ein diagnostisches Verfahren, weil keine Diagnose einer Erkrankung eines Patienten durchgeführt wird, sondern eingeführte Vorrichtungen in biologischem Gewebe erkannt werden sollen. Ein chirurgisches Verfahren liegt ebenfalls nicht vor, weil das erfindungsgemäße Verfahren keinen invasiven oder chirurgischen Verfahrensschritt aufweist. Das Einführen der zu detektierenden Vorrichtungen ist nicht Bestandteil der Erfindung. Es besteht kein funktioneller Zusammenhang zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Wirkung auf den Körper. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren weder therapeutisch noch diagnostisch oder chirurgisch eingesetzt werden. The method according to the invention is not a therapeutic method because recognizing introduced devices in biological tissue does not constitute medical treatment of the human or animal body and also has no therapeutic effect. It is also not a diagnostic method, because no diagnosis of a patient's disease is carried out, but introduced devices in biological tissue are intended to be recognized. A surgical method is also not present because the method according to the invention has no invasive or surgical method step. The introduction of the devices to be detected is not part of the invention. There is no functional connection between the method according to the invention and the effect on the body. In particular, the method according to the invention should not be used therapeutically, diagnostically or surgically.
Markierungen verschiedener eingeführter Vorrichtungen sollen möglichst unterschieden werden können. Es soll ermittelt werden, ob die detektierte zweite Markierung eine Markierung der zweiten eingeführten Vorrichtung oder der ersten eingeführten Vorrichtung ist. Um dies zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Markierungen verschiedener eingeführter Vorrichtungen jeweils verschiedene, den jeweiligen Vorrichtungen eindeutig zuzuordnende Merkmale oder Eigenschaften aufweisen. Die Markierungen der ersten eingeführten Vorrichtung sollen dabei also ein erstes Merkmal aufweisen, während die Markierungen der mindestens zweiten eingeführten Vorrichtung ein zweites, von dem ersten verschiedenes und durch die Bildgebung eindeutig unterscheidbares Merkmal aufweisen. Entsprechendes gilt für die Markierungen möglicher weiterer eingeführter Vorrichtungen. Markings of different devices introduced should be able to be distinguished as far as possible. A determination is to be made as to whether the detected second marker is a marker of the second inserted device or the first inserted device. In order to make this possible, it is advantageous if the markings of different devices that have been introduced each have different ones have features or properties that can be clearly assigned to the respective devices. The markings of the first device introduced should therefore have a first feature, while the markings of the at least second device introduced have a second feature that is different from the first and clearly distinguishable by the imaging. The same applies to the markings of any other devices that may have been introduced.
Bei den Merkmalen oder Eigenschaften kann es sich um physikalische Eigenschaften des Materials der Markierungen handeln, beispielsweise um den magnetischen Spin im MRI, um die Relaxationszeit und/oder um den T1/T2- Kontrast in der Magnetresonanz-Bildgebung. The features or properties can be physical properties of the material of the markings, for example the magnetic spin in MRI, the relaxation time and/or the T1/T2 contrast in magnetic resonance imaging.
So können die Markierungen der eingeführten Vorrichtungen beispielsweise verschiedene Formen aufweisen, wobei eine Segmentierung und/oder eine Mustererkennung einer digitalen Bildverarbeitung erfolgen kann, um die Formen der beiden detektierten Markierungen in dem Bilddatensatz zu ermitteln. For example, the markings of the devices introduced can have different shapes, with segmentation and/or pattern recognition of digital image processing being able to take place in order to determine the shapes of the two detected markings in the image data set.
Alternativ oder ergänzend können die Markierungen der beiden eingeführten Vorrichtungen verschiedene Materialien aufweisen, die von der Bildgebung als verschiedene Materialien erkennbar sind, wobei in Schritt d) eine Auswertung von Eigenschaften der Bilddaten (zum Beispiel der Amplituden und/oder der Frequenz) erfolgen kann, um die Materialien der beiden detektierten Markierungen in dem Bilddatensatz zu ermitteln. Dabei ist von Vorteil, wenn die verschiedenen Materialien in den Bilddaten der Bildgebung verschiedene Amplituden und/oder verschiedene Frequenzen der zugehörigen Bildpunkte der beiden Materialien bewirken. Alternatively or additionally, the markings of the two devices introduced can have different materials, which are recognizable as different materials from the imaging, wherein in step d) an evaluation of properties of the image data (e.g. the amplitudes and/or the frequency) can be carried out in order to to determine the materials of the two detected markings in the image data set. It is advantageous if the different materials cause different amplitudes and/or different frequencies of the associated pixels of the two materials in the image data of the imaging.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, mindestens eine weitere Markierung der ersten eingeführten Vorrichtung und mindestens eine weitere Markierung der mindestens zweiten eingeführten Vorrichtung zu ermitteln. Die auf diese Weise ermittelten Markierungen verschiedener Vorrichtungen können jeweils segmentiert und klassifiziert werden. Eine erste Klasse beinhaltet dabei die Markierungen der ersten eingeführten Vorrichtung und eine zweite Klasse beinhaltet die Markierungen der zweiten eingeführten Vorrichtung. Die erste Klasse ist dabei der ersten eingeführten Vorrichtung zugeordnet und die zweite Klasse ist der zweiten eingeführten Vorrichtung zugeordnet. Weitere Klassen können für entsprechende weitere eingeführte Vorrichtungen vorgesehen sein. In the method according to the invention, it is expedient to determine at least one further marking of the first device introduced and at least one further marking of the at least second device introduced. The markings of different devices determined in this way can each be segmented and classified. A first class contains the markings of the first introduced device and a second class contains the markings of the second introduced device. The first class is associated with the first introduced device and the second class is associated with the second inserted device. Further classes may be provided for corresponding further introduced devices.
Auf diese Weise können anhand der jeweils mehreren erkannten Marker die verschiedenen eingeführten Vorrichtungen bereits in dem Bilddatensatz ermittelt und beobachtet werden, ohne dass hierzu ein menschlicher Betrachter an einem Bildschirm des Bildgebungsverfahren erforderlich ist. In this way, the various devices introduced can already be determined and observed in the image data set based on the number of markers identified in each case, without a human observer being required for this on a screen of the imaging method.
Wenn festgestellt wird, dass die zweite Markierung eine Markierung der zweiten eingeführten Vorrichtung ist, wird vorteilhafterweise geprüft, ob sich der Abstand zwischen den beiden detektierten Markierungen während einer Zeitdauer verändert. Dadurch ist es möglich, durch das Bildgebungssystem zu ermitteln und zu beobachten, ob sich die beiden eingeführten Vorrichtungen einander annähern, in welcher Ausrichtung sie sich zueinander befinden und wie sich der Abstand zwischen den eingeführten Vorrichtungen während der Zeitdauer verändert. Dies kann von Vorteil sein, wenn der Abstand, die Position und/oder die Ausrichtung der mindestens zwei Vorrichtungen zueinander verändert werden soll, beispielsweise wenn mit Hilfe einer der beiden eingeführten Vorrichtungen die jeweils andere eingeführte Vorrichtung in dem biologischen Gewebe bewegt oder positioniert werden soll. If it is determined that the second mark is a mark of the second device introduced, it is advantageously checked whether the distance between the two detected marks changes over a period of time. This allows the imaging system to detect and observe whether the two inserted devices are approaching each other, their mutual orientation, and how the distance between the inserted devices changes over time. This can be advantageous if the distance, the position and/or the orientation of the at least two devices relative to one another is to be changed, for example if one of the two introduced devices is used to move or position the other introduced device in the biological tissue.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird nach dem Detektieren eines Bildpunkts einer Markierung mindestens ein weiterer Bildpunkt derselben Markierung detektiert, indem in dem Bilddatensatz nach weiteren Bildpunkten derselben Markierung innerhalb eines vorgegebenen Abstands zu dem detektierten Bildpunkt der Markierung gesucht wird. Auf diese Weise können Form, Größe, Dichte oder Zusammensetzung der Markierung in dem Bildgebungssystem ermittelt werden, wodurch das Erkennen der räumlichen Position und/oder Ausrichtung der zugehörigen eingeführten Vorrichtung in dem biologischen Gewebe ermöglicht wird. In one embodiment, after a pixel of a marking has been detected, at least one further pixel of the same marking is detected by searching in the image data set for further pixels of the same marking within a predetermined distance from the detected pixel of the marking. In this way, the shape, size, density or composition of the marker can be determined in the imaging system, thereby enabling the detection of the spatial position and/or orientation of the associated introduced device in the biological tissue.
Nach dem Detektieren mehrerer Bildpunkte einer Markierung können eine Segmentierung und eine anschließende Klassifikation der Bildpunkte zur Erkennung von Form, Größe, Dichte oder Zusammensetzung der Markierung erfolgen. Nach Detektieren mehrerer Bildpunkte jeweils verschiedener Markierungen wird bei einem Ausführungsbeispiel jeweils mindestens ein Bildpunkt im Zentrum der Markierungen ermittelt. Die so ermittelten zentralen Bildpunkte verschiedener Markierungen derselben eingeführten Vorrichtung können dann durch eine Linie miteinander verbunden werden. Die so erzeugte Linie kann in Form von Bilddaten in dem Bilddatensatz hinterlegt werden. Auf diese Weise können Form, Ausrichtung, Ausdehnung und/oder Lage der eingeführten Vorrichtung in dem biologischen Gewebe in dem Bilddatensatz ermittelt und rekonstruiert werden. After several pixels of a marking have been detected, the pixels can be segmented and then classified to identify the shape, size, density or composition of the marking. After detecting a plurality of pixels, each of different markings, at least one pixel is determined in each case in the center of the markings in one exemplary embodiment. The thus determined central image points of different markings of the same introduced device can then be connected to one another by a line. The line generated in this way can be stored in the image data record in the form of image data. In this way, the shape, orientation, extent and/or position of the introduced device in the biological tissue can be determined and reconstructed in the image data set.
Nach dem Detektieren von Bildpunkten jeweils mehrerer Markierungen der mindestens zwei eingeführten Vorrichtungen kann zu den Bildpunkten mehrerer Markierungen einer der beiden einführbaren Vorrichtungen jeweils geprüft werden, ob sich innerhalb eines vorgegebenen Abstands zu dem Bildpunkt der ersten Markierung ein Bildpunkt einer Markierung einer anderen eingeführten Vorrichtung befindet. After the detection of pixels of multiple markings of the at least two inserted devices, it can be checked for each of the pixels of multiple markings of one of the two insertable devices whether there is a pixel of a marking of another inserted device within a predetermined distance from the pixel of the first marking.
Wenn festgestellt wird, dass die zweite Markierung eine Markierung der zweiten oder einer anderen eingeführten Vorrichtung ist, kann der Abstand zwischen den beiden Bildpunkten, zwischen den beiden Markierungen und/oder zwischen anderen Bildpunkten der beiden Markierungen ermittelt und vorzugsweise während einer Zeitdauer beobachtet werden. If it is determined that the second marker is a marker of the second or another inserted device, the distance between the two pixels, between the two markers and/or between other pixels of the two markers can be determined and preferably observed over a period of time.
Das Verfahren kann zu jeweils verschiedenen Zeitpunkten mehrmals ausgeführt werden, um Veränderungen der Position der detektierten Markierungen oder Veränderungen der relativen Lage von Markierungen verschiedener eingeführter Vorrichtungen zu beobachten. The method can be carried out several times at different points in time in order to observe changes in the position of the detected markers or changes in the relative position of markers of different inserted devices.
Erfindungsgemäß wird zudem eine medizinische Bildgebungsvorrichtung mit einer Bildverarbeitungseinheit bereitgestellt, die zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. According to the invention, a medical imaging device is also provided with an image processing unit that is designed to carry out the method described above.
Zudem wird eine Bildverarbeitungseinheit mit einem elektronischen Speicher bereitgestellt, indem eine Bildverarbeitungsalgorithmus zur Ausführung des obigen Verfahrens hinterlegt ist. Von Vorteil ist es insbesondere, wenn jede der beiden einführbaren Vorrichtungen mit mehreren Markierungen versehen wird, bei denen für die Abstände benachbarter Markierungen derselben einführbaren Vorrichtung folgendes gilt: benachbarte Markierungen der einen einführbaren Vorrichtung weisen denselben Abstand oder ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes auf wie benachbarte Markierungen der oder einer anderen einführbaren Vorrichtung; benachbarte Markierungen der einen einführbaren Vorrichtung weisen einen Abstand zueinander auf, der der Länge oder der Breite einer der Markierungen der oder einer anderen einführbaren Vorrichtung entspricht und/oder mehrere Markierungen der einen einführbaren Vorrichtung sind in Abständen zueinander angeordnet, die den Abständen entsprechender Markierungen der oder einer anderen einführbaren Vorrichtung entsprechen. In addition, an image processing unit with an electronic memory is provided, in which an image processing algorithm for executing the above method is stored. It is particularly advantageous if each of the two insertable devices is provided with a plurality of markings, for which the following applies to the distances between adjacent markings on the same insertable device: adjacent markings on one insertable device have the same spacing or an integer multiple of the spacing as adjacent markings the or other insertable device; adjacent markers of one insertable device are spaced from each other by a distance equal to the length or width of one of the markers of one or another insertable device and/or multiple markers of one insertable device are spaced apart by distances equal to the distances between corresponding markers of or correspond to another insertable device.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine erste Ansicht des Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung, 1 shows a first view of the exemplary embodiment in a schematic representation,
Fig. 2 eine zweite Ansicht des Ausführungsbeispiels in schematischerFig. 2 is a second view of the embodiment in schematic
Darstellung und representation and
Fig. 3 eine dritte Ansicht des Ausführungsbeispiels in schematischerFig. 3 is a third view of the embodiment in schematic
Darstellung. Depiction.
Die drei Figuren zeigen eine erste in biologisches Gewebe einführbare Vorrichtung 12 in Form eines Führungsdrahtes und eine zweite in biologisches Gewebe einführbare Vorrichtung 14 in Form eines Ballonkatheters, der mit Hilfe des Führungsdrahtes in dem biologischen Gewebe, genauer gesagt in einem Blutgefäß, eines Patienten platziert werden soll. Beide einführbare Vorrichtungen sind rotationssymmetrisch. Denkbar sind auch drei oder mehr einführbare Vorrichtungen. The three figures show a first device 12 in the form of a guide wire that can be inserted into biological tissue and a second device 14 that can be inserted into biological tissue in the form of a balloon catheter, which is placed in the biological tissue, more precisely in a blood vessel, of a patient with the help of the guide wire target. Both are insertable devices rotationally symmetrical. Three or more insertable devices are also conceivable.
Die erste einführbare Vorrichtung 12 ist mit drei Markierungen 16, 18, 20 in Form von ringförmig umlaufenden Eisenoxidstreifen versehen. Der Abstand zwischen der ersten Markierung 16 und der zweiten Markierung 18 der ersten Vorrichtung 12 beträgt etwa 2 cm. Der Abstand zwischen der zweiten Markierung 18 und der dritten Markierung 20 der ersten Vorrichtung 12 beträgt ebenfalls etwa 2 cm. The first insertable device 12 is provided with three markings 16, 18, 20 in the form of annular circumferential strips of iron oxide. The distance between the first marking 16 and the second marking 18 of the first device 12 is approximately 2 cm. The distance between the second marking 18 and the third marking 20 of the first device 12 is also approximately 2 cm.
In ähnlicher Weise ist die zweite einführbare Vorrichtung 14 mit mehreren Markierungen 22, 24, 26, 28 versehen. Der Abstand zwischen der ersten Markierung 22 und der zweiten Markierung 24 der zweiten Vorrichtung 14 entspricht dem Abstand zwischen den ersten beiden Markierungen 16, 18 der ersten Vorrichtung 12 und beträgt damit ebenfalls etwa 2 cm. Der Abstand zwischen der zweiten Markierung 24 und der vierten Markierung 28 der zweiten Vorrichtung 14 entspricht dem Abstand zwischen der zweiten Markierung 18 und der dritten Markierung 20 der ersten einführbaren Vorrichtung 12 und beträgt damit circa 2 cm. Der Abstand zwischen der dritten Markierung 26 und der vierten Markierung 28 der zweiten einführbaren Vorrichtung 14 entspricht ungefähr der Breite in Axialrichtung der langgestreckten ersten Vorrichtung 12. Similarly, the second insertable device 14 is provided with a plurality of markers 22,24,26,28. The distance between the first marking 22 and the second marking 24 of the second device 14 corresponds to the distance between the first two markings 16, 18 of the first device 12 and is therefore also approximately 2 cm. The distance between the second marking 24 and the fourth marking 28 of the second device 14 corresponds to the distance between the second marking 18 and the third marking 20 of the first insertable device 12 and is therefore approximately 2 cm. The distance between the third marker 26 and the fourth marker 28 of the second insertable device 14 is approximately equal to the axial width of the elongate first device 12.
Fig. 2 zeigt die beiden einführbaren Vorrichtungen 12, 14 in axialer Längsrichtung hintereinander. Der Pfeil in Fig. 2 deutet die Richtung an, in der der Ballonkatheter der zweiten einführbaren Vorrichtung 14 in Richtung auf und über den Führungsdraht der ersten einführbaren Vorrichtung 12 geschoben werden soll. 2 shows the two insertable devices 12, 14 one behind the other in the axial longitudinal direction. The arrow in FIG. 2 indicates the direction in which the balloon catheter of the second insertable device 14 is to be advanced toward and over the guidewire of the first insertable device 12 .
In der Bildgebung eines Magnetresonanztomographen sind die Markierungen 16 - 28 der beiden Vorrichtungen 12, 14 erkennbar. Dabei erzeugt das Bildgebungsverfahren des Magnetresonanztomographen auf herkömmliche Weise einen digitalen Bilddatensatz mit den Bildpunkten der abgebildeten Bereiche. Die Markierungen 16 - 28 können aufgrund ihrer Form, Größe, Dichte oder Zusammensetzung durch Bildgebungsverfahren automatisch erkannt und voneinander unterschieden werden, wobei das Prinzip des Bildgebungsverfahrens entscheidend ist für den Aufbau des Algorithmus. Dabei werden von dem Bildgebungsverfahren zunächst zu einem detektierten Bildpunkt einer der Markierungen 16, 18, 20 sämtliche Bildpunkte derselben Markierung gesucht. Das Bildgebungsverfahren beinhaltet dabei einen digitalen Bildverarbeitungsalgorithmus, der Bildpunkte durch einThe markings 16-28 of the two devices 12, 14 can be seen in the imaging of a magnetic resonance tomograph. The imaging method of the magnetic resonance tomograph generates a digital image data set with the pixels of the imaged areas in a conventional manner. Due to their shape, size, density or composition, the markings 16-28 can be automatically recognized and differentiated from one another by imaging methods, with the principle of the imaging method being decisive for the structure of the algorithm. The imaging method first searches for all pixels of the same marking for a detected pixel of one of the markings 16 , 18 , 20 . The imaging process includes a digital image processing algorithm, the pixels by a
Mustererkennungsverfahren und durch eine Klassifikation der jeweiligen Markierung zugeordnet. Dieses Verfahren wird für jede der Markierungen wiederholt. Pattern recognition method and assigned by a classification of the respective marking. This procedure is repeated for each of the markers.
Dabei wird zunächst ausgehend von mindestens einem Bildpunkt einer detektierten Markierung in einem vorgegebenen Abstand nach einem Bildpunkt einer Markierung der jeweils anderen einführbaren Vorrichtung gesucht. Auf ähnliche Weise wie oben beschrieben werden auch die anderen Markierungen der anderen einführbaren Vorrichtung ermittelt und die zugehörigen Bildpunkte in dem Bilddatensatz des Bildgebungsverfahrens identifiziert, markiert und gespeichert. Starting from at least one pixel of a detected marking, a pixel of a marking of the respective other insertable device is searched for at a predetermined distance. In a manner similar to that described above, the other markers of the other insertable device are also determined and the associated image points are identified, marked and stored in the image data set of the imaging method.
Bei einem relativen Verschieben der beiden einführbaren Vorrichtungen 12, 14 gegeneinander, wobei die zweite Vorrichtung 14 in Richtung des Pfeiles in Fig. 3 gegenüber der ersten Vorrichtung 12 verschoben wird, werden von dem Bildverarbeitungsalgorithmus die Positionen der Markierungen beider Vorrichtungen 12, 14 beobachtet und verfolgt. Dabei werden insbesondere die Abstände nahe beieinander liegender Markierungen verschiedener Vorrichtungen 12, 14 ermittelt und verfolgt. When the two insertable devices 12, 14 are displaced relative to one another, with the second device 14 being displaced in the direction of the arrow in FIG. 3 relative to the first device 12, the image processing algorithm observes and tracks the positions of the markings on both devices 12, 14 . In particular, the distances between markings of different devices 12, 14 that are close to one another are determined and tracked.
So werden beispielsweise die Abstände zwischen den Bildpunkten der zweiten Markierung 24 der zweiten Vorrichtung 14 und der zweiten Markierung 18 der ersten Vorrichtung 12 beobachtet, während die beiden Vorrichtungen 12, 14 relativ zueinander verschoben werden. In Fig. 2 ist dieser Abstand groß. In Fig. 3 ist der Abstand minimal. Dies kann von dem erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahren erkannt werden. For example, the distances between the pixels of the second marking 24 of the second device 14 and the second marking 18 of the first device 12 are observed while the two devices 12, 14 are displaced relative to one another. In Fig. 2 this distance is large. In Fig. 3 the distance is minimal. This can be recognized by the imaging method according to the invention.
In entsprechender Weise werden auch die Abstände zwischen den Bildpunkten der ersten Markierung 16 der ersten Vorrichtung 12 und der ersten Markierung 22 der zweiten Vorrichtung 14 beobachtet und nachverfolgt. Im Rahmen einer Redundanzmessung kann das Ergebnis der Abstandsmessung in Bezug auf die beiden zweiten Markierungen 18, 24 bestätigt werden. In entsprechender Weise wird auch im Hinblick auf den Abstand zwischen den Bildpunkten der beiden dritten Markierungen 20, 26 oder der dritten Markierung 20 der ersten Vorrichtung 12 und der vierten Markierung 28 der zweiten Vorrichtung 14 verfahren. In a corresponding manner, the distances between the pixels of the first marking 16 of the first device 12 and the first marking 22 of the second device 14 are also observed and tracked. The result of the distance measurement in relation to the two second markings 18, 24 can be confirmed as part of a redundancy measurement. The same procedure is followed with regard to the distance between the pixels of the two third markings 20, 26 or the third marking 20 of the first device 12 and the fourth marking 28 of the second device 14.
Zusätzlich ermöglichen es die Markierungen 26, 28 der zweiten Vorrichtung 14 und die dritte Markierung 18 der ersten Vorrichtung 12, festzustellen, ob sich die dritte Markierung 20 der ersten Vorrichtung 12 zwischen der dritten Markierung 26 und der vierten Markierung 28 der zweiten Vorrichtung 14 befindet. In addition, the markers 26, 28 of the second device 14 and the third marker 18 of the first device 12 make it possible to determine whether the third marker 20 of the first device 12 is between the third marker 26 and fourth marker 28 of the second device 14.
Insofern können die Markierungen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahren als "Einparkhilfe" genutzt werden, um mit dem Bildgebungsverfahren festzustellen, ob die beiden eingeführten Vorrichtungen 12, 14 einen gewünschten, vorgegebenen Abstand und eine bevorzugte relative Ausrichtung zueinander aufweisen. In this respect, the markings can be used in connection with the imaging method according to the invention as a “parking aid” in order to use the imaging method to determine whether the two devices 12, 14 introduced have a desired, predetermined distance and a preferred relative orientation to one another.
In entsprechender Weise bezieht sich die Erfindung auch auf eine medizinische Bildgebungsvorrichtung mit einer Bildverarbeitungseinheit, die zur Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Bildverarbeitungseinheit mit einem elektronischen Speicher, indem ein Bildverarbeitungsalgorithmus zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens hinterlegt ist. Dadurch sind sowohl die erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung als auch die erfindungsgemäße Bildverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, einen Bilddatensatz mit Bilddaten des biologischen Gewebes zu erzeugen und mindesten einen Bildpunkt einer ersten Markierung 16 der ersten eingeführten Vorrichtung 12 in dem Bilddatensatz zu detektieren, sowie anschließend mindestens einen Bildpunkt einer zweiten Markierung einer der eingeführten Vorrichtungen 12, 14 zu detektieren, die sich innerhalb eines vorgegebenen Abstandes zu dem detektierten Bildpunkt der ersten Markierung 16 befinden, wobei schließlich ermittelt wird, ob die detektierte zweite Markierung eine Markierung der zweiten eingeführten Vorrichtung 14 ist. In a corresponding manner, the invention also relates to a medical imaging device with an image processing unit, which is designed to carry out the method described above. The invention relates in particular to an image processing unit with an electronic memory in which an image processing algorithm for executing the method described above is stored. As a result, both the imaging device according to the invention and the image processing unit according to the invention are designed to generate an image data set with image data of the biological tissue and to detect at least one pixel of a first marking 16 of the first introduced device 12 in the image data set, and then at least one pixel of a second marking one of the inserted devices 12, 14 that is within a predetermined distance of the detected pixel of the first marker 16, finally determining whether the detected second marker is a marker of the second inserted device 14.
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