DE102008013908B4

DE102008013908B4 - Automatische Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals und/oder Objekts in einem Hohlorgan

Info

Publication number: DE102008013908B4
Application number: DE102008013908.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gündel Lutz
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2016-11-03
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: DE102008013908A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts in einem Hohlorgan (1) mit mindestens folgenden Schritten: – Generierung von Bilddaten (BDH), die die Struktur des Hohlorgans (1) repräsentieren, – Generierung von Bilddaten (BDV), die die Struktur eines Versorgungsorgans (3) des Hohlorgans (1) repräsentieren, – Identifizierung von Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) des Versorgungsorgans auf Basis der Bilddaten (BDV) des Versorgungsorgans (3), – Zuweisung von definierten Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zu einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgans (1), – Unterteilung des Hohlorgans (1) in einzelne Abschnitte auf Basis der Versorgungsbereiche und – Zuordnung des Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts zu einem Abschnitt (7a, 7b, 7c, 7d, 7e).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals und/oder Objekts in einem Hohlorgan. Außerdem betrifft sie eine Vorrichtung zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals und/oder Objekts in einem Hohlorgan.
In der klinischen Praxis ist es oftmals notwendig, Gewebemerkmale oder andere Objekte innerhalb eines Hohlorgans zu detektieren und ihre Position zu klassifizieren. So ist das Auffinden von Fremdkörpern, beispielsweise von Gegenständen, die ein Patient versehentlich verschluckt hat und die sich innerhalb des Verdauungstrakts befinden, oder von Gewebemerkmalen wie Läsionen, beispielsweise Polypen oder Tumoren, der erste Schritt zur Beseitigung derselben. Häufig ist die Person, die ein solches Objekt oder Gewebemerkmal mittels bildgebender Verfahren detektiert – üblicherweise ein Radiologe – nicht die Person, die es auch im nächsten Schritt durch einen Eingriff entfernt. Es ist daher von essentieller Bedeutung, dass die behandelnde Person, also diejenige, die den Eingriff vornimmt, vorab genau weiß, an welcher Stelle des Hohlorgans sie das Gewebemerkmal oder den Fremdkörper vorfindet.
Die DE 10 2007 003 260 A1 schlägt ein Verfahren zum Markieren und Identifizieren von Lymphknoten in medizinischen Bildern, beispielsweise im Umfeld einer Lunge und einer Aorta oder im Umfeld eines Darms vor. Dabei wird der Ort des Lymphknotens relativ zu den anderen Organen, die im medizinischen Bild erkennbar sind, bestimmt. Aus dieser Ortsbestimmung werden Klassifizierungsmerkmale des Lymphknotens abgeleitet, um ein geeignetes Etikett für den Knoten zu bestimmen. Dieses Verfahren befasst sich also mit auffälligen Gewebestrukturen, die typischerweise außerhalb eines Hohlorgans liegen.
Eine Positionsklassifizierung ist insbesondere dann erschwert, wenn es sich bei dem Hohlorgan um ein sehr flexibles Organ handelt, dessen Ausformung und Position im Körper eines Patienten von Person zu Person unterschiedlich ist. Zu solchen flexiblen Organen zählen beispielsweise verschiedene längere Blutgefäße, insbesondere jedoch der Dickdarm. Außer an drei definierten Fixpunkten ist der Dickdarm flexibel in der Bauchhöhle positioniert und von Patient zu Patient unterschiedlich in Form und Größe ausgebildet. Zudem ist es bei Tumoren im Darmbereich notwendig, nicht nur das Hohlorgan selbst (bzw. Teile davon) zu entfernen, sondern zusätzlich Teile des umliegenden Parenchyms, d. h. des den Darm umgebenden Funktionsgewebes inklusive des Lymphgewebes, in das Tumoren abstrahlen können.
Ein behandelnder Arzt benötigt von der vorbehandelnden Person die Angabe, wie weit in welchem Segment sich ein Gewebemerkmal bzw. Objekt befindet. Die klassische Möglichkeit der Positionsklassifizierung von Gewebemerkmalen bzw. Objekten im Dickdarm erfolgt durch Inaugenscheinnahme durch einen Arzt rein auf Basis seiner Behandlungserfahrung. Eine genauere oder automatische Positionsklassifizierungsmethode existierte bisher nicht. Neuere Verfahren erlauben zwar die automatische Erkennung von Läsionen in Computertomographie- oder Magnetresonanztomographie-Bilddaten, doch ihre Position muss derzeit durch einen Bediener des Systems klassifiziert werden.
Derzeit wird der Dickdarm in Abschnitte unterteilt, die den typischen Verlauf des Organs widerspiegeln: Rektum, Sigmoid, Colon descendens, linke Flexur, Colon transversum, rechte Flexur, Colon ascendens und Caecum. Diese lateinischen Bezeichnungen leiten sich aus der Ausrichtung der Abschnitte im Raum (absteigend, absteigend, transversal) ab oder definieren Fixpunkte. In der DE 10 2005 016 258 A1 wird ein Positionsbestimmungsverfahren innerhalb eines Dickdarms beschrieben, wobei hier der Ort beispielsweise einer Läsion auf Basis der Distanz vom Rektum ermittelt wird.
Derartige Klassifizierungen berücksichtigen jedoch nicht die Problematik, dass der Dickdarm – genau wie viele andere Organe – bei einem Krankheitsbefall nicht isoliert betrachtet werden kann, sondern das umgebende Funktionsgewebe und insbesondere darin enthaltende Gefäße bei einer Gesamtbetrachtung eine entscheidende Rolle spielen.
Es ist daher Aufgabe der folgenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe eine automatische Positionsklassifizierung möglich ist, die zudem genau ist, nur geringe Kosten verursacht und eine Betrachtung des Hohlorgans in seinem Gesamtzusammenhang ermöglicht. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit Hilfe derer eine automatische Positionsklassifizierung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 und durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 16 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals und/oder Objekts in einem Hohlorgan sieht mindestens folgende Schritte vor:

– Generierung von Bilddaten, die die Struktur des Hohlorgans repräsentieren,
– Generierung von Bilddaten, die die Struktur eines Versorgungsorgans des Hohlorgans repräsentieren,
– Identifizierung von Versorgungssträngen des Versorgungsorgans auf Basis der Bilddaten des Versorgungsorgans,
– Zuweisung von definierten Versorgungssträngen zu einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgangs,
– Unterteilung des Hohlorgans in einzelne Abschnitte auf Basis der Versorgungsbereiche und
– Zuordnung des Gewebemerkmals und/oder Objekts zu einem Abschnitt.

Als automatische Positionsklassifizierungen sollen im Folgenden voll-, aber auch halbautomatische Klassifizierungsverfahren verstanden werden. Das zuständige medizinische Personal könnte beispielsweise bei der Klassifizierung der Position eines Gewebemerkmals bzw. Objekts mindestens so weit automatisch unterstützt werden, dass ihm Abschnitte vordefiniert werden, die man ggf. noch in ihren Abgrenzungen verschieben kann und innerhalb derer man ggf. die Position eines Gewebemerkmals bzw. Objekts ermitteln kann.
Die erwähnten Bilddaten repräsentieren in diesem Verfahren vorzugsweise die räumlichen Strukturen des Hohlorgans und/oder des Versorgungsorgans. Unter solchen Bilddaten können sowohl Volumenbilddaten verstanden werden als auch Bilddaten aus mehreren parallelen oder sich in ihren Ebenen schneidenden Schnitten, die so zueinander angeordnet sind, dass mit Hilfe von Interpolationsverfahren eine näherungsweise Abbildung der räumlichen Struktur möglich ist. Die Bilddaten können sowohl die Struktur des Hohlorgans bzw. des Versorgungsorgans selbst repräsentieren als auch ihre jeweilige Anordnung im Raum.
Zum Beispiel werden mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens Bilddaten eines Dickdarms akquiriert, die dieses Hohlorgan in seiner Räumlichkeit darstellen. Als bildgebende Verfahren kommen etwa die Computertomographie oder die Magnetresonanztomographie in Frage. Prinzipiell können aber auch mittels einer, beispielsweise rektal eingeführten, Sonde Bilddaten gewonnen werden. Zusätzlich hierzu werden Bilddaten des Versorgungsorgans des Dickdarms, zum Beispiel der Blutgefäße, insbesondere der Arterien, generiert und Versorgungsstränge, d. h. in diesem Falls Verästelungen der Hauptversorgungsarterie Arteria mesenterica superior identifiziert und Versorgungsbereichen des Dickdarms zugewiesen. Als Versorgungsbereich des Hohlorgans wird der Bereich definiert, der von einem Versorgungsstrang mit Stoffen, hier also Blut, versorgt wird. Bei Computertomographie- oder Magnetresonanzverfahren werden in der Regel Bilddaten des Hohlorgans, des Versorgungsorgans und des Funktionsgewebes in einem Scandurchlauf zusammen akquiriert.
Unter Versorgungsorganen werden hier und im Folgenden all diejenigen Organe verstanden, die ein betreffendes Hohlorgan mit Stoffen versorgen oder Stoffe davon abtransportieren. In erster Linie sind dies die Blut- und Lymphgefäße. Bei den Blutgefäßen sind neben den Arterien, die Blut zum Hohlorgan transportieren, explizit auch die Venen, die Blut vom Hohlorgan wegtransportieren inbegriffen, da sie beispielsweise Krankheitserreger oder Krebszellen vom Hohlorgan weiter in den ganzen Körper befördern können und daher ggf. bei einer Extraktion des Hohlorgans oder von Teilen desselben gezielt mit entnommen werden müssen, um ein sogenanntes „Ausstrahlen” oder eine Metastasenbildung zu verhindern.
Auf Basis der Versorgungsbereiche erfolgt in der Folge die Unterteilung des Dickdarms in einzelne Abschnitte. Dabei können die Abschnitte jeweils durch einen Versorgungsbereich definiert werden und/oder mehrere Versorgungsbereiche zu einem Abschnitt zusammengefasst werden. Die dahinter stehende Logik kann in Abhängigkeit vom Hohlorgantyp unterschiedlich sein und hängt in der Regel stark von der Art des Versorgungsorgans ab, dessen Versorgungsstränge abgebildet werden, und welcher Grad der Verästelungen des Versorgungsorgans als Versorgungsstränge definiert wird. Es können auch gleichzeitig unterschiedliche Verästelungsgrade des Versorgungsorgans zu Definition von Versorgungsbereichen verwendet werden, je nachdem, was im Anwendungsfall sinnvoll erscheint und bis zu welchem Grade die Verästelungen im jeweiligen bildgebenden Verfahren abbildbar sind.
Im letzten Schritt des Verfahrens wird schließlich ein Gewebemerkmal, etwa eine Läsion, oder ein Objekt, die bzw. das ebenfalls durch das bildgebende Verfahren sichtbar gemacht wurde, einem der Abschnitte zugeordnet. So kann eine automatisiert generierte Angabe aufgrund des Verfahrens zum Beispiel lauten, dass eine Läsion in einem Abschnitt des Dickdarms zu finden ist, der im Versorgungsbereich der Arteria colica media liegt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der automatischen Positionsklassifizierung im Vergleich zu der rein erfahrungsbasierten Befundung gemäß dem Stand der Technik. Durch diese Automatisierung wird ein von einem Bediener unabhängiger Standard gesetzt, der es ermöglicht, dass die Positionsangabe zu einem späteren Zeitpunkt, zum Beispiel für ein Positioniersystem bei der Behandlung einer Läsion, wieder verwendet werden kann. Weiterhin ermöglicht das Verfahren gleichzeitig eine automatische Zuordnung der Läsion zu den jeweiligen Versorgungssträngen für den betroffenen Abschnitt des Hohlorgans, so dass diese Versorgungsstränge beispielsweise in eine Operationsplanung mit einbezogen werden können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals und/oder Objekts in einem Hohlorgan weist mindestens auf:

– eine Hohlorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von Bilddaten, die die Struktur des Hohlorgans repräsentieren,
– eine Versorgungsorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von Bilddaten, die die Struktur eines Versorgungsorgans des Hohlorgans repräsentieren,
– eine Identifizierungseinheit zur Identifizierung von Versorgungssträngen des Versorgungsorgans,
– eine Zuweisungseinheit zur Zuweisung von Versorgungssträngen zu einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgans,
– eine Unterteilungseinheit zur Unterteilung des Hohlorgans in einzelne Abschnitte,
– eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung des Gewebemerkmals und/oder Objekts zu einem Abschnitt und
– eine Ausgangsschnittstelle für Zuordnungsdaten.

Die Eingangsschnittstellen können zum Beispiel als Eingangsbuchsen einer Rechnereinheit ausgestaltet sein. Sie können einzelne Einheiten bilden oder als eine gemeinsame Schnittstelle für die Bilddaten des Hohlorgans und des Versorgungsorgans ausgebildet sein. Von ihnen gelangen Bilddaten des Hohlorgans und des Versorgungsorgans, beispielsweise Bilddaten, die in einem oben beschriebenen bildgebenden Verfahren generiert wurden, in die Identifizierungseinheit bzw. die Zuweisungseinheit. Mit Hilfe der Identifizierungseinheit, der Zuweisungseinheit, der Unterteilungseinheit und der Zuordnungseinheit wird das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht. Die dabei generierten Daten werden nach Durchlaufen dieses Prozesses über eine Ausgangsschnittstelle, beispielsweise einen Ausgangsstecker weitergegeben, z. B. an eine Visualisierungsvorrichtung. Hierunter wird jedes Gerät verstanden, welches dazu geeignet ist, die Daten visuell darzustellen, beispielsweise ein Monitor oder ein Drucker. Dabei sind mit visuellen Darstellungen nicht nur Bilder oder bildähnliche grafische Darstellungen gemeint, sondern auch Zahlenangaben oder ein Text, welcher die Positionsklassifizierung mit Worten oder Koordinaten wiedergibt.
Die Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardwarekomponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise wenn die Daten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung einer anderen Bildbearbeitungseinheit oder dergleichen, übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen auch aus Hardware- und Softwarekomponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardwareschnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird.
Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Identifizierungseinheit, die Zuweisungseinheit, die Unterteilungseinheit und die Zuordnungseinheit, ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden.
Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, welches in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird. Dies ist insoweit vorteilhaft, da durch eine Softwareinstallation auch bereits vorhandene geeignete, in der Medizintechnik eingesetzte Bildbearbeitungssysteme, beispielsweise eine Bildrekonstruktions- und/oder Bildverarbeitungsseinrichtung zur Erzeugung oder Bearbeitung der Bilddaten des Hohlorgans bzw. des Versorgungsorgans, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht nachgerüstet werden können. Diese Bildbearbeitungssysteme können auch Bestandteil der bildgebenden Systeme sein, mit denen die benötigten Bilddaten akquiriert werden.
Mit Hilfe der visuellen Darstellung der Daten kann ein nachfolgender Behandler schnell und zuverlässig erkennen, an welcher Position bzw. in welchem Abschnitt des Hohlorgans sich ein bestimmtes Gewebemerkmal bzw. Objekt befindet. Für ihn ergibt sich damit unter anderem der Vorteil, dass er standardisierte und verlässliche Positionsangaben erhält, unabhängig von der Person, die die Bilddaten zur Verfügung stellt. Für diese Person hingegen liegt der Vorzug einer solchen Vorrichtung beispielsweise darin begründet, dass sie von einer fehlerbehafteten, rein erfahrungsbasierten Klassifizierungsentscheidung entbunden ist und sich stattdessen besser auf das Aufgabengebiet der Generierung möglichst optimaler Organabbildungen konzentrieren kann.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die Vorrichtung zur automatischen Positionsklassifizierung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren zur automatischen Positionsklassifizierung weitergebildet sein.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn Bilddaten eines das Hohlorgan umgebenden Funktionsgewebes generiert werden und im Funktionsgewebe eine Zuweisung von Versorgungssträngen zu einzelnen Versorgungs-Umgebungsbereichen erfolgt, die die Versorgungsbereiche des Hohlorgans umgeben, und/oder von einzelnen Umgebungsabschnitten, die die Abschnitte des Hohlorgans umgeben. Diese Ausführungsform berücksichtigt also neben dem Hohlorgan und dem Versorgungsorgan auch das Parenchym des Hohlorgans, indem es mit abgebildet wird und es analog zu den Versorgungsbereichen bzw. Abschnitten des Hohlorgans in Versorgungs-Umgebungsbereiche bzw. in Umgebungsabschnitte unterteilt wird. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise ein Gesamtbild des Hohlorgans inklusive seiner Gewebeumgebung und eine sinnvolle Teilung in Bereiche, wodurch zum Beispiel die Planung einer operativen Entfernung von Teilen des Hohlorgans mitsamt einem Gewebebereich einfacher geplant und ausgeführt werden kann. Zur Realisierung dieser vorteilhaften Ausführungsform ist es notwendig, eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren Eingangsschnittstelle für Bilddaten des das Hohlorgan umgebenden Funktionsgewebes auszustatten. Diese Eingangsschnittstelle kann auch als gemeinsame Schnittstelle mit beiden oder einer der beiden Eingangsschnittstellen für Bilddaten des Hohlorgans und des Versorgungsorgans ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung, zwischen den einzelnen Abschnitten und/oder den einzelnen Umgebungsabschnitten Begrenzungen zu definieren, die gemeinsam mit dem Hohlorgan und/oder dem Funktionsgewebe und/oder dem Versorgungsorgan visualisiert werden. Durch eine Zusammenschau der Begrenzungen und des Organs, in dem diese Begrenzungen Abschnitte unterteilen, ermöglicht einem Benutzer eine schnelle und einfache Einschätzung der räumlichen Anordnung des Gewebemerkmals bzw. Objekts innerhalb dieser Begrenzungen. Es kann beispielsweise notwendig sein, zwei Abschnitte eines Hohlorgans und die dazugehörigen Umgebungsabschnitte zu extrahieren, wenn eine Läsion zu nahe an einer solchen Begrenzung liegt. Eine Unterstützung des Benutzers bei der Einschätzung der Notwendigkeiten für operative Eingriffe durch diese Art der visuellen Darstellung kann daher das Verfahren deutlich effektivieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bilddaten des Hohlorgans und/oder Versorgungsorgans mittels eines nicht-invasiven bildgebenden Verfahrens, vorzugsweise einer Computertomographie oder eines Magnetresonanzverfahrens, gewonnen. Daraus ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass sie in der Durchführung für den Patienten vergleichsweise komplikationslos sind. Grundsätzlich kann es jedoch auch sinnvoll sein, die Bilddaten des Hohlorgans oder Teile davon mittels eines invasiven bildgebenden Verfahrens zu gewinnen, zum Beispiel dann, wenn das Gewebemerkmal bzw. Objekt während der Untersuchung gleich entfernt werden soll. Dann dient die Positionsklassifizierung in erster Linie der Dokumentation der durchgeführten Entfernung, etwa zur Vervollständigung der Patientenakte.
Besonders bevorzugterweise werden die Bilddaten des Hohlorgans aus Volumenbilddaten eines das Hohlorgan umfassenden Bereichs und/oder die Bilddaten des Versorgungsorgans und ggf. des Funktionsgewebes aus Volumenbilddaten eines das Versorgungsorgan umfassenden Bereichs segmentiert. Durch die Segmentierung wird erkennbar, welche Teile der Volumenbilddaten dem Hohlorgan bzw. dem Versorgungsorgan und/oder dem Funktionsgewebe zugehören.
Üblicherweise wird beispielsweise vor der Bilddatenakquisition der Dickdarm vollkommen von Feststoffen entleert und mit Luft oder Kohlendioxid gefüllt. Dadurch soll vermieden werden, dass einzelne Bereiche des Organs kollabieren und nicht befundbar sind. Luft oder Kohlendioxid dienen zugleich der Herstellung eines hohen Kontrasts zwischen dem Dickdarm und Füllgas, so dass eine Segmentierung mittels Standardverfahren wie zum Beispiel einem Schwellenwertverfahren oder dem Region-Growing-Verfahren einfacher möglich ist. Hierbei werden die Bildvoxel des Volumendatensatzes, die zum Dickdarm gehören, getrennt von den restlichen Bildvoxeln dargestellt. Alternativ zur Füllung des Dickdarms mit Füllgas kann dem Patienten auch ein anderweitiges Kontrastmittel verabreicht werden (beispielsweise Barium oder Gastrografin), das in gleichmäßiger Mischung mit Stuhl- und Flüssigkeitsresten ebenfalls einen ausreichenden Kontrast zum Hohlorgan erzeugt. Für andere Hohlorgane werden im bildgebenden Verfahren analoge Methoden verwendet, die sich im Speziellen an der Art des Organs, an seinem Inhalt und seiner Funktion orientieren.
Die Generierung von Bilddaten des Versorgungsorgans erfolgt besonders bevorzugt unter Verwendung von Kontrastmitteln. Hierdurch lassen sich Flüssigkeiten innerhalb von Versorgungsorganen einfach sichtbar machen. Hierbei werden die in der Röntgendiagnostik üblichen, kommerziell verfügbaren und intravenös verabreichten Kontrastmittel verwendet. Das Kontrastmittel flutet über die kleine Herzkammer, die Lungenarterie, das Lungenparenchym, die Lungenvenen und die große Herzkammer die arterielle Blutgefäße und somit auch die Arterien des Versorgungsorgans an. Manche Tumoren haben bereits eine derart gute arterielle Versorgung entwickelt, dass das Kontrastmittel in ihnen visualisiert werden kann. Selbstverständlich sind hier auch Kombinationen mit Diagnoseverfahren möglich, wie z. B. die Positionenemissionstomografie, die den erhöhten Stoffwechsel von derartigen Tumoren besonders gut darstellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Formlinie des Hohlorgans auf Basis der Bilddaten bestimmt, die seine Struktur repräsentieren. Eine solche Formlinie spiegelt den Verlauf des Dickdarms wider und kann beim Ziehen von Begrenzungen der Abschnitte als Referenzlinie dienen: Bevorzugt erfolgt nämlich die Unterteilung des Hohl Organs in Abschnitte dadurch, dass Begrenzungen der Abschnitte ermittelt werden, die in einem definierten Winkel zur Formlinie stehen. Unter derartigen Begrenzungen sind zum Beispiel Ebenen zu verstehen, die in einem immer gleichen Winkel (vorzugsweise 90°) zur Formlinie gelegt werden. Damit ist vorteilhafterweise die Formlinie der Bezug für alle Begrenzungen, und der gewählte Winkel gewährleistet, dass die Abschnitte nach immer demselben Verfahren eingeteilt werden.
In der Folge können von den Begrenzungen der Abschnitte des Hohlorgans in Richtung zu einem zentralen Versorgungsstrang des Versorgungsorgans Linien und/oder Flächen eingezogen und als Begrenzungen der Umgebungsabschnitte des umgebenden Funktionsgewebes definiert werden. Als zentraler Versorgungsstrang des Versorgungsorgans wird dabei ein solcher Versorgungsstrang definiert, der einen überwiegenden Anteil – besonders vorteilhafterweise die Gesamtheit – der jeweils transportierten Stoffe für das betreffende Hohlorgan an- bzw. abtransportiert, beispielsweise eine Hauptarterie oder -vene. Von den Begrenzungen der Abschnitte des Hohlorgans wird hier eine Verlängerung in Richtung dieses zentralen Versorgungsstrangs gezogen bzw. gelegt, die vorzugsweise anfänglich eine gerade Fortführung in der Richtung der Ebene der jeweiligen Begrenzung ist. Dabei muss diese Linie bzw. Ebene nicht zwangsläufig erst an dem zentralen Versorgungsstrang, sondern wird üblicherweise bereits vor Erreichen dieses Versorgungsstrangs enden. Ihr Zweck kann nämlich beispielsweise sein, als Markierung für eine Schnittlinie bzw. Schnittebene bei einer operativen Entfernung des jeweiligen Abschnitts des Hohlorgans und des Umgebungsabschnitts zu dienen. Da es üblicherweise nicht vorgesehen ist, den zentralen Versorgungsstrang bei einer solchen Extraktion mit zu entnehmen, endet die entsprechende Markierung nicht erst beim Erreichen des zentralen Versorgungsstrangs, sondern bereits davor.
Bevorzugt wird eine Linie von dem Gewebemerkmal und/oder Objekt in demselben Winkel zur Formlinie des Hohlorgans wie die Begrenzungen der Abschnitte gezogen. Die Zuordnung des Gewebemerkmals und/oder Objekts erfolgt dann zu dem Abschnitt, innerhalb dessen Begrenzungen sich die Linie befindet. Damit bezieht sich auch die Zuordnung des Gewebemerkmals vorteilhafterweise auf dieselbe Methode wie die Ermittlung der Abschnitte. Als eine Weiterbildung der Linie vom Gewebemerkmal bzw. Objekt zur Formlinie kann das Legen einer ganzen Ebene in eben demselben Winkel (z. B. 90°), das heißt die Formlinie ist die Normale zu der Ebene) gesehen werden.
Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens mit Bestimmung einer Formlinie wird diese durch folgende Schritte bestimmt: Festlegung eines Bestimmungs-Ausgangspunkts, Bestimmung einer geraden Verbindung von dem Bestimmungs-Ausgangspunkt zu dem am weitesten entfernten Punkt im Hohlorgan, wobei die gerade Verbindung innerhalb des Hohlorgans verläuft, Bestimmung eines Folge-Ausgangspunktes, der in vordefiniertem Abstand vom Bestimmungs-Ausgangspunkt auf der geraden Linie liegt, Festlegung des Folge-Ausgangspunkts als neuen Bestimmungs-Ausgangspunkt, Wiederholung des Ablaufs in der Richtung weg vom jeweils vorherigen Ausgangspunkt so lange, bis das Ende des Hohlorgans bzw. eines relevanten Messbereichs erreicht ist. Anschließend erfolgt eine „serielle” Verbindung aller ermittelten Ausgangspunkte, d. h. in der Reihenfolge, in der sie bestimmt wurden oder umgekehrt. Mit Hilfe dieser Bestimmungsmethode wird ein einfach handhabbares Verfahren bereitgestellt, in dem die Formlinie entlang von einzelnen Punkten bestimmt wird. Die Formlinie liegt nach Durchführung des Verfahrens in Form eines Polygonzugs vor. Unter anderem bietet dieses Verfahren den Vorteil, dass die Formlinie in Form von geraden Teilstrecken vorliegt, an die immer ein Winkel zur Bestimmung der Begrenzungen der einzelnen Abschnitte angelegt werden kann. Schneidet eine Begrenzung die Formlinie genau an einem der Ausgangspunkte, so kann entweder der Winkel an die eine oder an die andere an dem Ausgangspunkt anliegende Teilstrecke angelegt werden. Wenn dies gewünscht ist, kann der Polygonzug jedoch auch geglättet werden, wodurch sich eine Kurvenlinie statt der eckigen, aus geraden Teilstrecken zusammengesetzten Formlinie ergäbe. Eine Alternative ist die Verbindung der Ausgangspunkte mit Spline-Funktionen.
Gemäß einer alternativen Variante des Verfahrens wird als Formlinie eine Mittellinie des Hohlorgans verwendet. Darunter ist die Linie zu verstehen, die sich aus den Punkten zusammensetzt, die genau im Zentrum des Hohlorgans für jeden einzelnen Querschnitt liegen. Die Verwendung dieser Linie als Formlinie bietet unter anderem den Vorteil, dass sie am genauesten den Verlauf des Hohlorgans widerspiegelt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zuordnung des Gewebemerkmals und/oder des Objekts und die Bilddaten als Ausgangsdaten für die Steuerung eines invasiven Eingriffs im Hohlorgan zur Verfügung gestellt. Die durch das Verfahren generierten Angaben sind aufgrund des automatisierten Vorgehens so genau, dass sie direkt oder indirekt für die Steuerung einer Operation genutzt werden können. Hierzu können sie entweder in eine Operationsanordnung eingespeist werden oder einem Behandler unterstützend zur Operation dienen.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Anwendung bei einem Darm, insbesondere einem Dickdarm, oder bei Teilen desselben. Wie in den bisherigen Ausführungen veranschaulicht, ist gerade der Dickdarm ein in seiner Form und Lage sehr kompliziert zu erfassendes Organ, für das eine Positionsklassifizierung nach herkömmlicher Art extrem abhängig von der Erfahrung des befundenden medizinischen Personals ist. Insofern entfaltet die Erfindung bei der Anwendung für einen Dickdarm all ihre genannten Vorteile in ganz besonderem Maße. Das Versorgungsorgan ist bevorzugt eine Arterie. Arterien sind, beispielsweise mit kontrastgebenden Verfahren, besonders gut abbildbar und stellen zudem die wichtigsten Versorgungsorgane für Hohlorgane dar, da die Menge an Versorgungsflüssigkeit, also Blut, deutlich größer ist als beispielsweise Lymphe und zudem mit deutlich höherem Druck hin zum Hohlorgan gelangt. Es ist für Behandler von zentraler Bedeutung, das Hohlorgan gemeinsam mit seinen versorgenden Arterien zu betrachten, beispielsweise um diese bei einem späteren Eingriff nicht unnötig zu verletzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterführung der Erfindung werden die Begrenzungen der Abschnitte des Hohlorgans und/oder des umgebenden Funktionsgewebes nach einer automatischen Festlegung an einen Bediener zur Modifikation oder Bestätigung ausgegeben. Die automatische Unterteilung bzw. Zuordnung schließt nicht aus, dass eine Fachperson diese Unterteilung noch modifiziert, das heißt üblicherweise die Unterteilung noch einem Finetuning unterzieht. Dadurch können die Erfahrungswerte des medizinischen Personals zusätzlich in die Positionsklassifizierung einfließen. Dabei kann vorgesehen sein, die Bandbreite, innerhalb derer der Bediener eine Modifikation vornehmen kann, in engeren oder weiteren Grenzen zu limitieren, um auf der anderen Seite grobe Fehl-Positionsklassifizierungen auszuschließen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 eine schematische räumliche Darstellung eines Dickdarms mit seinen Versorgungsarterien und seinem umgebenden Funktionsgewebe,
2 eine noch starker schematisierte räumliche Darstellung eines Dickdarms mit Versorgungsarterien und einer Unterteilung des Dickdarms in Abschnitte,
3 eine bildliche Rekonstruktion eines Dickdarms mit Formlinie und Abschnittsbegrenzungen und einem Gewebemerkmal,
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Generierung der Formlinie eines Hohlorgans,
5 eine bildliche Schnittrekonstruktion eines Dickdarms mit umgebendem Funktionsgewebe und
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein Hohlorgan, hier einen Dickdarm 1, der innerhalb eines Funktionsgewebes 4 eingebettet ist und von einem Versorgungsorgan 3 versorgt wird, nämlich einem Versorgungsarteriensystem mit einem zentralen Versorgungsstrang 6 und Versorgungssträngen in Form von Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g. Im Folgenden wird – ohne die Erfindung darauf zu beschränken – als Hohlorgan immer ein Dickdarm dargestellt, da es sich hierbei um das Hohlorgan handelt, für dessen Untersuchung die Erfindung besonders gut geeignet ist.
In der medizinischen Nomenklatur wird der zentrale Versorgungsstrang 6 als Arteria mesenterica superior bezeichnet, die erste Verästelung 5a als Arteria colica media, die zweite Verästelung 5b als Arteria colica dextra, die dritte Verästelung 5c als Arteria ileocolina, die vierte Verästelung 5d als Arteria mesenterica inferior. Von der Arteria mesenterica inferior 5d zweigen wiederum die Arteria colica sinistra 5e, die Arteria sigmoidales 5f und die Arteria rectalis superior 5g ab. Diese Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g versorgen direkt oder indirekt verschiedene Versorgungsbereiche des Dickdarms 1 und des umliegenden Funktionsgewebes 4. Beispielsweise versorgt die Arteria rectalis superior 5g den Versorgungsbereich um das Rektum. Unter einer indirekten Versorgung wird beispielsweise die Versorgung größerer Versorgungsbereiche durch die Arteria mesenterica inferior 5d verstanden, über die arterielles Blut in die untergeordneten Verästelungen 5e, 5f, 5g gepumpt wird.
2 zeigt einen Dickdarm 1 wiederum mit dem Versorgungsarteriensystem 3. Der Dickdarm 1 ist nun mit Hilfe von mehreren Begrenzungen 11 in Abschnitte 7a, 7b, 7c, 7d, 7e unterteilt. Der erste Abschnitt 7a liegt im Versorgungsbereich der Arteria ileocolina 5c, der zweite Abschnitt 7b im Versorgungsbereich der Arteria colica dextra 5b, der dritte Abschnitt 5c im Versorgungsbereich der Arteria colica media 5a und der vierte Abschnitt im Versorgungsbereich der Arteria colica sinistra 5e. Der fünfte Abschnitt 7e, der eine größere Länge aufweist als die anderen Abschnitte 7a, 7b, 7c, 7d, umfasst zwei Versorgungsbereiche, nämlich den der Arteria sigmoidales 5f und den der Arteria rectalis superior 5g.
Eine solche Aufteilung des Dickdarms 1 anhand der Versorgungsbereiche der Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g kann automatisiert mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Hierzu ist eine Bildgebung sowohl des Dickdarms 1 als auch des Arteriensystems 3 notwendig. Anhand der Ausrichtung der Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g kann auf ihre Versorgungsbereiche rückgeschlossen werden. Von diesen Versorgungsbereichen werden Definitionen für die Abschnitte 7a, 7b, 7c, 7d, 7e abgeleitet und entsprechende Begrenzungen 11 gezogen. Je nach Auflösungsgrad des bildgebenden Verfahrens und in Abhängigkeit von Teilvolumeneffekten bei manchen derartigen Verfahren ist eine mehr oder minder große Genauigkeit bei der Erfassung der Versorgungsbereiche zu erzielen. Üblicherweise ist mit Hilfe von Kontrastmitteln jedoch eine Auflösung bis in Verästelungen des dritten bis vierten Grades realistisch, wodurch eine ausreichend feine Unterteilung der Versorgungsbereiche erreicht wird.
Zur Unterstützung der Ziehung der Begrenzungen 11 dient eine Formlinie 9, hier die Mittellinie des Dickdarms 1. Die Begrenzungen 11 werden in einem definierten Winkel α zur Formlinie 9 gesetzt. Von den Begrenzungen 11 werden in der Folge Flächen 8 – hier als Linien angedeutet – in Richtung hin zum zentralen Versorgungsstrang 6 eingezogen. Diese Flächen 8 können eben, jedoch auch dreidimensional ausgebildet sein und orientieren sich vorzugsweise an der Struktur des Funktionsgewebes 4 oder der Anatomie der Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, wobei die Flächen 8 z. B. genau in der Mitte, d. h. mit gleichem Abstand zu den jeweils benachbarten Verästelungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g positioniert werden können. Die Flächen 8 sind hier im ersten Abschnitt geradlinige Fortführungen der Begrenzungen 11, was zwar nicht zwangsläufig notwendig, der besseren Orientierung halber jedoch vorteilhaft ist. Sie enden hier nicht am zentralen Versorgungsstrang 6, sondern bereits davor. Die strichpunktförmige Fortsetzung der Flächen 8 dient in der Figur nur der Darstellung Orientierung der Flächen 8 in Richtung des zentralen Versorgungsstrangs 6.
In 3 ist eine Abbildung eines Dickdarms 1, segmentiert im Region-Growing-Verfahren, dargestellt. Weiterhin sind die Formlinie 9 und die Begrenzungen 11 aufgetragen. Diese sind als Ebenen ausgeführt, die in einem Winkel α – hier einem 90°-Winkel – zur Formlinie 9 stehen. Die einzelnen Abschnitte 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, die durch die Begrenzungen 11 voneinander abgehoben sind, können in einer farbigen Darstellung mit Hilfe unterschiedlicher Farbgebung zusätzlich deutlicher voneinander differenziert werden. Zusätzlich ist ein Gewebemerkmal 2 dargestellt. Ausgehend vom Gewebemerkmal 2 verläuft eine Linie 10, die in demselben Winkel α wie die Begrenzungen 11 zur Formlinie 9 steht. Damit ist gewährleistet, dass, wenn das Gewebemerkmal 2 innerhalb eines bestimmten Abschnitts nahe einer Begrenzung 11 liegt, die korrekte Zuordnung zu dem richtigen Abschnitt erfolgt, da die Linie 10 mit derselben Methode definiert wird wie die Begrenzungen 11. Auf Basis der Definition der Abschnitte 7a, 7b, 7c, 7d, 7e und der Lage des Gewebemerkmals 2 kann also eine automatische Positionsklassifizierung des Gewebemerkmals erfolgen.
4 zeigt einen Abschnitt eines Dickdarms 1 mit zwei Dickdarmwänden 12. Um aus dem Verlauf des Dickdarms 1 eine Formlinie 9 zu extrahieren, kann alternativ zur Bestimmung der Mittellinie folgendes Verfahren angewandt werden: Ausgehend von einem Bestimmungs-Ausgangspunkt A – hier am Eingang des Dickdarms 1 – wird eine gerade Verbindung zu dem am weitesten entfernten Punkt A' im Dickdarm 1 bestimmt, wobei die Verbindung innerhalb des Dickdarms 1 verläuft. Im Fachjargon wird diese Verbindung als die maximale ungestörte Blickrichtung bezeichnet. Punkt A' liegt also auf einer der beiden Dickdarmwände 12. Auf der Verbindung zwischen den Punkten A und A' wird in einem fasten vordefinierten Abstand a ein Folge-Ausgangspunkt B ermittelt. Von diesem Folge-Ausgangspunkt B aus wird dieselbe Vorgehensweise wie von Bestimmungs-Ausgangspunkt A wiederholt und ein am weitesten in der Richtung weg vorn Bestimmungs-Ausgangspunkt A entfernten Punkt B' eine Verbindung B-B' gezogen und darauf im selben vordefinierten Abstand a ein Punkt C festgelegt. Dargestellt sind Ausgangspunkte A, B, C, D, E, F und G und die korrespondierenden am weitesten entfernten Punkte A', B', C', D', E' und F'. Das Verfahren lässt sich so lange fortsetzen, bis das Ende des Dickdarms 1 oder eines relevanten Messbereichs erreicht ist. Danach werden alle ermittelten Ausgangspunkte A, B, C, D, E, F, G und weitere miteinander verbunden, wodurch die Formlinie 9 des Dickdarms 1 entsteht.
Die Formlinie 9 kann auch nur für Teilbereiche des Dickdarms 1 erstellt werden und vorzugsweise in Teilbereichen auch durch eine zweite Formlinie (nicht dargestellt) ergänzt werden, die aus einer anderen Aufnahmeperspektive bzw. aus einer anderen Lage des Dickdarms 1 resultiert. Dadurch kann etwa für kollabierte Teilbereiche des Dickdarms 1 eine sinnvolle Fortführung der Formlinie 9 erzielt werden.
Zu beachten ist bei der Bestimmung der Formlinie 9 eines Dickdarms 1 mit der beschriebenen Methode, dass der Abstand a zwischen den einzelnen Ausgangspunkten A, B, C, D, E, F und G üblicherweise gleich bleibt und vorab definiert wird. Alternativ kann der Abstand a variabel abhängig von der Komplexität der Formlinie 9 gestaltet werden, so dass z. B. bei engen Krümmungen ein kleinerer Abstand a und bei geraderen Teilen ein größerer Abstand a gewählt wird. Je kleiner der Abstand, desto größer wird der Aufwand für die Ermittlung der Formlinie 9, aber desto genauer gibt die Formlinie 9 auch den räumlichen Verlauf des Dickdarms 1 wieder. In 4 ist erkennbar, dass die Formlinie 9 nicht gleich der Mittellinie des Hohlorgans 1 ist, die in genau gleichem Abstand zwischen den beiden Hohlorganwänden 12 verlaufen würde. Sie repräsentiert also den Verlauf des Dickdarms 1 auf eine alternative Art und Weise.
5 zeigt eine bildliche Schnittrekonstruktion eines Dickdarms 1 mit umgebendem Funktionsgewebe 4. Dabei sind die Querschnitte der Dickdarmschlingen als größere dunkle Bereiche 1a, 1b, 1c erkennbar. Der Bereich 1a liegt im rechten Bildbereich in einem Abschnitt, in dem ein Gewebemerkmal (nicht dargestellt) lokalisiert wurde, während die Bereiche 1b und 1c außerhalb dieses Abschnitts liegen. Analog zu dem in 2 räumlich dargestellten Verfahren wurde von einer Begrenzung der Abschnitte (hier nicht dargestellt), eine Fläche 8 in Richtung des zentralen Versorgungsstrangs gezogen, die in der Figur nur als Linie erkennbar ist. Die Fläche 8, die hier unregelmäßig zwischen den Bereichen 1a einerseits und den Bereichen 1b und 1c andererseits verläuft, teilt das Funktionsgewebe 4 in zwei Umgebungsabschnitte J und H, wobei der erste Umgebungsabschnitt H den Bereich 1a umfasst und der zweite Umgebungsabschnitt J die Bereiche 1b und 1c.
Mit Hilfe einer solchen Darstellung bzw. von dreidimensionalen Bildrekonstruktionen wie schematisch in 2 dargestellt erhält ein Behandler in verschiedenen Perspektiven Flächen dargestellt, entlang derer er eine Extraktion von Abschnitten des Dickdarms vornehmen kann. Dies bedeutet, dass dem Behandler Begrenzungen in Form der Flächen 8 angezeigt, entlang derer er im Funktionsgewebe 4 den entsprechenden Abschnitt bzw. mehrere Abschnitte des Dickdarms 1 zusammen mit den entsprechenden Umgebungsabschnitten des Funktionsgewebes 4 entfernen könnte.
In 6 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 13 zur automatischen Positionsklassifizierung dargestellt. Sie weist eine kombinierte Eingangsschnittstelle 15 auf, die zwei Eingangsschnittstellen umfasst, die hier in Form von Software-Schnittstellen realisiert sind: Eine Hohlorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle 17 zur Einspeisung von Bilddaten BD_H, die die Struktur eines Hohlorgans repräsentieren, und eine Versorgungsorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle 19 zur Einspeisung von Bilddaten BD_V, die die Struktur eines Versorgungsorgans des Hohlorgans repräsentieren. Bei den Bilddaten BD_H, BD_V handelt es sich vorzugsweise um solche Daten, die aus einer Segmentierung aus Magnetresonanz- oder Computertomographie-Bilddaten eines Hohlorgans bzw. eines Versorgungsorgans und des umliegenden Gewebes. Zusätzlich (nicht dargestellt) kann die Eingangsschnittstelle 15 eine weitere Eingangsschnittstelle (nicht dargestellt) für Bilddaten eines ebenfalls aus diesen Ausgangs-Bilddaten segmentierten Funktionsgewebes des Hohlorgans umfassen. Eine Ausgangsschnittstelle 31 dient der Ausgabe von Zuordnungsdaten ZD, beispielsweise an eine Visualisierungsvorrichtung (nicht dargestellt).
Die Zuordnungsdaten ZD können zusammen mit Bilddaten, zum Beispiel den Bilddaten BD_H des Hohlorgans, den Bilddaten BD_V des Versorgungsorgans und/oder den Bilddaten des Funktionsgewebes bzw. den direkt von einem Bildaufnahmegerät oder einer mit diesem gekoppelten Auswertungseinheit erzeugten Ausgangsbilddaten in die Visualisierungsvorrichtung eingespeist werden. Die Visualisierungsvorrichtung stellt die Zuordnungsdaten ZD und die entsprechenden Bilddaten grafisch dar, wobei sie dabei die Koordinaten der jeweiligen Bilddaten und der Zuordungsdaten ZD aufeinander registriert und überlagert. Diese Koordinaten können im Übrigen auch für die assistierte Steuerung eines Eingriffs in das Hohlorgan bzw. das Funktionsgewebe verwendet werden und daher auch weiteren Systemen neben einer Visualisierungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Zwischen der Eingangsschnittstelle 15 und der Ausgangsschnittstelle 31 sind innerhalb eines Prozessors 21 folgende Einheiten in Form von Softwaremodulen realisiert: Eine Identifizierungseinheit 23, eine Zuweisungseinheit 25, eine Unterteilungseinheit 27 und eine Zuordnungseinheit 29.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe der dargestellten Vorrichtung 13 wie folgt durchgeführt: Bilddaten BD_H eines Hohlorgans aus einem bildgebenden Verfahren werden über die Hohlorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle 17 in den Prozessor 21 eingespeist. Ebenso werden dorthin Bilddaten BD_V eines Versorgungsorgans des Hohlorgans aus einem weiteren oder demselben bildgebenden Verfahren über die Versorgungsorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle 19 eingespeist. Innerhalb des Prozessors 15 identifiziert die Identifizierungseinheit 23 Versorgungsstränge des Versorgungsorgans auf Basis seiner Bilddaten. Die Zuweisungseinheit 25 weist die Versorgungsstränge einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgans zu, und die Unterteilungseinheit 27 unterteilt das Hohlorgan in einzelne Abschnitte. Die Zuordnungseinheit 29 ordnet ein Gewebemerkmal oder ein Objekts im Hohlorgan einem Abschnitt zu.
Von der Zuordnungseinheit 29 werden die so generierten Zuordnungsdaten ZD über die Ausgangsschnittstelle 31 an eine Visualisierungsvorrichtung weitergeleitet. Dort kann beispielsweise eine Abbildung wie in 2 schematisch und wie in 5 realistisch dargestellt, angezeigt werden, aus der für einen Behandler hervorgeht, in welchem Abschnitt eines Hohlorgans sich ein Gewebemerkmal und/oder ein Objekt befindet. Außerdem können die Zuordnungsdaten ZD auch als Koordinaten an das Koordinatensystem einer Vorrichtung weitergeleitet werden, die eine Extraktion von Teilen des Hohlorgans und seines umgebenden Funktionsgewebes unterstützt.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Vorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts in einem Hohlorgan (1) mit mindestens folgenden Schritten: – Generierung von Bilddaten (BD_H), die die Struktur des Hohlorgans (1) repräsentieren, – Generierung von Bilddaten (BD_V), die die Struktur eines Versorgungsorgans (3) des Hohlorgans (1) repräsentieren, – Identifizierung von Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) des Versorgungsorgans auf Basis der Bilddaten (BD_V) des Versorgungsorgans (3), – Zuweisung von definierten Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zu einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgans (1), – Unterteilung des Hohlorgans (1) in einzelne Abschnitte auf Basis der Versorgungsbereiche und – Zuordnung des Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts zu einem Abschnitt (7a, 7b, 7c, 7d, 7e).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Bilddaten eines das Hohlorgan (1) umgebenden Funktionsgewebes (4) generiert werden und im Funktionsgewebe (4) eine Zuweisung von Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zu einzelnen Versorgungs-Umgebungsbereichen erfolgt, die die Versorgungsbereiche des Hohlorgans (1) umgeben, und/oder von einzelnen Umgebungsabschnitten (H, J), die die Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) des Hohlorgans (1) umgeben.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den einzelnen Abschnitten und/oder den einzelnen Umgebungsabschnitten (H, J) Begrenzungen (8, 11) definiert werden, die gemeinsam mit dem Hohlorgan (1) und/oder dem Funktionsgewebe (4) und/oder dem Versorgungsorgan (3) visualisiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilddaten des Hohlorgans (1) und/oder des Versorgungsorgans (3) mittels eines nicht-invasiven bildgebenden Verfahrens, vorzugsweise eines Computertomographie- oder eines Magnetresonanztomographieverfahrens, gewonnen werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilddaten (BD_H) des Hohlorgans (1) aus Volumenbilddaten eines das Hohlorgan (1) umfassenden Bereichs und/oder die Bilddaten (BD_V) des Versorgungsorgans (3) aus Volumenbilddaten eines das Versorgungsorgan (3) umfassenden Bereichs segmentiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Generierung von Bilddaten (BD_V) des Versorgungsorgans (3) unter Verwendung von Kontrastmitteln erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Formlinie (9) des Hohlorgans (1) auf Basis der Bilddaten (BD_H), die seine Struktur repräsentieren, bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Unterteilung des Hohlorgans (1) in Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) dadurch erfolgt, dass Begrenzungen (11) der Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) ermittelt werden, die in einem definierten Winkel (α) zur Formlinie (9) stehen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei von den Begrenzungen (11) der Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) des Hohlorgans (1) in Richtung zu einem zentralen Versorgungsstrang (6) des Versorgungsorgans (3) Linien (8) und/oder Flächen eingezogen und als Begrenzungen der Umgebungsabschnitte (H, J) des umgebenden Funktionsgewebes (4) definiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei eine Linie (10) von dem Gewebemerkmal (2) und/oder Objekt in demselben Winkel (α) zur Formlinie (9) des Hohlorgans (1) wie die Begrenzungen (11) der Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) gezogen wird und die Zuordnung des Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts zu dem Abschnitt (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) erfolgt, innerhalb dessen Begrenzungen sich die Linie (10) befindet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Formlinie (9) durch folgende Schritte bestimmt wird: – Festlegung eines Bestimmungs-Ausgangspunkts (A), – Bestimmung einer geraden Verbindung von dem Bestimmungs-Ausgangspunkt (A) zu dem am weitesten entfernten Punkt (A', B', C', D', E', F') im Hohlorgan, wobei die gerade Verbindung innerhalb des Hohlorgans verläuft, – Bestimmung eines Folge-Ausgangspunktes (B, C, D, E, F, G), der in vordefiniertem Abstand (a) vom Bestimmungs-Ausgangspunkt (A) auf der geraden Linie liegt, – Festlegung des Folge-Ausgangspunkts (B, C, D, E, F, G) als neuen Bestimmungs-Ausgangspunkt, – Wiederholung des Ablaufs in der Richtung weg vom jeweils vorherigen Ausgangspunkt so lange, bis das Ende des Hohlorgans oder eines relevanten Messbereichs erreicht ist und – Verbindung aller ermittelten Ausgangspunkte (A, B, C, D, E, F, G).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei als Formlinie (9) eine Mittellinie des Hohlorgans (1) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hohlorgan (1) ein Darm, insbesondere ein Dickdarm, oder Teil desselben und/oder das Versorgungsorgan (3) eine Arterie ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Begrenzungen (8, 11) der Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) des Hohlorgans (1) und/oder des umgebenden Funktionsgewebes (4) nach einer automatischen Festlegung zunächst an einen Bediener zur Modifikation oder Bestätigung ausgegeben werden.
Vorrichtung zur automatischen Positionsklassifizierung eines Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts in einem Hohlorgan (1), mindestens aufweisend: – eine Hohlorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle (17) zur Einspeisung von Bilddaten (BD_H), die die Struktur des Hohlorgans (1) repräsentieren, – eine Versorgungsorgan-Bilddaten-Eingangsschnittstelle (19) zur Einspeisung von Bilddaten (BD_V), die die Struktur eines Versorgungsorgans (3) des Hohlorgans (1) repräsentieren, – eine Identifizierungseinheit (23) zur Identifizierung von Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) des Versorgungsorgans (3) – eine Zuweisungseinheit (25) zur Zuweisung von Versorgungssträngen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) zu einzelnen Versorgungsbereichen des Hohlorgans (1), – eine Unterteilungseinheit (27) zur Unterteilung des Hohlorgans (1) in einzelne Abschnitte (7a, 7b, 7c, 7d, 7e), – eine Zuordnungseinheit (29) zur Zuordnung des Gewebemerkmals (2) und/oder Objekts zu einem Abschnitt (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) und – eine Ausgangsschnittstelle (31) für Zuordnungsdaten (ZD).
Computerprogramm, welches direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar ist, mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wenn das Programmprodukt auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird.