DE10137655A1

DE10137655A1 - System und Verfahren für die Detektion von anatomischen Bezugselementen bei einem vollständigen Hüftersatz

Info

Publication number: DE10137655A1
Application number: DE10137655A
Authority: DE
Inventors: Guo-Quing Wei; Helmuth Schramm; Jianzhong Quian
Original assignee: Siemens Corporate Research Inc
Current assignee: Siemens Corporate Research Inc
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-06-13
Also published as: JP2002159478A; US6674883B1

Abstract

Ein System und ein Verfahren zur automatischen Detektion von anatomischen Bezugselementen in einer radiographischen Abbildung, vorzugsweise für Anwendungen bei einem totalen Hüftersatz, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt einen interessierenden Bereich der Abbildung (14) zur Verfügung und ermittelt ein erstes Bezugselement in dem interessierenden Bereich durch Berechnen einer Intensitäts-Gratkarte (14). Ein zweites Bezugselement wird in dem interessierenden Bereich, basierend auf einer Position und Ausrichtung des ersten Bezugselementes (16), ermittelt, und Messungen werden an der Abbildung, basierend auf Positionen der ersten und zweiten Bezugselemente (16), durchgeführt.

Description

HINTERGRUND 1. Technisches Gebiet

Diese Offenbarung betrifft die radiographische Bildgebung und insbesondere ein Verfahren zum Erkennen anatomischer Bezugs elemente/Merkmale (landmarks) in radiographischen Abbildun gen, vorzugsweise für Anwendungen im Zusammenhang mit einem vollständigen Hüftersatz (Total Hip Replacement = THR).

2. Beschreibung verwandten Standes der Technik

Bei einer Operation für einen vollständigen Hüftersatz sollte eine in einen Patienten zu implantierende Prothese basierend auf der Größe der Anatomie des Patienten ausgewählt werden. Üblicherweise wird zuerst ein Röntgenbild von dem Patienten aufgenommen. Dann werden spezifische Bezugselemente auf dem Röntgenbild manuell ausgewählt und Messungen werden durchge führt, um die geeigneteste Prothese aus einer Datenbank aus zuwählen. Dies wird üblicherweise als voroperatives Planen bezeichnet. Um zu ermitteln, ob ein totaler Hüftersatz (THR) erfolgreich war, müssen regelmäßig Nachprüfungen bis zu einem Zeitraum von 12 Jahren durchgeführt werden. Während dieser Nachfolgeuntersuchungen müssen eine Gruppe von Bezugselemen ten aus den Röntgenbildern ausgewählt werden, und Messungen werden durchgeführt, um Positionsänderungen der Prothesentei le relativ zu anderen Knochen im Lauf der Zeit zu ermitteln.

Das üblichste Langzeitproblem nach einem totalen Hüftersatz ist das Lockern. Abnutzung kann ebenfalls auftreten. Durch die große Anzahl von Röntgenbildern, die betrachtet werden müssen, ist die Arbeitsbelastung für Ärzte erheblich. Der zeitraubendeste Teil ist die manuelle Auswahl von Merkmalen.

Abhängig von der Erfahrung des Arztes und dessen Fachwissen unterliegt dies auch menschlichen Fehlern.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem vollständig automa tischen Computerverfahren zur Bezugselementerkennung und Mes sung bei einem totalen Hüftersatz.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Verfahren zum automatischen Erkennen anatomischer Bezugs elemente in einem Röntgenbild in Übereinstimmung mit der vor liegenden Erfindung stellt einen interessierenden Bereich des Bildes zur Verfügung und ermittelt einen ersten Bezugselement in dem interessierenden Bereich durch Berechnen einer Inten sitäts-Gratkarte (intensity ridge map). Ein zweiter Bezugs element wird in dem interessierenden Bereich basierend auf einer Position und Ausrichtung des ersten Bezugselementes be stimmt, und Messungen werden in der Abbildung basierend auf den Positionen der ersten und zweiten Bezugselemente durchge führt.

Bei anderen Verfahren kann der erste Bezugselement einen O berschenkelknochen enthalten und der zweite Bezugselement kann eine äußere Grenze des Oberschenkelknochens enthalten. Der zweite Bezugselement kann alternativ einen Oberschenkel knochenkopf enthalten. Das Verfahren kann den Schritt umfas sen, einen nächsten Bezugselement in dem interessierenden Be reich basierend auf einer Position und Ausrichtung eines zu vor ermittelten Bezugselementes zu bestimmen. Der Schritt zum Durchführen von Messungen kann den Schritt enthalten, eine Prothese basierend auf einer Anzahl von ermittelten Bezugs elementen auszuwählen. Der Schritt zum Durchführen von Mes sungen kann den Schritt umfassen, die Verschiebung und die Abnutzung einer Prothese basierend auf mehreren ermittelten Bezugselementen zu bestimmen. Der erste Bezugselement kann ein Merkmal einer Oberschenkelknochenprothese umfassen und der zweite Bezugselement kann einen Abschnitt des Beckens um fassen.

Ein Verfahren zum automatischen Erkennen anatomischer Bezugs elemente in einer radiographischen Abbildung einer Hüfte um fasst die Schritte: Bereitstellen einer radiographischen Ab bildung einer Beckenregion, Erzeugen einer Intensitäts- Gratkarte, um Grate in einer Richtung hervorzuheben, Ermit teln einer Position eines Beins in der Abbildung durch Ver wenden eines stärksten Grates in der Gratkarte, um die Aus richtung und Position des Beins anzunähern, Ermitteln innerer Konturlinien eines Oberschenkelknochens des Beins in der Ab bildung basierend auf einer Position und einer Ausrichtung des stärksten vertikalen Grates, Ermitteln äußerer Oberflä chenlinien des Oberschenkelknochens basierend auf einer Posi tion und Ausrichtung der inneren Konturlinien und der Grat karte, Ermitteln von Punkten maximaler Krümmung an einem Kopf des Oberschenkelknochens und Zurückverfolgen des Kopfes des Oberschenkelknochens durch Verwenden der Gratkarte, Ermitteln eines Mittelpunktes des Kopfes des Oberschenkelknochens und Auswählen einer Prothese basierend auf den inneren Konturli nien, den Punkten maximaler Krümmung und dem Mittelpunkt des Kopfes des Oberschenkelknochens.

Andere Verfahren können Schritt zum Durchführen von Messungen an der Abbildung basierend auf Positionen von ermittelten Be zugselementen enthalten. Ein Verfahren zum automatischen Er kennen anatomischer Bezugselemente in einer radiographischen Abbildung einer Hüfte mit einer Prothese umfasst die Schrit te: Bereitstellen einer radiographischen Abbildung einer Be ckenregion, Erzeugen einer Intensitäts-Gratkarte, um Grate in einer Richtung hervorzuheben, Ermitteln einer Position eines Beins in der Abbildung durch Verwenden eines stärksten Grates in der Gratkarte, um die Ausrichtung und Position des Beins anzunähern, Ermitteln einer Grenze der Prothese in einem Oberschenkelknochen des Beins in der Abbildung basierend auf einer Position und Ausrichtung des stärksten Grates, Ermit teln einer Position eines Oberschenkelknochenkopfteils der Prothese durch Testen der Grenze der Prothese im Hinblick auf eine erwartete Form, Verfolgen einer gebogenen Linie des Hüftknochens (ilium) unter Verwendung der Position des Ober schenkelknochenkopfteils, und Durchführen von Messungen, um den Grat der Abnutzung und des Lockerns der Prothese zu er mitteln.

Andere Verfahren können den Schritt zum Verfolgen einer Gren ze des Foramen obturatum (obturator foramen) umfassen, um Mittelpunkte des Foramen obturatum zu ermitteln. Dieses Ver fahren kann den Schritt umfassen, eine Symphysis pubica (Schamfuge) basierend auf den Mittelpunkten des Foramen obtu ratum und der gebogenen Linie des Hüftknochens zu ermitteln.

Die oben genannten Verfahren können in einer maschinenlesba ren Programmspeichereinrichtung implementiert sein, die ein Programm mit Befehlen beinhaltet, das durch die Maschine aus führbar sind, um diese Verfahrensschritte durchzuführen.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegen den Erfindung werden deutlich aus der nachfolgenden detail lierten Beschreibung von zur veranschaulichenden Ausführungs beispielen, wobei die Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, in denen

Fig. 1 ein Block-/Flussdiagramm ist, das ein Sys tem/Verfahren zum Detektieren und Verarbeiten einer radiogra phischen Abbildung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Abbildung einer Beckenregion zum Bearbeiten ge mäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 die Abbildung Beckenregion von Fig. 2 zeigt, die Be zugselemente aufweist gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet sind;

Fig. 4 ein Block-/Flussdiagramm ist, das ein Sys tem/Verfahren zum Ermitteln einer Prothese gemäß der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Block-/Flussdiagramm ist, das ein System/Verfah ren zum Messen einer Lockerung oder einer Abnutzung in einer Prothese gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung bietet ein vollautomatisches Ver fahren zum Detektieren von anatomischen Bezugselementen für eine voroperative Planung, für nachoperative Untersuchungen bei einem totalen Hüftersatz und bei der Detektion anderer anatomischer Merkmale und bei anderen Messungen. Die vorlie gende Erfindung sucht nach den am leichtesten erkennbaren Be zugselementen und dehnt dann die Suche nach anderen Bezugs elementen unter Verwendung des allgemeinen Wissens über deren relative Positionen aus. Hypothese- und Testverfahren werden vorgeschlagen, um komplexere Bezugselemente der Prothese zu erkennen. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Computer oder eine Programmspeichereinrichtung automatisch die geeig netste Prothese für einen Patienten finden und die Qualität einer Prothese beurteilen und quantitative diagnostische Mes sungen für die Operationsplanung des Arztes zur Verfügung stellen.

Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden zur Er kennung von Schlüsselbezugselementen (key landmarks) beim Überprüfen der Positionierung bei der Bildaufnahme, bei der Detektion von Bezugselementen für die Überprüfung der Bein länge und der Balance, und die Erfindung kann ein Verfahren umfassen zum Durchführen einer quantitativen Analyse basie rend auf den ermittelten Bezugselementen für digitale Radio graphiesysteme (insbesondere für klinische orthopädische An wendungen).

Obwohl die vorliegende Erfindung zur Veranschaulichung in be zug auf Hüften und Hüftersatzverfahren beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung wesentlich breiter und sollte nicht als auf das dargestellte Beispiel beschränkt angesehen wer den. Andere Anwendungen für die vorliegende Erfindung können für andere anatomische Merkmale, Strukturen oder Verfahren sinnvoll sein und können für diese gemäß der vorliegenden Er findung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann bei spielsweise für die Auswahl der Größe von Gliedmaßenprothe sen, usw. verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung verwendet das allgemeine Wissen über die relativen Positionen zwischen anatomischen Merkmalen, um den Computer oder die Programmspeichereinrichtung dabei zu führen, nach den erforderlichen Bezugselementen zu suchen. Ausgehend von den am leichtesten zu ermittelnden wird die Su che Schritt für Schritt auf andere Bezugselemente ausgedehnt. Unterschiedliche Anhaltspunkte/Beweise werden kombiniert, um die Suche voranzutreiben. Selbstverständlich können die in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Elemente durch verschie dene Arten von Hardware, Software oder Kombinationen von die sen implementiert werden. Vorzugsweise sind diese Elemente in einem oder mehreren geeignet programmierten digitalen Allzweck-Computern mit einem Prozessor, einem Speicher und Eingabe-/Ausgabeschnittstellen implementiert.

Das Computersystem oder die Programmspeichereinrichtung mar kieren in dem folgenden dargestellten Beispiel die wichtigen anatomischen Merkmale, die sowohl für die voroperative Pla nung als auch für die nachoperative Untersuchung benötigt werden. Das Computersystem liefert quantitative Messungen, die für die voroperative chirurgische Planung und die nach operativen Untersuchungen, wie beispielsweise Lockerungsüber prüfungen, benötigt werden. Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden bei der Bezugselementermittlung beim Überprüfen der Positionierung bei Bildaufnahmen, bei der Be zugselementermittlung, bei der Überprüfung der Beinlänge und der Balance, beim Aufnehmen der Abbildung und bei der quanti tativen Analyse basierend auf den ermittelten Bezugselementen für klinische orthopädische Anwendungen.

Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder identische Ele mente in verschiedenen Ansichten bezeichnen, und zunächst auf Fig. 1, in der ein Block-/Flussdiagramm für ein Sys tem/Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Blöcke von Fig. 1 werden im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Hüft abbildung während Fig. 3 dieselbe Abbildung zeigt, die mit einigen ermittelten Bezugselementen überlagert ist.

Ein automatisches Suchsystem/-verfahren umfasst die folgenden Komponenten und/oder Schritte. Das Verfahren nimmt an, dass die Abbildung (Fig. 2) so orientiert ist, dass Sie einer stehenden Position beim Menschen entspricht. Die ermittelten Bezugselemente sind in Fig. 3 bezeichnet.

In Block 10 wird eine Abbildung (Fig. 2), vorzugsweise eine digitale Abbildung eines Menschen, bereitgestellt. Die Abbil dung kann ein Röntgenbild, ein Sonogramm oder andere radio graphische Abbildungen umfassen. In Block 12 wird die Abbil dung (Fig. 2) für einen interessierenden Bereich (region of interest), wie beispielsweise die Beckenregion, auf eine be stimmte Größe verkleinert (reduziert, beispielsweise durch Komprimieren der Bildpunkte), woran sich eine Glättung an schließt.

In Block 14 wird eine Intensitäts-Gratkarte/Intensitäts- Vertiefungskarte dann basierend auf der Intensität der Bild punkte der Abbildung berechnet. Die Gratkartenberechnung ba siert auf den Ableitungen zweiter Ordnung der Intensitätsab bildung in horizontaler, vertikaler und diagonaler Richtung. Ein interessierender Bereich kann beispielsweise ein oberer Beinbereich der Abbildung sein. Das System findet dann die Grate/Kanten mit annäherungsweise vertikalen Ausrichtungen und ermittelt die stärksten Grate L₀ und R₀ (z. B. die Grate mit der höchsten oder stärksten Intensität) in einem unteren linken und einem unteren rechten Viertel der Abbildung. Dies liefert angenäherte Positionen des linken und rechten Beins (L₀ und R₀ in Fig. 3).

In Block 15 wird eine Gradientenintensität für Bildpunkte in der Abbildung berechnet. Eine Gradientenkarte wird basierend auf den Intensitätsunterschieden in horizontaler und vertika ler Richtung berechnet, und die Gradientenkarte misst das Maß der Intensitätsänderung um jeden Bildpunkt. Die Gradienten karte hebt Intensitätskanten in der Eingabeabbildung hervor. Die Gradientenkarte wird wie unten beschrieben eingesetzt.

In Block 16 führt das System ein Ermittlungsverfahren durch. Das System kann mehrere unterschiedliche Betriebsarten umfas sen. Verfahren, die mittels des Systems durchgeführt werden, können entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann das System die Information verwenden, ob das durchzuführende Ver fahren zu einer voroperativen Planung oder zu einer Implan tatsnachuntersuchung gehört, um in den korrekten Erkennungs modus zu schalten. Messungen und Ermittlungen basieren auf einer Bezugselement-zu-Bezugselement-Annäherung. Mit anderen Worten: ein erstes gefundenes Bezugselement wird dazu verwen det, ein zweites Bezugselement zu ermitteln, usw..

Bezugnehmend auf Fig. 4 wird im Voroperations-Modus in Block 16 beispielsweise das Augenmerk auf das linke Bein gelegt, welches in der rechten Hälfte der Abbildung (siehe Fig. 3) erscheint.

In Block 32 wird die Beinlinie L₀, die in Block 14 ermittelt wurde, verwendet, um einen Suchbereich zu definieren. Die am meisten innenliegenden Konturen gegensätzlichen Kontrasts, die parallel verlaufen, werden zurückverfolgt, wobei eine Be schränkung dahingehend besteht, dass der Abstand zwischen diesen monoton nicht abnimmt. Dies liefert die Linien L1 und L2 in Fig. 3.

In Block 34 werden Strukturpunkte auf den Konturen L₁ und L₂, in dem Beispiel zwei auf jeder der Konturen L1 und L2, mit vorgegebenen Abständen in horizontaler und vertikaler Rich tung (Punkte A, B, C und D), gefunden.

In Block 36 werden die zwei stärksten Konturen L3 und L4 au ßerhalb der inneren Konturen L1 und L2 verfolgt, wobei die Ausrichtungen der Gradienten an den Startpunkten entgegenge setzt sind. Die Information über die Ausrichtung des Gradien ten wird verwendet, um sicherzustellen, dass die korrekten Startpunkte gewählt wurden. Hier zeigt die Gradientenausrich tung von L3 nach rechts, während die von L4 nach links zeigt. Dies liefert die äußeren Grenzen des Beins L3 und L4. Punkte mit den größten Krümmungen werden auf jeder Grenze (E und F) ermittelt.

In Block 38 wird ausgehend von dem Punkt F mit der maximalen Krümmung auf der äußeren Grenze L4 ein Startpunkt G für einen anderen Teil des Oberschenkelknochenkopfes unter Verwendung der in Block 12 erhaltenen Intensitätsgratinformation gefun den.

In Block 40 wird ausgehend von Punkt G die Grenze des Ober schenkelknochenkopfes (Kurve L5) verfolgt und dann der Mit telpunkt des Oberschenkelknochenkopfes (Punkt H) basierend auf den mit L5 bezeichneten physischen Charakteristi ka/Strukturen und der Linie zwischen den Punkten E und F er mittelt.

In Block 42 werden sechs Punkte, A, B, C, D, E, F und H ver wendet, um die verwendeten Messergebnisse zu liefern, um eine Gruppe von am meisten geeigneten Prothesen aus einer Prothe sendatenbank zu finden. Der Arzt kann dann entscheiden, wel che Art von Prothese verwendet werden soll.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird das Augenmerk im Nachuntersu chungsmodus in Block 16 auf das rechte Bein gelegt, welches in dem Beispiel in der linken Hälfte der Abbildung erscheint (siehe Fig. 3).

In Block 52 wird die durch die Beinpositionslinie R₀ gegebene Beschränkung verwendet, um die Implantatsgrenze (R1) basie rend auf der Intensitätsgradienteninformation von Block 15 zurückzuverfolgen. In Block 54 wird ein Kopf der Prothese un ter Verwendung eines Hypothesen- und Testverfahrens ermit telt. Dieses Verfahren umfasst beispielsweise für jeden Punkt, beispielsweise P1, auf der Implantatsgrenze R1 zwei zusätzliche Punkte, z. B. P1 und P2, mit vorgegebenen Abstän den von P1 auf der Implantatsgrenze R1, auszuwählen. Ein Kreis wird an P1, P2 und P3 angepasst und Punkte an der Gren ze R1 werden in einem vorgegebenen Abstand von dem Kreis ge funden. Diese Gruppe von Punkten wird mit S bezeichnet. Der Gesamtwinkel, der durch alle Punkte auf S aufgespannt wird, wird unter Bezug auf den Mittelpunkt des Kreises berechnet. Es sei angenommen, dass S = {s₁, s₂, . . . S_N} ist, wobei die s₁ die einzelnen Punkte auf S ist und wobei die Reihenfolge der einzelnen Punkte in S derart ist, dass sie in einer Richtung (entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) auf der Grenze angeordnet sind. Dann gilt für einen durch S aufgespannten Winkel für den momentanen Funkt P1:
Winkel_P1 = Winkel s₁Os₂ + Winkel s₂Os₃ + . . . + Winkel s_N-1Os_N.

Diese Berechnung wird für jeden Punkt auf der Grenze R1 durchgeführt. Dann wird die Gruppe von Punkten mit einem ma ximal aufgespannten Winkel aus allen Punkten auf der Grenze gefunden. Der zugehörige Kreis mit der gefundenen Gruppe wird als der am besten passende für die Oberschenkelknochenkopf komponente, die durch R2 in Fig. 3 bezeichnet ist, ausge wählt. Andere Verfahren zum Ermitteln der Position der Ober schenkelknochenkopfkomponente können ebenso verwendet werden. Der Mittelpunkt und der Radius sind Messergebnisse, die für die Diagnose verwendet werden.

In Block 56 werden für ein WELLER-Implantat ausgehend von den Punkten auf der Grenze R1 auf dem Kreis R2 Schnittpunkte (z. B. vier Punkte) eines Kontrastring (R3) basierend auf der in Block 14 ermittelten Intensitäts-Gratkarte ermittelt. Vier Kreuze sind an den Schnittpunkten des Rings R3 und des Krei ses R2 angegeben. Diese vier Punkte (Kreuze) werden als Be schränkungen verwendet, um eine bestmögliche elliptische An passung an die Gratkarte (R3) zu finden. Die Information über den Mittelpunkt, die Größe und die Ausrichtung der Ellipse werden gespeichert.

In Block 58 wird die durch den Mittelpunkt des Oberschenkel knochenkopfes definierte Positionsbeschränkung verwendet, um die gebogene Linie des Hüftknochens (R4) basierend auf dem Intensitätsgradienten auf der gebogenen Linie des Hüftkno chens zu verfolgen. Die äußersten Punkte (J1 und J2) auf der gekrümmten Linie des Hüftknochens werden gefunden. In Block 59 werden die Grenzen des Foramen obturatum zurückverfolgt, um die Mittelpunkte des Foramen obturatum (J3 und J4) zu fin den. In Block 60 werden die äußersten Punkte auf der gekrümm ten Linie des Hüftknochens (J1 und J2) und die Mittelpunkte des Foramen obturatum (J3 und J4) als Bezugselemente verwen det, um beispielsweise die Linie der Symphysis pubica (auch als Symmetrielinie bezeichnet) zu finden. In Block 62 werden positionsmäßige Beziehungen zu den anderen bereits gefundenen Bezugselementen verwendet, um andere anatomische Merkmale, wie beispielsweise den Trochanter minor 63 (Fig. 3) zu fin den.

In Block 64 werden die ermittelten Bezugselemente auch dazu verwendet, die automatische Messung durchzuführen und die Messungen mit denen von früheren Nachuntersuchungen zu ver gleichen, um den Grat der Lockerung oder der Abnutzung zu er mitteln.

Die vorliegende Erfindung verwendet vorteilhafterweise auf einanderfolgende logische Abfolgen zusammen mit Abbildungs hinweisen unterschiedlicher Art, um die Bezugselemente zu lo kalisieren. Die Bezugselemente sind nicht auf die oben ange gebenen beschränkt. Zusätzliche Bezugselemente können gefun den werden, oder andere Verarbeitungssequenzen können ange wendet werden, um die zur Veranschaulichung beschriebenen Be zugselemente oder andere Bezugselemente zu finden. Die vor liegende Erfindung ist auch auf andere interessierende Berei che, beispielsweise den Schädel, Hände, Füße, Brustkorb usw. anwendbar. Vorteilhafterweise ist die vorliegende Erfindung trainierbar. Ein Benutzer, wie beispielsweise ein Arzt, kann beispielsweise dem Computer durch Durchführen einer Bei spielsanalyse lernen, was detektiert werden soll. Dann kann der Computer automatisch bei einer neuen Radiographieabbil dung folgen.

Die Entscheidung, was aus den ermittelten Bezugselementen be rechnet werden soll, beispielsweise Punkt-zu-Punkt-Abstände oder Punkt-zu-Linie-Abstände, kann vom Arzt oder Benutzer ausgewählt werden. Sobald dies festgelegt ist, berechnet der Computer automatisch die spezifizierten Messungen. Basierend auf diesen Messungen trifft der Arzt/die Ärztin dann sei ne/ihre Entscheidungen hinsichtlich der voroperativen Pla nung, des Grates der Lockerung und des Verschleißes der Pro these oder nimmt andere diagnostische Maßnahmen vor.

Die Entscheidungen wie die operative Planung durchgeführt werden soll, wie die quantitativen Messungen für verschiedene Anwendungen genutzt werden sollen und auch jegliche diagnos tische Entscheidungen zu den detektierten Bezugselementen werden durch Ärzte vorgenommen. Die vorliegende Erfindung vermeidet die mühsame Aufgabe, manuell - beispielsweise mit tels Mausklick - Bereiche auszuwählen und bietet auch eine objektivere und genauere Möglichkeit zum Durchführen der De tektion und der Messung. Ärzte können sich dann mehr auf den diagnostischen Teil der Arbeit konzentrieren anstatt den Großteil Ihrer Zeit auf das Sammeln von Messwerten zu verwen den.

Nachdem bevorzugte Ausführungsformen (die lediglich zur Ver anschaulichung und nicht zur Beschränkung gedacht sind) für das System und das Verfahren zum Erkennen anatomischer Be zugselemente beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass Modifikationen und Variationen durch Fachleute im Hinblick auf die obige Lehre durchgeführt werden können. Es ist daher selbstverständlich, dass Veränderungen bei bestimmten Ausfüh rungsformen der beschriebenen Erfindung durchgeführt werden können, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen. Nachdem die Erfindung im durch das Patentgesetz er forderlichen Detail beschrieben wurde, wird das, was bean sprucht und wofür Schutz durch das Patent angestrebt wird, in den beigefügten Ansprüchen angegeben.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Detektieren anatomischer Be zugselemente in einer radiographischen Abbildung, das die Schritte umfasst:
Bereitstellen eines interessierenden Bereiches der Abbildung;
Ermitteln eines ersten Bezugselementes in dem interessieren den Bereich durch Berechnen einer Intensitäts-Gratkarte;
Ermitteln eines zweiten Bezugselementes in dem interessieren den Bereich basierend auf einer Position und Ausrichtung des ersten Bezugselementes; und
Durchführen von Messungen in der Abbildung basierend auf Po sitionen des ersten und zweiten Bezugselementes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Bezugselement einen Oberschenkelknochen umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zweite Bezugsele ment eine äußere Grenze des Oberschenkelknochens umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zweite Bezugsele ment einen Oberschenkelknochenkopf umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Schritte um fasst:
Ermitteln eines nächsten Bezugselementes in dem interessie renden Bereich basierend auf einer Position und Ausrichtung eines zuvor ermittelten Bezugselementes.

6. Verfahren nach Anspruch bei dem der Schritt zum Durchfüh ren der Messungen den Schritt umfasst:
Auswählen einer Prothese basierend auf mehreren ermittelten Bezugselementen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt zum Durch führen der Messungen den Schritt umfasst:
Ermitteln einer Verschiebung und eines Verschleißes einer Prothese basierend auf mehreren ermittelten Bezugselementen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Bezugselement ein Merkmal einer Oberschenkelknochenprothese umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das zweite Bezugsele ment einen Abschnitt eines Beckens umfasst.

10. Verfahren zum automatischen Erkennen anatomischer Bezugs elemente in einer radiographischen Abbildung einer Hüfte, das die Schritte aufweist:
Bereitstellen einer radiographischen Abbildung einer Becken region;
Erzeugen einer Intensitäts-Gratkarte, um Grate in einer Rich tung hervorzuheben;
Ermitteln einer Position eines Beins in der Abbildung durch Verwenden eines stärksten Grates in der Gratkarte, um die Ausrichtung und Position des Beins anzunähern;
Ermitteln innerer Konturlinien eines Oberschenkelknochens des Beins in der Abbildung basierend auf einer Position und Aus richtung des stärksten vertikalen Grates;
Ermitteln äußerer Oberflächenlinien des Oberschenkelknochens basierend auf einer Position und Ausrichtung der inneren Kon turlinien und der Gratkarte;
Ermitteln von Punkten mit maximaler Krümmung auf einem Ober schenkelknochenkopf des Oberschenkelknochens und Nachverfol gen des Oberschenkelknochenkopfes unter Verwendung der Grat karte;
Ermitteln eines Mittelpunktes des Oberschenkelknochenkopfes; und
Auswählen einer Prothese basierend auf den inneren Konturli nien, den Punkten mit maximaler Krümmung und dem Mittelpunkt des Oberschenkelknochenkopfes.

11. Maschinenlesbare Programmspeichereinrichtung, die ein Programm mit Befehlen beinhaltet, das durch die Maschine aus führbar ist, um die in Fig. 10 angegebenen Verfahrensschrit te durchzuführen.

12. Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den Schritt um fasst, Messungen an der Abbildung basierend auf Positionen der ermittelten Bezugselemente durchzuführen.

13. Verfahren zum automatischen Erkennen anatomischer Bezugs elemente in einer radiographischen Abbildung einer Hüfte mit einer Prothese, das die Schritte umfasst:
Bereitstellen einer radiographischen Abbildung einer Becken region;
Erzeugen einer Intensitäts-Gratkarte, um Grate in einer Rich tung hervorzuheben;
Ermitteln einer Position eines Beins in der Abbildung unter Verwendung eines stärksten Grates in der Abbildung, um die Ausrichtung und Position des Beins anzunähern;
Ermitteln einer Grenze der Prothese in einem Oberschenkelkno chen des Beins in der Abbildung basierend auf einer Position und Ausrichtung des stärksten Grates;
Ermitteln einer Position der Oberschenkelknochenkopfkomponen te der Prothese durch Testen der Grenze der Prothese im Hin blick auf eine erwartete Form;
Nachverfolgen einer gekrümmten Linie des Hüftknochens unter Verwendung der Position des Oberschenkelkopfes; und
Durchführen von Messungen, um einen Grat der Abnutzung und der Lockerung der Prothese zu ermitteln.

14. Maschinenlesbare Programmspeichereinrichtung, die ein Programm mit Instruktionen beinhaltet, das durch die Maschine ausführbar ist, um das in Anspruch 13 angegebene Verfahren durchzuführen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin den Schritt um fasst, eine Grenze eines Foramen obturatum nachzuverfolgen, um die Mittelpunkte des Foramen obturatum zu finden.

16. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin den Schritt um fasst, eine Symphysis pubica basierend auf den Mittelpunkten des Foramen obturatum und der gebogenen Linie des Hüftkno chens zu finden.

17. Maschinenlesbare Programmspeichereinrichtung, die ein Programm mit Befehlen beinhaltet, das durch die Maschine aus führbar ist, um Verfahrensschritte zur automatischen Detekti on von anatomischen Bezugselementen in einer radiographischen Abbildung durchzuführen, wobei die Verfahrensschritte umfas sen:
Bereitstellen eines interessierenden Bereiches des Abbildung;
Ermitteln eines ersten Bezugselementes in dem interessieren den Bereich durch Berechnen einer Intensitäts-Gratkarte;
Ermitteln eines zweiten Bezugselementes in dem interessieren den Bereich basierend auf einer Position und Ausrichtung des ersten Bezugselementes; und
Durchführen von Messungen an der Abbildung basierend auf den Positionen der ersten und zweiten Bezugselemente.

18. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 17, bei dem das erste Bezugselement einen Oberschenkelknochen umfasst.

19. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 18, bei dem das zweite Bezugselement eine äußere Grenze des Oberschenkelkno chens umfasst.

20. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 18, bei dem das zweite Bezugselement einen Oberschenkelkopf umfasst.

21. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 17, das weiter hin den Verfahrensschritt umfasst:
Ermitteln eines nächsten Bezugselementes in dem interessie renden Bereich basierend auf einer Position und Ausrichtung eines zuvor ermittelten Bezugselementes.

22. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 21, bei dem der Schritt zum Durchführen von Messungen den Schritt umfasst:
Auswählen einer Prothese basieren auf mehreren ermittelten Bezugselementen.

23. Programmspeichereinrichtungen nach Anspruch 21, bei dem der Schritt zum Durchführen von Messungen den Schritt um fasst:
Ermitteln einer Bewegung und einer Abnutzung einer Prothese basierend auf mehreren ermittelten Bezugselementen.

24. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 17, bei dem das erste Bezugselement ein Merkmal einer Oberschenkelknochenpro these umfasst.

25. Programmspeichereinrichtung nach Anspruch 24, bei dem das zweite Bezugselement einen Abschnitt eines Beckens umfasst.