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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für eine bildgebende Einrichtung
zur anatomischen Zuordnung eines von der bildgebenden Einrichtung
erzeugten Bildes und ein Computerprogrammprodukt, welches zur Ausführung eines
derartigen Verfahrens eingerichtet ist.
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Bei
einer Untersuchung eines Objektes, bei der ein von einer bildgebenden
Einrichtung erzeugtes Bild ausgewertet wird, muss dem behandelnden Arzt
bekannt sein, welche Objektkomponente des Objektes in dem Bild dargestellt
ist.
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So
ist es bei der Untersuchung von beispielsweise Wirbelkörpern eines
Patienten erforderlich, dass ein von einer Computertomographieeinrichtung oder
von einer Magnetresonanzeinrichtung erzeugtes Bild in Form eines
Schicht- oder Volumenbildes, demjenigen Wirbelkörper des Patienten zugeordnet wird,
der in dem Bild abgebildet ist. Eine derartige Zuordnung ist allein
auf der Grundlage des Bildes, in dem der Untersuchungsbereich im
Detail angezeigt wird, nur sehr schwer möglich. Die Zuordnung zwischen
den Wirbelkörpern
und dem Bild wird daher in der Regel unter Zuhilfenahme eines Übersichtbildes erfolgen,
bei dem ein weit aus größerer anatomischer Kontext
des Untersuchungsbereichs zu sehen ist.
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Bei
einer bildgebenden Einrichtung in Form einer Computertomographieeinrichtung
werden solche Übersichtsbilder
in Form von Topogramen erzeugt. Die Zuordnung eines Wirbelkörpers zu
dem Bild erfolgt dadurch, dass in dem Übersichtbild zunächst sämtliche
Wirbelkörper
durch eine visuelle Betrachtung des anatomischen Kontextes identifiziert
werden. Anschließend ü berträgt der Bediener die
Information über
den identifizierten Wirbelkörper in
ein Kommentarfeld in das erzeugte Bild.
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Aufgrund
einer hohen Verwechslungsgefahr von Wirbelkörpern ist es notwendig, dass
zur eindeutigen Identifizierung in dem Topogram immer der erste
Halswirbelkörper
oder der letzte Lendenwirbelkörper
in dem Topogram dargestellt ist, so dass eine Nummerierung der Wirbelkörper durchgeführt werden
kann. Wird das Topogram mit dem Bild nicht abgespeichert oder verändert, beispielsweise
durch eine Veränderung
der Bildauflösung
oder Veränderung
des Bildausschnittes, ist eine sichere Zuordnung des Bildes zu einem
Wirbelkörper
nicht mehr möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Voraussetzung für eine bildgebende Einrichtung
zu schaffen, mit der eine sichere anatomischen Zuordnung eines von
der bildgebenden Einrichtung erzeugten Bildes zu einer Objektkomponente
auf einfache Weise gewährleistet
ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren für eine bildgebende Einrichtung
gemäß den Verfahrensschrittes
des Anspruchs 1 gelöst;
vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens für die bildgebende Einrichtung
sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 18. Die Erfindung
wird außerdem
durch ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruchs
19 gelöst.
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Die
Erfinderin hat erkannt, dass eine Zuordnung eines von einer bildgebenden
Einrichtung erzeugten Bildes, beispielsweise eines von einer Computertomographieeinrichtung
oder einer Magnetresonanzeinrichtung erzeugten Schicht- oder Volumenbildes,
zu einer Objektkomponente eines Objektes, beispielsweise zu einem
Wirbelkörper
eines Patienten, bei der eine visuelle Identifizierung der Objektkomponenten
in einem Übersichtsbild
vorgenommen wird und bei der eine Markierung der Objektkomponenten von
Hand erfolgt, wobei die Information über die im Bild abgebildete
Objektkomponente in das Bild übertragen wird,
mit einem hohen Aufwand verbunden ist und die Gefahr einer Fehlzuordnung
des Bildes in sich birgt.
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Zur
Vermeidung derartiger Nachteile wird erfindungsgemäß ein Verfahren
für eine
bildgebende Einrichtung zur anatomischen Zuordnung eines von der
bildgebenden Einrichtung erzeugten Bildes, in welchem ein Untersuchungsbereich
eines Objektes abgebildet ist, zu Objektkomponenten des Objektes vorgeschlagen,
bei dem
- (a) ein Übersichtsbild erzeugt wird,
wobei das Übersichtsbild
einen Bereich abdeckt, der größer ist
als der Untersuchungsbereich des Objektes,
- (b) Objektkomponenten in dem erzeugten Übersichtbild im Wesentlichen
autonom identifiziert werden,
- (c) das Bild des Untersuchungsbereichs bei bekannter Lagebeziehung
zwischen dem Bild und dem Übersichtsbild
zumindest einer im Übersichtbild
identifizierten Objektkomponente automatisch zugeordnet wird.
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Aufgrund
der im Wesentlichen autonomen Identifizierung von Objektkomponenten
und der automatischen Zuordnung des Bildes zu der im Bild abgebildeten
Objektkomponente werden Fehlzuordnungen durch eine Bedienperson
weitgehend vermieden.
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Vorzugsweise
wird eine Information über
die dem Bild zugeordnete Objektkomponente mit dem Bild zusammen
abgespeichert, so dass nach einer erstmaligen Zuordnung die Information
auch ohne Auswertung des Übersichtsbildes
oder bei Veränderung
der Auflösung
oder des Bildausschnittes des Übersichtsbildes
für nachträgliche Reformationen, beispielsweise
bei einer Nachverarbeitung des erzeugten Bildes oder bei Osteoporosemessungen,
zur Verfügung
steht. Darüber
hinaus kann es ebenso vorteilhaft sein, eine Information über die
in dem Übersichtsbild
identifizierten Objektkomponenten mit dem Übersichtsbild zusammen abzuspeichern.
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Die
Objektkomponenten werden in dem erzeugten Übersichtsbild vorteilhaft mit
Methoden einer digitalen Bildverarbeitung autonom identifiziert,
so dass sich sehr unterschiedlich gestaltete Objektkomponenten durch
eine entsprechende Anpassung von digitalen Bildfiltern auf einfache
Weise identifizieren lassen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung umfasst die Bildverarbeitung eine Auswertung einer
Objektgeometrie der Objektkomponenten, beispielsweise auf der Grundlage
von Objektkonturen, die sich durch eine Auswertung der im Bild vorhandenen
Gradienten leicht extrahieren lassen.
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Die
Bildverarbeitung kann ebenfalls vorteilhaft eine Auswertung der
für die
jeweilige Objektkomponente charakteristischen Verteilung der Bildwerte, beispielsweise
in einer definierten lokalen Nachbarschaft, umfassen. So kann beispielsweise
als Merkmal zur Klassifizierung von Objektkomponenten die in einer
lokalen Nachbarschaft vorhandene Homogenität der Bildwerte mit verwendet
werden.
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Das
Ergebnis einer autonomen Identifizierung von Objektkomponenten wird
vorteilhaft dadurch verbessert, dass von einer Bedienperson zumindest
eine Objektkomponente manuell gekennzeichnet wird, so dass zusammen
mit dem Vorwissen über
den anatomischen Kontext bzw. der Lagebeziehung der Objektkomponenten
untereinander eine autonome Zuordnung der übrigen Objektkomponenten auf
sichere Weise erfolgen kann.
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Im
einfachsten Fall können
die Objektkomponenten als Ergebnis der Identifizierung entsprechend
der Anatomie des Objektes nummeriert werden. Ein derartiges Vorgehen
bietet sich insbesondere bei einer hohen Anzahl vergleichbar aufgebauter Objektkomponenten
an, so wie es bei den Wirbelkörpern
oder bei den Zähnen
beispielsweise der Fall ist.
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Vorzugsweise
kann in dem Übersichtsbild die
Information über
die identifizierten Objektkomponenten visuell ein- oder ausgeblendet
werden. Das optionale Ein- und Ausblenden der In formation bietet den
Vorteil, dass sich die Bedienperson einerseits bei eingeblendeter
Information einen schnellen Überblick über den
anatomischen Kontext der Objektkomponenten verschaffen kann und
andererseits bei ausgeblendeter Information keine Bildinformation
durch Überdeckung
verloren geht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird von der bildgebenden
Einrichtung ein Bild in Form eines Schicht- oder Volumenbildes erzeugt, bei denen
in der Regel Einzelobjekte mit einer hohen Auflösung jedoch ohne weiteren anatomischen
Kontext abgebildet sind. Eine Zuordnung wird vorteilhaft für Objektkomponenten
in Form von Wirbelkörpern
oder in Form von Zähnen
vorgenommen, für
die aufgrund der ähnlichen
Merkmale der Objektkomponenten eine hohe Gefahr einer Verwechslung besteht.
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Die
Zuordnung der Objektkomponenten ist mit besonders wenig Aufwand
für bildgebende
Einrichtungen in Form einer Röntgeneinrichtung,
einer Magnetresonanzeinrichtung, einer Ultraschalleinrichtung oder
auch in Form einer Positron-Emissions-Tomographieeinrichtung einsetzbar, da
bei den genannten Einrichtungen sämtliche für das Verfahren notwendige
Hardwarekomponenten, beispielsweise eine Recheneinheit zur Auswertung
des Übersichtbildes,
bereits in der Regel vorhanden sind. Ebenso kann es vorteilhaft
sein, die Zuordnung für
multimodale Einrichtung durchzuführen,
bei denen Bilder von Objektkomponenten von unterschiedlichen Einrichtungen
erzeugt werden.
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Das Übersichtsbild,
in dem sämtliche
relevante Informationen über
den anatomischen Kontext enthalten sind, lässt sich bei dem Einsatz einer
Computertomographieeinrichtung besonders einfach und schnell in
Form eines Topograms erzeugen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sind
in den folgenden schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
bildgebende Einrichtung, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
anatomischen Zuordnung eines von der bildgebenden Einrichtung erzeugten
Bildes geeignet ist, in einer perspektivischen Ansicht,
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2 ein
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur anatomischen Zuordnung eines von der bildgebenden Einrichtung
erzeugten Bildes in skizzierter Form,
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3 ein Übersichtsbild,
in dem Objektkomponenten in Form von Wirbelkörpern abgebildet sind,
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4 das
in 3 gezeigte Übersichtsbild bei
dem eine anatomische Information von den identifizierten Objektkomponenten
in dem Übersichtbild visuell
eingeblendet ist,
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5 ein
Ergebnis der anatomischen Zuordnung des Bildes zu der entsprechenden
Objektkomponente in bildhafter Form.
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In 1 ist
eine bildgebende Einrichtung, hier eine mit dem Bezugszeichen 1 versehene
Computertomographieeinrichtung, in perspektivischer Ansicht gezeigt,
welche zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur anatomischen Zuordnung eines von der Computertomographieeinrichtung 1 erzeugten
Bildes 4; 5 geeignet ist.
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Im
Inneren der Computertomographieeinrichtung 1 befindet sich
ein auf einer nicht dargestellten Gantry um eine Drehachse 13 drehbar
angeordnetes Aufnahmesystem 14, 15, welches einen
Strahler 14 in Form einer Röntgenröhre und einen diesem gegenüberliegend
angeordneten Detektor 15 aufweist. Der Detektor 15 ist
bogenförmig
ausgebildet und umfasst mehrere zu Detektorzeilen aufgereihte Detektorelemente 16,
wobei nur ein Detektorelement mit einem Bezugszeichen versehen ist.
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Eine
von dem Strahler 14 erzeugte Röntgenstrahlung durchdringt
einen Messbereich und trifft anschließend auf die Detektorelemente 16 des
Detektors 15 auf. Die Detektorelemente 16 erzeugen
dabei einen von der Schwächung
der Röntgenstrahlung abhängigen Schwächungswert.
Die Umwandlung der Röntgenstrahlung
in einen Schwächungswert
erfolgt beispielsweise jeweils mittels einer mit einem Szintillator
optisch gekoppelten Photodiode oder mittels eines direkt konvertierenden
Halbleiters. Der Detektor 15 erzeugt auf diese Weise einen
Satz von Schwächungswerten,
der auch als Projektion bezeichnet wird.
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Der
Computertomographieeinrichtung 1 ist eine Lagerungsvorrichtung
mit einer beweglichen Tischplatte 17 zugeordnet, auf der
ein Objekt, beispielsweise ein mit dem Bezugszeichen 6 versehener
Patient, lagerbar ist. Die Tischplatte 17 ist in Richtung
der Drehachse 13 verstellbar angeordnet.
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Die
Computertomographieeinrichtung 1 kann in unterschiedlichen
Betriebsarten betrieben werden. Bei der Erzeugung eines Übersichtbildes 10 werden
Projektionen bei kontinuierlichem Vorschub des Patienten 6 in
Richtung der Drehachse 13 aber bei fest eingestellter Drehwinkelposition
des Aufnahmesystems 14, 15 erfasst. In dem Übersichtsbild 10 kann
somit beispielsweise ein laterales Abbild des Patienten 6 darstellen,
so dass in dem Bild 4; 5 ein großer anatomischer
Kontext eines Untersuchungsbereichs 2; 3 abgebildet
wird.
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Bei
der Erzeugung eines Schicht- oder Volumenbildes werden die Projektionen
im Gegensatz dazu bei gleichzeitiger Rotation des Aufnahmesystems 14, 15 um
die Drehachse 13 aus einer Vielzahl von unterschiedlichen
Projektionsrichtungen gewonnen. Die Abtastung kann dabei mit oder
ohne einen Vorschub des Patienten 6 in Richtung der Drehachse 13 erfolgen.
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Die
bei Abtastung gewonnenen Projektionen des Aufnahmesystems 14, 15 werden
an eine Recheneinheit 18 übermittelt, wo die zu dem Bild 4; 5 verrechnet
und mit Methoden der digitalen Bild verarbeitung ausgewertet werden.
Das errechnete Bild 4; 5 enthält Bildwerte, wobei jeder Bildwert
einen von der Schwächung
abhängigen
Grauwert darstellt. Zwischen- und Ergebnisbilder der Berechnung
sind auf einer Anzeigeeinheit 19 darstellbar.
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In 2 ist
ein Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur anatomischen Zuordnung eines von der bildgebenden Einrichtung 1 erzeugten
Bildes 4; 5 zu Objektkomponenten 7, 8, 9 eines
Objektes 6 in skizzierter Form dargestellt. In einem Verfahrensschritt 20 wird
das Übersichtsbild 10 erzeugt,
wobei das Übersichtsbild 10 einen
Bereich abdeckt, der größer ist
als der Untersuchungsbereich 2; 3 des Objektes.
Bei der Computertomographieeinrichtung 1 wird als Übersichtsbild 10 typischerweise
ein Topogam erzeugt, in dem beispielsweise ein laterales Abbild
des Patienten 6 mit sämtlichen
Objektkomponenten 7, 8, 9 in Form von
Wirbelkörpern
zu sehen ist.
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Anschließend werden
in einem zweiten Verfahrensschritt 21 die Objektkomponenten 7, 8, 9 in dem
erzeugten Übersichtbild 10 im
Wesentlichen autonom identifiziert. Zur autonomen Identifizierung
der Objektkomponenten 7, 8, 9 werden
Methoden der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt. Von dem Übersichtsbild 10 wird
beispielsweise ein Gradientenbild berechnet, in dem sämtliche
Konturen hervorgehoben sind. Das Gradientenbild wird anschließend einer
Grauwertsegmentierung unterworfen, so dass ein binäres Bild
entsteht. Einem gesetzten Bildpunkt in dem binären Bild entspricht dabei ein
Bildpunkt einer potentiellen Kante. Das segmentierte Bild wird anschließen topologisch
untersucht, so dass diejenigen Objektkomponenten 7, 8, 9 identifizierbar
sind, deren Kontur einen für
die Komponente charakteristischen Verlauf aufweist.
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Als
zusätzliches
Entscheidungskriterium zur Identifizierung kann darüber hinaus
die statistische Verteilung von Grauwerten in einer lokalen Nachbarschaft
analysiert werden, so dass beispielsweise eine Kenngröße als Maß für die Homogenität berechnet
werden kann. Die Kenngröße ist mit
den erwarteten Werten einer Homogenität der Objektkomponenten 7, 8, 9 ver gleichbar,
so dass ein zusätzliches
Bewertungskriterium zur Verfügung
steht.
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Zur
Reduktion der erforderlichen Rechenzeit und zur sicheren Identifizierung
der Objektkomponenten 7, 8, 9 wird eine
Objektkomponente 7; 8; 9 von einer Bedienperson
manuell gekennzeichnet, von der aus die autonome Identifizierung
der übrigen Objektkomponenten
erfolgt. Die Identifizierung kann unter Berücksichtigung eines Vorwissens über die anatomischen
Gegebenheiten erfolgen, so dass eine in dem Übersichtsbild 10 gezielte
und auf bestimmte Bildbereiche eingeschränkte Auswertung der Bildinformation
erfolgen kann.
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Nach
der Identifizierung der Objektkomponenten 7, 8, 9 wird
in einem dritten Verfahrensschritt 22 das erzeugte Bild 4; 5 des
Untersuchungsbereichs 2; 3, welches von der Computertomographieeinrichtung 1 zu
Diagnosezwecken aufgenommen wurde, bei bekannter Lagebeziehung zwischen
dem Bild 4; 5 und dem Übersichtsbild 10 einer
in dem Übersichtbild 10 identifizierten
Objektkomponente 7; 8; 9 automatisch
zugeordnet.
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Zur
schnellen Übersicht
ist es für
eine behandelnde Person von Vorteil, wenn die anatomische Information
der Objektkomponenten 7, 8, 9 in dem Übersichtbild 10 und/oder
in dem Bild 4; 5 optional visuell einblendbar
ist.
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In 3 ist
das Übersichtsbild 10 in
Form eines von der Computertomographieeinrichtung 1 erzeugten
Topograms zu sehen, welches eine laterale Abbildung einer Wirbelsäule des
Patienten zeigt, wobei die Objektkomponenten 7, 8, 9 durch
eine Anzahl von Wirbelkörpern
repräsentiert
werden. Im Folgenden werden die Wirbelkörper, welche Objektkomponenten
repräsentieren,
mit den Bezugszeichen 7, 8, 9 und es
wird das Topogram, welches das Übersichtsbild
repräsentiert,
mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Aufgrund einer ähnlichen
geometrischen Erscheinungsform sind die einzelnen Wirbelkörper 7, 8, 9 für sich beispielsweise
in einem Schicht- oder Volumenbild ohne den im Topogram 10 gezeigten anatomischen
Kontext nicht zu unterscheiden.
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Eine
Zuordnung des Bildes 4; 5 erfolgt in dem Beispiel
dadurch, dass zu Beginn der letzte Lendenwirbelkörper des Patienten an einer
Position 23 von einer Bedienperson mittels einer entsprechend eingerichteten
Bedienhardware und -software in dem Topogram 10 gekennzeichnet
wird. Die in dem Topogram 10 markierte Position 23 stellt
den Ausgangspunkt der autonomen Identifizierung der übrigen Wirbelkörper 7, 8, 9 dar.
In 4 ist in dem Topogram 10 die anatomische
Information von den identifizierten Wirbelkörpern 7, 8, 9 visuell
eingeblendet. Lenden- und Brustwirbel sind getrennt voneinander
durchnummeriert. Lendenwirbel weisen den Buchstaben L und Brustwirbel
den Buchstaben H am Anfang einer Kennziffer auf.
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Im
Anschluss an die Identifizierung der Wirbelkörper 7, 8, 9 wird
dem erfassten Bild 4; 5 die in dem Bild 4; 5 abgebildete
Objektkomponente 8; 9 zugeordnet. 5 zeigt
ein Ergebnis der anatomischen Zuordnung von zwei erfassten Bildern 4; 5 in
Form von Schichtbildern zu den Wirbelkörpern 7, 8, 9.
Auf der linken Seite ist das Topogram 10 dargestellt, in dem
die Information über
die identifizierten Wirbelköper 7, 8, 9 visuell
eingeblendet ist. Darüber
hinaus sind in dem Topogramm 10 der jeweilige Untersuchungsbereich 2; 3 als
Strich eingezeichnet, in dem das Bild 4; 5 von
dem Patienten erfasst wurden. Zwei der erfassten Schichtbilder sind
auf der rechten Seite abgebildet. In jedem Bild 4; 5 ist
als Ergebnis der Zuordnung die anatomische Information 11; 12 über den abgebildeten
Wirbelkörper 8; 9 visuell
eingeblendet. Das Ergebnis einer solchen Zuordnung wird zusammen
mit dem Bild 4; 5 abgespeichert, so dass auch ohne
Topogram 10 eine sichere Zuordnung des jeweiligen Bildes 4; 5 gewährleistet
ist.
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Das
hier beschriebene Verfahren kann aber nicht nur für eine bildgebende
Einrichtung in Form einer Computertomographieeinrichtung 1 eingesetzt werden.
Ebenso wäre
es denkbar, das Verfahren für eine
Magnetresonanz-, Nuklear- oder Ultra schalleinrichtung einzusetzen.
Es ist auch nicht auf die Untersuchung von Objektkomponenten in
Form von Wirbelkörper 7, 8, 9 beschränkt. Ebenso
wäre es
denkbar, dass Objektkomponenten beispielsweise in Form von Herzgefäßen oder
Zähnen
zugeordnet werden.
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Das
Wesentliche der Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden:
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für eine bildgebende Einrichtung 1 zur
anatomischen Zuordnung eines von der bildgebenden Einrichtung 1 erzeugten Bildes 4; 5 zu
Objektkomponenten 7, 8, 9 eines Objektes 6 und
ein Computerprogrammprodukt, welches zur Ausführung eines derartigen Verfahrens eingerichtet
ist, bei dem die Objektkomponenten 7, 8, 9 in
einem Übersichtsbild 10,
welches einen größeren Bereich
abdeckt als ein Untersuchungsbereich 2; 3, im
Wesentlichen autonom identifiziert werden und bei dem das Bild 4; 5 des
Untersuchungsbereichs 2; 3 bei bekannter Lagebeziehung
zwischen dem Bild 4; 5 und dem Übersichtsbild 10 zumindest
einer in dem Übersichtbild 10 identifizierten
Objektkomponente 8; 9 automatisch zugeordnet wird,
so dass keine von einer Bedienperson durchzuführende einzelne Zuordnung der
abgebildeten Objektkomponenten notwendig ist.