Moderne
bildgebende medizinische Verfahren liefern in der Regel Bilder in
digitaler Form. Dazu erfolgt zunächst
im Rahmen so genannter Primärapplikationen
eine Datenaufnahme und das Bereitstellen der digitalen Daten im
Rahmen einer Datenrekonstruktion. Insbesondere Computertomografiebilder
liegen in digitaler Form vor und können somit direkt in einem
Rechner oder einer Arbeitsstation weiterverarbeitet werden. Aus
den Originalbildern können
durch die Anwendung so genannter Sekundärapplikationen Bilder in neuer
Orientierung mit zwei- oder
dreidimensionaler Darstellung (2D-Darstellung, 3D-Darstellung) gewonnen
werden, um eine geeignete Übersicht
für den
Untersucher zur Verfügung
zu stellen. Solche Darstellungen sollen insbesondere die Grundlage
einer anschließenden
Diagnostik im Rahmen einer Monitorbefundung bilden. Die Vorteile
der Computertomografie ergeben sich insbesondere daraus, dass keine Überlagerungsprobleme
wie bei der konventionellen Radiografie gegeben sind und die Computertomografie
bietet den Vorteil einer verzerrungsfreien Darstellung unabhängig von
in der Radiografie mit der Aufnahmegeometrie verbundenen unterschiedlichen
Vergrößerungsfaktoren.
Mittlerweile
haben sich eine Reihe unterschiedlicher Vorgehensweisen bei Sekundärapplikationen
im Rahmen der 3D-Bilddarstellung und -verarbeitung etabliert. Für diese
Vorgehensweisen sind bei einem Computertomografiegerät geeignete
Be dienelemente, z. B. eine Computermaus oder andere Kontrollmedien,
vorgesehen. Eine Arbeitsstation zur Bilddarstellung und -verarbeitung
von Computertomografiebildern weist eine entsprechende Softwareausstattung
in Form eines Computerprogrammprodukts und eine Bedienoberfläche auf
einem Bildschirm mit entsprechenden mit Funktionen belegten Bedienelementen
auf.
Die
Computertomografie (CT) stellt in der Regel zunächst, im Rahmen einer Primärapplikation, zweidimensionale
Schnittbilder der Transversalebene eines zu untersuchenden Körpers als
direkte Aufnahmeebene zur Verfügung.
Die Transversalebene eines Körpers
ist dabei im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse eines Körpers angeordnet.
Zweidimensionale Schnittbilder in einer Ebene mit einem im Vergleich
zur Transversalebene geänderten
Winkel und/oder solche, die mit einer zur ursprünglichen Schichtdicke unterschiedlichen,
insbesondere breiteren Schichtdicke, berechnet werden, werden in
der Regel als multiplanare Reformatierungen (MPR – Multiplanar
Reformations) bezeichnet. Eine für
die Diagnostik wesentliche Möglichkeit
besteht in der interaktiven Durchsicht und Auswertung des Bildvolumens,
meist kontrolliert durch ein entsprechendes Bedienelement. Der Untersucher
kann sich mit Hilfe solcher Bedienelemente – ähnlich wie im Ultraschall durch
Führen
eines Schallkopfes – an
anatomisierte Strukturen und pathologische Details herantasten und
durch Vor- und Zurückfahren
dasjenige Bild auswählen,
in dem sich ein interessierendes Detail am klarsten präsentiert,
also z. B. mit dem höchsten
Kontrast und dem größten Durchmesser
dargestellt ist. Eine erweiterte Form der zweidimensionalen Darstellung
besteht darin, beliebig dicke Schichten (Slabs) aus dünnen Schichten
zusammenzufassen. Hierfür hat
sich der Begriff "Sliding
Thin Slab" (STS)
etabliert. Alle 2D-Darstellungen haben den Vorteil, dass die Computertomografiewerte
direkt und unverfälscht zur
Darstellung kommen. Eventuelle Interpolationen oder Mittelwertbildungen über mehrere
Schichten sind dabei vernachlässigbar.
Damit ist immer eine einfache Orien tierung im Auswertevolumen, das auch
als Volume of Interest (VOI) bezeichnet wird, und dem zugeordneten
3D-Datenvolumen sowie eine eindeutige Interpretierbarkeit der Bildwerte
gegeben. Diese Art der Monitorbefundung ist jedoch arbeitsintensiv
und zeitaufwändig.
Eine
möglichst
realistische Präsentation
des Auswertevolumens lässt
sich dagegen durch eine dreidimensionale Darstellung des Auswertevolumens
erreichen. Eine 3D-Bilddarstellung und -verarbeitung ist in der
Regel zwar die Voraussetzung für ein
gezieltes Herausarbeiten diagnostisch relevanter Details. Letztere
Befundung erfolgt aber bisher in der Regel in einer 2D-Darstellung.
Bei
3D-Bilddarstellungen und -verarbeitungen wird in der Regel ein 3D-Datenvolumen
zur Verfügung
gestellt auf dessen Grundlage eine Darstellung des Auswertevolumens
erfolgt. Der Untersucher gibt vorzugsweise eine Betrachterposition
vor, aus der er das Auswertevolumen betrachten will. Insbesondere
steht dem Untersucher in der Regel ein Suchstrahl zur Verfügung. Bei
diesem Beispiel wird ein zweidimensionales Bild errechnet, das senkrecht zum
Suchstrahl steht und einen räumlichen
Eindruck vermitteln soll. Um solch eine Darstellung Bildpunkt für Bildpunkt
(auch: Voxel-Akronym für
Volumenelement) in der Bildebene aufzubauen, müssen für jeden Strahl vom Betrachter
zum jeweiligen Bildpunkt alle CT-Werte entlang des Suchstrahls durch
das 3D-Datenvolumen berücksichtigt
und bewertet werden. Der Untersucher gibt in der Regel einen Bildpunktwert,
z. B. einen Kontrastwert, vor, den er zur Darstellung eines Bildpunktes
geeignet wählt.
Durch die verfahrensinhärente
Wiederholung dieses Vorgangs wird dem Untersucher auf Grundlage
der vorgegebenen Bildpunktwerte im Rahmen eines CT-Wertprofils für den Suchstrahl
eine diesem entsprechende Ansammlung von Bildpunkten gezeigt, also
eine 3D-Darstellung des interessierenden Körperbereichs/Auswertevolumens
(VOI).
Alle
3D-Darstellungen können,
also im Rahmen einer Sekundärapplikation,
entweder als Zentralprojektion oder als Parallelprojektion aufgebaut werden.
Für eine Parallelprojektion
eignet sich insbesondere eine "Maximum
Intensity Projection" (MIP) oder
allgemein das "volume
Rendering" (VR).
Bei einer MIP wird in Projektionsrichtung entlang des Suchstrahls
der Bildpunkt mit dem höchsten
CT-Wert bestimmt. In dem Fall entspricht der Bildpunktwert also
dem maximalen CT-Wert auf dem Suchstrahl. Beim VR wird für jeden
einzelnen, vom Auge des Betrachters ausgehenden Suchstrahl nicht
nur ein einziger Bildpunkt gewählt,
sondern es können
alle CT-Werte entlang des Suchstrahls mit geeigneter Gewichtung
einen Bildpunkt als Beitrag zum Ergebnisbild liefern. Über frei
wählbare
und interaktiv veränderbare
Transferfunktionen werden jedem Bildpunktwert Opazität und Farbe
zugeordnet. So kann z. B. normales Weichteilgewebe als weitgehend
transparent gewählt
werden, kontrastierte Gefäße leicht opak
und Knochen stark opak.
Zu
bevorzugende Zentralprojektionen können beispielsweise durch ein "Surface Shaded Display" (SSD) oder durch
ein "Perspective
Volume Rendering" (pVR)
(oder auch "virtuelle
Endoskopie") erzielt
werden. Dementsprechend gibt es das SSD oder auch das in der virtuellen
Endoskopie benutzte pSSD. Bei der SSD handelt es sich um eine schwellenbasierte
Oberflächendarstellung,
bei der ein Bildpunkt durch Vorgabe eines Bildpunktwertes in Form einer
Schwelle, vorgegeben wird. Für
jeden Suchstrahl durch das vorliegende 3D-Datenvolumen wird derjenige
Bildpunkt bestimmt, an dem der vorgegebene Bildpunktwert in Form
eines Schwellenwerts vom Betrachter aus gesehen zum ersten Mal erreicht oder überschritten
wird. Ein prinzipieller Unterschied zwischen SSD und VR besteht
darin, dass beim SSD nur eine Schwelle definiert wird, aber die
Oberfläche undurchsichtig
dargestellt wird. Beim VR werden hingegen mehrere Schwellenbereiche
definiert und diesen Farben und Durchlässigkeiten zugewiesen. Die virtuelle
Endosko pie soll eine perspektivische Ansicht der Nahumgebung des
virtuellen "Endoskopkopfes" möglich machen.
Strukturen können
anders als beim tatsächlichen
Endoskop aus unterschiedlichen Richtungen und bewegt betrachtet
werden. So genannte "Fly-Throughs", die den Eindruck
eines virtuellen Flugs durch das VOI ergeben sollen sind möglich. Dies
ist nicht nur ästhetisch
und instruktiv, sondern kann auch diagnostisch wertvoll sein. Insbesondere
dient eine so genannte "Vessel-View"-Methode der Aufnahme
eines Inneren eines Gefäßes als Auswertevolumen.
Alle
oben genannten dreidimensionalen Sekundärapplikationen verarbeiten
ausschließlich
statische Bilder.
Dennoch
wird bei modernen medizinischen bildgebenden Verfahren, wie z. B.
der Computertomografie (CT) oder der Kernspintomografie oder der Magnetresonanztomografie
(MR), üblicherweise
ein dreidimensionales Volumen mit kurzer zeitlicher Auflösung abgetastet.
Z. B. ist die Kardio-Spiral-CT-Untersuchung bekannt, bei der durch
die gleichzeitige Abtastung auf mehreren Zeilen eines Schnittbildes ein,
wenn auch begrenztes, dreidimensionales Volumen gemessen wird. Aus
mehreren Herzschlägen werden
dann die Daten aus gleichen zeitlichen Herzphasen innerhalb einer
Spirale genutzt, um das gesamte Herzvolumen abzudecken. Dabei kann
ggf. eine Triggerung der Datenaufnahme und/oder -darstellung dadurch
erfolgen, dass die Primärapplikation mit
einem EKG-Gerät
gekoppelt wird, um gleiche zeitliche Herzphasen zu triggern.
Ähnlich ist
aus der
DE 101 37 170 ein
bildgebendes medizinisches Verfahren mit Atemtriggerung bekannt,
bei der ein Navigationssystem vorgesehen ist, um auf einer Skala
die Position eines durch die Atmung bewegten Körperteils wiederzugeben, wobei bei
vorgegebenen Positionen eine Triggerung zur Aufnahme eines Bildes
erfolgt.
Solche
Verfahren dienen jedoch wiederum lediglich zur statischen Darstellung
eines gewonnenen 3D-Datenvolumens. Durch die Triggerung wird praktisch
garantiert, dass Bilder gleicher Phasen einer periodischen Bewegung,
z. B. eines Herzens oder einer Lunge, gewonnen werden. Sofern zu
einem Zeitpunkt Daten aus mehreren Schichten gewonnen werden, wie
z. B. beim Mehrschicht-CT oder bei der Mehrschicht-MRT, ist in den
Rohdaten zwar zusätzlich
auch eine zeitliche Komponente enthalten, es wird also ein räumlich-zeitlicher
4D-Datensatz aufgenommen, es unterbleibt aber eine räumlich-zeitliche
Bilddarstellung und -verarbeitung im Rahmen einer Sekundärapplikation.
Insbesondere eignen sich bisher bekannte dreidimensionale Sekundärapplikationen,
welche perspektivische dreidimensionale Auswertungen zum Gegenstand
haben, also insbesondere die pVR, "Vessel-View"- oder "Fly-Through"-Methode nicht zur Darstellung eines
4D-Datensatzes als eine Vielzahl von zeitlich gestaffelten Datenvolumina
zu einer Vielzahl von Zeitpunkten.
Lediglich
ansatzweise ist eine Art 4D-Imaging/Bilddarstellung im Rahmen einer
Ultraschallbildgebung bekannt, bei der Bewegungen als schnelle Sequenz
von 3D-Bildern dargestellt werden. Dabei handelt es sich jedoch
gerade nicht um eine perspektivische Volumendarstellung im oben
genannten Sinne, sondern lediglich um eine Ansichtsaufnahme im Rahmen
einer Parallelprojektion. Eine zeitlich-räumliche 4D-Bilddarstellung
und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung,
insbesondere eines Auswertevolumens in Form eines Inneren eines
Gefäßes, erfordert
erst recht im Vergleich zu Ultraschallsystemen eine Rechnerleistung, die
alles bisher Übliche übertrifft.
Dies ist insbesondere für
schnelle Bewegungen mit hoher Frequenz, z. B. des Herzens, der Fall
und betrifft zudem die Datenaufnahme und die Datenkapazität. So fällt dabei allein
für eine
einzige komplette dreidimensionale Abbildung des Herzens mit einer
räumlichen
Auflösung
von 0.5 mm in nur 20 Sekunden eine Datenmenge von 1 GByte an. Gegenwärtige Datenanfallraten
liegen bei 200 bis 300 MByte pro Aufnahmesekunde. Insbesondere blieben
Möglichkeiten
einer räumlich-zeitlichen
4D-Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung bislang völlig
unberücksichtigt,
da bislang klassische Methoden der Endoskopie entweder eine Bewegung
eines Auswertevolumens durch die Einführung des Endoskopes einschränken (z.
B. beim Holen) oder Innenansichten gar nicht möglich waren (wie z. B. beim
Herzkatheter).
Gemäß den Erfordernissen
moderner medizinischer Diagnostik wäre aber gerade eine räumlich-zeitliche
Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung wünschenswert.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer
perspektivischen Volumendarstellung anzugeben, wobei eine gleichzeitig
räumliche
und zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung, also eine Bilddarstellung
und -verarbeitung eines 4D-Datenvolumens, realisierbar ist.
Hinsichtlich
des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren
zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer
perspektivischen Volumendarstellung gelöst, das erfindungsgemäß folgende
Verfahrensschritte aufweist:
- – Bereitstellen
einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina zu einer Vielzahl von
Zeitpunkten, wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen einem Zeitpunkt zugeordnet
ist,
- – Vorgeben
einer räumlich
absolut-festen Betrachterposition innerhalb einem Auswertevolumen
für wenigstens
ein 3D-Datenvolumen
zu einem ersten Zeitpunkt,
- – Bestimmen
einer zeitlichen Korrelation zwischen der räumlich absolut-festen Betrachterposition
und dem Auswertevolumen für
wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten
Zeitpunkt,
- – Ermitteln
einer zum Auswertevolumen räumlich relativ-festen
Betrachterposition für
das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen
zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt,
- – Darstellen
des Auswertevolumens aus einer Perspektive der räumlich relativ-festen Betrachterposition
für das
wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten
Zeitpunkt.
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass es zwar für
eine perspektivische Volumendarstellung einer Innenansicht eines
Auswertevolumens im Prinzip möglich
wäre, eine
Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina zu einer Vielzahl von
Zeitpunkten, beispielsweise in Form einer zeitlichen Sequenz von
3D-Datenvolumina, bereitzustellen. Dies würde üblicherweise jedoch nicht zu
einer funktionierenden räumlich-zeitlichen
Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung führen. Üblicherweise
ist es nämlich
so, dass sich gerade bei pVR-Verfahren im Unterschied zu Ansichtsaufnahmen
im Rahmen einer Parallelprojektion ein bewegtes Körperteil
durch die Bewegung vor allem in seiner räumlichen absoluten Lage verändert, also
insbesondere einer Translation unterliegt. Gerade für die hier
in Betracht kommenden perspektivischen Volumendarstellungen, also insbesondere
die pVR, und hier insbesondere die virtuelle Endoskopie, die "Fly-Through"-Methode und die "Vessel-View"-Methode, erfolgt
die Darstellung eines Auswertevolumens aus einer Perspektive im Inneren
des Auswertevolumens. Übliche
Verfahren, die ja bislang keine 4D-Bilddarstellung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung vorsehen, müssten
also zwangsläufig
von einer räumlich
absolut-festen Betrachterposition innerhalb des Auswertevolumens
für alle
3D-Datenvolumina, unabhängig vom
Zeitpunkt, ausgehen. Bei Ansichtsaufnahmen ist lediglich eine räumlich absolut-feste
Betrachterposition für
alle Zeiten vorgesehen. Eine räumlich
relativ-feste Betrachterposition wäre bei Ansichtsaufnahmen, insbesondere
bei Außenansichtsaufnahmen, auch
gar nicht nützlich – schließlich würde ein
Betrachter eine Bewegung eines Auswertevolumens in der Außenansicht
wahrnehmen, da er das Auswertevolumen in der Ansicht sieht. Das
hier bei perspektivischen Volumenaufnahmen, insbesondere Innenansichtsaufnahmen
vorliegende Problem stellt sich bei Verfahren für Ansichtsaufnahmen gar nicht.
Gerade bei den hier angesprochenen perspektivischen Volumendarstellungsmethoden
ist es aber Ziel einer Diagnose insbesondere den Nahbereich einer
Betrachterposition, z. B. eine Nahumgebung eines virtuellen "Endoskopkopfes" darzustellen. Des
Weiteren handelt es sich bei dem Inneren eines Auswertevolumens
gerade bei den perspektivischen Volumendarstellungen oftmals um
Abmessungen, die um vielfaches kleiner sind, als ein Ausmaß einer
Lageänderung/Translation
des Auswertevolumens als solchem relativ zu einer räumlich absolut-festen
Betrachterposition. Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus,
dass bisherige Ansätze
einer üblichen
4D-Bilddarstellung und -verarbeitung nicht nur mangelbehaftet sind,
sondern insbesondere, wenn es darum ginge, eine perspektivische
Volumendarstellung zu erreichen, versagen würden.
Demgegenüber sieht
die Erfindung eine automatische Vornahme der üblicherweise per Interaktion
vorzunehmenden Maßnahmen
zur neuen Betrachterpositionsbestimmung und Navigation durch ein
Auswertevolumen vor. Eine Betrachterposition wird von einem bewegten
Auswertevolumen automatisch überprüft und bei
Bedarf nachgeführt.
Hierbei
wird eine zeitliche Korrelation zwischen der räumlich absolut-festen Betrachterposition und
dem Auswertevolumen für
wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt
bestimmt. Eine Korrelation kann beispielsweise in Form einer absoluten
Relativbewegung des Auswertevolumens relativ zur festen Betrachterposition
festgehalten werden. Eine Bewegung des Auswertevolumens kann dabei
beispielsweise eine Schwerpunktbewegung des Auswertevolumens sein. In
dem Fall müsste
zunächst
eine Schwerpunktermittlung oder Schwerpunktfestlegung des Auswertevolumens
erfolgen. Es eignet sich darüber
hinaus auch jede andere Möglichkeit
zur Feststellung der Bewegung des Auswertevolumens. Beispielsweise kann
im Rahmen des Verfahrens auch festgestellt werden, ob die räumlich absolut-feste
Betrachterposition innerhalb der Grenzen des Auswertevolumens verbleibt,
wenn man zu einem Auswertevolumen für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen
zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt übergeht.
Im
Prinzip reicht also zur Feststellung einer zeitlichen Korrelation
die Feststellung irgendeiner Relativbewegung eines gegebenenfalls
speziell zweckgebunden bestimmten interessierenden Voxels des Auswertevolumens
im Verhältnis
zur räumlich
absolut-festen Betrachterposition. Eine derartige zeitliche Korrelation
kann für
wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt
bestimmt werden. Es kann auch eine solche zeitliche Korrelation
unter Verwendung einer geeignet ausgewählten Anzahl von 3D-Datenvolumina zu
einer Vielzahl von zweiten Zeitpunkten erfolgen. Als Ergebnis dieser
Bestimmung liegt gemäß dem hier
vorgeschlagenen Konzept vorzugsweise die Kenntnis einer Relativbewegung
des Auswertevolumens zur räumlich
absolut-festen Betrachterposition in mehr oder weniger je nach Zweckmäßigkeit
ausreichend quantifizierter Form vor.
Dem
folgend wird gemäß dem hier
vorgeschlagenen Konzept die zunächst
eingenommene räumlich
absolut-feste Betrachterposition nicht notwendigerweise als endgültige Betrachterposition
angenommen, sondern lediglich als vorläufige Betrachterposition, insbesondere
zur Bestimmung der zeitlichen Korrelation, verwendet.
Dem
nachfolgend wird eine zum Auswertevolumen räumlich relativfeste Betrachterposition
für das
wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen
zweiten Zeitpunkt ermittelt.
Insbesondere
kann in einer Weiterbildung die räumlich relativfeste Betrachterposition
bezüglich einer
für die
Translation des Auswertevolumens oben erläuterten maßgeblichen Position einen Abstand wahren,
der für
den ersten Zeitpunkt und den wenigstens zweiten Zeitpunkt beispielsweise
konstant ist oder in akzeptablem Rahmen liegt. Die maßgebliche Position
ist beispielsweise eine Schwerpunktposition oder ein interessierendes
Voxel oder eine Grenze des Auswertevolumens. Vorzugsweise ist der
genannte Abstand für
die gesamte Vielzahl von Zeitpunkten konstant oder in einem akzeptablem
Rahmen. Ein akzeptabler Rahmen wäre
beispielsweise dadurch gegeben, dass eine Abweichung von einem konstanten
Abstand nicht mehr als ein Bruchteil eines Durchmessers eines Auswertevolumens,
z. B. weniger als 20%, beträgt
und gleichzeitig die Betrachterposition immer innerhalb des Auswertevolumens
verbleibt.
Das
hier vorgestellte Konzept eines neuartigen Verfahrens zur Bilddarstellung
und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung sieht
also in einer Weiterbildung praktisch für jeden Zeitpunkt die Bestimmung
eines räumlich
relativ-festen Koordinatensystems gegenüber dem Auswertevolumen in
Form einer räumlich
absolut-festen Betrachterposition vor.
Darauf
basierend erfolgt eine Darstellung des Auswertevolumens aus einer
Perspektive der räumlich
relativ-festen Betrachterposition für das wenigstens eine weitere
3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt. Erst
durch die oben genannten Verfahrensschritte ist nämlich eine
Darstellung des Auswertevolumens aus einer Perspektive innerhalb
des Auswertevolumens möglich,
also aus einer Perspektive der räumlich
relativ-festen Betrachterposition. Vorteilhaft ist bei dieser Art
der Darstellung des Auswertevolumens gemäß dem neuen Konzept sichergestellt,
dass sich eine Betrachterposition für den gerade perspektivisch
zu sehenden Volumenabschnitt eines Auswertevolumens in relativer Ruhe
liegt.
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das Verfahren
zur Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung zu realisieren.
Insbesondere
ist es, wie im Rahmen obiger Weiterbildung bereits erläutert, vorgesehen,
eine Vielzahl von räumlich
relativfesten Betrachterpositionen für die Vielzahl von zeitlich
gestaffelten 3D-Datenvolumina zu der Vielzahl von Zeitpunkten zu
ermitteln und das Auswertevolumen jeweils aus einer Perspektive
einer räumlich
relativ-festen Betrachterposition darzustellen. Es wird also praktisch
zu jedem der Vielzahl von Zeitpunkten eine geeignete, räumlich relativ-feste
Betrachterposition für
die perspektivische Volumendarstellung im Inneren des Auswertevolumens
ermittelt. Mit einer solchen Maßnahme
ist es beispielsweise möglich,
in einem Kardio-Volumen-Datensatz, der zeitlich zyklisch wiederholt
wird und das schlagende Herz darstellt, mittels einer Fly-Through-Methode
durch die Gefäße und die Herzkammern
zu "fliegen". So kann zum Beispiel
die Innenansicht einer Koronararterie, in der man sich befindet,
gezeigt werden, obwohl sich die Arterie absolut durch den Herzschlag
bewegt, weil das hier vorgestellte Konzept sicherstellt, dass sich
die räumlich relativfeste
Betrachterposition in ihrer relativen Lage immer innerhalb der Arterie
befindet. Dieses Beispiel zeigt, dass nicht in jeder Weiterbildung
des Verfahrens notwendigerweise ein konstanter Abstand der räumlich relativ-festen
Betrachterposition zu einer maßgeblichen
Position des Auswertevolumens gewahrt sein muss. Dies wäre zwar
zu bevorzugen, denn auf diese Weise könnte nämlich in einer besonders vorteilhaften
Bilddarstellung beispielsweise ausschließlich eine Kontraktion und
Expansion des Auswertevolumens dargestellt werden, wobei die Bewegung
des Auswertevolumens völlig
frei ist von einer absolut-translatorischen Bewegung des Auswertevolumens
als solchem.
Dennoch
kann auch bei einer solchen Weiterbildung ein Abstand einer räumlich relativ-festen Betrachterposition
gegenüber
einer maßgeblichen Position
des Auswertevolumens variiert werden. In jedem Fall garantiert das
hier vorgestellte neue Konzept jedoch, dass die räumlich relativ-feste
Betrachterposition innerhalb des Auswertevolumens verbleibt. In
diesem Sinne ist die Betrachterposition also zum Auswertevolumen
räumlich
relativ-fest. Dies stellt für
jeden der Vielzahl von Zeitpunkten eine geeignete perspektivische
Volumendarstellung im Inneren des Auswertevolumens sicher.
Vorzugsweise
erfolgt die Bilddarstellung aus der Perspektive einer räumlich relativ-festen
Betrachterposition und unter Vorgabe eines Suchstrahls als ein zweidimensionales
Bild.
Insbesondere
können
weitere Maßnahmen zur
Erzeugung eines 3D-Effektes
bei einer perspektivischen Volumendarstellung getroffen werden.
Als
besonders zweckmäßig hat
sich eine Bilddarstellung in Form zweier oder mehrerer zweidimensionaler
Bilder unter Verwendung zweier oder mehrerer räumlich vergleichsweise leicht
zueinander verschobener relativ-fester Betrachterpositionen erwiesen.
Vorzugsweise ist dabei jeder der vergleichsweise leicht zueinander
verschobenen relativ-festen Betrachterpositionen ein Suchstrahl
zugeordnet. Insbesondere kreuzen sich die Suchstrahlen, vorzugsweise
in einer zweckmäßig gewählten Entfernung. Die
zwei oder mehreren Bilder können
getrennt einem linken und rechten Auge eines Betrachters zugeführt werden
und ergeben eine direkte anschauliche perspektivische Volumendarstellung
mit einem wirkungsvollen 3D-Effekt.
In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt
eine räumlich-zeitliche (4D)-Bilddarstellung
in Form einer virtuellen Endoskopie. Mit dem hier vorgestellten
Konzept ist es erstmals möglich,
mit Methoden der perspektivischen Volumendarstellung, also insbesondere
mithilfe der vir tuellen Endoskopie, des Fly-Through oder der "Vessel-View"-Methode ein zeitlich in mehr oder weniger
stark translatorischer Bewegung befindliches Auswertevolumen im
Inneren zu untersuchen, ohne dass die Betrachterposition durch die
räumlich-translatorische
Bewegung des Auswertevolumens aus dem Inneren des Auswertevolumens
gerät.
Das hier vorgestellte Konzept ermöglicht darüber hinaus eine Vielzahl von
4D-Bilddarstellungs- und -verarbeitungsmöglichkeiten, die vorzugsweise
aus der Perspektive einer, insbesondere räumlich relativfesten, Betrachterposition
und unter Vorgabe eines Suchstrahls als ein zweidimensionales Bild
erfolgt.
Dabei
lässt sich
ein in vielerlei Hinsicht beeinflussbares Bewegtbild sequentiell
oder interaktiv verarbeiten und darstellen.
In
einer Weiterbildung kann die Bilddarstellung für die Vielzahl von räumlich relativ-festen
Betrachterpositionen und einem ausgewählten Zeitpunkt erfolgen, so
dass das zweidimensionale Bild als ein räumlich veränderliches Bewegtbild vorliegt. Es
kann also für
einen festen, ausgewählten
Zeitpunkt ein Fly-Through durch das Auswertevolumen vorgenommen
werden.
Insbesondere
im Rahmen einer Anwenderinteraktion ist dabei vorteilhaft eine räumliche
Navigationsmöglichkeit
innerhalb eines 3D-Datenvolumens für einen ausgewählten Zeitpunkt
vorgesehen. Dies betrifft insbesondere eine räumliche Navigationsmöglichkeit
innerhalb des Auswertevolumens. Dem Anwender ist es also möglich zu
einem festen, ausgewählten
Zeitpunkt, beispielsweise per Maus oder Joystick, Ansichten einer
räumlichen
Sequenz Bild für
Bild durchzublättern
oder je nach Wunsch zwischen ausgewählten Ansichten zu springen.
Das
hier vorgestellte Konzept erlaubt nunmehr eine ganz ähnliche
Einflussnahme innerhalb der räumlich-zeitlichen
4D-Bilddarstellung
entlang der Zeitachse. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die
Bilddarstellung für
die Vielzahl von Zeitpunkten und einer ausgewählten, insbesondere räumlich relativ-festen,
Betrachterposition erfolgt, so dass das zweidimensionale Bild als
ein zeitlich veränderliches Bewegtbild
vorliegt. Bei dieser Art der Weiterbildung kann besonders vorteilhaft
erreicht werden, dass eine räumlich-absolute
translatorische Bewegung des Auswertevolumens völlig eliminiert wird, so dass ausschließlich eine
Relativbewegung des Auswertevolumens relativ zur räumlich relativ-festen
Betrachterposition sichtbar ist und diagnostiziert werden kann.
Dies betrifft jede Art einer Kontraktion, Expansion oder einer sonstigen
Relativbewegung innerhalb des Auswertevolumens oder des Auswertevolumens selbst.
Vorzugsweise
ist für
diagnostische Zwecke eine variable einstellbare Geschwindigkeit
für den Ablauf
des zeitlich veränderlichen
Bewegtbildes vorgesehen. Insbesondere ist dem Anwender eine zeitliche
Navigationsmöglichkeit
innerhalb eines 3D-Datenvolumens für eine ausgewählte, insbesondere räumlich relativ-feste,
Betrachterposition zur Verfügung
gestellt. Besonders vorteilhaft ist dem Anwender eine zeitliche
Navigationsmöglichkeit
innerhalb des Auswertevolumens zur Verfügung gestellt. Unter einer
zeitlichen Navigationsmöglichkeit
ist eine Navigationsmöglichkeit
bzw. Einflussnahme des Anwenders entlang der Zeitachse zu verstehen.
Er kann per Maus oder Joystick, Ansichten einer zeitlichen Sequenz
Bild für
Bild durchblättern
oder je nach Wunsch zwischen ausgewählten Ansichten springen.
Im
Rahmen einer Weiterbildung kann beispielsweise die Zeit im Vergleich
zur Echtzeit verlangsamt oder beschleunigt werden, um z. B. schnelle
Herzbewegungen oder langsame Kolonbewegungen besser beurteilen zu
können.
Ein Anwender kann auch schrittweise oder kontinuierlich auf der
Zeitachse vor- und zurückgehen.
Im
Rahmen zukünftiger
Anwendungen hat das hier vorgeschlagene Konzept im Rahmen des pVR
hohes Potential. Insbesondere er weist sich das hier vorgeschlagene
Konzept bei einem bildgebenden Verfahren als vorteilhaft, bei dem
eine 3D-Bilddarstellung in Form einer virtuellen Endoskopie erfolgt.
Bei solchen virtuellen endoskopischen Ansichten, die auch als endoluminale
Ansichten bezeichnet werden, handelt es sich praktisch um ein perspektivisches
VR. Vorrangiges Einsatzgebiet dieser Technik sind anatomische Strukturen,
die auch Endoskopen zugänglich
sind. Dazu zählt
beispielsweise der Bronchialbaum, größere Gefäße, das Kolon und das Nasennebenhöhlensystem.
Darüber
hinaus wird sie auch in Bereichen wie den Nierenzisternen und im Gastrointestinalbereich,
die Endoskopen nicht direkt zugänglich
sind, eingesetzt.
Als
besonders geeignet erweist sich darüber hinaus die räumlich-zeitliche
Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung nach dem oben erläuterten Konzept gerade bei
solchen Anwendungen, die bislang nicht den klassischen Endoskopen
zugänglich
waren. Dies betrifft insbesondere Beobachtungen am Blutkreislauf,
wie Koronararterien, Hauptarterien, Venen, und dort insbesondere
die Darstellung einer Venenpumpe. Darüber hinaus ergeben sich völlig neue
Einsatzgebiete im Bereich der Herzkammern und der Herzklappen unter
dem Einfluss der Blutzirkulaton. Ebenso lässt sich mit dem hier vorgestellten
Konzept der Einfluss der Atmung auf die Bronchien untersuchen. Gerade
für Bereiche,
die bewegte Auswertevolumina betreffen, die bislang nicht Endoskopen
zugänglich waren,
erweist sich das neue Konzept als besonders vorteilhaft.
Insbesondere
erweist sich das Verfahren als vorteilhaft bei bildgebenden Verfahren
die von einem unter Verwendung eines Kontrastmittels gewonnenen
3D-Datenvolumen ausgehen. Dies betrifft insbesondere den Blutkreislauf,
also Blutgefäße und das Herz,
die Koloskopie, die Bronchioskopie und ggf. auch die Zisternoskopie.
Dazu erfolgt eine Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografiebildern
eines Kolons bzw. einer Bronchie bzw. einer Zisterne im Rahmen des
erläuterten Verfahrens.
Es sollte dennoch klar sein, dass das hier erläuterte und beanspruchte Konzept
ebenfalls nützlich
zur Bilddarstellung und -verarbeitung im Rahmen medizinischer Bildgebung
ist, bei denen das Datenvolumen unter anderen Modalitäten gewonnen
wurde.
Das
2D- oder 3D-Datenvolumen kann beispielsweise auch im Rahmen einer
Magnetresonanztomografie oder einer Kernspintomografie (MRT) gewonnen
sein. Es hat sich nämlich
gezeigt, dass auch in der MRT oftmals bewegte Auswertevolumnia zu untersuchen
sind, wobei gemäß dem vorgeschlagenen
Konzept ein Nachführen
der Betrachterposition als relativ-feste Betrachterposition varteilhaft
sein kann. Ein Beispiel wäre
eine Untersuchung von mit Kontrastmittel gekennzeichnetem bewegtem
Blut innerhalb eines Gefäßes. Dies
würde zu
einer räumlichen
Verschiebung des Signals führen,
was gemäß dem vorgeschlagenen
Konzept mit einem Nachführen
der Betrachterposition kompensiert würde. Das vorgeschlagene Konzept
erweist sich in seiner Anwendung auf die MRT umso vorteilhafter,
als die zeitliche Auflösung
der MRT zunehmend besser wird.
Ein
anderes Anwendungsgebiet wäre
die Positionen-Emissions-Tomografie
(PET).
Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mittels einem
Computertomografiegerät
gelöst,
welches wenigstens ein Bedienelement zur Durchführung des Verfahrens aufweist. Eine
solche Vorrichtung könnte
beispielsweise in Form einer so genannten "Gantry"-Röhre
mit zugehörigen
Bedienelementen realisiert sein. Ein anderes Beispiel wäre eine
Vorrichtung im Rahmen der digitalen Radiografie, insbesondere eine
so genannte "C-Bogen"-Radiografievorrichtung,
die in der Regel eine offene Vorrichtung ist. Insbesondere sind
dabei Röntgenquelle
und Detektor jeweils am Ende eines C-förmigen Bogens angebracht. In
diesem Zusammenhang hat sich der Begriff C-Bogen-Computertomografie
etabliert.
Hinsichtlich
der Vorrichtung führt
die Erfindung auch auf eine Arbeitsstation zur Bilddarstellung und
-verarbeitung von Computertomografiebildern, welche wenigstens ein
Bedienelement zur Durchführung
des oben erläuterten
Verfahrens aufweist.
Unter
einem Bedienelement ist insbesondere ein Softwaremittel, z. B. ein
Softwaremodul, Gerätetreiber,
und/oder ein Hardwaremittel, z. B. ein Joystick, eine Maus oder
eine Bildschirmoberfläche,
einzeln oder in Kombination zu verstehen, mit welchem Bedienelement
einer der oben genannten Verfahrensschritte ausgeführt und
kontrolliert werden kann.
Die
Erfindung führt
auch auf ein Computerprogrammprodukt zur Bilddarstellung und -verarbeitung
von Computertomografiebildern, welches wenigstens ein Programmmodul
zur Durchführung
des oben erläuterten
Verfahrens aufweist.
Insbesondere
kann ein Computerprogrammprodukt aufbauend auf bisher bekannte Programmprodukte
betreffend dreidimensionale perspektivische Sekundärapplikationen,
wie die "Fly-Through"-Methode, die virtuelle Endoskopie oder
die "Vessel-View"-Methode aufbauen,
derart, dass als ein Input ein räumlich-zeitliches
4D-Datenvolumen verarbeitet wird und auf dessen Grundlage Berechnungen
durchgeführt
werden. Insbesondere weist ein Computerpgrogrammprodukt darüber hinaus
ein Programmmodul zum Ermitteln einer zum Auswertevolumen räumlich relativ-festen
Betrachterposition für
das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen
zweiten Zeitpunkt auf.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
1 eine beispielhafte Anwendung
des vorgeschlagenen Konzepts im Rahmen einer besonders bevorzugten
Ausführungsform,
wobei eine räumlich
absolut-feste Betrach terposition innerhalb eines Auswertevolumens
für ein
3D-Datenvolumen zu eine ersten Zeitpunkt vorgegeben wird und eine zeitliche
Korrelation zwischen der räumlich
absolut-festen Betrachterposition und dem Auswertevolumen für ein weiteres
3D-Datenvolumen zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird;
2 einen Ablaufplan einer
besonders bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens gemäß dem vorgeschlagenen
Konzept.
1 verdeutlicht eine beispielhafte
Anwendung des Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Konzept. Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens ist am Beispiel eines 3D-Datenvolumens 1, 1' in Form eines
Kardio-Volumendatensatzes erläutert.
Der Einfachheit halber ist bei dem in 1 erläuterten
Beispiel der Umfang eines 3D-Datenvolumens 1 zu einem ersten
Zeitpunkt t1 übereinstimmend mit einem Umfang
eines 3D-Datenvolumens 1' zu
einem Zeitpunkt t2 gezeigt, weshalb beide
3D-Datenvolumina 1, 1' durch die gleiche
Box dargestellt sind. Bei dem vorliegenden Beispiel ergibt sich
das Problem, dass sich ein Auswertevolumen 3 in Form eines
Gefäßes durch
den Herzschlag in seiner Lage, also in seiner absoluten räumlichen
Position, verändert
und damit einer translatorischen Bewegung unterliegt. Während das
Gefäß im 3D-Datenvolumen
1 zum Zeitpunkt t1 als Auswertevolumen 3 vorzufinden
ist, nimmt es im 3D-Datenvolumen 1' zum Zeitpunkt t2 eine
andere Lage ein, die in der 1 gestrichelt
dargestellt ist, nämlich
die Lage des Auswertevolumens 3' im 3D-Datenvolumen 1' zum Zeitpunkt
t2. Vorliegend kennzeichnet das Auswertevolumen 3 als
auch das Auswertevolumen 3' dasselbe
Gefäß.
Das
vorliegende Verfahren gibt eine räumlich absolut-feste Betrachterposition 5 innerhalb
des Auswertevolumens 3 für das 3D-Datenvolumen 1 zum ersten
Zeitpunkt t1 vor. Würde man im Rahmen üblicher
Verfahren an der räumlich
absolut-festen Betrachterposition 5 festhalten, so würde zu einem
Zeitpunkt t2 dieselbe räumlich absolut-feste Betrachterposition 5 außer halb
des Auswertevolumens 3',
und damit außerhalb
des Gefäßes liegen.
Eine perspektivische Volumendarstellung innerhalb des Auswertevolumens 3' wäre somit
bereits zum Zeitpunkt t2 nicht mehr möglich.
Demgemäß sieht
das Verfahren im Rahmen der hier dargestellten besonders bevorzugten
Ausführungsformen
das Bestimmen einer zeitlichen Korrelation 7 zwischen der
räumlich
absolut-festen Betrachterposition 5 einerseits und dem
Auswertevolumen 3' für das weitere
3D-Datenvolumen 1' zum zweiten
Zeitpunkt t2 andererseits vor. Zum Bestimmen
der zeitlichen Korrelation zwischen der räumlich absolut-festen Betrachterposition 5 und
dem Auswertevolumen 3' wird
mindestens eine Abfrage benutzt, mit der festgestellt wird, ob sich
die räumlich
absolut-feste Betrachterposition 5 zum Zeitpunkt t2 noch innerhalb des Auswertevolumens 3' befindet. Dieses hat
sich durch den Herzschlag lediglich im Zeitpunkt t2 im
Vergleich zum Zeitpunkt t1 in seiner Lage
verändert.
Bei
der in 1 dargestellten
Ausführungsform
wird eine maßgebliche
Position des Auswertevolumens 3, 3' dadurch bestimmt, dass ein Schwerpunkt 9 für das Auswertevolumen 3 bestimmt
wird und ein Schwerpunkt 9' für das Auswertevolumen 3' bestimmt wird.
Die Abfolge von Schwerpunkten 9, 9' ist in der 1 jeweils durch eine strichpunktierte
Linie dargestellt. Beim Vergleich der Zeitpunkte t1 und t2 ist also eine Schwerpunktbewegung des Auswertevolumens 3 im
Vergleich zum Auswertevolumen 3' festzustellen. Die zeitliche Korrelation 7 wird
dadurch bestimmt, dass zum Zeitpunkt t1 ein
Abstand der räumlich
absolut-festen Betrachterposition 5 zum Schwerpunkt 9 festgestellt
wird. Zum Zeitpunkt t2 wird der Abstand
der räumlich
absolut-festen Betrachterposition 5 zum Schwerpunkt 9' festgestellt.
Im Ergebnis wird also ein unterschiedlicher Abstand zum Zeitpunkt
t1 bzw. zum Zeitpunkt t2 festgestellt,
was die zeitliche Korrelation ausmacht.
Aufgrund
dieses Ergebnisses wird eine zum Auswertevolumen 3' räumlich relativ-feste
Betrachterposition 5' für das weitere
3D-Datenvolumen 1' zum
zweiten Zeitpunkt t2 ermittelt. Dies kann
prinzipiell auf eine beliebig zweckmäßige Art und Weise erfolgen,
die vom Anwendungsfall abhängig
ist. Beim vorliegenden Beispiel der 1 wird
die räumlich
relativ-feste Betrachterposition 5' in Form eines Schwerpunktes 9' gewählt.
Die
Bestimmung des Schwerpunktes 9, 9' kann auf vielfältige Art und Weise ausgeführt werden. Dabei
sind die Einzelheiten der medizinischen Anwendung und der geometrischen
Ausbildung des Auswertevolumens 3, 3' zu berücksichtigen.
Insbesondere kann auch eine gewichtete Schwerpunktbestimmung erfolgen,
die mit einer geeigneten Wichtung bzgl. des Auswertevolumens 3, 3' arbeitet. Im vorliegenden
Beispiel wurde die räumlich
absolut-feste Betrachterposition 5 und die räumlich relativfeste
Betrachterposition 5' der
Einfachheit halber als Mittelpunkt der Öffnungsfläche 12, 12' des Auswertevolumens 3, 3' in Form eines
Gefäßes gewählt.
Die
Betrachterposition 5, 5' ist beispielhaft in Form eines
mit dem dargestellten Auswertevolumen 3, 3' mitbewegten
räumlich
relativ zum Auswertevolumen 3, 3' festen Koordinatensystem 11, 11' gewählt, das
beim vorliegenden Beispiel als ein mit dem Auswertevolumen 3, 3' mitbewegtes
Schwerpunktkoordinatensystem 11, 11' gewählt ist.
Die
Bilddarstellung im Inneren des Auswertevolumens 3, 3' erfolgt aus
der Perspektive der räumlich
relativ-festen Betrachterposition 5' und der vorläufigen räumlich absolut-festen Betrachterposition 5 und
jeweils unter Vorgabe eines Suchstrahls 13, 13' im mitbewegten
Koordinatensystem 11, 11'. Dies ermöglicht insbesondere die perspektivische
Darstellung des Nahfelds um die Betrachterposition 5, 5' herum. Eine
solche pVR ist ähnlich
einer Darstellung, die man mit einem an der Betrachterposition 5, 5' angeordneten
Endoskopkopfes erreicht hätte.
Das
Verfahren wurde anhand der 1 lediglich
beispielhaft für
einen ersten Zeitpunkt t1 und einen zweiten
Zeitpunkt t2 erläutert. Die Ausführung des
Verfahrens kann sich in der Praxis durchaus auf zwei Zeitpunkte
oder eine Anzahl von geeignet gewählten Zeitpunkten beschränken.
Beim
vorliegenden Beispiel impliziert das Verfahren gemäß dem neuen
Konzept ein Ermitteln einer nicht näher dargestellten Vielzahl
von räumlich relativ-festen
Betrachterpositionen ähnlich
der Betrachterposition 5'.
Besonders
vorteilhaft wird das Verfahren in der hier erläuterten Weise also für eine Vielzahl
von nicht dargestellten Zeitpunkten ti,
i = 1, 2, 3,... durchgeführt.
In dem Fall wird eine Vielzahl von räumlich relativ-festen Betrachterpositionen, ähnlich der
Betrachterposition 5',
für die
Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina, ähnlich dem
Datenvolumen 1',
zu der Vielzahl von Zeitpunkten ti ermittelt und
jeweils ein Auswertevolumen, ähnlich
dem Auswertevolumen 3',
jeweils aus einer Perspektive einer räumlich relativfesten Betrachterposition, ähnlich der Betrachterposition 5', dargestellt.
Vorteilhafterweise führt
dies bei dem dargestellten Beispiel zu einer räumlich-zeitlichen 4D-Darstellung
eines zu diagnostizierenden Gefäßes in Form
einer virtuellen Endoskopie. Die Bilddarstellung erfolgt als ein
zweidimensionales Bild mit räumlich-perspektivischem
Effekt.
Über das
vorliegende Beispiel hinausgehend kann auf Grundlage der bestimmten
zeitlichen Korrelation 7 zwischen den Zeitpunkten t1, t2,... ti, i = 1, 2, 3... praktisch jede absolut
räumliche
translatorische Bewegung des Auswertevolumens 3, 3' – hier in Form
eines Gefäßes – aus der
4D-Bilddarstellung eliminiert werden. Damit kann aus Sicht einer
räumlich relativfesten
Betrachterposition 5, 5', also im Rahmen eines mitgeführten, aber
relativ zum Auswertevolumen 3, 3' festen Koordinatensystems 11, 11' jede tatsächliche
Veränderung
des in 1 dargestellten Gefäßes – beispielsweise
eine Kontrak tion oder eine Expansion oder andere interessante Vorgänge innerhalb
des Gefäßes – authentisch
dargestellt werden. Durch die Darstellung des Gefäßes ohne
störende translatorische
Effekte ergeben sich eine Vielzahl wertvoller diagnostischer Möglichkeiten.
Insbesondere kann eine Bilddarstellung für die Vielzahl von Zeitpunkten
ti, i = 1, 2, 3..., und für eine ausgewählte räumlich relativ-feste
Betrachterposition 5, 5' so erfolgen, dass das zweidimensionale
Bild als ein zeitlich veränderliches
Bewegtbild vorliegt. Dieses Bewegtbild kann mit einer variabel einstellbaren
Geschwindigkeit ablaufen oder der Anwender kann das Bewegtbild Seite
für Seite,
d. h. Zeitschritt für
Zeitschritt ti, durchblättern.
Bei
der hier dargestellten Ausführungsform des
Verfahrens wird also zu jedem Zeitpunkt t1,
t2,... ti, i = 1,
2, 3..., eine geeignete Betrachterposition 5, 5', insbesondere
eine geeignete räumlich
relativ-feste Betrachterposition 5', für eine perspektivische Darstellung
des Gefäßes aus
einem mitbewegten Koordinatensystem 11, 11' heraus und
unter Nutzung eines entsprechenden Suchstrahls 13, 13' ermittelt. Die
Betrachterposition 5, 5' liegt für den gerade perspektivisch
zu sehenden Volumenabschnitt des Auswertevolumens 3, 3' in relativer
Ruhe. Die vorliegende Ausführungsform
erlaubt auf diese Weise die Innenansicht einer Koronararterie, in
der man sich befindet, obwohl sich die Arterie absolut durch den Herzschlag
bewegt, weil die Betrachterposition 5, 5' innerhalb der
Arterie liegt.
2 zeigt einen Ablaufplan
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens der Computertomographie ausgehend von einem unter
Verwendung eines Kontrastmittel gewonnenen 3D-Datenvolumens. Nach
dem Start 21 Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt 23 ein
Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina V1, V2, V3,...
Vi zu einer Vielzahl von Zeitpunkten t1, t2, t3,...
ti, wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen Vi einem Zeitpunkt ti zugeordnet
ist. Dabei steht der Index i für natürliche Zahlen
1, 2, 3 usw., ggf. bis zu einer maximalen Zahl n, und numeriert
die 3D-Datenvolumina Vi und die Zeitpunkte
durch.
Im
Verfahrensschritt 25 erfolgt das Vorgeben einer räumlich absolut-festen
Betrachterposition O1 innerhalb eines Auswertevolumen
für wenigstens
ein 3D-Datenvolumen V1 zu einem ersten Zeitpunkt
t1. Die Betrachterposition O1 kann
beispielsweise in Form einer Betrachterposition 5 der 1 gewählt sein. Das Auswertevolumen
kann beispielsweise in Form eines Auswertevolumens 3 der 1 gewählt sein.
Im
Verfahrensschritt 27 erfolgt das Bestimmen einer zeitlichen
Korrelation zwischen der räumlich
absolut-festen Betrachterposition O1 und
dem Auswertevolumen für
wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen V2 zu
wenigstens einem zweiten Zeitpunkt t2. Die
Korrelationen sind im Verfahrensschritt 27 beispielhaft
zwischen einer Betrachterposition O1 und
einem 3D-Datenvolumen V3 und zwischen einer
Betrachterposition O1 und einem 3D-Datenvolumen
Vi, i = 1, 2, 3..., dargestellt.
Im
Verfahrensschritt 29 erfolgt ein Ermitteln einer zum Auswertevolumen
räumlich
relativ-festen Betrachterposition O2, O3 für
weitere 3D-Datenvolumian V2, V3,...
Vi für
zweite Zeitpunkte t2, t3,...
Vi. Die räumlich relativ-feste Betrachterposition
Oi kann beispielsweise in Form einer in 1 dargestellten räumlich relativ-festen
Betrachterposition 5' für das Auswertevolumen 3' gewählt sein.
Im
Verfahrensschritt 31 erfolgt das Darstellen des Auswertevolumens
aus einer Perspektive der Betrachterposition O1,
O2, O3,... Oi für
die 3D-Datenvolumina V1, V2,
V3,... Vi zu den
Zeitpunkten t1, t2,
t3,... ti, i = 1,
2, 3,...
Das
Verfahren kann bis zum Ende 35 durch eine Vielzahl von
Darstellungs- und Interaktionsmöglichkeiten
für das
zweidimensionale zeitlich veränderliche
Bewegtbild ergänzt
werden, beispielsweise durch eine Interaktion des Anwenders im Ver fahrensschritt 33,
bei der ein Ablauf des zeitlich veränderlichen Bewegtbildes mit
variabler Geschwindigkeit einstellbar ist oder das Bewegtbild Seite
für Seite durchgeblättert werden
kann.
Die
in 2 dargestellten Verfahrensschritte 21 bis 35 können auch
ein Bedienelement zur Durchführung
des Verfahrens bei einem Computertomographiegerät oder einer Arbeitsstation
zur Bilddarstellung und Verarbeitung von Computertomographiebildern
darstellen. Insbesondere können
die in 2 dargestellten
Verfahrensschritte 21 bis 35 ein Programmmodul
zur Durchführung
des Verfahrens bei einem Computerprogrammprodukt zur Bilddarstellung
und Verarbeitung von Computertomographiebildern darstellen. Insbesondere
kann der Verfahrensschritt 29 als ein Programmmodul bei
einem Computerprogrammprodukt aufgefasst werden, wobei das Programmmodul
eine zum Auswertevolumen räumlich
relativ-feste Betrachterposition O2, O3... Oi für das wenigstens
eine weitere 3D-Datenvolumen V2, V3... Vi zu einem
wenigstens zweiten Zeitpunkt t2, t3... ti ermittelt.
Um
eine vorteilhafte räumlich-zeitliche
Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen
Volumendarstellung zu ermöglichen
sieht ein Verfahren im Rahmen des neuen Konzepts folgende Verfahrensschritte
vor:
- – Verfahren
zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer
perspektivischen Volumendarstellung, aufweisend die Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen
einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina 1, 1', Vi zu
einer Vielzahl von Zeitpunkten t1, t2, ti, wobei jeweils
ein 3D-Datenvolumen 1, 1', Vi, einem
Zeitpunkt t1, t2,
ti zugeordnet ist,
- – Vorgeben
einer räumlich
absolut-festen Betrachterposition 5, Oi innerhalb
eines Auswertevolumens 3 für wenigstens ein 3D-Datenvolumen 1, V1 zu einem ersten Zeitpunkt ti,
- – Bestimmen
einer zeitlichen Korrelation 7 zwischen der räumlich absolut-festen
Betrachterposition 5, O1 und dem
Aus wertevolumen 3' für wenigstens
ein weiteres 3D-Datenvolumen 1', Vi zu wenigstens
einem zweiten Zeitpunkt t2, ti,
- – Ermitteln
einer zum Auswertevolumen 3' räumlich relativfesten
Betrachterposition 5',
Oi für
das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen 1', Vi zu
dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt t2,
ti,
- – Darstellen
des Auswertevolumens 3' aus
einer Perspektive der räumlich
relativ-festen Betrachterposition 5', Oi für das wenigstens
eine weitere 3D-Datenvolumen 1', Vi zu
dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt t2,
ti.