DE102009006414B3

DE102009006414B3 - Method for determining center line of lumen of e.g. intestine, in image data, involves branching center points of geometrical figure and starting point defined by figure, and forming center line based on branched center points of figure

Info

Publication number: DE102009006414B3
Application number: DE102009006414A
Authority: DE
Inventors: Thomas Beck; Christina Biermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-01-29

Abstract

The method involves determining a starting point (5) within a hollow organ (1), and establishing penetration points of search beams (3) through a wall of the hollow organ. Main component analysis of a scatter-plot defined by the penetration points is implemented. A geometrical figure i.e. ellipsoid, in an interior of the hollow organ is adjusted based on the main component analysis. Center points of the geometrical figure and the starting point defined by the figure are branched. A center line is formed based on the branched center points of the geometrical figure. An independent claim is also included for a center line determining device for determining a center line of a section of a hollow organ.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Mittellinien-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Mittellinie eines Abschnitts eines Hohlorgans in Bilddaten, die seine räumliche Struktur repräsentiert.The The present invention relates to a method and centerline detection means for determining a center line of a portion of a hollow organ in image data, which is its spatial Represents structure.

Die Ermittlung von Mittellinien von Hohlorganen stellt ein zentrales Versatzstück für die Analyse der Hohlorgane dar. So werden heute im sogenannten virtuellen Flug entlang einer Mittellinie Visualisierungen des Inneren von Hohlorganen, beispielsweise von Därmen oder Blutgefäßen, vorgenommen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die genau mittige Festlegung der Mittellinie innerhalb des Lumens des Hohlorgans. Dies ist besonders wichtig bei der Angiographie, beispielsweise der computertomographischen Angiographie (CTA), mit deren Hilfe es möglich ist, Deformationen bzw. Läsionen von Gefäßen, beispielsweise Stenosen oder Aneurysmen zu erkennen. Hierfür ist es nämlich notwendig, möglichst exakt die Maße des Lumens, also insbesondere die Querschnitte bzw. Radien der Gefäße exakt zu vermessen, so dass ein Behandler aus diesen Angaben Rückschlüsse über die Art und Schwere der Deformation bzw. Läsion ableiten kann. Für die genaue Vermessung ist es wiederum erforderlich, eine Messung der Ausdehnung des Lumens senkrecht zum Gefäßverlauf durchzuführen, da es sonst zu Fehlinterpretationen mit großer Tragweite kommen kann. Der Gefäßverlauf wird wiederum von der Mittellinie des Hohlorgans repräsentiert, die daher so exakt wie möglich ermittelt werden muss.The Determination of centerlines of hollow organs represents a central set piece for the Analysis of the hollow organs dar. So today in the so-called virtual Flight along a midline visualizations of the interior of Hollow organs, for example of intestines or blood vessels made. A particular challenge is the exact central determination the median line within the lumen of the hollow organ. This is special important in angiography, for example, computed tomography Angiography (CTA), with the help of which it is possible to detect deformations or lesions of vessels, for example To detect stenoses or aneurysms. For this it is necessary, if possible exactly the dimensions of the lumen, so in particular the cross sections or radii of the vessels exactly to measure, so that a dentist from these data conclusions about the The type and severity of the deformation or lesion can be derived. For the exact measurement Again, it is necessary to measure the expansion of the lumen perpendicular to the course of the vessel perform, otherwise it can lead to misinterpretations with great consequences. Of the vessel course is again represented by the midline of the hollow organ, which is therefore as accurate as possible must be determined.

Derzeit werden die Mittellinien von Hohlorganen mit verschiedenen, graphenbasierten Verfahren ermittelt. Sie basieren meist auf dem A*- oder dem Dijkstra-Algorithmus, wobei die Bilddaten des Hohlorgans als Graph interpretiert werden und dabei Voxel als Knoten aufgefasst werden, in deren direkter dreidimensionaler Nachbarschaft sich sechs weitere Voxel befinden. Diese werden durch Kanten verbunden in den Graphen eingefügt. Mit Hilfe einer Kostenfunktion, basierend auf lokalen Grauwerten von CT-Bilddaten wird das Gewicht der einzelnen Kanten geschätzt und die Kosten zum Erreichen eines Zielpunkts werden auf Basis einer zugrunde liegenden Heuristik geschätzt.Currently become the centerlines of hollow organs with different, graphene-based Method determined. They are mostly based on the A * or Dijkstra algorithm, wherein the image data of the hollow organ are interpreted as a graph and thereby voxels are understood as nodes, in their direct three-dimensional Neighborhood there are six more voxels. These are going through Edges joined into the graph. With the help of a cost function, based on local gray values of CT image data becomes the weight estimated the individual edges and the cost to reach a destination will be based on a underlying heuristics.

Bei diesem Verfahren fließt kein Wissen über die Geometrie des Hohlorgans in die Betrachtung mit ein. Dadurch kann nicht zwischen unverzweigten und verzweigten Bereichen des Hohlorgans unterschieden werden. Zudem können im Rahmen des Verfahrens Fehlsegmentierungen auftreten, insbesondere dann, wenn das Hohlorgan in einem Bereich betrachtet wird, in dem andere Hohlorgane oder Knochenstrukturen in der Nähe liegen.at this method flows no knowledge about that Geometry of the hollow organ in the consideration with. This can not between unbranched and branched areas of the hollow organ be differentiated. In addition, you can in the context of the method, erroneous segmentations occur, in particular, when the hollow organ is viewed in an area where others are Hollow organs or bone structures are nearby.

Die gatungsbildende DE 10 2006 058 908 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur medizinischen Bilddarstellung, das dazu dient, eine geeignete Gefäßprothese für ein Blutgefäß auszuwählen. Im Rahmen dessen wird eine Mittellinie bestimmt. Zur Einpassung der optimalen Gefäßprothese werden von der Mittellinie aus virtuelle Suchstrahlen ausgesendet, um Punkte in der Gefäßwand zu ermitteln, an denen die Prothese anliegt.The gatungsbildende DE 10 2006 058 908 A1 describes a method and apparatus for medical imaging that serves to select a suitable vascular prosthesis for a blood vessel. As part of this, a centerline is determined. To fit the optimal vascular prosthesis, virtual search rays are emitted from the midline to detect points in the vessel wall where the prosthesis is seated.

Dem weiteren Kreis des Standes der Technik zuzurechnen ist die DE 20 2008 003 517 U1 , die eine Vorrichtung zur Anzeige von Volumenanzeigen medizinischer Datensätze in unterschiedlichen Ansichten offenbart.The other circle of the prior art is attributable to the DE 20 2008 003 517 U1 , which discloses a device for displaying volume displays of medical records in different views.

Die US 2008/0187199 A1 beschreibt eine Methode zur Gefäßbaummodellierung auf Basis einer Kostenfunktion.The US 2008/0187199 A1 describes a method for vascular tree modeling based on a cost function.

Die US 2003/0056799 A1 betrifft ein Segmentierungsverfahren für Hohlorgane, in das entlang seiner Mittellinie geometrische Figuren eingepasst werden.The US 2003/0056799 A1 relates to a segmentation method for hollow organs in which geometric figures are fitted along its center line.

Im Artikel Hans, K., et al.: „Model-based Morphological Segmentation and Labeling of Coronary Angiograms”. In: IEEE Transactions an Medical Imaging, Vo. 18, Nr. 10, Oktober 1999, S. 1003–1015 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem aus Bilddaten einer Koronararterie Merkmale extrahiert werden, die eine Mittellinie der Arterie umfassen. Diese Merkmale werden mit einem Modell abgeglichen.in the Article Hans, K., et al .: "Model-based Morphological Segmentation and Labeling of Coronary Angiograms ". In: IEEE Transactions to Medical Imaging, Vo. 18, No. 10, October 1999, pp 1003-1015 is a Method described in which from image data of a coronary artery Be extracted features that include a midline of the artery. These features are matched with a model.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative, verbesserte Möglichkeit zur Ermittlung einer Mittellinie von Abschnitten eines Hohlorgans bereitzustellen, die insbesondere möglichst exakt und/oder fehlerunanfällig ist.task The invention is an alternative, improved possibility for determining a midline of sections of a hollow organ provide that is in particular as accurate and / or error-prone as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Mittellinien-Ermittlungseinrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst sowie durch ein zugehöriges Computerprogramm Anspruch 15.These The object is achieved by a Method according to claim 1 and a centerline detection device according to claim 13 solved as well as by an associated Computer program claim 15.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art umfasst demgemäß folgende Schritte:

a) Festlegung eines Startorts innerhalb des, vorzugsweise tubulären, Hohlorgans. Dabei kann als Startort beispielsweise ein von einem Benutzer über eine Eingangsschnittstelle eingegebener Ort – etwa ein Saatpunkt, eine Linie oder eine Ebene – dienen. Dieser Startort kann vorzugsweise ggf. automatisch auf seine Eignung hin überprüft und nötigenfalls vor Durchführung der weiteren Schritte geeignet adaptiert werden, beispielsweise wenn ein Saatpunkt versehentlich außerhalb des Hohlorgans platziert wurde. Alternativ ist es auch möglich, dass eine Logikeinheit automa tisch den Startort selbstständig auf Basis von Erkennungsalgorithmen festlegt.
b) Definition einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen vom Startort aus. Vom Startort werden hierbei mehrere Suchstrahlen virtuell ”ausgesandt”, deren Richtungen vorzugsweise eine dreidimensionale Raumabdeckung ermöglichen und deren Länge besonders bevorzugt so gewählt ist, dass zumindest ihre Mehrzahl durch die Wand des Hohlorgans stößt. Dabei können die Längen der Suchstrahlen untereinander auch variieren. Im Folgenden wird daher die Definition dieser Suchstrahlen auch als ”Aussenden” bezeichnet.
c) Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen durch die Wand des Hohlorgans, vorzugsweise auf Basis einer Analyse der Voxel bzw. Pixel entlang der Suchstrahlen. Die Suchstrahlen, für die kein Durchstoßpunkt ermittelt werden kann (beispielsweise, weil sie im Wesentlichen parallel zum Hohlorganverlauf liegen) werden bevorzugt in der Folge außer Acht gelassen.
d) Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse einer durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolke.
e) Einpassung einer geometrischen Figur in das Innere des Hohlorgans auf Basis der Hauptkomponentenanalyse. Es wird also eine geeignete geometrische Figur gewählt, die in das Innere des Hohlorgans virtuell eingepasst wird. Die geometrische Figur kann quasi als Modell verstanden werden, das die Innengeometrie des Hohlorgans im Bereich um den Startort repräsentiert. Optimalerweise berührt sie das Hohlorgan an mindestens zwei Punkten im Raum, deren Abstand die größte Ausdehnung der Figur senkrecht zur Verlaufsrichtung des Organs darstellt. Damit ist sichergestellt, dass die Figur in ihrer Größe optimal an die Abmessungen des Hohlorgans angepasst ist. Von dieser geometrischen Figur wird ein Mittelpunkt ermittelt. Dieser wird vorzugsweise durch den Schwerpunkt der Figur in mindestens zwei Raumrichtungen, bevorzugt in alle drei Raumrichtungen definiert.
f) Ableitung eines Mittelpunkts der geometrischen Figur und eines durch die Figur bestimmten neuen Startorts. Dieser Mittelpunkt der geometrischen Figur stellt im Rahmen des Verfahrens bevorzugt einen Punkt auf der Mittellinie des Hohlorganabschnitts dar.
g) Rekursive Durchführung der Schritte c) bis f) auf Basis des jeweils neuen Startorts bis zum Ende eines Ermittlungsbereichs. Von der geometrischen Figur ausgehend wird hierzu vorzugsweise zusätzlich zum Mittelpunkt ein neuer Startort ermittelt, bevorzugt in Abhängigkeit von den Abmessungen und den Ausdehnungsrichtungen der Figur, von dem aus das Verfahren erneut durchgeführt wird, so lange bis ein Ende eines Ermittlungsbereichs des Hohlorgans erreicht ist. Ein solches Ende ist entweder das Ende des ganzen Hohlorganabschnitts oder das Ende eines unverzweigten Bereichs des Hohlorgans, da für die Ermittlung der Mittellinie in Verzweigungsbereichen andere bzw. zusätzliche Erkennungsmethoden notwendig sind.
h) Bildung der Mittellinie auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte der geometrischen Figuren. Dies kann vorzugsweise durch Verbinden der Mittelpunkte zur Mittellinie geschehen. Andere vorteilhafte Möglichkeiten werden später noch erläutert.

An inventive method of the type mentioned initially comprises the following steps:

a) definition of a starting location within the, preferably tubular, hollow organ. In this case, a place entered by a user via an input interface, for example a seed point, a line or a plane, may be used as the starting location. This starting location may preferably be automatically checked for its suitability and, if necessary, suitably adapted before carrying out the further steps, for example if a seed point has been accidentally placed outside the hollow organ. Alternatively it is possible that a logic unit automatically sets the starting location automatically based on recognition algorithms.
b) Definition of a plurality of radial search beams from the start location. From the starting point, several search beams are virtually "emitted", whose directions preferably allow a three-dimensional space coverage and whose length is particularly preferably chosen so that at least their majority abuts through the wall of the hollow organ. The lengths of the search beams can also vary among themselves. In the following, therefore, the definition of these search rays is also referred to as "emission".
c) determination of puncture points of the search rays through the wall of the hollow organ, preferably on the basis of an analysis of the voxels or pixels along the search rays. The search beams for which no puncture point can be determined (for example, because they are substantially parallel to the hollow organ profile) are preferably disregarded in the sequence.
d) performing a principal component analysis of a point cloud defined by the puncture points.
e) fitting a geometric figure in the interior of the hollow organ based on the principal component analysis. It is therefore chosen a suitable geometric figure, which is virtually fitted into the interior of the hollow organ. The geometric figure can be understood as a kind of model that represents the internal geometry of the hollow organ in the area around the starting location. Optimally, it touches the hollow organ at least two points in space, the distance represents the largest extension of the figure perpendicular to the direction of the organ. This ensures that the figure is optimally adapted in size to the dimensions of the hollow organ. From this geometric figure, a center is determined. This is preferably defined by the center of gravity of the figure in at least two spatial directions, preferably in all three spatial directions.
f) deriving a midpoint of the geometric figure and a new starting location determined by the figure. In the context of the method, this midpoint of the geometric figure preferably represents a point on the center line of the hollow organ section.
g) Recursive execution of steps c) to f) on the basis of the respective new starting location until the end of a determination area. Starting from the geometric figure, a new starting location is preferably determined for this purpose in addition to the center, preferably as a function of the dimensions and the expansion directions of the figure, from which the method is carried out again, until an end of a determination area of the hollow organ is reached. Such an end is either the end of the whole hollow organ portion or the end of a non-branched region of the hollow organ, since different or additional detection methods are necessary for the determination of the center line in branching regions.
h) Formation of the center line on the basis of the derived centers of the geometric figures. This can preferably be done by connecting the midpoints to the centerline. Other advantageous possibilities will be explained later.

Ein Abschnitt eines Hohlorgans kann bei einer umfassenden Betrachtung das ganze Hohlorgan umfassen, er kann jedoch auch auf einen Teilbereich des Organs beschränkt sein. Dieser Teilbereich wird üblicherweise zwischen zwei, beispielsweise von einem Benutzer oder einer Erkennungslogik vorgegebenen Saatpunkten bzw. Saatregionen definiert.One Section of a hollow organ may be at a comprehensive consideration the entire hollow organ include, but it can also on a portion of the Organs limited be. This subarea is usually between two, for example, by a user or recognition logic defined seed points or seed regions.

Dieses modellbasierte Verfahren zur Mittellinienbestimmung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Exaktheit einer seits und eine einfache, da selektiv in den Bilddaten operierende Vorgehensweise aus: Statt alle Voxel bzw. Pixel eines Bilddatensatzes untersuchen zu müssen, werden die Wandabmessungen des Hohlorgans durch eine Auswahl-Analyse der Voxel bzw. Pixel entlang der Suchstrahlen repräsentativ ermittelt. Weisen diese Suchstrahlen eine definierte Länge auf, so ist die Anzahl der zu untersuchenden Pixel bzw. Voxel (wobei – wie auch im Folgenden – Pixel in einer zweidimensionalen Darstellung Voxel repräsentieren können) aufgrund der Anzahl der Suchstrahlen und ihrer festgelegten Länge genau begrenzt und vorteilhafterweise deutlich kleiner als bei Untersuchung aller Pixel in einem Umgebungsbereich gleicher Ausdehnung. Zur Exaktheit trägt neben den sehr genauen Methoden der Ermittlung der Wandabmessung und der Hauptkomponentenanalyse insbesondere die Einpassung der geometrischen Figur bei: Ihre Form, vorzugsweise eine in mindestens eine Raumrichtung, besonders bevorzugt in zwei und optimalerweise in alle drei Raumrichtungen symmetrische Form, gewährleistet eine optimale Repräsentierung der Innenform des Hohlorgans in dem Einpassungsbereich. Ihr Mittelpunkt kann von daher als ein Ort angesehen werden, der für das Lumen des Hohlorgans in diesem Bereich äußerst repräsentativ ist.This Model-based method for centerline determination is emerging especially through a high degree of accuracy on the one hand and a simple, because selectively in the image data operating procedure: Instead to examine all voxels or pixels of an image data set the wall dimensions of the hollow organ through a selection analysis of Voxels or pixels along the search beams representively determined. Point these search beams on a defined length, so is the number the pixel or voxel to be examined (where - as in the following - pixels represent voxels in a two-dimensional representation can) due the number of search beams and their specified length exactly limited and advantageously much smaller than when examined all pixels in a surrounding area of equal extent. To the accuracy carries next the very accurate methods of determining the wall dimension and the Principal component analysis in particular the fitting of the geometric Figure in: their shape, preferably one in at least one spatial direction, particularly preferably in two and optimally in all three spatial directions symmetrical shape, ensures a optimal representation the inner shape of the hollow organ in the fitting area. Your focus Therefore, it can be considered as a place for the lumen of the hollow organ in this area is extremely representative.

Eine erfindungsgemäße Mittellinien-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Mittellinie eines Abschnitts eines Hohlorgans umfasst erfindungsgemäß mindestens

– eine Eingangsschnittstelle für Bilddaten, die die räumliche Struktur eines Hohlorgans repräsentieren,
– eine Festlegungseinheit zur Festlegung von Startorten innerhalb des Hohlorgans,
– eine Suchstrahlen-Definitionseinheit zur Definition einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen von den Startorten aus,
– eine Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit zur Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen durch die Wand des Hohlorgans,
– eine Analyseeinheit zur Durchführung von Hauptkomponentenanalysen von durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolken,
– eine Einpassungseinheit zur Einpassung von geometrischen Figuren in das Innere des Hohlorgans auf Basis der jeweiligen Hauptkomponentenanalysen,
– eine Mittelpunkt-Ableitungseinheit zur Ableitung von Mittelpunkten der geometrischen Figuren, und
– eine Mittellinien-Bildungseinheit zur Bildung der Mittellinie auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte.

A center line determination device according to the invention for determining a center line of a section of a hollow organ comprises according to the invention at least

An input interface for image data representing the spatial structure of a hollow organ,
A fixing unit for determining starting locations within the hollow organ,
A search beam definition unit for defining a plurality of radial search beams from the start locations,
A puncture point determination unit for determining puncture points of the search rays through the wall of the hollow organ,
An analysis unit for carrying out principal component analyzes of point clouds defined by the puncture points,
An adaptation unit for fitting geometric figures into the interior of the hollow organ on the basis of the respective principal component analyzes,
A center-diverting unit for deriving centers of the geometrical figures, and
A centerline formation unit for forming the centerline based on the derived centers.

Die Eingangsschnittstelle und ggf. weitere zusätzliche Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Software-Module realisiert sein, beispielsweise wenn die Bilddaten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung einer anderen Bildbearbeitungseinheit oder dergleichen, übernommen werden können, oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle zusammengefasst sein.The Input interface and possibly other additional interfaces do not have to inevitably as Hardware components may be formed, but may also be implemented as software modules, for example, if the image data from one already on the same Device realized other component, such as an image reconstruction device another image processing unit or the like can be, or must be passed to another component only by software. As well can the interfaces consist of hardware and software components, such as a standard hardware interface through Software for the specific purpose is specifically configured. In addition, several can Interfaces in a common interface, such as a Be summarized input-output interface.

Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Mittellinien-Ermittlungseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Festlegungseinheit, die Suchstrahlen-Definitionseinheit, die Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit, die Analyseeinheit, die Einpassungseinheit, die Mittelpunkt-Ableitungseinheit und die Verbindungseinheit ganz oder teilweise in Form von Software-Modulen auf einem Prozessor realisiert werden.All in all can a big part the components for realizing the centerline detection means in the manner according to the invention, in particular the determination unit, the search beam definition unit, the puncture point determination unit, the analysis unit, the fitting unit, the center-point derivation unit and the connection unit in whole or in part in the form of software modules be realized on a processor.

Bevorzugt ist die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung so ausgebildet, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren vollauto matisch selbsttätig durchführt. Sie kann jedoch auch halbautomatisch operieren, d. h. durch zusätzlichen Input von außen, beispielsweise aus weiteren Logikeinheiten, die ggf. mit Datenbanken verknüpft sind, oder durch manuelle Eingaben eines Bedieners, mit notwendigen Zusatzinformationen versorgt werden. Dieser Input kann beispielsweise die Festlegung des ersten Startorts betreffen. In diesem Falle kann im Speziellen die Festlegungseinheit eine Eingangsschnittstelle für externen Input umfassen, über die Informationen zum Startort bezogen werden können. Alternativ und/oder ergänzend kann die Festlegungseinheit als eine Erkennungseinheit mit einer eigenen Erkennungslogik zur Erkennung des Startorts ausgebildet sein. Dadurch kann unter anderem gewährleistet werden, dass die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte c) bis f) rekursiv durchgeführt werden können. Hierzu ist die Festlegungseinheit insbesondere bevorzugt so ausgebildet, dass sie aus Informationen zu, insbesondere über Form und/oder Größe und/oder Lage und/oder Ausrichtung, einer durch die Einpassungseinheit eingepassten geometrischen Figur einen neuen Startort ableitet.Prefers the centerline detection means is arranged such that they are a method according to the invention fully automatic automatically performs. However, it can also operate semi-automatically, i. H. by additional External input, for example, from other logic units, possibly with databases connected are, or by manual inputs of an operator, with necessary Additional information to be supplied. This input can be, for example concern the definition of the first place of departure. In this case can Specifically, the determination unit is an input interface for external Include input, about the information about the place of departure can be obtained. Alternatively and / or additionally the determination unit as a recognition unit with its own Detection logic to detect the start location be formed. Thereby can be guaranteed among other things be that the process steps of the invention c) to f) performed recursively can be. For this purpose, the determining unit is particularly preferably designed that they are made of information about, in particular about shape and / or size and / or Position and / or orientation, one fitted by the fitting unit geometric figure derives a new starting place.

Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm, das direkt in einem Prozessor einer programmierbaren Bildbearbeitungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm auf der Bildbearbeitungseinrichtung ausgeführt wird.The The invention also includes a computer program directly in a Processor of a programmable image processing device is loadable, with program code means to all steps of a method according to the invention perform, when the program is executed on the image processing device.

Außerdem umfasst die Erfindung eine Bildbearbeitungseinrichtung mit einer Bildausgabeeinrichtung und einer erfindungsgemäßen Ermittlungseinrichtung.It also includes the invention an image processing device with an image output device and a determination device according to the invention.

Weitere besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein.Further special advantageous embodiments and developments of the invention also result from the dependent claims as well as the following description. In this case, the centerline detection device also according to the dependent ones claims be trained to the procedure.

Bevorzugt werden die Durchstoßpunkte auf Basis von mindestens einem lokalen Schwellenwert ermittelt, der mit dem Vorliegen einer Wand des Hohlorgans korrespondiert. Zur Ermittlung dieses lokalen Schwellenwertes wird dabei bevorzugt eine Histogramm-Analyse z. B. von Intensitätswerten von Pixeln bzw. Voxeln entlang der Suchstrahlen, die von einem gemeinsamen Startort abgeleitet sind, durchgeführt. Die Histogramm-Analyse umfasst vorteilhafterweise eine Schätzung der lokalen Schwellenwerte mittels einer Maximum-Likelihood-Methode. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise können die Bilddaten einfach entlang der Suchstrahlen analysiert werden und auf Basis bewährter Schätzmethoden aus dem Grauwertprofil entlang des Suchstrahls die Durchstoßpunkte dort festgelegt werden, wo der lokale Schwellenwert jeweils erreicht werden.Prefers become the puncture points determined on the basis of at least one local threshold, which corresponds to the presence of a wall of the hollow organ. To determine this local threshold is preferred a histogram analysis z. B. intensity values of pixels or voxels along the search rays, derived from a common launch site are done. The histogram analysis advantageously comprises an estimate of the local thresholds using a maximum likelihood method. Using this procedure, the image data can easily be moved along the search beams are analyzed and based on proven estimation methods from the gray value profile along the search beam, the puncture points where each local threshold is reached become.

Prinzipiell können verschiedene geometrische Figuren in das Innere des Hohlorgans eingepasst werden, wobei, wie erwähnt, symmetrische Figuren bevorzugt sind. Besonders bevorzugt wird dabei in jeder rekursiven Durchführung der Schritte c) bis f) dieselbe Art von geometrischer Figur, vorteilhafterweise in Übereinstimmung möglichst aller Parameterwerte außer der Größe verwendet. Somit kann vorab eine bestimmte geometrische Figur ausgewählt und nur mit einem Größenfaktor multipliziert jeweils in das Hohlorgan eingepasst werden. Dieser Größenfaktor bezieht sich vorzugsweise auf die Ausdehnung in alle Raumrichtungen, er kann jedoch auch aus zwei oder drei Richtungskomponenten-Teilfaktoren zusammengesetzt sein. Als besonders geeignet hat sich im Rahmen der Auseinandersetzung mit der erfindungsgemäßen Idee die Verwendung einer geometrischen Figur herausgestellt, die ein Ellipsoid umfasst, wobei sie bevorzugt nur aus einem Ellipsoid besteht. Ellipsoide lassen sich formmäßig besonders gut an die tubulare Struktur von Hohlorganen anformen und können durch ihre sich in zwei Richtungen sukzessive verjüngende Form auch in Bereichen des Hohlorgans eingebaut werden, die sich ebenfalls verjüngen, sei es aufgrund einer Verengung oder aufgrund einer Richtungsänderung des Hohlorgans.In principle, various geometric figures can be fitted into the interior of the hollow organ, wherein, as mentioned, symmetrical figures are preferred. Particularly preferred is there in each recursive performance of steps c) to f) use the same kind of geometric figure, advantageously in accordance as far as possible with all parameter values other than size. Thus, in advance, a certain geometric figure can be selected and multiplied only with a size factor each fitted in the hollow organ. This size factor preferably refers to the extent in all spatial directions, but it may also be composed of two or three directional component subfactors. In the context of dealing with the idea according to the invention, the use of a geometric figure which comprises an ellipsoid, wherein it preferably consists of only one ellipsoid, has proven to be particularly suitable. Ellipsoids can be formally particularly well on the tubular structure of hollow organs and can be incorporated by their in two directions successively tapering shape in areas of the hollow organ, which also taper, either because of a narrowing or due to a change in direction of the hollow organ.

Bei Verwendung eines Ellipsoids kann außerdem der neue Startort vorteilhafterweise dadurch abgeleitet werden, dass er entlang der Hauptachse des jeweiligen Ellipsoids in einem durch den Radius des Ellipsoids bestimmten Abstand, vorzugsweise seinem halben Radius, vom Mittelpunkt des Ellipsoids in einer Zielrichtung der zu ermittelnden Mittellinie gesetzt wird. Diese Zielrichtung ist die Richtung vom ersten Startort weg zu einem End-Betrachtungsort des Hohlorgan-Abschnitts, wobei die beiden genannten Orte die Abgrenzungen des Hohlorgan-Abschnitts definieren. Die Abstände zwischen den Ellipsoiden werden also in Abhängigkeit von ihren Mittelpunkten und ihren Radien bestimmt, wobei sich die Ellipsoide bevorzugt überlappen, weshalb beispielsweise die Wahl eines Abstands des nächsten Startorts vom Mittelpunkt eines Ellipsoids kleiner gleich dem Radius des Ellipsoids automatisch zu einer solchen Überlappung führt.at In addition, using an ellipsoid may advantageously make the new starting location be deduced that it is along the main axis of each Ellipsoids in a distance determined by the radius of the ellipsoid, preferably half its radius, from the center of the ellipsoid is set in a target direction of the center line to be determined. This direction is the direction away from the first starting point End-viewing site of the hollow organ section, the two mentioned Places defining the boundaries of the hollow organ section. The distances between The ellipsoids thus become dependent on their centers and their radii, the ellipsoids preferably overlapping, why, for example, the choice of a distance of the next starting place from the center of an ellipsoid less than or equal to the radius of the ellipsoid automatically to such an overlap leads.

Bevorzugt wird der neue Startort unter Verwendung eines A*-Verfahrens abgeleitet. Besonders bevorzugt wird dabei als heuristische Annahme vorausgesetzt, dass die Gesamtheit aller Einzeldistanzen zwischen Startorten von dem ersten Startort bis zu einem End-Betrachtungsort des Hohlorgans größer oder gleich ist als bzw. wie die Euklidische Distanz zwischen dem ersten Startort und dem End-Betrachtungsort. Als End-Betrachtungsort ist dabei ein – analog zum ersten Startort – vorab eingegebener Ort zu verstehen, der neben dem ersten Startort die zweite Begrenzung des mit einer Mittellinie zu versehenden Abschnitts des Hohlorgans definiert. In der Praxis können der erste Startort und der End-Betrachtungsort beispielsweise als zwei Saatpunkte manuell eingegeben oder von der Erkennungseinrichtung ganz oder teilweise vorgegeben werden. Mit Hilfe des A*-Verfahrens und der oben genannten heuristischen Annahme ist es möglich, den wahrscheinlich kürzesten Weg durch das Hohlorgan in Richtung des End-Betrachtungsorts zu ermitteln. Die Annahme, dass die Euklidische Distanz geringer sein muss als die zusammenaddierten Einzeldistanzen zwischen den Startorten, dient der Verifizierung der Annahmen des Verfahrens.Prefers the new starting location is derived using an A * method. Especially preferred is assumed as a heuristic assumption that the totality all individual distances between starting locations from the first starting point to a final viewing site of the hollow organ greater or is equal to or as the Euclidean distance between the first Place of departure and the final destination. As the final viewing site one - analog to the first place of departure - in advance entered place to understand, in addition to the first starting the second Limiting the midline section of the Hollow organ defined. In practice, the first starting place and the final viewing site, for example, as two seed points manually entered or from the detection device wholly or partially be specified. Using the A * method and the heuristic mentioned above Assumption it is possible probably the shortest Path through the hollow organ in the direction of the final viewing site determine. The assumption that the Euclidean distance must be lower as the added individual distances between the starting places, serves to verify the assumptions of the procedure.

Bevorzugt wird die Mittellinie durch Formen einer gekrümmten Kurve gebildet, auf oder an der alle abgeleiteten Mittelpunkte der geometrischen Figuren liegen. Sie kann also unter Verwendung der Mittelpunkte als Stützstellen eingepasst werden. Die gekrümmte Kurve bildet so in der Näherung die Mittellinie. Dabei ist davon auszugehen, dass die Genauigkeit der Näherung umso exakter ist, je näher die einzelnen Mittelpunkte beieinander liegen. Im Gegensatz zu einer aus geraden Strecken gebildeten Mittellinie in Form eines Polygonzugs mit Ecken an den Mittelpunkten stellt eine angeformte Kurve eine harmonische Linie dar, entlang derer besser – d. h. ohne unnötige Verwirrung der Orientierung eines Benutzers – navigiert werden kann und die zudem mit Sicherheit eine bessere Näherung der realen Mittellinie darstellt als der aus geraden Strecken gebildete Verlauf.Prefers the center line is formed by forming a curved curve, on or at the all derived centers of the geometric figures lie. So you can using the centers as a support points be fitted. The curved one Curve thus forms in the approximation the midline. It can be assumed that the accuracy the approximation the more accurate the closer the individual centers lie together. Unlike one formed from straight lines center line in the form of a polygon with corners at the midpoints, a molded curve provides a harmonic Line along which better - d. H. without unnecessary confusion the orientation of a user - can be navigated and moreover, they are certainly a better approximation of the real center line represents as the course formed from straight stretches.

Bevorzugt werden von jedem Startort aus mindestens 72 radiale Suchstrahlen ausgesendet. Empirische Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass mit Hilfe dieser Anzahl von Suchstrahlen eine für Hohlorgane ausreichend repräsentative Punktwolke generiert werden kann. Dabei sind die Suchstrahlen bevorzugt so auszusenden, dass sie im Raum gleich verteilt sind. Zwischen ihnen liegt also im Raum jeweils der gleiche Raumwinkel, damit eine gleichmäßige Abdeckung in allen Dimensionen und Richtungen erreicht werden kann.Prefers At least 72 radial search beams are created from each starting location sent out. Empirical studies by the inventors have shown that with the help of this number of search rays one for hollow organs sufficiently representative point cloud can be generated. The search beams are preferably so to send out that they are equally distributed in the room. Between them So in space is the same solid angle, so a uniform coverage can be achieved in all dimensions and directions.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Festlegung eines Startorts eine Verifizierung mittels eines Verzweigungs-Erkennungsverfahrens umfasst, dass sich ein auf Basis der geometrischen Figur ermittelter potenzieller Startort außerhalb eines Verzweigungsbereichs des Hohlorgans befindet. Durch diese Vorab-Klärung kann sichergestellt werden, dass für Verzweigungsbereiche, in denen andere Verfahren besser geeignet sein könnten eine andere Ermittlungsmethode für die Mittellinie angewandt wird. Eine solche Methode kann besonders bevorzugt darin bestehen, dass der potenzielle Startort bei Erkennung eines Verzwei gungsbereichs in seinem Umfeld nicht als Startort verwendet wird und die Mittellinie stattdessen durch einen Verzweigungsmittelpunkt der Verzweigung und/oder durch einen neu ermittelten Anfangs-Mittelpunkt eines nach der Verzweigung liegenden Hohlorganstrangs geführt wird. Ein besonders geeignetes Verfahren zur Verzweigungsanalyse in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nachfolgend noch erläutert.A particularly advantageous development of the invention consists in that a definition of a starting location comprises a verification by means of a branching recognition method, that a potential starting point determined on the basis of the geometric figure is located outside a branching region of the hollow organ. This pre-clearance clarification can ensure that branching areas where other methods could be better suited use a different midline determination method. Such a method may be particularly preferred in that the potential start location is not used as a start location when detecting a branching area in its environment and the center line instead by a branching center of the branch and / or by a newly determined initial midpoint of a post branch Hollow organ strand is guided. A special the suitable method for branching analysis in combination with the method according to the invention will be explained below.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:The The invention will be described below with reference to the attached figures based on embodiments once again closer explained. The same components are in the different figures with provided with identical reference numerals. Show it:

1 Eine Darstellung aus mittels eines Computertomographieverfahrens gewonnenen Bilddaten, die einen Beckenbereich mit den knöchernen Strukturen eines Beckens und einem Teil einer Wirbelsäule zusammen mit einem Hohlorganabschnitt zeigt, 1 An illustration of image data obtained by a computed tomography method showing a pelvic area with the bony structures of a pelvis and a part of a spinal column together with a hollow organ portion,

2 eine Schnittansicht durch ein Hohlorgan mit einem einzelnen Suchstrahl, 2 a sectional view through a hollow organ with a single search beam,

3 das Schwächungsprofil des Hohlorgans aus 2 entlang des Suchstrahls, 3 the weakening profile of the hollow organ 2 along the search beam,

4 ein lokales Histogramm eines Hohlorganbereichs mit einer daran angeglichenen Verteilungskurve zur Ermittlung von Schwellenwerten, 4 a local histogram of a hollow organ area with an adapted distribution curve for determining threshold values,

5 eine schematische Darstellung eines Hohlorganabschnitts mit darin eingepassten geometrischen Figuren, 5 a schematic representation of a hollow organ section with geometric figures fitted therein,

6 eine schematische Darstellung eines Hohlorganabschnitts mit darin eingepassten geometrischen Figuren in einem Verzweigungsbereich des Hohlorganabschnitts, 6 a schematic representation of a hollow organ portion with geometric figures fitted therein in a branching region of the hollow organ portion,

7 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens im Verzweigungsbereich unter Durchführung einer Verzweigungserkennung gemäß einer ersten Ausführungsform, 7 FIG. 2 is a schematic representation of a branch growth region growth method performing branch detection according to a first embodiment; FIG.

8 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens im Verzweigungsbereich unter Durchführung einer Verzweigungserkennung gemäß einer zweiten Ausführungsform, 8th 1 is a schematic representation of a branch growth region growth method performing branch detection according to a second embodiment;

9 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens in einem unverzweigten Bereich mit einer Ausbuchtung, 9 a schematic representation of a region growth process in an unbranched region with a bulge,

10 eine Darstellung aus mittels eines Computertomographieverfahrens gewonnenen Bilddaten eines solchen unverzweigten Bereichs mit einer Ausbuchtung, 10 a representation of image data obtained by means of a computed tomography method of such an unbranched region with a bulge,

11 eine Darstellung mit einem Hohlorganabschnitt aus Computertomographie-Bilddaten mit Markierungen eines Verzweigungsmittelpunkts und dreier Anfangsmittelpunkte der drei Hohlorganstränge im Bereich der Verzweigung, 11 a representation with a hollow organ section from computed tomography image data with markings of a branching center point and three initial centers of the three hollow organ strands in the region of the branching,

12 eine Darstellung eines Hohlorganabschnitts aus Computertomographie-Bilddaten mit Markierungen seiner Mittellinie, 12 a representation of a hollow organ portion of computed tomography image data with marks of its center line,

13 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Mittellinie, und 13 a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the invention for determining a center line, and

14 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bildbearbeitungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ermittlungseinrichtung. 14 a schematic block diagram of an embodiment of an image processing device with a detection device according to the invention.

Im Folgenden wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Mittellinie eines Hohlorgans kombiniert mit einem besonders geeigneten Verfahren zur Verzweigungserkennung des Hohlorgans erläutert.in the Following will be - without restriction the general public - one embodiment the method according to the invention for determining a midline of a hollow organ combined with a particularly suitable method for branch recognition of the Hollow organ explained.

1 zeigt eine Darstellung auf dem Bildschirm einer Befundungsstation einer Aufnahme eines menschlichen Beckenbereichs. Neben den Knochenstrukturen des Beckens und eines Teils der Wirbelsäule zeigt sie einen Abschnitt eines Hohlorgans 1, hier eines Blutgefäßes, dessen Mittellinie ermittelt werden soll. Es weist längere unverzweigte Bereiche auf und – etwa in der Bildmitte und im unteren Bildbereich – mehrere Verzweigungen. 1 shows a representation on the screen of a diagnostic station of a recording of a human pelvic area. In addition to the bone structures of the pelvis and part of the spine, it shows a section of a hollow organ 1 , here a blood vessel whose center line is to be determined. It has longer unbranched areas and - in the middle of the picture and in the lower part of the picture - several branches.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf Basis von Bilddaten des Blutgefäßes 1, die bevorzugt als Volumenbilddaten vorliegen, ein Startort 5, hier ein einzelner Saatpunkt innerhalb des Hohlorgans festgelegt, beispielsweise durch Eingabe eines Benutzers über eine Benutzerschnittstelle der Befundungsstation. Von diesem Saatpunkt 5 aus werden Suchstrahlen 3 in gleicher räumlicher Verteilung ausgesandt.In a method according to the invention, based on image data of the blood vessel 1 , which are preferably present as volume image data, a start location 5 , Specified here a single seed point within the hollow organ, for example by entering a user via a user interface of the diagnostic station. From this seed point 5 become search beams 3 sent in the same spatial distribution.

Ein einzelner solcher Suchstrahl 3 ist in 2 innerhalb eines Querschnitts eines Hohlorgans 1 gezeigt. Er durchmisst das Hohlorgan 1 und durchläuft dann das umliegende Gewebe, wobei auf beiden Seiten des Hohlorgans 1 entlang des Suchstrahls weitere Querschnitte von in diesem Bereich in etwa parallel zum Hohlorgan 1 verlaufenden Strukturen 7a, 7b liegen, die er ebenfalls durchdringt. Entlang des Suchstrahls 3 wird – in 3 dargestellt – ein Hounsfieldprofil erstellt. Es ist erkennbar, dass die Hounsfield-Werte des umgebenden Gewebes deutlich niedriger sind als die des Hohlorgans 1 und der Strukturen 7a, 7b.A single such search beam 3 is in 2 within a cross section of a hollow organ 1 shown. He measures the hollow organ 1 and then passes through the surrounding tissue, leaving on both sides of the hollow organ 1 along the search beam further cross-sections of in this area approximately parallel to the hollow organ 1 running structures 7a . 7b lie, which he also penetrates. Along the search beam 3 is in 3 presented - a Hounsfield profile created. It can be seen that the Hounsfield values of the surrounding tissue are significantly lower than those of the hollow organ 1 and the structures 7a . 7b ,

In der Folge kann für alle entlang aller Suchstrahlen liegenden Pixel bzw. Voxel ein lokales Histogramm erstellt werden, das in 4 gezeigt ist. Die Kreuze zeigen jeweils die (auf der y-Achse aufgetragene) Menge der Voxel aller Suchstrahlen in absoluten Zahlen an, die eine bestimmte Grauwertintensität aufweisen, die in Hounsfield-Werten auf der x-Achse aufgetragen sind. Mit Hilfe einer Maximum-Likelihood-Methode wurde an das Histogramm eine von ihrer Form her geeignete Gauß-Kurve GK angepasst, die die Wert-Verteilungslogik des Histogramms repräsentiert. In Abhängigkeit von der Form der Gauß-Kurve GK, das heißt von ihrer Standardabweichung σ und ihrem Mittelwert μ wurden ein unterer und ein oberer Schwellenwert S_u und S_o abgeleitet. Diese Schwellenwerte S_u, S_o liegen an den Stellen Su = μ – 2·σ bzw So = μ + 2·σ. As a result, a local histogram can be created for all pixels or voxels along all search beams 4 is shown. The crosses each show the (up on the y-axis apply) the set of voxels of all search rays in absolute numbers, which have a certain gray-scale intensity, which are plotted in Hounsfield values on the x-axis. By means of a maximum likelihood method, a shape-appropriate Gaussian curve GK was fitted to the histogram representing the value distribution logic of the histogram. Depending on the shape of the Gaussian curve GK, that is to say on its standard deviation σ and its mean value μ, a lower and an upper threshold value S _u and S _{o were} derived. These threshold values S _u , S _o lie in the places S u = μ - 2 · σ or S O = μ + 2 · σ.

Der Hounsfieldbereich zwischen den Schwellenwerten S_u, S_o definiert das Intervall (vgl. 3), in dem typischerweise Hounsfieldwerte des zu untersuchenden Hohlorgans liegen. Hounsfieldwerte außerhalb dieses Bereichs werden als nicht zum Hohlorgan gehörend betrachtet. Dies bedeutet, dass beide Schwellenwerte S_u, S_o die Hohlorganwand repräsentieren.The Hounsfield range between the threshold values S _u , S _o defines the interval (cf. 3 ), in which typically Hounsfield values of the hollow organ to be examined are located. Hounsfield values outside this range are considered non-hollow organ. This means that both threshold values S _u , S _{o represent} the hollow organ wall.

5 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Hohlorgans 1, in den sich gegenseitig überlappende geometrische Figuren, hier Ellipsoide 9, eingepasst sind. Die Form und Größe der Ellipsoide ergibt sich aus einer Hauptkomponentenanalyse einer Punktwolke von Durchstoßpunkten durch die Wand des Hohlorgans entlang der Suchstrahlen (vgl. 1). Diese Durchstoßpunkte wurden dort gesetzt, wo die Voxelwerte der jeweiligen Suchstrahlen den Hounsfieldbereich zwischen den Schwellenwerten S_u, S_o (vgl. 4) erstmals verlassen. 5 schematically shows a portion of a hollow organ 1 , in the overlapping geometric figures, here ellipsoids 9 , are fitted. The shape and size of the ellipsoids results from a principal component analysis of a point cloud of puncture points through the wall of the hollow organ along the search rays (cf. 1 ). These puncture points were set where the voxel values of the respective search beams are the Hounsfield range between the threshold values S _u , S _o (cf. 4 ) leave for the first time.

Jedes eingepasste Ellipsoid kann durch einen Radius r₁, r₂, ..., r_n und durch eine Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n charakterisiert werden. Entlang der jeweiligen Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels auch der nächste Startort in Form eines neuen Saatpunkts gesetzt – vorausgesetzt, der potenzielle Startort befindet sich nicht in einem Verzweigungsbereich. Der neue Saatpunkt liegt dann auf der je weiligen Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n um die Hälfte des jeweiligen Radius r₁, r₂, ..., r_n versetzt in einer Verlaufsrichtung, in der eine Mittellinie des Hohlorganabschnitts ermittelt werden soll. Auf Basis des jeweiligen neuen Startorts wird durch rekursive Wiederholung des beschriebenen Verfahrens (vom Aussenden der Suchstrahlen bis zur Einpassung eines neuen Ellipsoids und der Ermittlung eines neuen Startorts) eine Reihe von Ellipsoiden in den Hohlorganabschnitt eingepasst, deren Mittelpunkte die Mittellinie des Hohlorganabschnitts definieren. So kann durch die Mittelpunkte beispielsweise eine gekrümmte Kurve gelegt werden, die die Mittellinie darstellt.Each fitted ellipsoid can be characterized by a radius r ₁ , r ₂ ,..., R _n and by a principal axis A ₁ , A ₂ ,..., A _n . Along the respective main axis A ₁ , A ₂ ,... A _n , in the context of this exemplary embodiment, the next start location is also set in the form of a new seed point - provided that the potential start location is not located in a branching area. The new seed point is then on the respective main axis A ₁ , A ₂ , ..., A _n by half of the respective radius r ₁ , r ₂ , ..., r _n offset in a direction in which a center line of the Hollow organ section to be determined. Based on the respective new starting location, a series of ellipsoids is fitted into the hollow organ section by recursive repetition of the described method (from the emission of the search beams to the fitting of a new ellipsoid and the determination of a new starting location) whose centers define the center line of the hollow organ section. For example, through the midpoints, a curved curve may be laid that represents the midline.

Eine Besonderheit ergibt sich bei der Ermittlung der Mittellinie beim Erreichen eines Verzweigungsbereichs V, wie er in 6 schematisch dargestellt ist. Dabei ist es zunächst notwendig, den Verzweigungsbereich V überhaupt zu erkennen, da die Rekonstruktion einer Mittellinie 13 nach dem bisher beschriebenen Verfahren in erster Linie für unverzweigte Hohlorgan-Bereiche geeignet ist. Außerdem wird für die Fortführung der Mittelinie 13 der Verzweigungsmittelpunkt 11 benötigt. Sowohl zur Erkennung des Verzweigungsbereichs V als auch zur Bestimmung des Verzweigungsmittelpunkts 11 dient das Verfahren, das anhand der 7 bis 9 näher erläutert wird.A peculiarity arises in the determination of the center line when reaching a branching region V, as in 6 is shown schematically. It is first necessary to recognize the branch region V at all, since the reconstruction of a center line 13 is suitable according to the previously described method primarily for unbranched hollow organ areas. In addition, for the continuation of the center line 13 the branch center 11 needed. Both for detecting the branching region V and for determining the branching center point 11 is the method used by the 7 to 9 is explained in more detail.

In 7 ist schematisch eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung einer Verzweigungsstelle V dargestellt. Dieses Verfahren wird bevorzugt jedes Mal vor Durchführung der Hauptkomponentenanalyse und besonders bevorzugt bereits vor der Definition von Suchstrahlen von einem neuen Startort aus ausgeführt. Wird dabei keine Verzweigungsstelle erkannt, so wird weiter wie oben beschrieben, eine neue geometrische Figur in das Hohlorgan eingepasst.In 7 schematically a first embodiment of a method for determining a branch point V is shown. This method is preferably carried out each time prior to performing the principal component analysis, and more preferably prior to the definition of search rays from a new starting location. If no branching point is detected, as described above, a new geometric figure is fitted into the hollow organ.

Bei der erfindungsgemäßen Ermittlung einer Verzweigungsstelle wird, ausgehend von einem Startort, der hier wie zuvor beschrieben durch die Form des letzten Ellipsoids 9 bestimmt wird, ein Regionen-Wachstums-Verfahren durchgeführt. Anhand der zuvor bestimmten lokalen Schwellenwerte S_u, S_o die einen zum Organ zugeordneten Hounsfieldbereich definieren, werden Wachstumsschichten erster bis n-ter Ordnung innerhalb des Hohlorgans aufgebaut. Dabei wird in der vorliegenden Ausführungsform nach Durchführung des Wachstumsschritts die n-te Wachstumsschicht einer Zusammenhangsanalyse unterzogen. Eine Verzweigungsstelle V liegt gemäß dieser Analyse dann vor, wenn die äußerste Wachstumsschicht – in 7 die zwölfte Wachstumsschicht – nicht mehr vollständig zusammenhängend ist. Dagegen liegt im Untersuchungsbereich keine Verzweigung vor, wenn eine Anzahl äußerer Wachstumsschichten einer – beispielsweise in Abhängigkeit vom Radius des Ellipsoids 9, der als letztes bestimmt wurde, jeweils zusammenhängend sind. Die Wachstumstiefe richtet sich also bevorzugt nach dem Radius des vorhergehenden Ellipsoids 9 bzw. nach analog gewählten Maßvorgaben andersartiger geometrischer Figuren. Sie ist somit dynamisch – beispielsweise in Abhängigkeit vom Lumen des Hohlorgans – anpassbar.In the case of the determination of a branching point according to the invention, starting from a starting point, the here as described above is represented by the shape of the last ellipsoid 9 is determined, carried out a regions growth process. On the basis of the previously determined local threshold values S _u , S _o defining a Hounsfieldbereich assigned to the organ, first to nth-order growth layers are built up within the hollow organ. In this case, in the present embodiment, after carrying out the growth step, the nth growth layer is subjected to a correlation analysis. A branch point V is present according to this analysis when the outermost growth layer - in 7 the twelfth growth layer - is no longer completely coherent. In contrast, there is no branch in the examination area if a number of outer growth layers of one - for example, depending on the radius of the ellipsoid 9 which was determined last, are each connected. The growth depth thus preferably depends on the radius of the preceding ellipsoid 9 or according to analog selected dimensions of different geometric figures. It is thus dynamic - for example, depending on the lumen of the hollow organ - customizable.

In 8 ist eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung einer Verzweigungsstelle V dargestellt, die in ihrer Erkennungslogik weniger sensitiv ist, dafür aber auch weniger störungsanfällig. Hier werden statt der äußersten Wachstumsschicht mehrere äußere Wachstumsschichten – im vorliegenden Falle zwei Schichten – auf ihren Zusammenhang hin analysiert. Das Signal, dass eine Verzweigungsstelle V vorliegt, wird also erst dann generiert, wenn die beiden äußeren Schichten 11 und 12 nicht mehr zusammenhängen. Durch diese etwas gröbere Zusammenhangsanalyselogik kann vermieden werden, dass falsch positive Signale generiert werden, etwa, wenn das Hohlorgan nur eine Ein- oder Ausbuchtung hat, die bei einer sehr feinen Analyse fälschlicherweise als Verzweigungsstelle erkannt werden könnte.In 8th a second embodiment of a method for determining a branch point V is shown, which is less sensitive in its detection logic, but also less susceptible to interference. Here instead of the outermost growth layer several outer growth layers - in this case two layers - on their Zusam analyzed. The signal that a branch point V exists is therefore only generated when the two outer layers 11 and 12 no longer connected. This somewhat coarser correlation analysis logic avoids the generation of false-positive signals, for example, if the hollow organ has only one indentation or bulge that could, in the case of a very fine analysis, be erroneously recognized as a branch point.

9 und 10 dienen der Illustration der Notwendigkeit einer differenzierten Erkennungslogik von Verzweigungsbereichen. So zeigt 9 analog zu 8 ein Hohlorgan 1, in dem im Regionen-Wachstums-Verfahren Wachstumsschichten aufge baut wurden. Jedoch befindet sich statt des Verzweigungsbereichs V an in etwa derselben Stelle lediglich eine Ausbuchtung Y des Hohlorgans 1. Eine Zusammenhangsanalyse nur der äußersten Wachstumsschicht 12 würde für diese Ausbuchtung Y zu dem Fehlschluss führen, dass ein Verzweigungsbereich vorläge. Durch die gemeinsame Analyse der äußeren drei Wachstumsschichten 10 bis 12 hingegen kann dieser falsch positive Schluss vermieden werden. 9 and 10 serve to illustrate the need for a differentiated recognition logic of branching areas. So shows 9 analogous to 8th a hollow organ 1 , in which growth layers were built up in the region growth process. However, instead of the branching region V at approximately the same point, there is only one bulge Y of the hollow organ 1 , A contextual analysis of only the outermost layer of growth 12 For this bulge Y, this would lead to the erroneous conclusion that a branching region was present. Through the joint analysis of the outer three growth layers 10 to 12 however, this false positive conclusion can be avoided.

Eine analoge Entsprechung im real durch Computertomographie aufgenommenen Bild ist in 10 gezeigt, in dem im oberen rechten Bildbereich ein Hohlorgan 1 wiederum eine Ausbuchtung Y aufweist.An analogous analogy in the image actually taken by computed tomography is in 10 shown, in which in the upper right image area a hollow organ 1 in turn has a bulge Y.

Mit Hilfe der anhand der 7 und 8 beschriebenen Erkennungslogik für Verzweigungsstellen V können in der Folge auch der Verzweigungsmittelpunkt 11 und Anfangsmittelpunkte 15 von Hohlorgansträngen nach der Verzweigungsstelle V festgelegt werden, wie sie in 11 gezeigt sind. Vorzugsweise wird als Verzweigungsmittelpunkt der Schwerpunkt aller Wachstumsschichten verwendet, die bis zur Detektion der Verzweigung aufgebaut wurden, d. h. in den Beispielen der 7 und 8 den Schwerpunkt der Wachstumsschichten 1 bis 12. Dadurch, dass der Startort des Regionen-Wachstums-Verfahrens nicht beliebig weit von einer Verzweigungsstelle V entfernt platziert sein kann (sonst wäre es beispielsweise möglich, ein weiteres Ellipsoid in einen unverzweigten Bereich einzupassen), kann der Schwerpunkt näherungsweise den Verzweigungsmittelpunkt 11 der Verzweigungsstelle V repräsentieren.With the help of the 7 and 8th branching point recognition logic V described below can also be the branching center point 11 and starting centers 15 be determined by hollow organ strands after the branching point V, as in 11 are shown. Preferably, the center of gravity of all growth layers which have been built up until the detection of the branching, ie in the examples of FIG 7 and 8th the focus of the growth layers 1 to 12 , Because the starting location of the region growth method can not be placed arbitrarily far from a branch point V (otherwise, for example, it would be possible to fit another ellipsoid into an unbranched region), the center of gravity may approximately approximate the branch center 11 represent the branch point V.

Ähnliches ergibt sich für die Anfangsmittelpunkte 15. Sie bildet sich aus dem Schwerpunkt eines Clusters der Anzahl von äußeren Wachstumsschichten, wobei das Cluster aus solchen lokalen Teilen von Wachstumsschichten gebildet ist, die sich im Bereich des einzelnen Hohlorganstrangs befinden und die keine zusammenhängende Wachstumsschicht mehr im Rahmen des Regionen-Wachstums-Verfahrens bilden. Um im Bild der 7 und 8 zu bleiben, so würde der Verzweigungsmittelpunkt des nach rechts abgehenden Hohlorganstrangs in 7 durch den Schwerpunkt der beiden Voxel der Schicht 12 und in 8 durch den Schwerpunkt der vier Voxel der Schichten 11 und 12 in diesem Hohlorganstrang gebildet. Dies kann bedeuten, dass genau dieser Schwerpunkt als Anfangsmittelpunkt des Hohlorganstrangs verwendet wird oder als Ausgangsgröße zur genaueren Bestimmung des exakten Anfangsmittelpunkts, die dann wiederum im Rahmen des oben beschriebenen Verfahrens zur Mittellinienbestimmung mit Hilfe der Ellipsoide erfolgen kann. Mit anderen Worten: Ein wie beschrieben ermittelter Anfangsmittelpunkt eines Hohlorgans kann in der Folge wieder als Startort für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur weiteren Ermittlung der Mittellinie 13 dienen.The same is true for the starting centers 15 , It is formed from the center of gravity of a cluster of the number of outer growth layers, wherein the cluster is formed of such local parts of growth layers which are in the region of the individual hollow organ strand and which no longer form a coherent growth layer in the context of the region growth method. In the picture of the 7 and 8th to remain so, the branching center of the hollow organ strand going out to the right in 7 through the center of gravity of the two voxels of the layer 12 and in 8th through the center of gravity of the four voxels of layers 11 and 12 formed in this hollow organ strand. This may mean that precisely this center of gravity is used as the starting center point of the hollow organ strand or as an output for more accurate determination of the exact starting center point, which in turn can be done in the context of the above-described method for centerline determination using ellipsoids. In other words, an initial center point of a hollow organ determined as described may subsequently again serve as starting point for carrying out a method according to the invention for further determination of the center line 13 serve.

Im Endeffekt ergibt sich am Ende der Verfahren zur Mittellinienbestimmung bzw. zur Ermittlung von Verzweigungsstellen eines Abschnitts eines Hohlorgans 1 eine Mittellinie 13, wie sie in 12 dargestellt ist: Sie wird definiert durch Verzweigungsmittelpunkte 11 und durch Mittelpunkte M_x der Ellipsoide (in dieser Figur nicht dargestellt), an denen sie sich orientiert.In the end, the procedure for center line determination or for the determination of branching points of a section of a hollow organ results at the end 1 a midline 13 as they are in 12 is represented: it is defined by branch centers 11 and by centers M _{x of} the ellipsoids (not shown in this figure), at which they are oriented.

Zur genaueren Erläuterung zeigt 13 ein schematisches Ablaufdiagramm, in dem wesentliche Verfahrensschritte bei der Mittellinienbestimmung nochmals visualisiert sind:
Das Verfahren teilt sich in eine Initialisierungsphase U, eine Generierungsphase W zur Generierung eines Gefäßmodells und eine Nachverarbeitungsphase Z.For a more detailed explanation shows 13 a schematic flow diagram in which essential steps in the center line determination are visualized again:
The method is divided into an initialization phase U, a generation phase W for generating a vessel model and a post-processing phase Z.

In der Initialisierungsphase U wird das Verfahren unter A gestartet. Zunächst wird bei einem Input B – manuell über eine Benutzerschnittstelle oder automatisch mit Hilfe einer Eingabelogik – ein Startort 5 (vgl. 1) eingegeben. In einer Abfrage C wird festgestellt, ob der Startort 5 geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens, also in erster Linie, ob er sich innerhalb des Hohlorganabschnitts befindet, aber auch, ob sich der Startort 5 in bzw. nahe einem Verzweigungsbereich befindet. Ist dies beides nicht der Fall (n), wird zu Schritt B zurückgesprungen, anderenfalls (j) kann weiterverfahren werden. Hierzu sind optional Schritte D und E möglich. In Schritt D wird eine ”künstliche” Verzweigungserkennung durchgeführt, die beispielsweise als Verfahren zur Verzweigungserkennung wie oben beschrieben realisiert sein kann. Es handelt sich um eine künstliche Verzweigungserkennung, weil entweder aufgrund einer vorherigen Abklärung bereits klar ist, dass keine reale Verzweigung vorliegt oder weil sonst bei Vorliegen einer realen Verzweigung mindestens drei Gefäßsegmente ermittelt werden könnten, in deren Richtungen sich das Hohlorgan erstreckt. Mit Hilfe dieser künstlichen Verzweigungserkennung D werden nämlich nur in Schritt E die Gefäßsegmente in beiden Haupterstreckungsrichtungen des Hohlorgans 1 ermittelt, entlang derer in der Folge der Mittellinienverlauf mit Hilfe eines A*-Verfahrens weiterermittelt werden kann.In the initialization phase U, the method is started under A. Initially, an input B - manually via a user interface or automatically with the help of an input logic - is a starting point 5 (see. 1 ). In a query C it is determined if the start location 5 is suitable for performing the method, so in the first place, whether he is within the hollow organ portion, but also whether the starting place 5 is located in or near a branching area. If neither is the case (n), the program jumps back to step B, otherwise (j) can proceed. For this, optional steps D and E are possible. In step D, an "artificial" branching detection is performed, which may, for example, be realized as a branching detection method as described above. It is an artificial branching detection, either because it is already clear from a previous clarification that there is no real branching or else, in the presence of a real branch, at least three vessel segments could be determined in whose directions the hollow organ extends. With help Namely, only in step E of these artificial branching detection D, the vessel segments in both main directions of extension of the hollow organ 1 along which subsequently the centreline course can be further determined using an A * method.

In der Generierungsphase W wird zunächst in einem Auswahlschritt F dasjenige der Gefäßsegmente ausgewählt, entlang dessen Richtung vom Startort 5 aus die Mittellinie ermittelt werden soll. Bevorzugt erfolgt die Ermittlung der Mittellinie von zwei Seiten, d. h. von zwei Startorten 5 aus aufeinander zu, so dass insgesamt aus vier Gefäßsegmenten die beiden geeignetsten ausgewählt werden. Im Schritt G werden Suchstrahlen vom Startort 5 definiert und im Schritt H auf Basis der Intensitätswerte der Voxel aller Suchstrahlen die lokalen Schwellenwerte für den Bereich um den Startort 5 ermittelt. In Schritt J folgt dann eine Verzweigungserkennung mit Hilfe der oben näher erläuterten Methode unter Zuhilfenahme des Regionen-Wachstums-Verfahrens. In einer Abfrage K wird geklärt, ob eine solche Verzweigung vorliegt. Liegt eine Verzweigung vor (j) so wird diese in einem Schritt L näher bestimmt, ebenso wie in Schritt N die abzweigenden Hohlorganstränge. Dies schließt insbesondere die Ermittlung von Verzweigungsmittelpunkten 11 und Anfangsmittelpunkten 15 ein.In the generation phase W, the one of the vessel segments is first selected in a selection step F, along its direction from the start location 5 should be determined from the center line. The determination of the center line preferably takes place from two sides, ie from two starting locations 5 out of each other, so that a total of four vessel segments, the two most suitable are selected. In step G, search rays are taken from the starting place 5 and, in step H, based on the intensity values of the voxels of all search beams, define the local thresholds for the area around the starting location 5 determined. In step J, a branching detection is then carried out with the aid of the method explained above with the aid of the region growth method. In a query K it is clarified whether such a branch exists. If there is a branch (j), this is determined in a step L closer, as well as in step N, the branching hollow organ strands. This includes in particular the determination of branching centers 11 and starting centers 15 one.

Liegt hingegen keine Verzweigung vor (n), so wird mit in einem Schritt M der nächste Punkt der Mittellinie ermittelt.Lies however, no branching before (n), so is in one step M the next one Point of the center line determined.

Dies erfolgt vorzugsweise unter Zuhilfenahme des Schritts P der Einpassung eines Ellipsoids in das Hohlorgan. In einer Abfrage Q wird ermittelt, ob die Untersuchung bereits am Ende des Hohlorganabschnitts angekommen ist. Wenn nein (n), so wird das Verfahren ab Schritt F rekursiv wiederholt, wenn ja (j), so erfolgt der Übergang in die Nachverarbeitung Z, in der in Schritt R die Mittellinie unter Zuhilfenahme der einzelnen Mittelpunkte der in den Hohlorganabschnitt eingepassten geometrischen Figuren (vgl. 5) und der Verzweigungsmittelpunkte 11 sowie ggf. der Anfangsmittelpunkte 15 der Hohlorganstränge extrahiert und in Schritt S optional nachbearbeitet wird, beispielsweise durch Interpolation der Stützstellen mit Hilfe einer gekrümmten Kurve an die geraden Verbindungen zwischen den einzelnen Mittelpunkten. Damit endet unter T das Verfahren.This is preferably done with the aid of step P of the fitting of an ellipsoid in the hollow organ. In a query Q it is determined whether the examination has already arrived at the end of the hollow organ section. If no (n), the method is recursively repeated from step F, if yes (j), then the transition to the post-processing Z, in which the center line in step R with the aid of the individual centers of the geometric figures fitted into the hollow organ section (see. 5 ) and the branch centers 11 and possibly the starting midpoints 15 the hollow organ strands extracted and optionally post-processed in step S, for example, by interpolation of the support points by means of a curved curve to the straight connections between the individual centers. This ends the procedure under T.

14 zeigt in schematischer Blockdarstellung eine Bildbearbeitungseinrichtung 17 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23. Neben der Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23 weist die Bildbearbeitungseinrichtung 17 eine Bildaufbereitungseinheit 21 und eine Bildausgabeeinrichtung 19 auf. 14 shows a schematic block diagram of an image processing device 17 with an embodiment of a centerline detection device according to the invention 23 , Next to the center line detection device 23 has the image processing device 17 an image processing unit 21 and an image output device 19 on.

In die Bildbearbeitungseinrichtung werden Ausgangsbilddaten ABD eingespeist und in der Bildaufbereitungseinheit 21 verarbeitet. Daraus resultierende Bilddaten BD, die im Übrigen auch Ausgangsbilddaten ABD umfassen können, werden sowohl in die Bildausgabeeinrichtung 19, beispielsweise einen Monitor einer Befundungsstation, und in die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23 eingespeist.The image processing device is fed with output image data ABD and in the image processing unit 21 processed. Resulting image data BD, which may also include output image data ABD, are transferred both to the image output device 19 , For example, a monitor of a diagnostic station, and in the centerline detection device 23 fed.

Die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung weist neben einer Eingangsschnittstelle 25 folgende Komponenten auf: Eine Festlegungseinheit 27, eine Suchstrahlen-Definitionseinheit 29, eine Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit 31, eine Analyseeinheit 33, eine Einpassungseinheit 35, eine Mittelpunkt-Ableitungseinheit 37 und eine Mittellinien-Bildungseinheit 39.The centerline detection device has an input interface in addition 25 following components: A determination unit 27 , a search ray definition unit 29 a puncture point determination unit 31 , an analysis unit 33 , a fitting unit 35 , a midpoint derivation unit 37 and a centerline formation unit 39 ,

Die Festlegungseinheit 27 legt Startorte 5 innerhalb eines Hohlorgans 1 fest. Sie kann als reine Input-Schnittstelle ausgebildet sein, über die Benutzereingaben und/oder Inputs aus anderen Logikeinheiten, ggf. verbunden mit DatenbankInformationen, eingespeist werden können, aber auch als eigenständige oder teilautomatische Logikeinheit. Ausgehend von den durch die Festlegungseinheit 27 festgelegten Startorten definiert die Suchstrahlen-Definitionseinheit 29 radiale Suchstrahlen 3. Die Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit 31 ermittelt die Durchstoßpunkte der Suchstrahlen 3 durch die Wand des Hohlorgans 1, und die Analyseeinheit 33 führt eine Hauptkomponentenanalyse von durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolken durch. Auf Basis der jeweiligen Hauptkomponentenanalyse passt die Einpassungseinheit 35 geometrische Figuren, also beispielsweise Ellipsoide, in das Innere des Hohlorgans 1 ein, von denen die Mittelpunkt-Ableitungseinheit 37 Mittelpunkte M₁, M₂, M₃ ableitet. Die Mittellinien-Bildungseinheit 39 bildet aus diesen Informationen die Mittellinie 13 auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte M₁, M₂, M₃ der geometrischen Figuren.The determination unit 27 sets starting places 5 within a hollow organ 1 firmly. It can be embodied as a pure input interface, via which user inputs and / or inputs from other logic units, possibly connected with database information, can be fed in, but also as an independent or semi-automatic logic unit. Starting from the by the fixing unit 27 specified start locations defines the search beam definition unit 29 radial search rays 3 , The puncture point determination unit 31 determines the puncture points of the search rays 3 through the wall of the hollow organ 1 , and the analysis unit 33 performs a principal component analysis of point clouds defined by the puncture points. The fitting unit fits on the basis of the respective main component analysis 35 geometric figures, so for example ellipsoids, in the interior of the hollow organ 1 one, of which the midpoint-deriving unit 37 Means M ₁ , M ₂ , M ₃ derived. The centerline educational unit 39 forms the center line from this information 13 on the basis of the derived midpoints M ₁ , M ₂ , M _{3 of} the geometric figures.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Vorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.It will be final once again noted that it is the previous one described in detail as well as in the illustrated Device only to embodiments which is modified by the expert in various ways can be without departing from the scope of the invention. Furthermore, the use includes the indefinite article "a" or "an" not that the characteristics in question also exist multiple times can.

Claims

Method for determining a midline ( 13 ) of a portion of a hollow organ ( 1 ) in image data (BD) representing its spatial structure, characterized by the following steps: a) definition (B) of a starting location (B) 5 ) within the hollow organ ( 1 ) b) Definition (G) of a plurality of radial search beams ( 3 ) from the starting point ( 5 ), c) determination of puncture points of the search beams ( 3 ) through the wall of the hollow organ ( 1 d) carrying out a principal component analysis of a point cloud defined by the puncture points, e) fitting a geometric figure into the interior of the hollow organ ( 1 on the basis of the principal component analysis, f) derivation of a center point (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the geometric figure and a new start location determined by the figure ( 5 g) recursive execution of steps c) to f) on the basis of the respective new starting location ( 5 ) until the end of a research area, and h) formation of the center line ( 13 ) on the basis of the derived centers (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the geometric figures.

A method according to claim 1, characterized in that the puncture points are determined on the basis of at least one local threshold value (S _u , S _o ).

Method according to claim 2, characterized in that for determining a local threshold (S _u , S _o ) a histogram analysis along the search beams ( 3 ) is carried out.

A method according to claim 3, characterized in that the histogram analysis comprises an estimate of the local threshold value (S _u , S _o ) by means of a maximum likelihood method.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the geometric figure is an ellipsoid ( 9 ).

Method according to claim 5, characterized in that the new starting location ( 5 ) is derived by the fact that it along the main axis (A ₁ , A ₂ ) of the respective ellipsoid ( 9 ) in one by the radius (r ₁ , r ₂ ) of the ellipsoid ( 9 ) determined distance from the center (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the ellipsoid ( 9 ) in one direction of the center line to be determined ( 13 ) is set.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the new starting point ( 5 ) is derived using an A * method, which method assumes as a heuristic assumption that the total of all individual distances between starting locations ( 5 ) from the first starting point ( 5 ) to a final viewing site of the hollow organ ( 1 ) is greater than the Euclidean distance between the first starting location ( 5 ) and the final viewing site.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the center line ( 13 ) is formed by forming a curved curve on or at which all the derived centers (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the geometric figures lie.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that from each starting point ( 5 ) of at least 72 radial search beams ( 3 ) are sent out.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the search beams ( 3 ) are equally distributed in space.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the definition (B) of a starting location ( 5 ) comprises a verification by means of a branch recognition method, that a potential start location determined on the basis of the geometric figure is located outside of a branching region (V) of the hollow organ ( 1 ) is located.

A method according to claim 11, characterized in that the potential starting location when detecting a branching area (V) in its environment not as a starting point ( 5 ) and the center line ( 13 ) by a branching center ( 11 ) of the branch and / or by a newly determined starting center ( 15 ) is guided after the branch lying hollow organ strand.

Centerline detection device ( 23 ) for determining a center line ( 13 ) of a portion of a hollow organ ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, comprising at least: - an input interface ( 25 ) for image data (BD), which determines the spatial structure of a hollow organ ( 1 ), a determination unit ( 27 ) for determining starting locations ( 5 ) within the hollow organ ( 1 ), - a search ray definition unit ( 29 ) for defining a plurality of radial search beams ( 3 ) from the starting points ( 5 ), - a puncture point determination unit ( 31 ) for the determination of puncture points of the search beams ( 3 ) through the wall of the hollow organ ( 1 ), - an analysis unit ( 33 ) for performing principal component analyzes of point clouds defined by the puncture points, - an insertion unit ( 35 ) for fitting geometric figures in the interior of the hollow organ ( 1 ) based on the respective main component analyzes, - a mid-point derivation unit ( 37 ) for deriving center points (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the geometric figures, and - a centerline formation unit ( 39 ) to form the midline ( 13 ) on the basis of the derived funds points (M ₁ , M ₂ , M ₃ , M _x ) of the geometric figures.

Image processing device ( 17 ) with an image output device ( 19 ) and a centerline detection device ( 23 ) according to claim 13.

Computer program which enters directly into a processor of the programmable image processing device ( 17 ) according to claim 14, with program code means for carrying out all the steps of the method according to one of claims 1 to 12 when the program is executed on the image processing device.