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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abgleichen von wenigstens einem visualisierten medizinischen
Messergebnis mit wenigstens einem weiteren, eine räumliche
Information enthaltenden Datensatz mittels Landmarken.
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In
vielen Bereichen der Medizin ist es seit langem üblich, Messergebnisse eines
Messobjektes, wie z.B. eines menschlichen Körpers oder eines Teiles davon,
visuell darzustellen. Ein sehr einfaches Beispiel hierfür sind z.
B. Röntgenaufnahmen.
Der Vorteil von visuell dargestellten Messergebnissen liegt insbesondere
in Ihrer hohen Übersichtlichkeit und
Anschaulichkeit welche eine schnelle Beurteilung und einfache Vergleichbarkeit
der Messergebnisse erlauben.
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Deshalb
werden auch mit modernen elektronischen Messsystemen gewonnene und
somit zumeist digital vorliegende Messergebnisse häufig rechnerisch
aufbereitet und visuell – beispielsweise auf
einem Monitor oder mittels eines Druckers – dargestellt. Beispiele für solche
heute weit verbreiteten elektronischen Messsysteme sind der Kernspintomograph
oder der Magnetresonanztomograph.
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Ein
besonderer Vorteil von in digitaler Form vorliegenden, visualisierten
Messergebnissen ist, dass diese der digitalen Datenverarbeitung
zugänglich
sind und somit durch geeignete Rechenoperationen – beispielsweise
mittels eines Computers – weiter
aufbereitet werden können:
Die
Messergebnisse können
auf digitalem Wege nahezu beliebig vergrößert, verkleinert, gedreht,
gekippt etc. werden. Weiter können
digitale Messergebnisse mittels geeigneter Algorithmen analysiert
und manipuliert werden. Ein einfaches Beispiel einer solchen Manipulation
ist das Einfärben
bestimmter charakteristischer Bereiche eines visualisierten Messergebnisses.
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Aufgrund
der vorgenannten Vorteile werden heute häufig sogar nicht originär in digitaler
Form vorliegende visualisierte Messergebnisse (z.B. konventionelle
Röntgenbilder)
beispielsweise mittels Scannern digitalisiert, um sie der digitalen
Datenverarbeitung zugänglich
zu machen.
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In
der letzten Zeit hat sich in Folge dessen ein erheblicher Bedarf
in Bezug auf die Weiterverarbeitung solcher visualisierter Messergebnisse
entwickelt.
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So
ist es beispielsweise wünschenswert, mehrere
visualisierte Messergebnisse eines Messobjektes, die mit verschiedenen
Messgeräten,
zu verschiedenen Zeitpunkten mit dem selben Messgerät oder auch
aus verschiedenen Betrachtungspositionen aufgenommene wurden, zum
Zwecke einer vergleichenden Analyse abzugleichen. Auch ein Abgleich
mit einem Referenzmessergebnis (beispielsweise dem visualisierten
Messergebnis eines gesunden Organs) kann von Interesse sein.
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Ein
typischer Anwendungsbereich hierfür bildet neben der Diagnostik
die minimal invasive Chirurgie:
In der Diagnostik kann es beispielsweise
wünschenswert
sein, ein aktuelles visualisiertes Messergebnis eines Messobjektes,
wie z.B. einem Körperteil
eines Patienten, mit einem anderen visualisierten Messergebnis des
selben Messobjektes zu einem anderen Zeitpunkt zu überlagern
um Veränderungen/Trends leicht
feststellen zu können.
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Auch
eine Überlagerung
mit einem visualisierten Referenzmessergebnis (das beispielsweise ein
gesundes Organ zeigt) oder einem anderen eine räumliche Information enthaltenden
Datensatz kann von Interesse sein.
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Insbesondere
ist es durch Überlagerung
von visualisierten Messergebnissen auch möglich, die Stärken verschiedener
Messgeräte/Messverfahren zu
kombinieren. Beispielsweise könnte
ein mittels Röntgendiagnostik
identifizierter Tumor in ein mittels Kernspintomographen erstelltes
visualisiertes Messergebnis eingeblendet werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Abgleichs von visualisierten Messergebnissen
liegt darin, dass aus mehreren sich überlappend aufgenommenen visualisierten
Messergebnissen eines Teils des betrachteten Messobjektes durch
geeignete Überlagerung
der visualisierten Messergebnisse ein einheitliches Messergebnis
für das
gesamte Messobjekt gewonnen werden kann.
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In
der minimal invasiven Chirurgie ist es häufig nötig, die Bewegung von Sonden
fernzusteuern und dabei zum Teil komplexe Navigationsaufgaben zu
lösen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn einem visualisierten Messergebnis
der momentanen Position einer Sonde, die mittels eines ersten Messgerätes (beispielsweise
eines digitalen Röntgenapparates)
festgestellt werden kann, ein mit einem anderen medizinischen Gerät (z.B.
einem Magnetresonanztomographen) oder aus einem anderen Betrachtungswinkel
aufgenommenes visualisiertes Messergebnis des selben Messobjektes überlagert
werden kann.
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Ein
solcher Abgleich in Form einer Überlagerung
ist nicht nur im zweidimensionalen, sondern allgemein im n-dimensionalen
Raum möglich.
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Probleme
bei einem Abgleich verschiedener visualisierter Messergebnisse treten
insbesondere auf Grund verschiedener Ausrichtungen und Verzerrungen,
aber auch auf Grund unter schiedlicher Skalierungen der zu betrachtenden
visualisierten Messergebnisse auf.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist es bekannt, einen Abgleich von mehreren visualisierten
medizinischen Messergebnissen eines Messobjektes mittels Landmarken
durchzuführen.
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Das
Grundprinzip dieses bekannten Verfahrens wird im Folgenden anhand
der 5 und 6 am Beispiel von zwei abzugleichenden
visualisierten medizinischen Messergebnissen erläutert:
In einem ersten
Schritt S10 wird in einem ersten visualisierten Messergebnis E eine
erste Landmarke E1 festgelegt.
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In
einem zweiten Schritt S20 wird zu einem weiteren visualisierten
Messergebnis E' desselben Messobjektes
MO gewechselt.
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In
einem dritten Schritt S30 wird eine Landmarke E1' an einem korrespondierenden Punkt des visualisierten
Messergebnisses E' festgelegt.
Zur Orientierung kann man sich dabei des in den visualisierten Messergebnissen
E, E' gezeigten
Messobjektes MO bedienen.
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Die
Punkte E1 und E1' bilden
somit ein von vornherein festgelegtes Punktepaar.
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Obwohl
die Landmarken prinzipiell an beliebigen Punkten in den visualisierten
Messergebnis festgelegt werden können,
ist es von Vorteil, charakteristische Punkte des in den visualisierten
Messergebnissen E, E' gezeigten
Messobjekts MO als Landmarken auszuwählen, damit in den verschiedenen
visualisierten Messergebnissen immer korrespondierende Punkte für ein Punktepaar
ausgewählt
werden können.
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Anschließend wird
in Schritt S40 geprüft,
ob bereits genügend
Punktepaare festgelegt sind. Für einen
zweidimensionalen Ab gleich werden in der Regel mindestens zwei,
für einen
dreidimensionalen Abgleich mindestens drei Punktepaare benötigt.
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Ergibt
die Prüfung
in Schritt S40, dass noch nicht genügend Punktepaare festgelegt
worden sind, so wird in Schritt S50 wieder zu dem ersten visualisierten
Messergebnis E gewechselt und das Verfahren in Schritt S10 mit der
Festlegung einer weiteren Landmarke E2 im ersten visualisierten
Messergebnis E fortgesetzt.
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Ergibt
die Prüfung
in Schritt S40, dass genügend
Punktepaare festgelegt worden sind, so fährt das Verfahren mit Schritt
S60 fort, in dem die beiden visualisierten Messergebnisse durch übereinander legen
der ein Punktepaar bildenden Landmarken E1, E1', E2, E2' etc. abgeglichen werden.
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Bei
dem vorgenannten Verfahren ist es von Nachteil, dass die ein Punktepaar
bildenden Landmarken in den visualisierten Messergebnissen immer paarweise
gesetzt werden müssen,
da sonst der Bezug zwischen den Landmarken verloren geht. Somit muss
ständig
zwischen den betrachteten visualisierten Messergebnissen hin und
her gewechselt werden. Folglich ist das bekannte Verfahren sehr
aufwendig, weshalb es einem Arzt im OP häufig nicht möglich ist,
einen (z.B. für
Navigationsaufgaben benötigten)
Abgleich eines neu gewonnenen, visualisierten medizinischen Messergebnisses
vor Ort durchzuführen.
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Aus
der deutschen Patentschrift 196 39 615 C2 ist ein Reflektorenreferenzierungssystem
für chirurgische
und medizinische Instrumente sowie ein Markersystem für neurochirurgisch
zu behandelnde Körperpartien
bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist wenigstens zwei Kameras
und eine mit den Kameras verbundene Recheneinheit auf, sowie eine Strahlungsquelle
für Infrarotstrahlung
und eine Reflektorengruppe mit mindestens zwei Reflektoren für diese
Infrarotstrahlung, wobei die Reflektoren in einer nur für diese
Reflektorengruppe charakteristischen Anordnung an den Instrumenten
bzw. Behandlungs apparaturen angebracht sind. Somit arbeitet das
bekannte Referenzierungssystem mit an dem Patienten oder an dem
Behandlungstisch befestigten passiven Reflektoren.
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Eine
Vorrichtung zum Ausführen
von medizinischen Eingriffen und ein Verfahren zum Erzeugen eines
Bildes sind aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 46 687 A1 bekannt.
Gemäß der bekannten
Vorrichtung werden präoperativ
gewonnene erste Bilddaten mittels intraoperativ gewonnener zweiter
Bilddaten aktualisiert, und zwar entsprechend den Veränderungen
zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen zweiten Bilddaten.
Hierfür
ist eine Eicheinrichtung vorgesehen, die fest an dem Körper eines
Patienten anzubringen ist, und die mindestens eine Landmarke aufweist,
welche bezüglich
des Körpers
einen festen gemeinsamen Bezugspunkt für die ersten und die zweiten
Bilddaten darstellt. Eine solche Einrichtung dient beispielsweise
dazu, mittels Ultraschall erhaltene Bilddaten unmittelbar vor Beginn
der Operation mit präoperativ
im Wege der Computertomographie oder der Kernspintomographie erhaltenen
Bilddaten durch sogenannte "Koregistrierung" abgleichen zu können. Bevorzugt
wird als Landmarke ein stereotaktischer Rahmen verwendet. Weiter
wird in der
DE 198
46 687 A1 ein Verfahren offenbart, das die folgenden Schritte
aufweist: Speichern erster beispielsweise im Wege der Computertomographie
oder der Kernspintomographie gewonnener Bilddaten des Körpers; Aufnehmen
zweiter Bilddaten des Körpers,
beispielsweise mittels Ultraschalls, zu einem ersten und zu einem
zweiten, nach dem ersten Zeitpunkt liegenden Zeitpunkt; Vergleichen
der zu dem ersten und zu dem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen zweiten
Bilddaten miteinander; Aktualisieren der ersten Bilddaten entsprechend
einer sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung und Anzeigen der aktualisierten ersten
Bilddaten. Dabei werden bevorzugt der erste Zeitpunkt und die Lage
des Körpers
bei der Aufnahme der zweiten Bilddaten derart gewählt, dass
die zum ersten Zeitpunkt aufgenommenen zweiten Bilddaten den gespeicherten
ersten Bilddaten entsprechen. Mit anderen Worten muss eine Eichung insofern
vorgenommen werden, dass die ersten und die zweiten Bilddaten einmal
aufeinander abgestimmt werden, in dem sie ein und denselben Zustand
des Körpers
wiedergeben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abgleichen von wenigstens einem mit einem medizinischen Gerät gewonnenen
optisch dargestellten Messergebnis von einem Messobjekt mit wenigstens
einem eine Information von dem Messobjekt enthaltenden Datensatz,
mittels Landmarken, zur Verfügung
zu stellen, das eine besonders einfache und flexible Festlegung der
Landmarken ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Abgleichen von wenigstens einem mit einem medizinischen
Gerät gewonnenen
optisch dargestellten Messergebnis von einem Messobjekt mit wenigstens einem
eine Information von dem Messobjekt enthaltenden Datensatz, mittels
Landmarken, zum Zwecke einer vergleichenden Analyse oder zur Kombination der
Stärken
verschiedener Messgeräte
bzw. Messverfahren, vorgeschlagen, bei dem in jedem abzugleichenden
optisch dargestellten Messergebnis und jedem abzugleichenden Datensatz
in Bezug auf das dargestellte Messobjekt Landmarken festgelegt werden,
und erst die geometrische Anordnung von Landmarken in jedem optisch
dargestellten Messergebnis und jedem Datensatz von einem geeigneten
ersten Algorithmus analysiert wird, und danach eine Zuordnung sich
entsprechender Landmarken des wenigstens einen optisch dargestellten
Messergebnisses und des wenigstens einen Datensatzes zu einem Landmarkenpaar
mittels eines geeigneten zweiten Algorithmus erfolgt.
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Da
die Zuordnung der in dem wenigstens einen mit einem medizinischen
Gerät gewonnenen
optisch dargestellten Messergebnis und dem wenigstens einen Datensatz
festgelegten Landmarken zu Landmarkenpaaren gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht mehr bereits bei Festlegung der Landmarken manuell durch einen
Benutzer vorgegeben, sondern automatisch durch Analyse der geometrischen Anordnung
der Landmarken in dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz ermittelt wird, ist es bei der
Festlegung der Landmarken nicht mehr nötig, eine vorgegebene Reihenfolge
einzuhalten und/oder ständig
zwischen dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz hin und her zu wechseln. Da die
Landmarken in dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz somit völlig unabhängig von einander festgelegt
werden können,
ist es mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren auch möglich,
mit Landmarken versehene optisch dargestellte Messergebnisse bzw.
Datensätze
vorzubereiten, so dass später
(beispielsweise im OP) nur mehr ein aktuelles optisch dargestelltes
Messergebnis bzw. ein aktueller Datensatz neu mit Landmarken versehen
werden muss.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform werden
unter Verwendung des ersten Algorithmus in den einzelnen optisch
dargestellten Messergebnissen und den einzelnen Datensätzen die
absoluten Abstände
der Landmarken berechnet, und unter Verwendung des zweiten Algorithmus
die Zuordnung sich entsprechender Landmarken des wenigstens einen
optisch dargestellten Messergebnisses und des wenigstens einen Datensatzes
mit Hilfe der mittels des ersten Algorithmus berechneten absoluten
Abstände
der Landmarken durchführt.
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Hierdurch
lässt sich
eine Zuordnung sich entsprechender Landmarken wenigstens eines mit
einem medizinischen Gerät
gewonnenen optisch dargestellten Messergebnisses und wenigstens
eines Datensatzes bei gleicher Skalierung und unsymmetrisch angeordneten
Landmarken besonders leicht herstellen. Die Skalierung ist bei modernen
Messgeräten
zunehmend unproblematisch, da die optisch dargestellten Messergebnisse
häufig
in der realen Größe des Messobjektes
und einheitlich in Millimetern bemaßt ausgegeben werden. Das gleiche
gilt in der Regel für
räumliche
Informationen enthaltende Datensätze.
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In
einer alternativen Ausführungsform
werden unter Verwendung des ersten Algorithmus in den einzelnen
optisch dargestellten Messergebnissen und den einzelnen Datensätzen die
relativen Abstände..
der Landmarken berechnet, und unter Verwendung des zweiten Algorithmus
die Zuordnung sich entsprechender Landmarken des wenigstens einen optisch
dargestellten Messergebnisses und des wenigstens einen Datensatzes
mit Hilfe der mittels des ersten Algorithmus berechneten relativen
Abstände der
Landmarken durchführt.
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Durch
die Verwendung von relativen Abständen der Landmarken zueinander,
wobei als Bezugsgröße beispielsweise
der kleinste Abstand zwischen zwei Landmarken oder auch der mittlere
Ab stand zwischen den Landmarken herangezogen werden kann, ist eine
Zuordnung sich entsprechender Landmarken bei mit einem medizinischen
Gerät gewonnenen
optisch dargestellten Messergebnissen und räumliche Informationen enthaltenden
Datensätzen, die
eine unterschiedliche Skalierung aufweisen (wie das z.B. bei eingescannten
Röntgenbildern
häufig der
Fall ist), auf besonders einfache Weise möglich. Soll eine Zuordnung
alleine mit Hilfe der relativen Abstände der Landmarken erfolgen,
so müssen
die Landmarken unsymmetrisch angeordnet sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der zweite Algorithmus die Zuordnung der
Landmarken so lange permutiert, bis eine genügend große Übereinstimmung gefunden ist.
Vorzugsweise kann das Verfahren abgebrochen werden, sobald 90% der
Landmarken sicher zugeordnet werden können.
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Dadurch
ist zum einen gewährleistet,
dass die Bearbeitungszeit für
den Abgleich der optisch dargestellten Messergebnisse nicht unnötig lang wird,
und zum anderen eine Blockade des Abgleichs durch falsch festgelegte
Landmarken vermieden wird.
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Bevorzugt
ist der zweite Algorithmus geeignet, falsche Landmarken zu erkennen
und auszusondern.
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Hierdurch
ist es möglich,
Landmarken, die falsch festgelegt worden sind oder für die sich
in einem abzugleichenden optisch dargestellten Messergebnis bzw.
einem abzugleichenden Datensatz keine entsprechende Landmarke findet
(z.B. weil in den abzugleichenden optisch dargestellten Messergebnissen
und / oder Datensätzen
eine unterschiedliche Anzahl von Landmarken festgelegt worden ist),
auszublenden. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders fehlertolerant.
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Vorzugsweise
erfolgt die Festlegung von zumindest einer Landmarke automatisch
anhand der den jeweiligen optisch dargestellten Messergebnissen
und den jeweiligen Datensätzen
zugrunde liegenden Daten. Dadurch ist es möglich, eine die Durchführung des
Verfahrens steuernde / kontrollierende Person von stupiden und wiederkehrenden
Tätigkeiten
zu entlasten. Weiter kann der Abgleich so besonders schnell und
einfach erfolgen, da im optimalen Fall kein Eingriff eines Benutzers
mehr erforderlich ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn an
dem Messobjekt Marker aufgebracht sind, und die Festlegung zumindest
einer Landmarke automatisch durch Mustererkennungsalgorithmen erfolgt,
da so eine besonders zuverlässige
automatische Festlegung von Landmarken möglich ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform läuft die
Festlegung von Landmarken in den optisch dargestellten Messergebnissen
bei einem zweidimensionalen Abgleich von wenigstens einem mit einem
medizinischen Gerät
gewonnenen optisch dargestellten Messergebnis von einem Messobjekt
mit wenigstens einem eine Information von dem Messobjekt enthaltenden
Datensatz nach folgendem Schema ab:
- a) Festlegung
von wenigstens drei Landmarken in beliebiger Reihenfolge in dem
wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis in Bezug auf das
dargestellte Messobjekt, wobei wenigstens eine Landmarke von den übrigen Landmarken
unterschiedlich beabstandet ist;
- b) Festlegung von wenigstens drei Landmarken in beliebiger Reihenfolge
in jedem Datensatz in Bezug auf das dargestellte Messobjekt, wobei
zumindest drei beliebige Landmarken jedes Datensatzes zwei beliebigen
Landmarken und der wenigstens einen von den übrigen Landmarken unterschiedlich
beabstandeten Landmarke des wenigstens einen optisch dargestellten
Messergebnisses entsprechen.
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Da
die Landmarken gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
so in dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis und
dem wenigstens einen Datensatz festgelegt werden, dass zumindest
eine Landmarke von den übrigen
Landmarken unter schiedlich beabstandet ist, wird gewährleistet, dass
die Anordnung der Landmarken insgesamt nicht symmetrisch ist. Dadurch
ist eine zuverlässige Zuordnung
sich entsprechender Landmarken wenigstens eines optisch dargestellten
Messergebnisses und wenigstens eines Datensatzes zu Landmarkenpaaren
bei einer ausreichenden Anzahl von Landmarken auch mit einfachen
Mitteln immer möglich.
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Vorzugsweise
erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Analyse der geometrischen Anordnung von in dem wenigstens einen
optisch dargestellten Messergebnis festgelegten Landmarken mittels
des ersten Algorithmus vor der Festlegung von Landmarken in dem
wenigstens einen Datensatz.
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Hierdurch
ist es möglich,
für einen
Abgleich bestimmte mit einem medizinischen Gerät gewonnene optisch dargestellte
Messergebnisse bzw. Datensätze
weitgehend für
eine Zuordnung sich entsprechender Landmarken verschiedener optisch
dargestellter Messergebnisse bzw. Datensätze mittels des zweiten Algorithmus
vorzubereiten.
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Alternativ
kann die Analyse der räumlichen (geometrischen)
Anordnung von in dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz festgelegten Landmarken mittels
des ersten Algorithmus gemeinsam für alle Landmarken erst nach
Festlegung aller Landmarken in dem wenigstens einen optisch dargestellten
Messergebnis und dem wenigstens einen Datensatz erfolgen.
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Weiter
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zum Abgleichen von wenigstens einem mit
einem medizinischen Gerät
gewonnenen optisch dargestellten Messergebnis von einem Messobjekt
mit wenigstens einem eine Information von dem Messobjekt enthaltenden
Datensatz, mittels Landmarken, zum Zwecke einer vergleichenden Analyse
oder zur Kombination der Stärken
verschiedener Messgeräte
bzw. Messverfahren, angegeben, die aufweist:
Mittel zum Festlegen
von Landmarken in Bezug auf das dargestellte Messobjekt in dem wenigstens
einen optisch dargestellten Messergebnis und dem wenigstens einen
Datensatz;
Mittel zum Analysieren der geometrischen Anordnung
von Landmarken in dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz mittels eines geeigneten ersten Algorithmus;
Mittel
zur Durchführung
einer Zuordnung sich entsprechender Landmarken des wenigstens einen
optisch dargestellten Messergebnisses und des wenigstens einen Datensatzes
zu einem Landmarkenpaar nach der Analyse der Landmarken mittels
eines geeigneten zweiten Algorithmus.
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Somit
ist es möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren
zu realisieren und die obengenannte Aufgabe zu lösen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Vorrichtung ferner Mittel auf, die geeignet sind, die Festlegung
von wenigstens einer Landmarke anhand der dem wenigstens einen optisch
dargestellten Messergebnis bzw. dem wenigstens einen Datensatzes
zugrunde liegenden Daten durchzuführen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind an dem Messobjekt Marker aufgebracht, wobei die Mittel geeignet
sind, die Festlegung zumindest einer Landmarke automatisch durch
Mustererkennungsalgorithmen durchzuführen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum Festlegen von Landmarken,
die Mittel zum Analysieren der räumlichen
Anordnung von Landmarken und die Mittel zur Durchführung einer
Zuordnung sich entsprechender Landmarken einen Computer, einen Bildschirm
und ein Eingabemedium umfassen, da durch die Verwendung solcher
Standardkomponenten die beanspruchte Vorrichtung besonders billig und
einfach realisiert werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Eingabemedium eine Computermaus, da die Landmarken somit
grafisch in einem optisch dargestellten Messergebnis bzw. Datensatz
festgelegt werden können
und eine umständliche
und fehlerbehaftete Eingabe von Koordinaten o.ä. entfallen kann. Alternativ
kann jedoch auch beispielsweise ein mit einem Navigationssystem
verbundener Pointer verwendet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung ferner eine Speichereinrichtung
zum Speichern von dem wenigstens einen optisch dargestellten Messergebnis
und dem wenigstens einen Datensatz aufweist, und die Speichereinrichtung
geeignet ist, auch in dem wenigstens einen optisch dargestellten
Messergebnis und dem wenigstens einen Datensatz festgelegte Landmarken
zu speichern, da die visualisierten (optisch dargestellten) Messergebnisse so
für einen
späteren
Abgleich (beispielsweise während
eines OPs) vorbereitet werden können.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
-
5 ein
Ablaufdiagramm eines bekannten Verfahrens;
-
6 ein
Beispiel mit dem der Stand der Technik näher erläutert wird.
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Anhand
der 1 und 2 wird ein erstes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben.
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Zu
beachten ist, dass bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
beispielhaft zwei visualisierte Messergebnisse miteinander abgeglichen
werden. Es wird jedoch eigens betont, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
alternativ auch zwei oder mehrere eine räumliche Information enthaltende
Datensätze
eines Messobjekts (z.B. zwei Navigationssysteme von minimalinvasiven
medizinischen Geräten)
oder ein visualisiertes Messergebnis eines Messobjektes (z.B. ein
Magnetresonanzbild) und ein eine räumliche Information enthaltender
Datensatz des selben Messobjektes miteinander abgeglichen werden
können.
Dadurch ist es beispielsweise möglich,
Positionen von Sensoren, die im Koordinatensystem eines Navigationssystems
definiert sind, in ein visualisiertes Messergebnis eines Kernspintomographen
einzublenden. Entscheidend ist lediglich, dass das selbe Messobjekt
betreffende räumliche
Informationen abgeglichen werden.
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Wie
in 1 gezeigt wird in einem ersten Schritt S1 eine
erste Landmarke A1 in einem ersten visualisierten medizinischen
Messergebnis A festgelegt. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Landmarken an
charakteristischen Stellen des im Messergebnis A abgebildeten Messobjektes
M festgelegt werden.
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Ein
solches visualisiertes medizinisches Messergebnis A, das ein Messobjekt
M – beispielsweise
ein menschliches Organ – zeigt,
ist in 2 abgebildet.
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Anschließend wird
in Schritt S2 geprüft,
ob bereits genügend
Landmarken ausgewählt
wurden. Für
einen automatischen Abgleich mehrerer zweidimensionaler visualisierter
medizinischer Messergebnisse sind in der Regel mindestens zwei Landmarken,
zum Abgleichen mehrerer dreidimensionaler visualisierter medizinischer
Messergebnisse mindestens drei Landmarken nötig.
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Ist
das Ergebnis von Schritt S2 negativ, so wird der Schritt S1 so lange
wiederholt, bis genügend Landmarken
A1-A4 festgelegt worden sind.
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Wird
in Schritt S2 hingegen festgestellt, dass in dem ersten visualisierten
Messergebnis A genügend
Landmarken A1-A4 fest gelegt worden sind, so wird die räumliche
Anordnung der Landmarken A1-A4 des ersten visualisierten Messergebnisses
in Schritt S3 mittels eines ersten Algorithmus analysiert. Diese
Analyse besteht in diesem Beispiel in einer Berechnung der absoluten
Abstände
der Landmarken A1-A4 zueinander.
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Nun
wird in Schritt S4 zu einem zweiten visualisierten medizinischen
Messergebnis B gewechselt, welches das gleiche Messobjekt M zeigt.
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In
diesem zweiten visualisierten medizinischen Messergebnis B wird
in Schritt S5 eine erste Landmarke B1 festgelegt. Auch hier ist
es von Vorteil, wenn die Landmarken an charakteristischen Stellen des
im Messergebnis B abgebildeten Messobjektes M festgelegt werden.
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Anschließend wir
in Schritt S6 geprüft,
ob im zweiten visualisierten medizinischen Messergebnis B bereits
genügend
Landmarken ausgewählt
wurden.
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Ist
das Ergebnis von Schritt S6 negativ, so wird der Schritt S5 so lange
wiederholt, bis im zweiten visualisierten medizinischen Messergebnis
B genügend
Landmarken B1-B4 festgelegt worden sind.
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Wird
in Schritt S6 hingegen festgestellt, dass in dem zweiten visualisierten
medizinischen Messergebnis B genügend
Landmarken B1-B4 festgelegt worden sind, so wird die räumliche
Anordnung der Landmarken B1-B4 des zweiten visualisierten Messergebnisses
B in Schritt S7 mittels des gleichen Algorithmus analysiert wie
die Landmarken A1-A4 des ersten Messergebnisses A.
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In
dem folgenden Schritt S8 wird anhand der Analyseergebnisse des ersten
Algorithmus für
das erste und zweite visualisierte Messergebnis A, B eine Zuordnung
gleicher Landmarken ver schiedener Messergebnisse mittels eines zweiten
Algorithmus durchgeführt.
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In
dem vorliegenden Beispiel vergleicht der zweite Algorithmus die
von dem ersten Algorithmus berechneten absoluten Abstände der
Landmarken in dem ersten bzw. zweiten visualisierten Messergebnis miteinander
und ordnet so jeweils einer Landmarke des ersten visualisierten
Messergebnisses A eine Landmarke des zweiten visualisierten Messergebnisses
B zu. Diese paarweise Zuordnung der Landmarken wird so lange wiederholt,
bis eine genügend
große Übereinstimmung
erzielt worden ist.
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In
dem in 2 gezeigten Beispiel wird die paarweise Zuordnung
der Landmarken A1-A4 und B1-B4 solange wiederholt, bis die Landmarkenpaare A1,
B4; A3, B1 und A2, B3 gefunden und die Landmarken A4 und B2 als
falsch ausgeblendet sind.
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Anhand
der gefundenen Landmarkenpaare ist es nun möglich, die in digitaler Form
vorliegenden visualisierten medizinischen Messergebnisse A, B rechnerisch
so lange zu bearbeiten, d. h. sie je nach Bedarf zu verkleinern,
zu vergrößern, zu
drehen, zu kippen, zu verzerren, etc., bis die aus Landmarken des
ersten und des zweiten visualisierten Messergebnisses A, B gebildeten
Punktepaare übereinander
zu liegen kommen können.
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Die
so abgeglichenen visualisierten medizinischen Messergebnisse können beispielsweise
visuell übereinandergelegt
oder in ein Steuerungssystem für
eine Sonde eingeblendet werden.
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Da
die Zuordnung der in den visualisierten Messergebnissen festgelegten
Landmarken zu Landmarkenpaaren gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht mehr bereits bei Festlegung der Landmarken manuell durch einen
Benutzer vorgegeben, sondern automatisch durch Analyse der räumlichen
Anordnung der Landmarken in den visualisierten Messergebnissen ermittelt
wird, ist es bei der Festlegung der Landmarken nicht mehr nötig, eine
vorgegebene Reihenfolge einzuhalten und/oder ständig zwischen den visualisierten
Messergebnissen hin und her zu wechseln. Da die Landmarken in den
visualisierten Messergebnissen somit völlig unabhängig von einander festgelegt
werden können,
ist es mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren auch möglich,
mit Landmarken versehene visualisierte Messergebnisse so vorzubereiten,
dass später
(beispielsweise im OP) nur mehr ein aktuelles visualisiertes Messergebnis
neu mit Landmarken versehen werden muss und ein Abgleich der visualisierten
Messergebnisse somit besonders schnell und einfach erfolgen kann.
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Es
ist zu betonen, dass die in Schritt S3 durchgeführte Analyse der räumlichen
Anordnung der Landmarken A1-A4 des ersten visualisierten Messergebnisses
A mittels des ersten Algorithmus nicht zwingend vor der Festlegung
der Landmarken B1-B4 in dem zweiten visualisierten Messergebnis
B erfolgen muss. Es ist alternativ beispielsweise möglich, die
Analyse der räumlichen
Anordnung der Landmarken A1-A4 des ersten visualisierten Messergebnisses
A mittels des ersten Algorithmus in einem gemeinsamen Schritt mit
der Analyse der räumlichen Anordnung
der Landmarken B1-B4 des zweiten visualisierten Messergebnisses
B nach Festlegung der Landmarken B1-B4 in dem zweiten visualisierten Messergebnis
durchzuführen.
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Der
in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschriebene erste Algorithmus bietet den Vorteil, dass sich mit
ihm eine Zuordnung sich entsprechender Landmarken bei gleich skalierten
medizinischen Messergebnissen und unsymmetrisch angeordneten Landmarken
mittels der absoluten Abstände
der Landmarken zueinander besonders leicht herstellen lässt. Die
Skalierung visualisierter medizinischer Messergebnisse ist bei modernen
Messgeräten
zunehmend unproblematisch, da die visualisierten Messergebnisse
häufig
in der realen Größe des Messobjektes
und einheitlich in Millimetern bemaßt ausgegeben werden.
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Für eine zuverlässige Abgleichung
von zweidimensionalen (dreidimensionalen) visualisierten Messergebnissen
benötigt
der beschriebene zweite Algorithmus mindestens drei (vier) Landmarkenpaare.
Die Zahl der benötigten
Landmarkenpaare lässt sich
jedoch reduzieren, wenn mittels des ersten Algorithmus z.B. zusätzlich Winkel
zwischen den Landmarken analysiert und diese auch von dem zweiten Algorithmus
ausgewertet werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt.
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Dieses
zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
zunächst
dadurch, dass in den visualisierten Messergebnissen C und D die
Festlegung je einer Landmarke C2 bzw. D4 automatisch anhand der
den jeweiligen visualisierten Messergebnissen C, D zugrundeliegenden
Datensätzen
erfolgt.
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Eine
solche automatische Festlegung von Landmarken ist insbesondere dann
möglich,
wenn rechnerisch charakteristische Punkte in den Datensätzen gefunden
werden können.
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In
dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel
wurden als Kriterien für
eine automatische Festlegung von Landmarken das vorliegen einer Kontraständerung
und eines kleinen Radius im visualisierten Messergebnis gewählt.
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Alternativ
wäre es
jedoch beispielsweise auch möglich,
auf dem Messobjekt (z.B. einem Patienten) Marker anzuordnen, die
mittels Mustererkennungsalgorithmen automatisch erkannt werden können.
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Aufgrund
der automatischen Festlegung von Landmarken ist es möglich, eine
die Durchführung des
Verfahrens steuernde bzw. kontrollierende Person von stupiden und
wiederkehrenden Tätigkeiten zu
entlasten. Weiter kann der Abgleich mehrerer visualisierter medizinischer
Messergebnisse so besonders schnell und einfach erfolgen, da im
optimalen Fall kein Eingriff eines Benutzers mehr erforderlich ist.
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Zusätzlich unterscheidet
sich das zweite Ausführungsbeispiel
von dem ersten Ausführungsbeispiel
darin, dass die Schritte S3 und S7, d.h. die Analyse der Landmarken
Cl-C4, D1-D4 mittels des erste Algorithmus in dem Schritt S7 zusammengefasst
sind. Die Analyse der räumlichen
Anordnung der in den visualisierten Messergebnissen C, D festgelegten
Landmarken C1-C4 und D1-D4 mittels des ersten Algorithmus erfolgt
somit erst., nachdem alle Landmarken in den visualisierten Messergebnissen C
und D festgelegt worden sind.
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Im
Gegensatz zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel analysiert der
erste Algorithmus in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Anordnung
der in dem ersten bzw. zweiten visualisierten Messergebnis C, D
festgelegten Landmarken C1-C4, D1-D4 anhand der relativen Abstände der
Landmarken zueinander. Dazu wird der Abstand zweier beliebiger Landmarken
eines visualisierten Messergebnisses C, D herausgegriffen. Anschließend werden
die Abstände
der übrigen
Landmarken zueinander zu dem herausgegriffenen Abstand in Relation
gesetzt.
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Zur
Vermeidung von Fehlern aufgrund falsch gesetzter Landmarken ist
es dabei empfehlenswert, zusätzlich
den Abstand zwischen wenigstens zweier anderen Landmarken zu bestimmen
und die übrigen Abstände hierzu
in Relation zu setzen. Besonders fehlertolerant ist es jedoch, wenn
die Relation zum mittleren Abstand der Landmarken gebildet wird.
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Durch
die Verwendung von relativen Abständen der Landmarken zueinander
ist eine Zuordnung sich entsprechender Landmarken bei visualisierten medizinischen
Messergebnissen, die eine unterschiedliche Skalierung aufweisen
(wie das z.B. bei eingescannten Röntgenbildern häufig der
Fall ist), auf besonders einfache Weise möglich.
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Die
paarweise Zuordnung der Landmarken mittels des zweiten Algorithmus
in Schritt S8 erfolgt beim zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls unter Verwendung
der berechneten relativen Abstände. Dabei
wird die Zuordnung der Landmarken so lange permutiert, bis 90% der
Landmarken sicher zugeordnet werden können. Falsche Landmarken werden von
dem zweiten Algorithmus erkannt und ausgesondert.
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Dadurch
ist zum einen gewährleistet,
dass die Bearbeitungszeit für
den Abgleich der visualisierten Messergebnisse nicht unnötig lang
wird, und zum anderen eine Blockade des Abgleichs durch falsch festgelegte
Landmarken vermieden wird. Außerdem wird
das erfindungsgemäße Verfahren
so besonders fehlertolerant.
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4 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche zur Durchführung
des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist Mittel
zum Festlegen von Landmarken in Bezug auf ein dargestelltes Messobjekt
in visualisierten Messergebnissen, Mittel zum Analysieren der räumlichen Anordnung
von Landmarken in den betrachteten Messergebnissen mittels eines
geeigneten ersten Algorithmus, sowie Mittel zur Durchführung einer
Zuordnung sich entsprechender Landmarken verschiedener visualisierter
Messergebnisse zu einem Landmarkenpaar nach der Analyse der Landmarken
mittels eines zweiten Algorithmus auf.
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In
dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Mittel zum Festlegen von Landmarken in visualisierten Messergebnissen
in Bezug auf ein dargestelltes Messobjekt durch einen Computer 3,
einen mit diesem verbundenen Bildschirm 2 und einer mit
dem Computer verbundenen Computermaus 4 realisiert. Alternativ
zur Computermaus kann jedoch jede andere Eingabeeinrichtung (z.B.
ein Pointer eines Navigationssystems) verwendet werden.
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Dabei
wird das zu bearbeitende visualisierte medizinische Messergebnis
und somit auch das in diesem gezeigte Messobjekt zunächst graphisch
auf dem Bildschirm 2 dargestellt, nachdem die dem visualisierten
medizinischen Messergebnis zugrundeliegenden Daten in den Computer 3 geladen
worden sind.
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Mittels
der mit dem Computer 3 verbundenen Computermaus 4 ist
es einem Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dann
möglich,
in dem dargestellten visualisierten Messergebnis in Bezug auf das
gezeigte Messobjekt Punkte als Landmarken auszuwählen. Die Koordinaten der ausgewählten Punkte
werden von dem Computer 3 unter Bezugnahme auf das bearbeitete
Messergebnis in einer (in dem gezeigten Beispiel in den Computer 3 integrierten)
Speichereinrichtung 5 gespeichert, so dass in dem bearbeiteten
visualisierten Messergebnis Landmarken festgelegt sind.
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Die
Mittel zum Analysieren der räumlichen Anordnung
von Landmarken in den betrachteten Messergebnissen mittels eines
geeigneten ersten Algorithmus, sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ebenso wie die Mittel zur Durchführung
einer Zuordnung sich entsprechender Landmarken verschiedener visualisierter
Messergebnisse zu einem Landmarkenpaar mittels eines zweiten Algorithmus durch
den Computer 3 realisiert.
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In
dem Computer 3 ist hierfür ein entsprechendes Computerprogramm
gespeichert. Zur Eingabe geeigneter erster und zweiter Algorithmen
kann der Computer 3 mit weiteren (in 4 nicht
dargestellten) Eingabemitteln, wie z.B. einer Tastatur verbunden
sein.
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Der
Computer 3 ist ferner geeignet, die visualisierten medizinischen
Messergebnisse anhand der ihnen zugrundeliegenden Daten so zu verarbeiten, dass
in wenigstens einem der be trachteten visualisierten medizinischen
Messergebnisse bei Bedarf wenigstens eine Landmarke automatisch
durch den Computer 3 festgelegt werden kann.
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In
dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die in den Computer 3 integrierte Speichereinrichtung 5 ferner
geeignet, die von dem Computer 3 mit dem ersten Algorithmus
berechneten Analyseergebnisse der räumlichen Anordnung der Landmarken
eines visualisierten medizinischen Messergebnisses für eine spätere Weiterverarbeitung
unter Bezugnahme auf das betrachtete visualisierte Messergebnis
zu speichern.