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1、(10)申请公布号 CN 103841895 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103841895 A (21)申请号 201280046614.2 (22)申请日 2012.09.03 102011083634.9 2011.09.28 DE A61B 6/03(2006.01) G06F 1/16(2006.01) (71)申请人 西门子公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 R. 格劳曼 S-A. 尼古 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 谢强 (54) 发明名称 用于图像显示的装置和方法 (57) 摘要 借助本装置和有关的方法， 基于便携式。
2、显示 器相对于与患者相对应的 3D 数据集的取向， 在便 携式显示器上的针对患者的图像显示成为可能。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.03.25 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/067134 2012.09.03 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/045220 DE 2013.04.04 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103841895 A CN 1038。
3、41895 A 1/1 页 2 1. 一种用于根据与对象 （O）相对应的 3D 数据集 （KO）在可视化单元 （DP）上对图像 （SB1,SBn） 进行可视化的装置， 其特征在于， 在诊断单元 （C,D,RQ） 上设置标记单元 （OM） ， 所述可视化单元 （DP） 具有至少一个传感器 （K,K1,K2） ， 借此来采集所述可视化单元 （DP） 相对于在所述诊断单元 （C,D,RQ） 上所布置的标记单元 （OM） 的取向和位置， 并且从中 导出截面图像 （SBn） 的位置和 / 或根据 3D 数据集 （KO） 被数字重建的 X 射线图像 （DRR） 的 位置， 并且计算所述图像 （SBn,DR。
4、R） 的数据并且在所述可视化单元 （DP） 上成像。 2. 按照权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 设置定位模块 （ODP） ， 以确定所述可视化单元 （DP） 相对于所述标记单元 （OM） 的取向。 3. 按照上述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 设置截面图像模块 （SBM） ， 以基于所述可视化单元 （DP） 相对于所述与对象 （O） 相对应 的 3D 数据集的取向来计算所述截面图像 （SBn） 的数据。 4. 按照上述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 设置 X 射线图像模块 （DRRM） ， 以基于所述可视化单元 （DP） 相对于所述与对象 （O） 相对 应的 。
5、3D 数据集的取向来计算所述数字重建的 X 射线图像 （DRR） 的数据。 5. 按照上述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 设置第一模块 （ET） ， 以实现在标记单元 （OM） 和所述 3D 数据集 （KO） 之间的第一变换规 则 （Tmi） ， 设置第二模块 （ZT） ， 以实现在所述标记单元 （OM） 和显示器之间的第二变换规则 （Tmk） ， 设置第三模块 （DT） ， 以将所述第一和第二变换规则 （Tki） 相关联。 6. 按照上述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于， 所述可视化单元 （DP） 在至少两个边上具有光学传感器 （K,K1,K2） 。 7. 按照上述权利要。
6、求中任一项所述的装置， 其特征在于， 所述可视化单元 （DP） 是便携式显示器 （DP） ， 所述可视化单元 （DP） 具有计算单元 （RE） ， 用于确定截面图像 （SB1,SBn） 和虚拟的 X 射线图像 （DRR） 的图像数据。 8. 一种用于根据与对象 （O） 相对应的 3D 数据集 （KO） 对截面图像 （SB1,SBn） 进行 可视化的方法， 其特征在于， 采集可视化单元 （DP） 的取向， 并且从中导出源自 3D 数据集 （KO） 的截面图像 （SBn） 的 和 / 或数字的 X 射线图像 （DDR） 的位置， 并且计算所述截面图像 （SBn） 的和 / 或数字的 X 射 线图像。
7、 （DRR） 的图像数据。 权 利 要 求 书 CN 103841895 A 2 1/5 页 3 用于图像显示的装置和方法 技术领域 0001 本发明涉及一种装置和一种相关的方法， 用于在可视化单元上的源自 3D 数据集 的图像显示。 背景技术 0002 在以可预给定的距离例如沿着扇形或圆弧形的轨迹对对象进行 X 射线拍摄之后， X 射线拍摄的多个 2D 数据集能够被计算为一个 3D 数据集。基于 3D 数据集， 可以在 3D 数据 集内计算出对象的层图像或任意截面图。借助在输入掩膜 （Eingabemaske） 中切割类型、 切 割方向以及例如切割倾斜的预给定值， 医生或外科医生可以在固定的。
8、屏幕上对穿过对象的 截面进行成像。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是， 提供另一种装置和一种相关的方法以用于图像的可 视化。 0004 通过权利要求 1 或 8 的特征来解决所述技术问题。 0005 借助所述装置和相关的方法， 能够计算源自与对象相对应的 3D 数据集的截面图 像或虚拟的 X 射线图像， 并且在便携的可视化单元上进行成像。为此目的， 通过至少一个在 可视化单元上的传感器来确定其关于布置在诊断单元上的标记单元的取向和位置。 借助可 视化单元的取向， 导出截面图像在 3D 数据集中的位置和 / 或虚拟的 X 射线拍摄的视向， 并 且计算截面图像的或数字重建的 X 射线图。
9、像的图像数据， 并且在虚拟化单元上进行成像。 0006 本发明带来这样的优势， 即， 手术中使用移动显示器以便显示通过 3D 数据集的截 面或数字重建的 X 射线图像， 其中， 分别根据患者的、 重建体积的位置和可视化单元的位置 和地点， 来对显示的截面或数字重建的 X 射线图像进行定向。 0007 本发明带来这样的优势， 即， 依据 3D 数据集的位置坐标以及在诊断装置和可视化 单元之间的关系来得出针对待显示的截面的定向。 0008 本发明带来这样的优势， 即， 治疗医生迅速且全面地获得对其重要的区域的、 与 3D 数据集的取向相符合的显示。 0009 本发明带来这样的优势， 即， 能够在可。
10、视化单元或手术室内部或外部由高性能计 算单元实施用于图像计算的密集计算的算法。 0010 本发明带来这样的优势， 即， 截面图像的数据可以以带有高数据传输速率的 WLAN （无线网络） 连接被传输至移动显示器的接收单元。 0011 本发明带来这样的优势， 即， 能够现场地直接在患者旁边以合适的位置和方向来 观察截面图像显示。 附图说明 0012 下面借助附图依据实施例来解释本发明。其中， 说 明 书 CN 103841895 A 3 2/5 页 4 0013 图 1 示出概视图， 0014 图 2 示出第一截面显示， 0015 图 3 示出第二截面显示， 0016 图 4 示出第三截面显示， 。
11、以及 0017 图 5 示出另一概视图。 具体实施方式 0018 借助所述装置和相关的方法， 基于 3D 数据集在便携式显示器上的面向患者的截 面图像显示成为可能。 0019 在概视图中示例性地示出用于对截面图像进行成像的布置。图示的是布置在 C 型 支撑部件 C 上的 X 射线装置， 其也可以称作诊断单元。诊断单元在此也可以是计算机断层 造影设备、 磁共振设备或超声设备。对于该诊断单元， 提供了计算设备 RE。如图 5 中在方框 图中表明的那样， 在计算设备中布置各个模块或单元， 用于确定位置分量、 用于对移动显示 器进行相对取向和用于根据同样在计算单元RE中存在的3D数据集进行所属的截面图。
12、像显 示。 0020 在此针对实施例示意性地描绘的由 X 射线源 RQ 和探测器 D 组成的 X 射线装置， 总 是对准待X射线照射的对象O。 通过在此未具体示出的控制单元， 相应于可预给定的关于对 象 O 或在对象 O 的部分区域上的轨迹， 来引导该 X 射线装置。在此可以例如在 C 型臂形状 装置的轨道运动期间， 对身体的部分区域进行多次 X 射线拍摄。除了轨道运动 OB 之外， 角 运动 （Angulationsbewegung） 也可以是 C 型臂的横向运动。在轨迹期间， 对待诊断的或待 判断的对象区域或身体区域进行多次 X 射线拍摄。分别通过在此未详尽示出的计算单元从 探测器单元 D。
13、 中读取 2D 的 X 射线拍摄， 并且借助重建算法计算为 3D 数据集。该 3D 数据集 可以保存在与 X 射线装置 C 相对应的移动单元中， 或者暂存在数据服务器上。从暂存的 3D 数据集 KO 中可以计算出任意的截面图或虚拟的 X 射线投影， 其也被称为数字重建的 X 射线 图像 DRR。在数字重建的 X 射线图像中， 可以分别从可视化单元的视角来观察整个 3D 数据 集。 可以在固定的或便携的图像屏幕单元上附加地观察这些截面图或截面图像或数字重建 的 X 射线图像。在此处所考虑的实施例中， 便携的图像屏幕单元或可视化单元可以被构造 为移动的显示器 DP， 其具有相应的计算能力以便生成截。
14、面图像的分别的图像数据。借助对 位于在手术台 OPT 上的对象 O 的事先配准， 将所提供的 3D 数据集的方向添加到其。为了配 准而所需的、 例如布置在图像生成单元的探测器 D 上的标记单元 OM， 可以通过在移动显示 器 DP 中集成的光学传感器来识别。如在图 5 中表明的那样， 对象 O 对应于第一坐标系 KS1， 标记单元 OM 对应于第二坐标系 KS2， 并且移动显示器 DP 对应于第三坐标系 KS3。标记单元 OM可以由光学标记所构成。 标记单元OM可以例如由四个不位于一个平面内的标记所构成。 可以以 CCD 摄像头或分别具有对象识别单元的光学摄像头 K、 K1、 K2 的形式来构。
15、造显示器 边缘所布置的光学传感器。 诊断装置就位置和方向来说在数据拍摄和可视化之间不发生变 化。 0021 通过在移动显示器 DP 的边缘区域内布置例如至少一个第一和 / 或一个第二光学 系统 K1、 K2， 可以采集相对于光学标记 OM 的位置和方向。对此， 可以在定位模块 ODP 内在 与移动显示器 DP 相对应的计算单元 RE 中对计算进行确定。为此， 数据传输可以无线地进 说 明 书 CN 103841895 A 4 3/5 页 5 行。 0022 在 3D 数据集 KO 和例如布置在探测器 D 上的光学标记 OM 之间的局部关系， 通过第 一变换规则 （Tmk） 的调查来被预先给定并。
16、且在第一模块 ET 中的计算单元 RE 中被确定。 0023 第二变换规则Tmi描述在光学标记OM和移动显示器DP之间的局部关系， 并且在第 二模块 ZT 被确定。 0024 所得到的在 3D 数据集 KO 和移动显示器 DP 之间的变换规则 Tki是通过将第一和第 二变换规则 Tmi和 Tmk相关联而在第三模块 DT 中确定的， 以及通过 3D 数据集来算出显示器 DP 的相对位置和各个截面。可以借助计算单元 RE 来实施用于截面图像 SB1、 SBn 的计 算操作。在便携的显示器 DP 中相应的计算容量的情况下， 在其中计算出截面图像 SB1、 、 SBn。所得到的变换规则即 Tki=Tm。
17、kTmi。本发明带来这样的优势， 即， 能够以相对于患者的 几何外形准确的关系来观察手术前或手术中获得的图像数据。截面图像 SB1、 、 SBn 的当 前数据能够附加地或者显示在监视车的图像屏幕上或者显示在独立的图像屏幕上。 可以通 过相对于当前 3D 数据集， 例如围绕便携显示器 DP 的重心的对准、 倾斜、 旋转和 / 或偏移来 选择特定的层或截面图像 SB1、 SBn 以及数字重建的 X 射线图像 DRR。如果特定的图像 SBn、 SBx 或 DRR 是特别感兴趣的， 则其可以例如通过操作在显示器边缘的功能键来选择， 并 且保存或者提供用于视图。 0025 借助所述装置和相关的方法将移动。
18、显示器的地点和位置列入当前3D数据集KO之 内。在此示出的内容和相关的方法考虑， 重建的 3D 数据集 KO 相对于固定点和 / 或例如在 X 射线装置上的标记或标记装置而言的地点。可以通过光学标记、 超声传感器或电磁传感器 来构造固定点和 / 或标记或标记单元。 0026 便携显示器 DP 相对于患者或者相对于布置在 X 射线装置 RQ、 D 上的标记单元或固 定点而言的位置可以通过例如第一和 / 或第二摄像头的在便携显示器 DP 上布置的识别部 件 K、 K1、 K2 来确定。 0027 如果摄像头移动显示器 DP 由至少两个摄像头构造， 则可以分别确定相对于标记 单元 OM 的标记而言的。
19、距离和其方向。如果在便携显示器 DP 的所有四个边或角区域内集成 光学传感器， 则总是可以有至少两个摄像头 K、 K1、 K2 采集光学标记 OM 或固定点。然后例如 可以通过三角测量来计算移动显示器 DP 相对于标记单元 OM 或固定点的位置或方向。 0028 如果移动显示器 DP 仅配备一个传感器或摄像头， 则通过具有至少四个不在一个 平面内的标记的光学标记单元 OM 来确定移动显示器的方向。 0029 如果便携显示器 DP 在第一和第二拍摄之间移动一段路程， 则可以通过借助在便 携显示器 DP 的边缘区域内布置的摄像头 K 对标记单元 OM 的第一和第二拍摄来确定移动显 示器DP的方向。。
20、 分别可以通过便携显示器中集成的传感技术来采集便携显示器DP的位置， 并且确定路程。借助对于第一和第二拍摄所保存的位置数据， 然后可以通过所提供的计算 单元、 借助三角测量来计算便携显示器 DP 的位置和方向。 0030 然后根据 3D 数据集 KO 的方向和便携显示器 DP、 DP、 DP 的取向， 在便携显示器 上显示层图像和 / 或截面图像或虚拟的 X 射线投影。也可以固定便携显示器 DP 的取向， 移 开显示器， 并且在另一位置观察截面图像或虚拟的 X 射线投影。计算过程的部分或全部段 落可以在外部计算单元RE中执行， 并且通过数据传输被在线传输至移动显示器DP。 相应层 或数字重建的。
21、X射线图像的全部计算也可以在外部计算机上进行， 其中移动显示器DP的实 说 明 书 CN 103841895 A 5 4/5 页 6 际位置和方向分别用作输入。 0031 在图 2 至 4 中， 分别示出便携显示器 DP、 DP、 DP 相对于与其相对应的第三坐标 系 KS3 的位置。 0032 在图 2 中， 在 z 方向上水平地或沿着在 xy 平面中的角等分线来对准便携显示器 DP。 总是与作为3D数据集的基础的第二坐标系KS2平行地来对准3D数据集。 在实施例中， 第二和第三坐标系 KS2、 KS3 具有相同的取向。用不连续的迹线来示出 3D 数据集 KO。经过 在此直角平行六面体形状示。
22、出的 3D 数据集 KO 的截面得到截面图像 SB1。该截面图像 SB1 在便携显示器 DP 上以阴影线示出。 0033 在图3中， 便携显示器DP在向后倾斜期间保持具有一个在坐标系KS3的xy平面 的角等分线上的边。由此带来的影响是， 现在从 3D 数据集 KO 中仅还对梯形形状的截面进 行成像。以阴影线示出截面图像 SB2。 0034 在图 4 中， 平行于 y 坐标对准的便携显示器 DP、 DP、 DP 沿着 x 坐标移动。相应 地， 从 3D 数据集 KO 中计算出不同的截面图像 SB3、 SB4、 SBn。 0035 在图 5 中详细示出了便携显示器 DP 所配备的计算单元 RE。在。
23、计算单元 RE 中， 为 了数据分析以及为了计算必要的坐标和截面图像， 描绘必要的 3D、 ODP、 DT、 ET、 ZT、 SBM、 DRRM 单元。便携显示器 DP 的可能的取向被描绘。在方向模块 ODP 中， 确定移动显示器 DP、 DP、 DP 的取向。在第一存储单元 3D 中， 暂存 3D 数据集 KO。在第一、 第二和第三模块 ET、 ZT 和 DT 中， 实施所描述的变换规则， 并且在截面图像模块中分别计算出截面图像 SBn， 以及暂存 所计算出的截面图像 SB1、 、 SBn。在 X 射线图像模块 DRRM 中确定和暂存数字重建的 X 射 线图像 DRR。在计算单元 RE 中布。
24、置的 3D、 ODP、 DT、 ET、 ZT、 SBM、 DRRM 单元也可以对应于便 携显示器 DP 中集成的处理器， 并且现场计算截面图像。 0036 附图标记列表 0037 C C 型臂 0038 P iPad 0039 DP 显示器 0040 K 摄像头 0041 OM 标记单元 0042 O 对象 0043 KO 立方体 /3D 数据集 0044 OPT 手术台 0045 D 检测器 0046 RQ X 射线源 0047 Tmi 选择标记 /iPad 的第一变换规则 0048 Tmk 选择标记 / 立方体的第二变换规则 0049 Tki 变换 立方体 /iPad 0050 K 光学传。
25、感器 0051 K1 第一摄像头 0052 K2 第二摄像头 0053 3D 第一存储单元 说 明 书 CN 103841895 A 6 5/5 页 7 0054 ODP 方向模块 0055 ET 第一模块 0056 ZT 第二模块 0057 DT 第三模块 0058 SB1、 SBn 截面图像 0059 DRR 数字重建的 X 射线图像 0060 DRRM X 射线图像模块 0061 SBM 截面图像模块 0062 KS1 第一坐标系 0063 KS2 第二坐标系 0064 KS3 第三坐标系 说 明 书 CN 103841895 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103841895 A 8 2/4 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103841895 A 9 3/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103841895 A 10 4/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103841895 A 11 。