AT509233A4 - METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING CT IMAGE DATA OF A BONE-CONTAINING BODY RANGE OF A PATIENT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von mittels eines Computertomographen (CT) erzeugten dreidimensionalen Bilddaten eines Knochen (K) enthaltenden Körperbereichs eines Patienten, wobei die 3D-Bilddaten die jeweilige ortsabhängige Strahlungsabschwächung des Körperbereichs enthalten, wobei jene Bilddaten als Oberfläche (0) der Knochen (K) innerhalb des Körperbereichs ermittelt werden, welche einen vorgegebenen Schwellwert (Asi) der Strahlungsabschwächung überschreiten, und die Strahlungsabschwächung dieser als Knochenoberfläche (0) ermittelten Bilddaten sowie einer Anzahl (n) daran angrenzender Bilddaten vorzugsweise auf Null vermindert wird.The invention relates to a method and a device for processing computer-generated tomographic (CT) generated three-dimensional image data of a bone (K) containing body region of a patient, the 3D image data containing the respective location-dependent radiation attenuation of the body region, said image data as a surface (0 ) of the bones (K) within the body region which exceed a predetermined threshold value (Asi) of the radiation attenuation and the radiation attenuation of this image data determined as bone surface (0) and a number (n) of image data adjacent thereto are preferably reduced to zero.
Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von mittels eines Computertomographen erzeugten dreidimensionalen Bilddaten eines Knochen enthaltenden Körperbereichs eines Patienten, wobei die 3D-Bilddaten die jeweilige ortsabhängige Strahlungsab-schwächung des Körperbereichs enthalten.The invention relates to a method for processing three-dimensional image data of a bone-containing body region of a patient generated by means of a computer tomograph, the 3D image data containing the respective location-dependent radiation attenuation of the body region.
Ebenso betrifft die gegenständliche Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Bildverarbeitungsverfahrens.Likewise, the subject invention relates to an apparatus for performing such an image processing method.
Der Vollständigkeit halber wird festgehalten, dass die gegenständliche Erfindung auf die Verarbeitung von CT-Bildern sowohl von Menschen als auch Tieren gerichtet ist.For the sake of completeness, it is noted that the subject invention is directed to the processing of CT images of both humans and animals.
Insbesondere dient die gegenständliche Erfindung zur verbesserten Darstellung von Knochenmetastasen und anderen krankhaften Veränderungen des menschlichen oder tierischen Skeletts. Eine der häufigsten Lokalisationen für die Ansiedlung von Krebszellen (Metastasen) ist das Knochenmark, wobei vorwiegend das axiale Knochenskelett mit Wirbelsäule, Becken sowie Rippen betroffen ist. Knochenmetastasen und andere krankhafte Veränderungen des Skeletts von Menschen und anderen Säugetieren werden durch gän-gische Bildschnittverfahren, wie der Computertomographie, in der axialen Ebene primär erfasst. Neue Generationen von sogenannten Multidetektor-Computertomographen bieten eine ständig anwachsende räumliche Auflösung entlang der kraniokaudalen Achse eines Patienten mit einer proportional dazu anwachsenden Zahl an Axialbildern. Die Erkennung bzw. Detektion von krankhaften Veränderungen im Knochen verteilt auf mehrere 1.000 Bilder pro Untersuchung gestaltet sich für den befundenden Arzt besonders schwierig und zeitaufwändig, verbunden mit einer beträchtlichen Rate an übersehenen Metastasen. Eine rechtzeitige Erkennung pathologischer Veränderungen ist jedoch für die Prognose und die allfällige weitere Therapie der Patienten essentiell.In particular, the subject invention serves to improve the representation of bone metastases and other pathological changes of the human or animal skeleton. One of the most common locations for the establishment of cancer cells (metastases) is the bone marrow, which mainly affects the axial bone skeleton with spine, pelvis and ribs. Bone metastases and other pathological changes in the skeleton of humans and other mammals are primarily detected in the axial plane by means of generic image-cutting techniques, such as computed tomography. New generations of so-called multi-detector computed tomographs offer a steadily increasing spatial resolution along the craniocaudal axis of a patient with a proportionately increasing number of axial images. The detection or detection of pathological changes in the bone distributed over several thousand images per examination is particularly difficult and time-consuming for the attending physician, associated with a considerable rate of overlooked metastases. Timely detection of pathological changes, however, is essential for the prognosis and any further therapy of the patients.
Knochen von Säugetieren bestehen im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten, der sogenannten Corticalis bzw. Außenhülle und der Spongiosa, dem Inneren des Knochens. Die Corticalis weist üblicherweise eine Dicke von 1 bis 6 mm auf und ist durch besonders dichtes Material gekennzeichnet. Die Spongiosa hingegen ist schwammartig aufgebaut und weist eine entsprechend niedrigere • ♦ * * · · · t * * • « · I · · · φ * · • * I · · · · t··· ····* · « ff « * «I ·· «fff« ff« ·· · - 2 -Bones of mammals consist essentially of two main components, the so-called corticalis and the cancellous bone, the interior of the bone. The corticalis usually has a thickness of 1 to 6 mm and is characterized by a particularly dense material. The cancellous bone, on the other hand, is sponge-like and has a correspondingly lower diameter «*« I ·· «fff« ff «·· · - 2 -
Dichtheit auf. In der Spongiosa ist das Knochenmark enthalten, wo sich vorwiegend Knochenmetastasen anlagern. Aufgrund der hohen Dichte der Corticalis der Knochen erscheinen die Ränder der Knochen in 3D-Rekonstruktionen bzw. Projektionsverfahren von CT-Bilddaten besonders hell, wodurch eine Erkennung von pathologischen Veränderungen im Inneren des Knochens, welche relativ dunkel erscheinen, bei diesen Darstellungsverfahren erschwert wird. Diese Verfahren (3D-Visualisierung bzw. Projektionsverfahren) sind aber nützlich um die Befundungszeit zu verkürzen bzw. die Detektion von pathologischen Veränderungen zu erleichtern.Tightness on. The spongiosa contains the bone marrow, where mainly bone metastases accumulate. Due to the high density of the cortical bone, the edges of the bones appear particularly bright in 3D reconstructions or projection methods of CT image data, making it difficult to detect pathological changes in the interior of the bone that appear relatively dark in these imaging procedures. However, these methods (3D visualization or projection method) are useful for shortening the time of diagnosis or facilitating the detection of pathological changes.
Prinzipiell unterscheidet man zwischen zwei Arten von Knochenmetastasen. Osteoplastische Knochenmetastasen sind durch zusätzlichen Knochenaufbau charakterisiert und daher dichter als die umgebende Spongiosa. Osteolytische Metastasen weisen einen lokalisierten Knochenabbau auf und sind daher weniger dicht als die umgebende Spongiosa. Zur Darstellung beider Arten von Knochenmetastasen sind unterschiedliche Rekonstruktionsverfahren notwendig.In principle, a distinction is made between two types of bone metastases. Osteoplastic bone metastases are characterized by additional bone structure and are therefore denser than the surrounding cancellous bone. Osteolytic metastases have localized bone loss and are therefore less dense than the surrounding cancellous bone. To represent both types of bone metastases different reconstruction methods are necessary.
Durch entsprechende Verarbeitung der CT-Bilddaten können heutzutage bereits wesentliche Verbesserungen erzielt werden. Beispielsweise können zusätzliche dreidimensionale Rekonstruktionen der Bilddaten angefertigt werden, welche beispielsweise die Diagnose von Frakturen, die an der Oberfläche der Knochen erkennbar sind, erleichtern. Veränderungen, die im Inneren des Knochens liegen werden durch derartige Maßnahmen jedoch nicht erfasst und können durch derartige Methoden auch nicht angezeigt werden. Zusätzlich ist die Anfertigung von dreidimensionalen Rekonstruktionen, vor allem wenn die Daten vor der Rekonstruktion manuell segmentiert werden müssen um eine Darstellung der Veränderungen überhaupt zu ermöglichen, zeit- und rechneraufwendig und mit zusätzlichen Kosten verbunden.By appropriate processing of the CT image data, significant improvements can already be achieved today. For example, additional three-dimensional reconstructions of the image data can be made which, for example, facilitate the diagnosis of fractures that are recognizable on the surface of the bones. However, changes that are inside the bone are not detected by such measures and can not be displayed by such methods. In addition, the preparation of three-dimensional reconstructions, especially if the data must be manually segmented before reconstruction to allow a representation of the changes at all, time-consuming and computer-consuming and associated with additional costs.
Die DE 10 2005 036 999 Al beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Detektion von Auffälligkeiten in medizinischen Bilddaten, wobei mittels eines Bestimmungsmoduls die Körperregion, die untersucht wurde, erkannt wird, um die Befundung durch den Radiologen zu erleichtern. * + + + 9 a··· «· · * · · » a · « · · · + 9 · · · 99+·· 9 +9 + · ·· · ··· • 9 · 9 9 9 9 · + + 99 99 999 Λ 9 9 ·· · - 3 -DE 10 2005 036 999 A1 describes a device for the automatic detection of abnormalities in medical image data, wherein by means of a determination module the body region which has been examined is recognized in order to facilitate the diagnosis by the radiologist. * + + + 9 a ··· «· · · · ·» a · «· · · + 9 · · · 99 + ·· 9 +9 + · ··· ··· • 9 · 9 9 9 9 · + + 99 99 999 Λ 9 9 ·· · - 3 -
Die US 6,021,213 Ä beschreibt ein Bildverarbeitungsverfahren, bei dem über verschiedene Algorithmen die Corticalis und die Spongiosa eines Knochens segmentiert und zur Knochendichtemessung in der Osteoporosetherapie herangezogen werden.US Pat. No. 6,021,213 describes an image processing method in which the corticalis and spongiosa of a bone are segmented by different algorithms and used for bone density measurement in osteoporosis therapy.
In der DE 10 321 722 Al wird ein Verfahren zur Erkennung von metastatischen Knochenläsionen beschrieben, wobei ein Knochenbild aus einem Doppel- oder Mehrfachenergiebildsatz genutzt wird und die Knochen von einem Hintergrund des Knochenbilds segmentiert werden.DE 10 321 722 A1 describes a method for detecting metastatic bone lesions, wherein a bone image from a double or multiple energy image set is used and the bones are segmented from a background of the bone image.
Schließlich beschreibt auch die DE 10 2006 048 190 Al ein Verfahren zur verbesserten Betrachtung von Rippenmetastasen, wobei die Rippen automatisch markiert und Änderungen in einer Struktur der Rippen automatisch detektiert werden.Finally, DE 10 2006 048 190 A1 also describes a method for improved viewing of rib metastases, wherein the ribs are automatically marked and changes in a structure of the ribs are automatically detected.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines oben genannten Bildverarbeitungsverfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, durch welche eine verbesserte Projektion oder 3D-Darstellung von CT-Bildern eines Knochen enthaltenden Körperbereichs eines Patienten ermöglicht wird. Insbesondere soll eine verbesserte Detektion von Knochenmetastasen erzielt und die notwendige Zeit zur Erkennung dieser Veränderungen verkürzt werden. Der dafür erforderliche Rechen- und Kostenaufwand soll möglichst klein sein. Nachteile des Standes der Technik sollen vermieden oder zumindest reduziert werden.The object of the present invention is to provide an above-mentioned image processing method and a corresponding device, by means of which an improved projection or 3D representation of CT images of a bone-containing body region of a patient is made possible. In particular, an improved detection of bone metastases is to be achieved and the time required to recognize these changes is shortened. The required calculation and costs should be as small as possible. Disadvantages of the prior art should be avoided or at least reduced.
Gelöst wird die Erfindung durch ein oben genanntes Bildverarbeitungsverfahren, wobei jene Bilddaten als Oberfläche der Knochen innerhalb des Körperbereichs ermittelt werden, welche einen vorgegebenen Schwellwert der Strahlungsabschwächung überschreiten, und die Strahlungsabschwächung dieser als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten sowie einer Anzahl daran angrenzender Bilddaten vorzugsweise auf Null vermindert wird. Erfindungsgemäß wird somit die dichte äußere Hülle der Knochen detektiert und aus den CT-Bilddaten eliminiert. Die Anzahl der an die als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten angrenzenden Bilddaten, die gelöscht werden sollen, wird entsprechend der zu erwartenden Dicke der Corticalis gewählt. Beispielsweise können 2 bis 10 Bildpunkte gelöscht bzw. deren Strahlungsabschwächung entsprechend • « · * · · * « · t • « « · « + · ft « · • « « * » · · · · ·· » • ft · * · m · # · · • ft ·· ftftftt φψ ftft m - 4 - vorzugsweise auf Null vermindert werden. Zusätzlich wird die Strahlungsabschwächung vorzugsweise aller Bildpunkte, die außerhalb des Knochens liegen, ebenfalls auf Null gesetzt. Bildpunkte mit einer Strahlungsabschwächung gleich Null werden dann in den folgenden Projektionsverfahren bzw. 3D-Verfahren nicht dargestellt beziehungsweise wird dieser Wert von der Projektion ignoriert. Das gegenständliche Verfahren wird nach der Computertomo-praphieaufnahme vorgenommen und erfordert keine Verlängerung der Untersuchungsdauer und auch keine zusätzliche Strahlungsbelastung des Patienten. In den resultierenden Bilddaten wird die für die Diagnose von Knochenmetastasen oder anderen pathologischen Veränderungen innerhalb der Spongiosa störende Corticalis entsprechend eliminiert bzw. unterdrückt, sodass mit herkömmlichen Rekonstruktionsmethoden eine raschere und sicherere Erkennung von Knochenmetastasen oder anderen Veränderungen im Knochen ermöglicht wird. Aus den bearbeiteten Bilddaten kann ein oder können mehrere Übersichtsbilder generiert werden, in denen sowohl osteolytische als auch osteoplastische Knochenmetastasen rasch und sicher zu erkennen sind. Es sind keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte aus radiologisch technologischer Seite notwendig, sondern lediglich geringfügige Rechenleistung zur Überarbeitung der Bilddaten. Als Resultat liegt zumindest ein Bild, vorzugsweise für den gesamten dargestellten Körperbereich, vor, das dem Radiologen erlaubt, in wenigen Sekunden pathologische Knochenveränderungen zu erfassen und die Detektionsrate der Veränderungen im Vergleich zu axialen Rohbildern gemäß der gängigen Praxis deutlich zu erhöhen. Zusätzlich kann durch das gegenständliche Verfahren die notwendige Erfahrung des behandelnden Arztes zur sicheren und schnellen Erkennung pathologischer Veränderungen gesenkt werden.The invention is achieved by an above-mentioned image processing method, wherein those image data are determined as the surface of the bones within the body region, which exceed a predetermined threshold of radiation attenuation, and the radiation attenuation of this determined as bone surface image data and a number of adjacent image data is preferably reduced to zero , Thus, according to the invention, the dense outer shell of the bones is detected and eliminated from the CT image data. The number of image data adjacent to the image data determined as the bone surface which is to be erased is selected according to the expected thickness of the corticalis. For example, 2 to 10 pixels can be deleted or their radiation attenuation can be changed accordingly · # · · · Ft ·· ftftftt φψ ftft m - 4 - preferably be reduced to zero. In addition, the radiation attenuation of preferably all pixels that are outside the bone is also set to zero. Pixels with a radiation attenuation equal to zero are then not displayed in the following projection method or 3D method, or this value is ignored by the projection. The subject method is performed after the computer tomography praphieaufnahme and requires no lengthening of the study period and no additional radiation exposure of the patient. In the resulting image data, the corticalis which is troublesome for the diagnosis of bone metastases or other pathological changes within the spongiosa is correspondingly eliminated or suppressed, so that with conventional reconstruction methods a faster and more secure detection of bone metastases or other changes in the bone is made possible. From the processed image data, one or more overview images can be generated, in which both osteolytic and osteoplastic bone metastases can be recognized quickly and reliably. There are no additional processing steps from radiological technological side necessary, but only minor processing power to revise the image data. As a result, there is at least one image, preferably for the entire body region shown, which allows the radiologist to detect pathological bone changes in a few seconds and to significantly increase the detection rate of the changes in comparison to axial raw images according to current practice. In addition, the subject method can reduce the necessary experience of the attending physician for the safe and rapid detection of pathological changes.
Das Bildverarbeitungsverfahren kann direkt an den dreidimensionalen CT-Bilddaten vorgenommen werden. Alternativ dazu können die 3D-Bilddaten auch in eine Vielzahl von 2D-Bilddaten aufgeteilt werden und die 2D-Bilddaten sukzessive verarbeitet werden. Dabei ist es insbesondere für die Erkennung von Knochenmetastasen vorteilhaft, wenn die zweidimensionalen Bilddaten mit einer Schichtdicke zwischen 0,6 und 3 mm vorliegen. Durch eine derartige niedrige Schichtdicke und vorzugsweise ein sehr geringes Rekonstruktionsintervall von 0,4 bis 2 mm kann eine optimale Re- • * * * • · *The image processing method can be performed directly on the three-dimensional CT image data. Alternatively, the 3D image data may be divided into a plurality of 2D image data, and the 2D image data may be processed successively. It is particularly advantageous for the detection of bone metastases, if the two-dimensional image data with a layer thickness between 0.6 and 3 mm are present. Due to such a low layer thickness and preferably a very small reconstruction interval of 0.4 to 2 mm, an optimal re • • * * * • * *
konstruktion erzielt werden.construction can be achieved.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass jene Bilddaten ermittelt werden, welche einen vorgegebenen Schwellwert der Strahlungsabschwächung unterschreiten und die Strah-lungsabschwächung dieser ermittelten Bilddaten vermindert wird. Auf diese Weise können für das gegenständliche Verfahren irrelevante Weichteile aus den CT-Bilddaten eliminiert werden. Auf ähnliche Weise können auch Störungen aus den Bilddaten, wie zum Beispiel einzelne Bildpunkte mit besonders hoher Strahlungsabschwächung, aus den Bilddaten eliminiert bzw. deren Strahlungsabschwächung vorzugsweise auf Null vermindert werden. Natürlich können die Bilddaten auch mit anderen herkömmlichen Filtermethoden vorbearbeitet werden. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass die Entfernung der Weichteile aus den Bilddaten dann schwierig ist, wenn vor der CT-Aufnähme intravenöse Kontrastmittel verabreicht wurden. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, eine Vorsegmentierung des Knochens vorzunehmen und sämtliche Bilddaten, die nicht dem erkannten Knochen entsprechen, zu eliminieren. Auf diese Weise können alle nicht interessierenden Weichteile außerhalb des Knochens aus den Bilddaten gelöscht werden. Die Vorsegmentierung des Knochens kann durch einen an sich bekannten Region Growing Algorithmus unter Auswahl eines sehr großzügigen Schwellwerts für die Strahlungsabschwächung vorgenommen werden. Dadurch wird gewährleistet, dass bei der Vorsegmentierung der gesamte Knochen mit Corticalis und allenfalls ein paar kleineren am Knochen anhaftenden Weichteilen verbleibt. Auf diese durch die Vorsegmentierung der Knochen bereinigten Bilddaten wird dann das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren angewandt.According to a feature of the invention, it is provided that those image data are determined which fall below a predetermined threshold value of the radiation attenuation and the radiation attenuation of this determined image data is reduced. In this way, irrelevant soft parts can be eliminated from the CT image data for the subject method. Similarly, disturbances from the image data, such as individual pixels with particularly high radiation attenuation, can also be eliminated from the image data or their radiation attenuation preferably reduced to zero. Of course, the image data can also be preprocessed with other conventional filtering methods. For example, it has been found that removal of the soft tissues from the image data is difficult when intravenous contrast agents are administered prior to CT acquisition. In this case, it may be appropriate to pre-segment the bone and to eliminate any image data that does not correspond to the detected bone. In this way, all non-interested soft parts outside the bone can be deleted from the image data. The pre-segmentation of the bone can be done by a per se known region growing algorithm, choosing a very generous threshold for the radiation attenuation. This ensures that the pre-segmentation of the entire bone with corticalis and possibly a few minor adhering to the bone soft tissue remains. The image processing method according to the invention is then applied to these image data which have been cleared by pre-segmenting the bones.
Die Ermittlung der Knochenoberfläche bzw. Corticalis kann dadurch erfolgen, dass jene Bilddaten aus den 3D- oder 2D-Bildda-ten ermittelt werden, bei welchen die Differenz des Wertes der Strahlungsabschwächung und des Wertes der Strahlungsabschwächung der vorhergehenden Bilddaten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Auf diese Weise werden Dichtedifferenzen bzw. Dichtesprünge, die an der Grenzschicht zwischen Weichteil und Knochen auftreten, erkannt. Von diesen als Knochenoberfläche erkannten Bilddaten wird, wie oben erwähnt, eine vorbestimmte An- - 6 - - 6 - * * • # · * *· tt «··· *· * * · · · · φ * » • · # · » · ft t zahl folgender Bilddaten eliminiert bzw. deren Strahlungsabschwächung vorzugsweise auf Null vermindert. Es wird also die Corticalis aus dem Bild entfernt. Erfahrungsgemäß kann zuerst die Knochenoberfläche identifiziert und danach entsprechend der vorgegebenen Dicke die Corticalis aus den Bilddaten gelöscht werden. Ebenso kann diese Verarbeitung auch gleich während der Berechnung an den ursprünglichen Bilddaten vorgenommen werden. Der aufbereitete Bilddatensatz enthält somit nur mehr die Spongiosa-Bereiche, allenfalls Reste der Corticalis und vorzugsweise keine Weichteile mehr. Ein nach dieser Methode aufbereiteter Bilddatensatz kann vorzugsweise durch eine sogenannte Maximum Intensity Projektion (MIP)-Rekonstruktion optimal dargestellt werden.The determination of the bone surface or corticalis can be effected by determining those image data from the 3D or 2D image data in which the difference between the value of the radiation attenuation and the value of the radiation attenuation of the preceding image data exceeds a predetermined threshold value. In this way, density differences or density jumps that occur at the boundary layer between the soft tissue and bone are detected. Of these image data recognized as a bone surface, as noted above, a predetermined amount of pressure is applied. • ft t number of following image data eliminated or their radiation attenuation preferably reduced to zero. So the corticalis is removed from the picture. Experience has shown that the bone surface can be identified first and then the corticalis can be deleted from the image data according to the given thickness. Likewise, this processing can also be performed during the calculation on the original image data. The processed image data set thus contains only more the cancellous bone areas, at most remnants of the corticalis and preferably no soft tissue. An image data record prepared by this method can preferably be optimally represented by a so-called maximum intensity projection (MIP) reconstruction.
Alternativ zum obigen Verfahren kann auch zumindest ein Ausgangspunkt innerhalb der 3D-Bilddaten oder jeder 2D-Bilddaten ausgewählt und von jedem Ausgangspunkt aus allen 3D-Bilddaten des Volumens oder allen 2D-Bilddaten jeder Schicht um jeden Ausgangspunkt jene Bilddaten als Knochenoberfläche ermittelt werden, welche einen vorgegebenen Schwellwert der Strahlungsab-schwächung überschreiten, und die Strahlungsabschwächung dieser als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten vorzugsweise auf Null vermindert werden. Bei diesem sogenannten Füllalgorithmus wird von einem oder mehreren Ausgangspunkten ausgegangen, von welchen aus die Umgebung (beispielsweise die umgebenden 8 Bildpunkte) danach untersucht wird, ob ein gewisser Schwellwert in der Strahlungsabschwächung überschritten wird. Wenn dies der Fall ist, wird der Bildpunkt gelöscht bzw. dessen Strahlungsabschwächung vermindert oder auf Null gesetzt, sodass er in einer MIP-Rekonstruktion nicht mehr sichtbar ist. Danach wird die Untersuchung im Viereck oder im Kreis um den Ausgangspunkt weitergeführt, bis das gesamte Volumen an Bilddaten oder die gesamte Schicht der Bilddaten bearbeitet ist.As an alternative to the above method, at least one starting point may also be selected within the 3D image data or each 2D image data, and from each origin from all 3D image data of the volume or all 2D image data of each layer around each origin, that image data is determined as a bone surface exceed predetermined threshold of Strahlungsab-weakening, and the radiation attenuation of this determined as bone surface image data are preferably reduced to zero. In the case of this so-called filling algorithm, one or more starting points are assumed, from which the environment (for example the surrounding 8 pixels) is examined according to whether a certain threshold value in the radiation attenuation is exceeded. If this is the case, the pixel is deleted or its radiation attenuation reduced or set to zero, so that it is no longer visible in a MIP reconstruction. Thereafter, the examination is continued in the square or in the circle around the starting point until the entire volume of image data or the entire layer of image data has been processed.
Zusätzlich dazu ist es von Vorteil, wenn die Werte der Strahlungsabschwächung aller Bilddaten außerhalb der als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten vorzugsweise auf Null vermindert werden. Auf diese Weise können die Bereiche außerhalb der Knochen, welche für die Erkennung von Knochenmetastasen oder anderen pathologischen Veränderungen innerhalb der Spongiosa irrele- - 7 - • * vant sind, eliminiert werden.In addition, it is advantageous if the values of the radiation attenuation of all image data outside the image data determined as the bone surface are preferably reduced to zero. In this way, the areas outside the bones, which are irrelevant to the detection of bone metastases or other pathological changes within the cancellous bone, can be eliminated.
Schließlich kann die Erkennung und Eliminierung der Corticalis auch dadurch erfolgen, dass zumindest ein Ausgangspunkt innerhalb der 3D-Bilddaten oder jeder 2D-Bilddaten ausgewählt und von jedem Ausgangspunkt aus alle 3D-Bilddaten des Volumens oder alle 2D-Bilddaten der Schicht hintereinander entlang einer Linie analysiert werden, und jene Bilddaten entlang dieser Linie als Knochenoberfläche ermittelt werden, welche einen vorgegebenen Schwellwert der Strahlungsabschwächung überschreiten. Die Strah-lungsabschwächung dieser als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten und die entsprechende Anzahl folgender Bilddaten wird vorzugsweise auf Null vermindert und danach werden die Bilddaten des Volumens oder der Schicht entlang einer weiteren Linie analysiert, bis schließlich sämtliche Bilddaten analysiert wurden. Bei dieser sogenannten intelligenten Kreisstrahlenmethode wird von jedem Ausgangspunkt aus eine Linie gezogen und entlang dieser Linie jeder Bildpunkt abgetastet und schließlich bei Überschreitung einer gewissen Strahlungsabschwächung dieser Bildpunkt als Corticalis identifiziert. In diesem Fall wird die Corticalis entlang einer vorgebenen Dicke gelöscht und auch die Bildpunkte vor der Corticalis eliminiert. Danach wird vom selben Ausgangspunkt eine weitere Linie in eine andere Richtung gezogen und die entlang dieser Linie vorgesehenen Bildpunkte ebenso bearbeitet. Es wird also jeder Bildpunkt im Verlauf der Linie von Innen nach Außen auf Null gesetzt, wenn der Bildpunkt einen gewissen Schwellwert überschreitet, was einer Erkennung der Corticalis gleichkommt. Nach dem Löschen der Corticalis wird der Löschmodus auf dieser Linie beendet und mit der nächsten Linie begonnen. Dieser Corticalis-Löschmodus wird auch beendet, wenn die Strahlungsabschwächung bzw. der Dichtewert des gerade untersuchten Bildpunktes unterhalb eines gewissen Schwellwerts sinkt. Dies ist ein Indikator dafür, dass das Ende der Corticalis und somit die Spongiosa erreicht ist. Somit wird verhindert, dass bei einer dünnen Corticalis die angrenzende Spongiosa gelöscht wird. Bei Auswahl einer ausreichenden Anzahl von Ausgangspunkten resultiert innerhalb kürzester Zeit und ohne hohe Rechenleistung ein Bild, welches lediglich die Spongiosa der dargestellten Knochen des Körperbereichs zeigt, in dem Metastasen rascher und sicherer erkennbar sind. » · • · • · • · ' · * · • · · * ····Finally, the recognition and elimination of the corticalis may also be accomplished by selecting at least one starting point within the 3D image data or 2D image data and analyzing, from each starting point, all 3D image data of the volume or all 2D image data of the layer consecutively along a line and those image data along that line as the bone surface which exceed a predetermined radiation attenuation threshold. The radiation attenuation of this image data determined as bone surface and the corresponding number of following image data is preferably reduced to zero, and thereafter the image data of the volume or the layer are analyzed along another line until finally all the image data have been analyzed. In this so-called intelligent circular beam method, a line is drawn from each starting point and each pixel is scanned along this line and, finally, when a certain radiation attenuation is exceeded, this pixel is identified as corticalis. In this case, the corticalis is erased along a predetermined thickness and the pixels in front of the corticalis are also eliminated. Thereafter, another line is drawn in a different direction from the same starting point and the pixels provided along this line are also processed. Thus, each pixel in the course of the line from inside to outside is set to zero when the pixel exceeds a certain threshold value, which amounts to recognition of the corticalis. After deleting the corticalis, the deletion mode on this line is ended and the next line is started. This corticalis erase mode is also terminated when the radiation attenuation or the density value of the pixel being examined falls below a certain threshold value. This is an indication that the end of the corticalis and thus the cancellous bone is reached. This prevents the adjacent spongiosa from being erased if there is a thin corticalis. If a sufficient number of starting points are selected, an image results within a very short time and without high computing power, which only shows the cancellous bone of the bones of the body region shown, in which metastases can be recognized more quickly and reliably. »· · · · · · · · · · · · · · · · ····
Vorzugsweise werden von jedem Ausgangspunkt aus alle Bilddaten des Volumens oder Schicht hintereinander entlang einer Vielzahl von Linien, vorzugsweise in einem regelmäßigen Winkelabstand von 1° bis 10° zueinander, analysiert.Preferably, from each starting point all image data of the volume or layer are analyzed in succession along a plurality of lines, preferably at a regular angular distance of 1 ° to 10 ° to one another.
Als vorteilhaft hat es sich weiters erwiesen, wenn die Lage jedes Ausgangspunkts zufällig bestimmt wird.It has also proven to be advantageous if the location of each starting point is determined at random.
Die Anzahl der an die als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten angrenzenden Bilddaten, deren Strahlungsabschwächung auf vorzugsweise Null vermindert wird, kann konstant, beispielsweise mit 3 bis 4, gewählt werden. Auf diese Weise wird ohne Rücksicht auf die dargestellte Körperregion und den jeweiligen Patienten immer dieselbe Dicke der Corticalis aus den Bilddaten eliminiert.The number of image data adjacent to the image data determined as the bone surface, the radiation attenuation of which is reduced to preferably zero, can be selected to be constant, for example 3 to 4. In this way, regardless of the illustrated body region and the respective patient always the same thickness of the corticalis is eliminated from the image data.
Da die Dicke der Corticalis nicht nur vom jeweiligen Knochen, sondern auch beispielsweise vom Alter des Patienten abhängt, ist es von Vorteil, wenn die Anzahl der Bilddaten, die von der Oberfläche des Knochens entfernt werden sollen, einstellbar ist. Dabei kann eine für sämtliche Bilddaten geltende Einstellung dieser Anzahl n, beispielsweise im Bereich zwischen 3 und 5, vorgenommen werden.Since the thickness of the corticalis depends not only on the particular bone but also, for example, on the age of the patient, it is advantageous if the number of image data to be removed from the surface of the bone is adjustable. In this case, an adjustment of this number n, which is valid for all image data, for example in the range between 3 and 5, can be carried out.
Noch bessere Ergebnisse werden dann erzielt, wenn die Anzahl n der an die als Knochenoberfläche ermittelten Bilddaten angrenzenden Bilddaten, deren Strahlungsabschwächung auf vorzugsweise Null vermindert werden soll, in Abhängigkeit der räumlichen Lage der Bilddaten, vorzugsweise automatisch, eingestellt wird. Auf diese Weise kann auf die anatomische Situation Rücksicht genommen werden und beispielsweise von Wirbelkörpern, die üblicherweise eine dünnere Corticalis aufweisen, weniger Bildpunkte eliminiert werden als von Beckenknochen, die üblicherweise einen dickere Corticalis aufweisen. Dadurch kann auch verhindert werden, dass zu viele Bilddaten eliminiert werden bzw. deren Strahlungsabschwächung vermindert wird und somit interessierende Bereiche der Spongiosa gelöscht werden.Even better results are obtained when the number n of the image data adjacent to the image data determined as the bone surface whose radiation attenuation is to be reduced to preferably zero is set as a function of the spatial position of the image data, preferably automatically. In this way, the anatomical situation can be taken into account and, for example, of vertebral bodies, which usually have a thinner corticalis, fewer pixels are eliminated than pelvic bones, which usually have a thicker corticalis. This can also be prevented that too many image data are eliminated or their radiation attenuation is reduced and thus areas of interest cancellous bone are deleted.
Vorzugsweise werden die verarbeiteten 3D-Bilddaten gespeichert, - 9 - • · · t · · · * · t i * · * » ·**·« sodass diese für nachfolgende Rekonstruktionen und Darstellungen zur Verfügung stehen.Preferably, the processed 3D image data is stored, so that these are available for subsequent reconstructions and representations.
Zusätzlich zu den verarbeiteten Bilddaten können auch jene Bilddaten gespeichert werden, deren Werte der Strahlungsabschwächung vorzugsweise auf Null vermindert wurden. Das zusätzliche Speichern einer derartigen Löschmatrix kann zur Qualitätssicherung, aber auch für andere nachträgliche Aussagen herangezogen werden.In addition to the processed image data, it is also possible to store those image data whose values of the radiation attenuation have preferably been reduced to zero. The additional storage of such a deletion matrix can be used for quality assurance, but also for other subsequent statements.
Aus den verarbeiteten 3D-Bilddaten kann ein dreidimensionales Bild des Körperbereichs oder zumindest ein zweidimensionales Schnittbild, vorzugsweise eine Serie an zweidimensionalen Schnittbildern automatisch hintereinander als Film rekonstruiert und angezeigt werden. Dies erlaubt dem behandelnden Radiologen eine besonders rasche Erkennung von Knochenmetastasen oder anderen pathologischen Veränderungen innerhalb der Spongiosa der Knochen des betrachteten Körperbereichs.From the processed 3D image data, a three-dimensional image of the body region or at least a two-dimensional slice image, preferably a series of two-dimensional slice images, can be automatically reconstructed and displayed as a film. This allows the treating radiologist a particularly rapid detection of bone metastases or other pathological changes within the cancellous bone of the considered body area.
Wenn die Rekonstruktion mittels einer Maximum Intensity Projektion (MIP) vorgenommen wird, können insbesondere osteoplastische Knochenmetastasen besonders gut dargestellt werden.If the reconstruction is carried out by means of a maximum intensity projection (MIP), in particular osteoplastic bone metastases can be displayed particularly well.
Durch Rekonstruktion mittels einer Minimum Intensity Projektion (MinlP) können hingegen insbesondere osteolytische Metastasen besser angezeigt werden.On the other hand, reconstruction by means of a minimum intensity projection (MinlP) makes it possible in particular to better display osteolytic metastases.
Ebenso kann die Rekonstruktion auch mittels einer sogenannten Average Methode vorgenommen werden. Die genannten Rekonstruktionsmethoden können auch kombiniert werden, sodass sämtliche Veränderungen innerhalb der Spongiosa, insbesondere sowohl osteolytische als auch osteoplastische Knochenmetastasen, mit entsprechender Sicherheit erkannt werden können.Likewise, the reconstruction can also be carried out by means of a so-called average method. The said reconstruction methods can also be combined, so that all changes within the cancellous bone, in particular both osteolytic and osteoplastic bone metastases, can be detected with appropriate certainty.
Ebenso kann die Rekonstruktion mittels einer VRT (Volume Rende-ring Technik)-Methode vorgenommen werden. Dabei werden den vorbearbeiteten Bildpunkten für einzelne Dichtebereiche einzelne Farbwerte und Transparenzwerte zugewiesen, um ebenfalls Metastasen verschiedener Arten auf einem einzigen Bild darzustellen.Likewise, the reconstruction can be carried out by means of a VRT (Volume Rende-Ring Technique) method. Here, the pre-processed pixels are assigned individual color values and transparency values for individual density ranges in order to also represent metastases of different types on a single image.
Zusätzlich können die oben erwähnten Rekonstruktionsverfahren • · · · ♦ 9 « · « » • · * » # · 9 · * # • i · 9 ♦ « 9 9 ·«*· • ♦ · · 9 9 · 9 · · *9 99 9999 99 9# 9 - 10 - miteinander in ein Kombinations-Projektionsverfahren verbunden werden, sodass beispielsweise die Maxima einer MIP und die Minima einer MinlP in ein Bild farbcodiert übertragen werden. Dabei können osteoplastische Metastasen einen vorgegebenen Farbwertebereich (beispielsweise rot) als auch die osteolytischen Metastasen einen vorgegebenen Farbwertebereich (beispielsweise gelb) erhalten, sodass sie auf einem einzigen Projektionsbild bzw. 3D-Bild eindeutig erkennbar sind. Wichtig bei den oben erwähnten Rekonstruktionsverfahren ist, dass jene Bildpunkte, deren Strah-lungsabschwächung vorzugsweise auf Null vermindert wurde, gar nicht in die Berechnung der Bilder einbezogen werden. Insbesondere bei einer Rekonstruktion mittels einer Minimum Intensity Projektion (MinlP) würden derartige Bildpunkte mit einer Strah-lungsabschwächung gleich Null die Darstellungen unbrauchbar machen. Aus diesem Grunde müssen die nach obigem Verfahren identifizierten Bildpunkte bei der Rekonstruktion entsprechend ignoriert werden.In addition, the above-mentioned reconstruction methods can be used. "" 9 9 For example, the maxima of a MIP and the minima of a MINIP are color coded into an image. In this case, osteoplastic metastases can obtain a given color value range (for example red) as well as the osteolytic metastases a predetermined color value range (for example yellow), so that they are clearly recognizable on a single projection image or 3D image. Important in the above-mentioned reconstruction methods is that those pixels whose radiation attenuation was preferably reduced to zero are not included in the calculation of the images. Especially with a reconstruction by means of a minimum intensity projection (MinIP), such pixels with a radiation attenuation equal to zero would make the representations unusable. For this reason, the pixels identified by the above method must be correspondingly ignored during the reconstruction.
Vorteilhafterweise werden die rohen Bilddaten vor der Rekonstruktion einem Rauschunterdrückungs- oder Weichzeichner-Verfahren unterworfen. Dabei können verschiedene aus der Bildverarbeitung bekannte Rauschunterdrückungs-Filter und Weichzeichner eingesetzt werden. Insbesondere ist die Darstellung osteolytischer Metastasen schwieriger, da ihre Strahlungsabschwächung bzw.Advantageously, the raw image data is subjected to a noise suppression or blur process prior to reconstruction. Various noise reduction filters and blur known from image processing can be used. In particular, the presentation of osteolytic metastases is more difficult since their radiation attenuation or
Dichte innerhalb des Rauschens der Spongiosa liegt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, entsprechende Rauschunterdrückungs-bzw. Weichzeichner-Verfahren anzuwenden und dann Rekonstruktionen mittels einer MinlP oder VRT anzufertigen, um die osteolytischen Metastasen darstellen zu können.Density lies within the noise of cancellous bone. In this case, it is advantageous to provide corresponding noise suppression or. Apply soft-focus method and then make reconstructions using a MinlP or VRT to represent the osteolytic metastases can.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine oben genannte Vorrichtung zur Durchführung eines oben beschriebenen Bildverarbeitungsverfahrens. Eine derartige Vorrichtung wird vorzugsweise durch einen entsprechenden Rechner, der mit den CT-Bilddaten gespeichert wird, gebildet. Aufgrund der relativen Einfachheit des vorliegenden Bildverarbeitungsverfahrens kann das Verfahren auch auf herkömmlichen Personalcomputern bzw. Notebooks in kürzester Zeit durchgeführt werden, ohne die Notwendigkeit einer Workstation mit entsprechend hoher Rechenleistung. * 9 · · · I · · * tThe object according to the invention is also achieved by an abovementioned device for carrying out an image processing method described above. Such a device is preferably formed by a corresponding computer stored with the CT image data. Due to the relative simplicity of the present image processing method, the method can also be performed on conventional personal computers or notebooks in a very short time, without the need for a workstation with correspondingly high computing power. * 9 · · · I · · * t
*··· · «9 · « I • · · · * · · ·*«·· • · ♦ * · · φ · « ι ·· ·· ···· ·· tt · - 11 -* ··· · «· · · · · · · · · · · · · ···································································
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen, welche verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und Anwendungsbeispiele zeigen, näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings which show various steps of the method according to the invention and examples of use.
Darin zeigen:Show:
Fig. 1 ein CT-Bild des Querschnitts des Oberkörpers eines Patienten und ein erläuterndes Schema des CT-Bildes;Figure 1 is a CT image of the cross-section of the upper body of a patient and an explanatory diagram of the CT image.
Fig. 2 das CT-Bild und ein Schema gemäß Fig. 1 nach der Weich-teilentfernung;FIG. 2 shows the CT image and a diagram according to FIG. 1 after partial soft removal; FIG.
Fig. 3 das Schema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung und Eliminierung der Corticalis;3 shows the diagram of a method according to the invention for the detection and elimination of the corticalis;
Fig. 4 das resultierende zweidimensionale Bild nach Entfernung der Weichteile und der Corticalis;4 shows the resulting two-dimensional image after removal of the soft tissues and the corticalis;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail;5 shows a variant of the method according to the invention in detail;
Fig. 6 und 7 Flussdiagramme einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;6 and 7 are flowcharts of an embodiment of the method according to the invention;
Fig. 8 und 9 eine coronale und sagittale MIP-Projektion von herkömmlichen CT-Bildern eines Patienten; undFigures 8 and 9 show a coronal and sagittal MIP projection of conventional CT images of a patient; and
Fig. 10 und 11 die coronale und sagittale MIP-Projektion gemäß den Fig. 8 und 9 nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens .10 and 11, the coronal and sagittal MIP projection according to FIGS. 8 and 9 after application of the method according to the invention.
Fig. 1 zeigt links ein CT-Bild des Querschnitts des Oberkörpers eines Patienten, wobei neben dem Körperumriss und den Weichteilen auch ein Schnitt durch einen Wirbelkörper als Knochen K deutlich erkennbar ist. Das rechte Bild zeigt eine schematische Ansicht des CT-Bildes zur Erläuterung. Die dichte Corticalis C des Knochens K bzw. Wirbelkörpers ist im CT-Bild durch besonders hell erscheinende Umrisse erkennbar. Innerhalb des Wirbelkörpers befinden sich Knochenmetastasen M, welche durch die hell erscheinende Corticalis C des Knochens K in einer Projektion oder - 12 - • * » • ♦ • · einem 3D-Visualisierungsverfahren überlagert werden.1 shows on the left a CT image of the cross section of the upper body of a patient, with a section through a vertebral body as bone K being clearly recognizable in addition to the body contour and the soft parts. The right image shows a schematic view of the CT image for explanation. The dense corticalis C of the bone K or vertebral body can be seen in the CT image by particularly bright appearing outlines. Within the vertebral body are located bone metastases M, which are superimposed by the bright-appearing corticalis C of the bone K in a projection or a 3D visualization process.
Fig, 2 zeigt das CT-Bild und Schema gemäß Fig. 1, bei welchem alle Bildpunkte, deren Strahlungsabschwächung einen vorgegebenen Schwellwert AS2 unterschreitet, eliminiert bzw. deren Strahlungsabschwächung vermindert oder auf Null gesetzt wurden. Durch diese Filtermethode können die Weichteile entfernt werden, die wenig dicht sind und wenig Kontrastmittel aufnehmen. Das Verfahren wird auch als Highlightning bezeichnet. Beim Highlightning wird das Bild punkteweise gescannt. Es können alle Bildpunkte gelöscht werden, deren Strahlungsabschwächung unter einem gewissen Grenzwert (z.B. 300 HU) liegt. Dadurch werden Strukturen, die unter den typischen Werten der Spongiosa und Corticalis C liegen, gelöscht. Weiters können alle Bildpunkte gelöscht werden, deren Strahlungsabschwächung über diesem Grenzwert liegt, in deren unmittelbarer Umgebung (z.B. 1 Feld in jede Richtung, 8 Felder insgesamt) aber nicht zumindest eine gewisse Anzahl (z.B.: 1) an weiteren Bildpunkten (Nachbarn) vorliegt, deren Strahlungsabschwächung über dem Grenzwert liegt. Dadurch wird das Rauschen (Punkte mit zufällig zu hohen Strahlungsabschwächungs-werten) unterdrückt. Dennoch ist die sehr hell erscheinende Außenschicht des Knochens K nach wie vor dominierender Teil des Bildes.FIG. 2 shows the CT image and the scheme according to FIG. 1, in which all pixels whose radiation attenuation falls below a predetermined threshold value AS2 have been eliminated or their radiation attenuation has been reduced or set to zero. This filtering method removes the soft tissues that are less dense and absorb less contrast. The procedure is also called Highlightning. When Highlightning the picture is scanned points. It is possible to delete all pixels whose radiation attenuation is below a certain limit (for example 300 HU). As a result, structures that are below the typical values of cancellous bone and corticalis C are deleted. Furthermore, all pixels can be deleted whose radiation attenuation is above this limit, in the immediate vicinity (eg 1 field in each direction, 8 fields in total) but not at least a certain number (eg: 1) is present at other pixels (neighbors) whose Radiation attenuation is above the limit. This suppresses the noise (points with randomly high radiation attenuation values). Nevertheless, the very bright outer layer of the bone K is still dominant part of the image.
Wie bereits oben erwähnt, kann es beispielsweise bei der Verwendung von intravenös verabreichten Kontrastmitteln vor der CT-Aufnähme zu Problemen bei der Weichteilentfernung kommen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, eine Vorsegmentierung der Knochen, beispielsweise durch einen Region Growing Algorithmus, vorzunehmen. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass innerhalb des Knochens K ein Ausgangspunkt gewählt wird, von dem aus sämtliche 3D-Bilddaten nach einem großzügig gewählten Schwellwert für die Strahlungsabschwächung abgetastet werden. Durch diesen Algorithmus kann also der Knochen K großzügig, d.h. samt Corticalis und allfälliger noch anhaftender Weichteile, erkannt und sämtliche außerhalb des Knochens liegende Weichteile eliminiert werden. Somit können die störenden Bilddaten eliminiert werden.As mentioned above, problems with soft tissue removal may occur, for example, when using intravenously administered contrast agents prior to CT acquisition. In this case it may be expedient to perform a pre-segmentation of the bones, for example by means of a region growing algorithm. This can be done, for example, such that within the bone K a starting point is selected, from which all 3D image data are scanned for a generously selected threshold value for the radiation attenuation. Thus, by this algorithm, bone K can be generous, i. together with corticalis and any adhering soft tissue, and all soft tissue lying outside the bone is eliminated. Thus, the disturbing image data can be eliminated.
Fig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wo- - 13 - • · • · ft · • · % ft • · • · 1» · ft · f • «ftft« bei innerhalb der Bilddaten mehrere (hier 4) Ausgangspunkte Si bis S4 ausgewählt werden. Von jedem Ausgangspunkt Si aus werden entlang Linien Li die Bilddaten analysiert und jene Bilddaten als Knochenoberfläche 0 bzw. Beginn der Corticalis C ermittelt, welche einen vorgegebenen Schwellwert ASi der Strahlungsabschwächung überschreiten. Die Strahlungsabschwächung dieser als Knochenoberfläche O ermittelten Bilddaten und eine entsprechende Anzahl n folgender Bilddaten wird vorzugsweise auf Null vermindert und danach mit den Bilddaten entlang einer weiteren Linie Li fortgefahren. Erfindungsgemäß wird also von den Ausgangspunkten Si aus eine Art Löschstrahlen ausgesandt, welche die Weichteile und die Corticalis C löschen.Fig. 3 shows the application of the method according to the invention, where - within the image data several (here 4) starting points S i to S4 are selected. From each starting point Si, the image data are analyzed along lines Li and those image data are determined as the bone surface 0 or start of the corticalis C, which exceed a predetermined threshold value ASi of the radiation attenuation. The radiation attenuation of this image data determined as bone surface O and a corresponding number n of the following image data is preferably reduced to zero and then the image data is taken along a further line Li. According to the invention, therefore, a type of extinguishing jets is emitted from the starting points Si, which extinguish the soft tissues and the corticalis C.
Fig. 4 zeigt das Ergebnis entsprechend bearbeiteter Bilddaten, wobei die Weichteile und die Corticalis C des Knochens K entfernt wurden. Die Bilddaten sind beispielsweise für eine MIP-Projektion fertig und eine Erkennung der Metastasen M wird erleichtert .4 shows the result of correspondingly processed image data, with the soft tissues and the corticalis C of the bone K having been removed. The image data are ready, for example, for a MIP projection and detection of metastases M is facilitated.
Fig. 5 zeigt die rechte Abbildung gemäß Fig. 3 im Detail. Dementsprechend werden die vorzugsweise randomisiert ausgewählten Ausgangspunkte Si innerhalb der 3D- oder 2D-Bilddaten gesetzt und von jedem Ausgangspunkt S, Linien Li gelegt, entlang welcher die Bilddaten entsprechend verarbeitet werden. Angedeutet ist in Fig. 5 die Löschung der Bilddaten, sobald die Oberfläche 0 des Knochens K erkannt wurde (s. Pfeile X). Auf diese Weise können sowohl die Weichteile als auch die Corticalis des Knochens K entfernt und somit die Diagnose des inneren Bereichs des Knochens K, der Spongiosa, erleichtert werden.FIG. 5 shows the right-hand illustration according to FIG. 3 in detail. Accordingly, the preferably randomly selected starting points Si are set within the 3D or 2D image data and placed from each origin S, lines Li, along which the image data are correspondingly processed. The deletion of the image data is indicated in FIG. 5 as soon as the surface 0 of the bone K has been recognized (see arrows X). In this way, both the soft tissues and the cortical bone K can be removed, thus facilitating the diagnosis of the internal area of the bone K, the cancellous bone.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß Block 100 wird die computertomographische Untersuchung vorgenommen, resultierend in einer bestimmten Anzahl dreidimensionaler Bilddaten. Gemäß Block 101 werden die 3D-Bilddaten in eine Vielzahl an 2D-Bilddaten, beispielsweise 100 bis 200 2D-Bilddaten, vorzugsweise mit einer jeweiligen Schichtdicke zwischen 0,6 und 3 mm, aufgeteilt. Diese 2D-Bilddaten werden beginnend mit Schritt 102 gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren hintereinander verarbeitet. Gemäß Block 103 erfolgt die Entfernung der Weichteile, d.h. aller Bildpunkte mit einer Strah- * · * » 9 * · · « · * · * · · · · « I · * * · · # · · ···· » « » · · ι « * « » ·· ·· ·*·· Μ ·« · - 14 - lungsabschwächung unterhalb eines vergebenen Schwellwerts As2.6 shows a flowchart of the method according to the invention. According to block 100, the computer tomographic examination is performed, resulting in a certain number of three-dimensional image data. According to block 101, the 3D image data is divided into a plurality of 2D image data, for example 100 to 200 2D image data, preferably with a respective layer thickness between 0.6 and 3 mm. These 2D image data are processed sequentially beginning with step 102 according to the method described below. In block 103, the removal of the soft tissues, i. all pixels with a ray of light * * * »9 * ·« «* * * * * ·« «I · * * · # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # ····························································································································
Durch dieses sogenannte Highlightning werden störende Weichteile oder Artefakte außerhalb der knöchernen Strukturen eliminiert.This so-called Highlightning eliminates disturbing soft tissue or artifacts outside the bony structures.
Gemäß Block 104 wird ein Ausgangspunkt Si innerhalb der 2D-Bild-daten vorzugsweise randomisiert ausgewählt. In Schritt 105 wird überprüft, ob dieser Punkt innerhalb der 2D-Bilddaten bereits gelöscht bzw. dessen Strahlungsabschwächung vermindert oder auf Null gesetzt wurde, oder knochendicht ist, also innerhalb eines Knochens K liegt. Gegebenenfalls wird entsprechend Schritt 106 mit einer Auswahl eines neuen Ausgangspunkts Si gemäß Block 104 fortgefahren. Gemäß Verfahrensschritt 107 wird vom ausgewählten Ausgangspunkt Si aus eine Linie Li nach der anderen gewählt und die Oberfläche 0 eines Knochens K detektiert und alle Bildpunkte davor und entsprechend der Anzahl n nach der Oberfläche O des Knochens K gelöscht. Diese Schleife wird entsprechend der Anzahl an 2D-Bildern über Verfahrensschritt 108 wiederholt. Nach Beendigung des Verfahrens am letzten Satz an 2D-Bilddaten wird schlussendlich eine geeignete Projektionsmethode, zum Beispiel eine Maximum Intensity Projektion (MIP)-Rekonstruktionsmethode, angewandt (Block 109) und ein entsprechendes Bild angezeigt. Entsprechend der Anzahl an gewünschten Bildern wird das Verfahren entsprechend oft wiederholt (Block 110).According to block 104, a starting point Si within the 2D image data is preferably randomly selected. In step 105, it is checked whether this point within the 2D image data has already been deleted or its radiation attenuation has been reduced or set to zero, or is bone-tight, that is within a bone K. If appropriate, a selection of a new starting point Si according to block 104 is continued in accordance with step 106. In accordance with method step 107, a line Li from the selected starting point Si is selected one after the other and the surface 0 of a bone K is detected and all pixels before and corresponding to the number n are deleted after the surface O of the bone K. This loop is repeated according to the number of 2D images via step 108. After completing the process on the last set of 2D image data, finally, a suitable projection method, for example a Maximum Intensity Projection (MIP) reconstruction method, is applied (block 109) and a corresponding image is displayed. According to the number of desired images, the process is repeated as often (block 110).
Fig. 7 zeigt ein weiteres Flussdiagramm des in Fig. 6 beschriebenen Verfahrens im Detail. Gemäß Verfahrensschritt 200 erfolgt das sogenannte Highlightning, d.h. sämtliche Bildpunkte mit einer Strahlungsabschwächung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts AS2 werden gelöscht bzw. deren Strahlungsabschwächung auf vorzugsweise Null vermindert. Ausgehend von einem bestimmten Ausgangspunkt Si wird gemäß Schritt 201 der nächste Bildpunkt entlang der Linie Li ausgewählt und entlang der Linie Li Bildpunkt für Bildpunkt fortgefahren (Schritt 202). Wenn gemäß Block 203 die Maximallänge der Linie Lu also das Ende der 2D-Bilddaten erreicht ist, wird das Unterverfahren beendet und mit einer neuen Linie L± dasselbe Verfahren fortgesetzt. Gemäß Block 204 wird untersucht, ob die Strahlungsabschwächung des Bildpunkts einen vorgegebenen Schwellwert ASi überschritten hat. Ist dies nicht der Fall (siehe Block 205), wird wieder zu Schritt 200 zurückgekehrt. Liegt die Strahlungsabschwächung oberhalb des Schwellwerts Asi, wird in den sogenannten Corticalis-Löschmodus umge- - 15 - • · * schaltet und der Bildpunkt wird gelöscht. Danach wird gemäß Block 207 mit dem neuen Punkt fortgefahren und gemäß 208 überprüft, ob die voreingestellte Anzahl n jener Bildpunkte, die ab Erkennung der Oberfläche 0 des Knochens K gelöscht werden sollen, erreicht wurde. Danach wird gemäß Schritt 209 überprüft, ob die Strahlungsabschwächung dieses Bildpunkts ebenfalls oberhalb der Schwelle ASi liegt. Wenn nicht, wird das Verfahren gemäß Block 210 beendet. Wenn hingegen auch dieser Bildpunkt über der Schwelle ASi liegt, wird auch dieser Bildpunkt gemäß Block 211 gelöscht und zu Verfahrensschritt 212 gesprungen, wo ein neuer Bildpunkt entlang der Linie Li ausgewählt wird und das Verfahren fortgesetzt wird.FIG. 7 shows a further flowchart of the method described in FIG. 6 in detail. According to method step 200, the so-called highlightning, i. All pixels with a radiation attenuation below a predetermined threshold value AS2 are deleted or their radiation attenuation is reduced to preferably zero. Starting from a specific starting point Si, according to step 201, the next pixel along the line Li is selected and proceeded along the line Li pixel by pixel (step 202). According to block 203, if the maximum length of the line Lu has reached the end of the 2D image data, the sub-process is ended and continued with a new line L ± the same process. In block 204, it is examined whether the radiation attenuation of the pixel has exceeded a predetermined threshold value ASi. If this is not the case (see block 205), the process returns to step 200. If the radiation attenuation is above the threshold value Asi, the so-called corticalis erase mode is switched over and the pixel is deleted. Thereafter, the new point is proceeded according to block 207 and, according to 208, a check is made as to whether the preset number n of those pixels which are to be erased from detection of the surface 0 of the bone K has been reached. Thereafter, it is checked in step 209 whether the radiation attenuation of this pixel is also above the threshold ASi. If not, the method is terminated according to block 210. If, on the other hand, this pixel also lies above the threshold ASi, this pixel is also deleted according to block 211 and jumped to method step 212, where a new pixel along the line Li is selected and the method is continued.
Die Fig. 8 und 9 zeigen nunmehr eine coronale und sagittale MIP Projektion von CT-Bildern des gleichen Patienten ohne die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Knochenmetastasen M sind nicht deutlich erkennbar.Figures 8 and 9 now show a coronal and sagittal MIP projection of CT images of the same patient without the use of the method of the invention. The bone metastases M are not clearly recognizable.
Hingegen zeigen die Fig. 10 und 11 die gleichen Bilddaten wie Fig. 8 und 9 nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Metastasen M in Beckenknochen und Wirbelkörpern wesentlich deutlicher erkennbar sind.By contrast, FIGS. 10 and 11 show the same image data as FIGS. 8 and 9 after application of the method according to the invention, with metastases M being much more clearly recognizable in pelvic bones and vertebral bodies.
Dadurch, dass die Umgebung des Knochens, die Corticalis und auch vorzugsweise die Weichteile aus den Bilddaten entfernt wurden, kommen allfällige osteoplastische Knochenmetastasen bei einer Maximum Intensity (MIP)-Projektion und osteolytische Metastasen bei einer Minimum Intensity Projektion (MinlP)-Rekonstruktion deutlich heraus und können vom befundenden Radiologen leichter und rascher erkannt werden.Due to the fact that the environment of the bone, the corticalis and also preferably the soft tissues have been removed from the image data, any osteoplastic bone metastases in a Maximum Intensity (MIP) projection and osteolytic metastases in a Minority Projection (MinlP) reconstruction clearly come out and can be detected more easily and quickly by the diagnosing radiologist.
Claims (21)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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