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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kombination
von Bilddaten eines Hohlorgans, die aus Bildaufnahmen aus unterschiedlichen
Lagen des Hohlorgans stammen. Außerdem betrifft sie eine entsprechende
Vorrichtung zur automatischen Kombination von Bilddaten.
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Bildgebende
Verfahren für
Hohlorgane stellen innerhalb der medizintechnischen Bildgebung eine
besondere Herausforderung für
bildgebende Aufnahmesysteme wie beispielsweise Computertomographieanlagen
oder Magnetresonanzanlagen dar. Das Problem besteht dabei in erster
Linie darin, dass sich Hohlorgane in zumindest teilweise kollabiertem
Zustand befinden können.
Bei bildgebenden Verfahren, in denen aus Schnittbildern Volumendatensätze von
Hohlorganen generiert werden, ergibt sich speziell bei kollabierten
Teilbereichen von Hohlorganen das Problem, dass eine sinnvolle Abbildung, die
einem Behandler Aufschluss über
dieses kollabierten Bereichs liefern könnte, nicht möglich ist.
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Insbesondere
stellt sich dieses Problem bei den Verdauungsorganen und im Speziellen
beim Darm, vor allem beim Dickdarm. Der Dickdarm muss nämlich, um
eine ausreichende Kontrastbildung zu gewährleisten, bis zu einer gewissen
Toleranzgrenze des Patienten mit Kontrastmitteln gefüllt werden.
Diese Kontrastmittel sind beispielsweise Luft oder Kohlendioxid
bei Computertomographieuntersuchungen und Wasser bei Magnetresonanzuntersuchungen.
Es kann dabei jedoch nicht sicher gewährleistet werden, dass alle
Bereiche des Darms vollständig
mit Kontrastmittel gefüllt
sind, und somit ergibt sich die Gefahr von kollabierten Bereichen,
die für
Behandler nicht ausreichend befundbar bleiben. Aus diesem Grund
werden üblicherweise
solche Aufnahmen in mehreren, in der Regel zwei Positionen des Patienten,
meist in Bauch- und Rückenlage,
und somit auch bei unterschiedlichen Lagen des Hohlorgans gemacht.
Durch die Mobilisation der Patienten zwischen den beiden Untersuchungsschritten
wird dafür gesorgt,
dass sich das Kontrastmittel entsprechend der Schwerkraft oder anderer
Krafteinwirkungen neu verteilt. In Bauch- und in Rückenlage
sind somit jeweils andere Bereiche des Darms mit Kontrastmittel gefüllt, so
dass er – beide
Lagen zusammengenommen – vollständig abbildbar
sein kann.
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In
der Folge muss nun aus den Bilddaten, die in der Bauchlage und denen,
die in der Rückenlage generiert
wurden, ein gemeinsamer kombinierter Bilddatensatz generiert werden.
Derzeit geschieht eine derartige Kombination der Bilddaten manuell,
d. h. ein Benutzer schaltet von den Bilddaten aus der einen Position
zu den Bilddaten aus der anderen Position um, um seine Befundung
bzw. Untersuchung durchzuführen.
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Eine
solche manuelle Vorgehensweise ist naturgemäß mit den üblichen Risiken behaftet, die dadurch
entstehen, dass zwar erfahrene Benutzer derartiger bildgebender
Anlagen üblicherweise
ausreichend Wissen und Erfahrung mitbringen, um eine derartige Kombination
effektiv durchzuführen,
dass es jedoch auch unerfahrenere Benutzer gibt und dass es allgemein
immer möglich
ist, dass aufgrund menschlicher Fehler Kombinationen von Bilddaten erstellt
werden, die für
Befundungen nicht ausreichend sind.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
entsprechende Vorrichtung zur automatischen Kombination von Bilddaten
eines Hohlorgans zur Verfügung
zu stellen, wobei die Bilddaten aus Bildaufnahmen aus unterschiedlichen
Lagen des Hohlorgans stammen. Durch die automatische Kombination
soll einerseits eine effektivere und einfachere Möglichkeit
bereitgestellt werden, derartige Bilddaten zu kombinieren und andererseits sollen
hierdurch Fehlerquellen ausschließbar werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur automatischen Kombination von Bilddaten eines
Hohlorgans, die aus Bildaufnahmen bei unterschiedlichen Lagen des
Hohlorgans stammen, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte
aufweist:
- a) Bestimmung einer ersten Formlinie
zumindest in Abschnitten nach einem definierten Bestimmungsverfahren
und Bestimmung des Verlaufs der ersten Formlinie, jeweils anhand
von Bilddaten aus einer ersten Bildaufnahme bei einer ersten Lage
des Hohlorgans,
- b) Bestimmung mindestens einer weiteren Formlinie zumindest
in Abschnitten nach dem selben definierten Bestimmungsverfahren
und Bestimmung der Verläufe
der mindestens einen weiteren Formlinie, jeweils anhand von Bilddaten
aus mindestens einer weiteren Bildaufnahme bei einer zweiten Lage
des Hohlorgans,
- c) Registrierung der ersten und der weiteren Formlinien aufeinander
auf Basis von markanten Orientierungspunkten des Hohlorgans,
- d) Definition eines ersten Ausgangspunkts für mindestens zwei der Formlinien,
- e) aktive Navigation entlang der ersten Formlinie vom Ausgangspunkt
aus und parallele passive Mitverfolgung der Navigation anhand der
mindestens einen weiteren Formlinie,
- f) Wechsel zu einer aktiven Navigation entlang einer zweiten
Formlinie bei Erreichen eines Wechselpunkts,
- g) Wechsel zu einer aktiven Navigation entlang der ersten oder
einer weiteren Formlinie bei Erreichen eines weiteren Wechselpunkts,
- h) Fortsetzung der Wechsel bis zu einem Punkt, an dem Formlinien
nicht mehr ermittelbar sind und/oder eine parallele passive Mitverfolgung nicht
mehr fehlerfrei durchführbar
ist,
- i) Aufbereitung von kombinierten Bilddaten für einen Benutzer.
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Zur
Durchführung
eines derartigen Verfahrens werden also mindestens zwei Bildaufnahmen, die
aus unterschiedlichen Lagen des Hohlorgans stammen, benötigt. Sie
können
im Rahmen des Verfahrens, d. h. im unmittelbaren Vorfeld zur Kombination
der Bilddaten erfolgen, jedoch auch aus früheren Aufnahmedurchläufen stammen,
beispielsweise in Form von auf einem Speichermedium abgespeicherten
Bilddaten.
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Die
Erfindung bedient sich dann des Mittels der Bestimmung von Formlinien
bzw. von Abschnitten von Formlinien. Dabei ist zu berücksichtigen, dass
Abschnitte von Formlinien dann bestimmt werden, wenn nicht eine
komplette Formlinie aus den Bilddaten einer Bildaufnahme bei einer
Lage generiert werden kann. Dies ist im Rahmen der Erfindung üblicherweise
der Fall. Wichtig bei der Bestimmung der Formlinien ist weiterhin,
dass alle Formlinien nach demselben definierten Bestimmungsverfahren bestimmt
werden, da es sonst zu Unstimmigkeiten beim Abgleich der Formlinien
untereinander kommen kann. Im Rahmen der Bestimmung der Formlinien werden
weiterhin die Verläufe
der Formlinien bestimmt. Dies bedeutet, dass, da üblicherweise
eine Formlinie nur in Abschnitten abgebildet werden kann, diese
Abschnitte virtuell miteinander verbunden werden, um den Verlauf
der Formlinien nachvollziehbar zu machen. Sind beispielsweise drei
Abschnitte einer Formlinie bestimmt worden, so wäre es theoretisch möglich, die
jeweiligen Endpunkte dieser Abschnitte miteinander in beliebiger
Art und Weise zu verbinden und daraus unterschiedliche Verläufe zu erstellen.
Es ist daher sinnvoll, den realistischen Verlauf von Formlinien
eines Hohlorgans zu bestimmen, der sich in erster Linie an Erfahrungswerten
orientiert.
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In
einem nächsten
Schritt werden die einzelnen Formlinien bzw. Abschnitte aufeinander
registriert, was mit Hilfe von Orientierungspunkten des Hohlorgans
möglich
ist. Danach wird ein erster Ausgangspunkt für mindestens zwei der Formlinien
bestimmt und eine aktive Navigation gestartet.
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Unter
einer aktiven Navigation wird verstanden, dass die Bilddaten desjenigen
Bereichs, in dem aktiv navigiert wird, für einen Benutzer aufbereitet werden.
Dies kann während
der Navigation erfolgen oder im Nachgang hierzu. Auf Basis aller
Bilddaten, die in der aktiven Navigation gesammelt werden, werden
die kombinierten Bilddaten zusammengestellt. Parallel zur aktiven
Navigation wird eine passive Mitverfolgung dieser Navigation anhand
mindestens einer weiteren Formlinie durchgeführt.
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Durch
die Registrierung der beiden Formlinien aufeinander ist es möglich, korrespondierende Orte
auf den jeweiligen Formlinien zu bestimmen. Eine passive Mitverfolgung
bedeutet daher, dass die aktive Navigation entlang von Orten auf
einer Formlinie entlang von korrespondierenden Orten auf anderen
Formlinien mit vollzogen wird. Spätestens, wenn ein Ende eines
Abschnitts der ersten Formlinie erreicht ist, wird die aktive Navigation
automatisch entlang einer zweiten Formlinie durchgeführt. Hierzu
ist ein Wechsel der aktiven Navigation von einer Formlinie zur anderen
Formlinie notwendig. Ein weiterer Wechsel erfolgt dann, wenn ein
weiterer Wechselpunkt erreicht wird. Der Wechsel erfolgt dann wiederum
zur ersten Formlinie oder zu weiteren Formlinien, die ebenfalls
ermittelt wurden. Als „Wechselpunkte” werden
solche Punkte verstanden, an denen sinnvollerweise ein Wechsel von
der einen Navigationslinie in eine andere möglich ist. Üblicherweise handelt es sich
dabei um einen Endpunkt des Abschnitts der Formlinie, entlang derer
aktuell navigiert wird. Dies hat den Vorteil, dass möglichst
wenig zwischen den Navigationslinien gesprungen wird. Es kann jedoch auch
bereits vor dem Erreichen eines solchen Endpunkts gewechselt werden,
beispielsweise, wenn ein besonders markanter gemeinsamer Orientierungspunkt
an beiden Formlinien erkennbar ist.
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Die
Wechsel werden bis zu dem Punkt fortgesetzt, an dem für keine
Bildaufnahme eine Formlinie mehr ermittelbar ist, oder wo eine parallele
passive Navigation nicht mehr fehlerfrei durchführbar ist. Aus den Bilddaten,
die während
einer aktiven Navigation durchlaufen wurden, werden so sukzessive kombinierte
Bilddaten aufbereitet. Diese Aufbereitung kann während des gesamten Verfahrens – sozusagen
an the fly (bei vor zugsweise sofortiger Visualisierung der Bilddaten) – erfolgen,
die Aufbereitung kann jedoch auch im Nachgang zu den vorher genannten
Schritten durchgeführt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
basiert also auf der Bestimmung von Formlinien bzw. Abschnitten
von Formlinien, der Registrierung dieser Formlinien bzw. Abschnitte
aufeinander und der aktiven Navigation jeweils einer Formlinie und
der parallelen passiven Mitverfolgung entlang jeweils mindestens
einer anderen Formlinie. Die aktive Navigation wird immer dann unterbrochen
und auf einer anderen Formlinie bzw. einem anderen Formlinienabschnitt fortgesetzt,
wenn ein Formlinienabschnitt, entlang dessen eine aktive Navigation
durchgeführt
wird, endet.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
eine Möglichkeit
geboten, eine automatisierte Kombination von Bilddaten zu erreichen,
die auf einer möglichst
exakten Datenbasis beruht und bei der Fehlermöglichkeiten weitestgehend ausgeschlossen sind.
Bei dem Verfahren können
die bekannten Schritte zur Generierung von Bilddaten eines Hohlorgans
genutzt werden, die dann mit Hilfe einer automatisierten bzw. mindestens
teilautomatisierten Kombination verarbeitet werden.
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Außerdem wird
die Erfindung durch eine Vorrichtung zur automatischen Kombination
von Bilddaten eines Hohlorgans gelöst, die aus Bildaufnahmen bei
unterschiedlichen Lagen des Hohlorgans stammen, wobei die Vorrichtung
mindestens aufweist:
- – eine Eingangsschnittstelle
für Bilddaten
von einer ersten Bildaufnahme bei einer ersten Lage des Hohlorgans,
- – eine
Eingangsschnittstelle für
Bilddaten von einer weiteren Bildaufnahme bei einer zweiten Lage des
Hohlorgans,
- – eine
Formlinien-Bestimmungseinheit zur Bestimmung einer ersten Formlinie
des Hohlorgans oder Abschnitten der ersten Formlinie anhand von Bilddaten
aus der ersten Bildaufnahme,
- – eine
Formlinien-Bestimmungseinheit zur Bestimmung zur Bestimmung einer
zweiten Formlinie des Hohlorgans oder Ab schnitten der zweiten Formlinie
anhand von Bilddaten aus der zweiten Bildaufnahme,
- – eine
Registrierungseinheit zur Registrierung der ersten und der zweiten
Formlinien aufeinander,
- – eine
Definitionseinheit zur Definition von Ausgangspunkten für die Formlinien,
- – eine
Navigationseinheit zur aktiven Navigation entlang von Formlinien
oder Abschnitten von Formlinien,
- – eine
Steuerungseinheit, die so ausgebildet ist, dass parallel zur aktiven
Navigation einer ersten Formlinie eine passive Mitverfolgung anhand
mindestens einer weiteren Formlinie erfolgt und ein Wechsel zu einer
aktiven Navigation entlang einer zweiten Formlinie bei Erreichen
eines Wechselpunkts durchgeführt
wird sowie ein Wechsel zu einer aktiven Navigation entlang der ersten
oder einer weiteren Formlinie bei Erreichen eines weiteren Wechselpunkts
und diese Wechsel bis zu einem Punkt fortgesetzt werden, an dem
Formlinien nicht mehr ermittelbar sind und/oder eine parallele passive
Mitverfolgung nicht mehr fehlerfrei durchführbar ist,
- – eine
Aufbereitungseinheit zur Aufbereitung von kombinierten Bilddaten
für einen
Benutzer,
- – eine
Ausgangsschnittstelle zur mittelbaren oder unmittelbaren Weitergabe
der kombinierten Bilddaten an den Benutzer.
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Über die
beiden Eingangsschnittstellen für Bilddaten
werden Bilddaten von Bildaufnahmen bei einer ersten und mindestens
einer zweiten Lage des Hohlorgans in die Vorrichtung eingespeist
und in den beiden Formlinienbestimmungseinheiten hieraus Formlinien
des Hohlorgans bzw. Abschnitte solcher Formlinien abgeleitet. Dabei
können
beide Eingangsschnittstellen und/oder beide Formlinienbestimmungseinheiten
auch jeweils als ein und dieselbe Eingangsschnittstelle bzw. Formlinienbestimmungseinheit
ausgebildet sein, über
die die Bilddaten beispielsweise sequenziell oder parallel eingespeist bzw.
verarbeitet werden. Die Registrierungseinheit registriert die Formlinien
aufeinander und die Definitionseinheit definiert Ausgangspunkte
für die
Formlinien. Mit Hilfe der Navigationseinheit und der Steuerungseinheit
wird die aktive Navigation entlang von Formlinien und die parallele
passive Mitverfolgung von Formlinien wie oben beschrieben durchgeführt und
die entsprechenden Wechsel der aktiven Navigation entlang verschiedener
Formlinien bzw. der parallelen passiven Mitverfolgung anhand verschiedener
Formlinien ermöglicht.
Aus den so abgeleiteten Bilddaten werden die kombinierten Bilddaten
in der Aufbereitungseinheit für
einen Benutzer aufbereitet und über
die Ausgangsschnittstelle mittelbar oder unmittelbar an ihn weitergegeben.
Diese Weitergabe kann während
der Durchführung
einzelner Teilschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits erfolgen
oder wiederum nach Abschluss aller Teilschritte a) bis h).
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Die
Schnittstellen müssen
nicht zwangsläufig
als Hardwarekomponenten ausgebildet sein, sondern können auch
als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise wenn die Bilddaten
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. Außerdem können mehrere
Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise
einer Input/Output-Schnittstelle zusammengefasst sein.
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Insgesamt
können
ein Großteil
der Komponenten zur Realisierung der Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Weise,
insbesondere die Formlinien-Bestimmungseinheiten, die Registrierungseinheit,
die Definitionseinheit, die Navigationseinheit, die Steuerungseinheit
und die Aufbereitungseinheit, ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf
einem Prozessor realisiert werden.
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Die
Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, welches
in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbear beitungssystems 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, 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.
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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 Kombination von Bilddaten auch entsprechend den
abhängigen
Ansprüchen zum
analogen Verfahren weitergebildet sein.
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In
der Praxis kann es sein, dass während
der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ein
Punkt erreicht wird, an dem Formlinien nicht mehr ermittelbar sind
und/oder eine parallele passive Mitverfolgung nicht mehr fehlerfrei
durchführbar
ist. Dieser Punkt kann am Ende des Hohlorgans liegen, was bedeutet,
dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
in einem Durchlauf vom Ausgangspunkt bis zum Ende des Hohlorgans
Bilddaten zu allen Abschnitten des Hohlorgans vorliegen.
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Allerdings
kann es auch sein, dass das Hohlorgan in einem Bereich so stark
kollabiert ist, dass für Bilddaten
aus keiner Aufnahmelage eine Formlinie in diesem Bereich ermittelt
werden kann. Für
diesen Fall sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor,
dass eine Definition eines zweiten Ausgangspunkts für mindestens
zwei der Formlinien durchgeführt
wird und die Schritte e) bis h) vom zweiten Ausgangspunkt ausgehend
wiederholt werden. Auch die Definition weiterer Ausgangspunkte nach
dem zweiten Ausgangspunkt zur nochmaligen Durchführung der Schritte e) bis h)
in n weiteren Durchläufen
des Verfahrens ist in diesem Rahmen möglich. Beispielsweise kann
als erster Ausgangspunkt das eine Ende des Hohlorgans gewählt werden und
als zweiter Ausgangspunkt das andere Ende des Hohlorgans. Hierdurch
ist eine aktive Navigation von diesen beiden Seiten her möglich. Die
Definition eines zweiten Ausgangspunkts und ggf. weiterer Ausgangspunkte – vorzugsweise
an weiteren Orientierungspunkten des Hohlorgans – hat für einen Benutzer u. a. den
Vorteil, dass ein möglichst
großer
Bereich des Hohlorgans mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Form kombinierter Bilddaten abbildbar ist.
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Die
Aufbereitung der kombinierten Bilddaten umfasst vorzugsweise eine
Visualisierung der Bilddaten des Hohlorgans jeweils aus den Bereichen,
innerhalb derer entlang der jeweiligen Formlinie aktiv navigiert
wurde. Diese Visualisierung kann entweder – wie bereits erwähnt – direkt
im Rahmen der Schritte a) bis i), d. h. simultan erfolgen, oder
im Nachgang hierzu. Zusätzlich
oder alternativ hierzu können
die kombinierten Bilddaten dergestalt aufbereitet werden, dass die
Bilddaten des Hohlorgans jeweils aus den Bereichen zusammengefügt werden,
innerhalb derer entlang der jeweiligen Formlinie aktiv navigiert wurde.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können
die kombinierten Bilddaten gemeinsam als eine Datei oder ein Bilddatensatz
abgespeichert werden. Eine derartige Visualisierung bzw. ein derartiges
Zusammenfügen der
Bilddaten und ein Abspeichern der kombinierten Bilddaten stellen
verschiedene Formen von Aufbereitungsmöglichkeiten für Benutzer
dar, mit deren Hilfe beispielsweise eine Befundung eines Hohlorgans durchgeführt werden
kann oder eine Weitergabe befundbarer Bilddaten an andere Personen
ermöglicht wird.
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Als
markante Orientierungspunkte des Hohlorgans für die Registrierung werden
in erster Linie anatomische Merkmale verwendet. Hierunter sind beispielsweise
Fixpunkte, die Länge
des Hohlorgans, Krümmungen,
Schlaufen, Abzweigungen, Muskeln und Falten zu verstehen. Je nach
Art des Hohlorgans ist davon auszugehen, dass charakteristische
anatomische Merkmale sich wiederholen. Bei der Befundung des Dickdarms
beispielsweise ist bekannt, dass dieser an drei Fixpunkten aufgehängt ist,
dem Rektum, der linken Flexur und der rechten Flexur. In allen anderen
Bereichen ist der Dickdarm sehr flexibel im Bauchraum angeordnet
und weist eine Vielzahl von Falten auf. Dies bedeutet auch, dass
seine Länge nicht
konstant ist, sondern unterschiedliche Längen bei Bildmessungen bei
einer und aus einer anderen Lage des Hohlorgans gemessen werden
können.
Es bietet sich daher bei der Befundung des Dickdarms weiterhin an,
spezielle Längs-
und Quermuskeln oder Falten mit in die Logik für die Registrierung einzubeziehen.
Bei anderen Hohlorganen, wie beispielsweise Blutgefäßen, stellen
Abzweigungen entscheidende markante Orientierungspunkte dar. Mit
Hilfe derartiger markanter Orientierungspunkte ist es vorteilhafterweise
möglich,
während
einer Registrierung ständig
Kontrollmöglichkeiten
zur Überprüfung der
Richtigkeit und Akkuratesse der Registrierung zu verwenden.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es besonders bevorzugt, dass Kenndaten zu nicht visualisierbaren
Bereichen des Hohlorgans generiert werden. Sind Teilbereiche des
Hohlorgans mit keinen der Bilddaten aus den unterschiedlichen Aufnahmelagen
abbildbar, so ist es nicht möglich,
kombinierte Bilddaten für
das gesamte Hohlorgan zu generieren. In diesem Fall ist es von Vorteil,
wenn beispielsweise der prozentuale Anteil oder die Länge bzw.
das Volumen des Teils des Hohlorgans, das nicht abbildbar ist, angegeben
wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich hierzu Ortsangaben, beispielsweise
die Angabe, dass ein Teil des Bereichs Colon ascendens eines Dickdarms
nicht abbildbar ist, mitgeliefert werden. Auf diese Art und Weise
erhält
eine Person, die sich mit den Bilddaten in der Folge oder während des
Verfahrens beschäftigt,
eine Handreichung, um zu entscheiden, ob eine weitere Bildgebung
des Hohlorgans durch Wiederholung einer Bildgebung bei verschiedenen
Lagen des Hohlorgans erfolgen soll.
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Die
Bestimmung der Formlinien bzw. der Abschnitte der Formlinien des
Hohlorgans kann auf unterschiedliche Arten und Weisen durchgeführt werden.
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Gemäß einer
ersten Variante des Verfahrens erfolgt dies in folgenden Schritten:
Festlegung eines Bestimmungs-Startpunkts,
Bestimmung einer geraden Verbindung von dem Bestimmungs-Startpunkt zu
dem am weitesten entfernten Punkt im Hohlorgan, wobei die gerade
Verbindung innerhalb des Hohlorgans verläuft, Bestimmung eines Folge-Startpunktes, der
in vordefiniertem Abstand vom Bestimmungs-Startpunkt auf der geraden
Linie liegt, Festlegung des Folge-Startpunkts als neuen Bestimmungs-Startpunkt,
Wiederholung des Ablaufs in der Richtung weg vom jeweils vorherigen
Startpunkt so lange, bis das Ende des Hohlorgans bzw. eines relevanten
Messbereichs erreicht ist. Anschließend erfolgt eine „serielle” Verbindung
aller ermittelten Startpunkte, 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 einer relativ einfachen Ermittlung
der Formlinie. Wenn dies gewünscht
ist, kann der Polygonzug jedoch auch geglättet werden, wodurch sich eine
Kurvenlinie statt der eckigen, aus geraden Teilstrecken zusammengesetzten
Formlinie ergäbe.
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Gemäß einer
alternativen Variante werden als Formlinien Mittellinien des Hohlorgans
und/oder seiner Abschnitte verwendet. Darunter sind die Linien zu
verstehen, die sich aus den Punkten zusammensetzen, die genau im
Zentrum des Hohlorgans für
jeden einzelnen Querschnitt liegen. Die Verwendung dieser Linien
als Formlinien bietet unter anderem den Vorteil, dass sie am genauesten
den Verlauf des Hohlorgans widerspiegeln.
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Im
Rahmen des Verfahrens ist es weiter notwendig, den Verlauf der Formlinien
zu bestimmen. Dies kann vollautomatisiert ge schehen, jedoch bevorzugterweise
werden Daten zum Verlauf der Formlinien an einen Benutzer zur Modifikation
ausgegeben. Unter Modifikation kann in diesem Rahmen auch verstanden
werden, dass ein Benutzer Verlaufsbereiche der Formlinie selbständig definiert, wenn
ihm keine Vorschläge
zum Verlauf in diesem Bereich unterbreitet werden. Er kann jedoch
auch feststellen, dass automatisierte Erkennungsmethoden bei der
Ermittlung des Verlaufs der Formlinie des Hohlorgans Verbindungen
zwischen Abschnitten der Formlinie ergeben haben, die er aufgrund
seiner Erfahrung abändern
möchte.
In diesem Bereich des Verfahrens kann der Fachmann also ganz bewusst eingreifen.
Hierdurch wird die Expertise von Fachleuten in einem Bereich, in
dem möglicherweise
optische bzw. logische Ermittlungsmethoden an ihre Grenzen stoßen, gewinnbringend
genutzt.
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Zwar
können
die Bilddaten des Hohlorgans grundsätzlich mittels einer Reihe
von bildgebenden Verfahren generiert werden, bevorzugt jedoch mittels eines
nicht invasiven bildgebenden Verfahrens, insbesondere eines Computertomographie-
oder eines Magnetresonanztomographieverfahrens. Diese Schnittbildverfahren
liefern Bilddaten mit einer hohen Auflösungsqualität, so dass eine Kombination
von Bilddaten bei verschiedenen Aufnahmelagen möglich ist, ebenso wie eine
Registrierung von Formlinien, die aus derartigen Bilddaten abgeleitet
sind.
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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, das aufgrund seiner
besonderen Neigung zum Kollabieren in Teilbereichen nur schwer komplett
abbildbar ist. Insofern entfaltet die Erfindung bei der Anwendung
für einen
Dickdarm all ihre genannten Vorteile in ganz besonderem Maße.
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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:
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1 zwei
Bildaufnahmen bei verschiedenen Lagen eines Hohlorgans, hier eines
Dickdarms,
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2 zwei
korrespondierende Formlinien, abgeleitet aus diesen Bilddaten,
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3 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Generierung der Formlinie
eines Hohlorgans,
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4 eine
schematische Blockdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur automatischen Kombination von Bilddaten eines Hohlorgans.
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In 1 sind
zwei Aufnahmen eines Hohlorgans 1, hier eines Dickdarms,
bei verschiedenen Lagen des Hohlorgans 1 erkennbar. In
der linken Bildhälfte
ist eine Aufnahme aus einer Bauchlage und in der rechten Bildhälfte eine
Aufnahme aus einer Rückenlage,
beide aufgenommen mit einem Computertomographen, erkennbar. In der
Aufnahme auf der linken Seite sind zwei Abschnitte 1a, 1b des
Hohlorgans 1 abgebildet, während ein kollabierter Bereich 3a des
Hohlorgans 1 nicht sichtbar und daher nur als schwarzer
Bereich erkennbar ist. In der rechten Aufnahme sind analog hierzu
zwei Abschnitte 1c und 1d erkennbar, während ein
kollabierter Bereich 3b wiederum nicht sichtbar ist.
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Aus
diesen Bilddaten sind die in 2 dargestellten
Formlinien 5a und 5b ermittelt. Korrespondierend
zu den Hohlorganabschnitten 1a, 1b, 1c, 1d liegen
hier Abschnitte 5a1 , 5a2 , 5b1 , 5b2 der Formlinien 5a, 5b vor.
Weiterhin sind als markante Orientierungspunkte beider Formlinien 5a, 5b jeweils
das Rektum R, R' und
die zwei Flexuren F1, F2,
F1',
F2' des Dickdarms 1 erkennbar.
Naturgemäß sind in
den Bereichen 3a, 3b die Formlinien 5a, 5b unterbrochen. Um
den Verlauf der Formlinien 5a, 5b dennoch nachvollziehbar
zu machen, werden Verbindungslinien 7a, 7b gezogen,
die von einem Benutzer modifiziert werden können. Es wird nun ein erster
Ausgangspunkt S1, S1' auf beiden Formlinien 5a, 5b definiert. Ausgehend
von diesem Ausgangspunkt S1, S1' erfolgt eine aktive
Navigation durch die Bilddaten entlang der Formlinie 5a bzw.
entlang des Abschnitts 5a1 der
Formlinie 5a bis zu einem Endpunkt O des Abschnitts 5a1 . Parallel hierzu wird entlang der
Formlinie 5b bzw. des Abschnitts 5b1 diese
aktive Navigation passiv mitverfolgt. Beim Erreichen des Endpunkts O,
der somit als erster Wechselpunkt fungiert, wechselt die aktive
Navigation automatisch von der ersten Formlinie 5a zur
zweiten Formlinie 5b. Nun wird entlang der Verbindungslinie 7a der
weitere Verlauf der Navigation in den Bilddaten entlang der Formlinie 5b bzw.
des Abschnitts 5b1 bis zu einem
Punkt O' passiv mitverfolgt,
dem Endpunkt des Abschnitts 5b1 .
An diesem zweiten Wechselpunkt erfolgt wiederum ein Wechsel der
aktiven Navigation auf die Bilddaten entlang der Formlinie 5a und
eine passive Mitverfolgung entlang der Verbindungslinie 7b.
Diese beiden Wechsel der Navigation sind durch die mit X und Y gekennzeichneten
Pfeile in der Figur angedeutet. Auf diese Art und Weise ist es möglich, bei
den hier vorliegenden Bilddaten des Hohlorgans 1 insgesamt
ein komplettes Bild des Hohlorgans 1 auf Basis der beiden Aufnahmen
aus unterschiedlichen Aufnahmelagen zusammenzustellen und die Bilddaten
entsprechend zu kombinieren.
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Zusätzlich kann
ausgehend von einem zweiten Ausgangspunkt S2,
S2' eine
aktive Navigation auch vom anderen Ende des Hohlorgans 1 erfolgen. Dies
ist zwar im vorliegenden Fall, bei dem nur zwei kollabierte Bereiche 3a, 3b vorliegen,
die sich nicht überschneiden,
nicht notwendig, jedoch ist klar, dass bei Vorliegen von mehreren
kollabierten Bereichen Teilbereiche entstehen können, in denen sich kollabierte
Bereiche aus allen Aufnahmelagen überdecken und somit eine Generierung
kombinierten Bilddaten für
das gesamte Hohlorgan nicht durchführen lässt. In einem solchen Fall
ist die Definition des zweiten Ausgangspunkts S2,
S2' dazu
geeignet, eine möglichst komplette
Ausbeute an kombinierten Bilddaten zu ermöglichen. Weitere Ausgangspunkte
(hier nicht dargestellt) können
zusätzlich
definiert werden; sie orientieren sich üblicherweise wieder an markanten
Orientierungspunkten des Hohlorgans 1.
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3 zeigt
einen Abschnitt eines Dickdarms 1 mit zwei Dickdarmwänden 12.
Um aus dem Verlauf des Dickdarms 1 eine Formlinie 5 zu
extrahieren, kann alternativ zur Bestimmung der Mittellinie folgendes
Verfahren angewandt werden: Ausgehend von einem Bestimmungs-Startpunkt
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 festen vordefinierten Abstand a ein Folge-Startpunkt B
ermittelt. Von diesem Folge-Startpunkt B aus wird dieselbe Vorgehensweise
wie von Bestimmungs-Startpunkt A wiederholt und ein am weitesten
in der Richtung weg vom Bestimmungs-Startpunkt A entfernten Punkt
B' eine Verbindung
B-B' gezogen und
darauf im selben vordefinierten Abstand a ein Punkt C festgelegt.
Dargestellt sind Startpunkte 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
Startpunkte A, B, C, D, E, F, G und weitere miteinander verbunden,
wodurch die Formlinie 5 des Dickdarms 1 entsteht.
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Zu
beachten ist bei der Bestimmung der Formlinie 5 eines Dickdarms 1 mit
der beschriebenen Methode, dass der Abstand a zwischen den einzelnen
Startpunkten 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 5 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 5, aber desto genauer gibt die Formlinie 5 auch
den räumlichen
Verlauf des Dickdarms 1 wieder. In 3 ist erkennbar,
dass die Formlinie 5 nicht gleich der Mittellinie des Hohlorgans 1 ist,
die in genau gleichem Abstand zwischen den beiden Dickdarmwänden 12 verlaufen
würde.
Sie repräsentiert
also den Verlauf des Dickdarms 1 auf eine alternative Art
und Weise.
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4 zeigt
die schematische Blockdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9.
Sie weist eine kombinierte Eingangsschnittstelle 11 auf,
die aus zwei Eingangsschnittstellen 13, 15 besteht,
die jeweils Bilddaten BD1, BD2 entgegennehmen,
die aus einer ersten Bildaufnahme und einer zweiten Bildaufnahme
jeweils bei unterschiedlichen Lagen des Hohlorgans stammen. Diese Bilddaten
BD1, BD2 gelangen
in eine kombinierte Bestimmungseinheit 21, bestehend aus
einer Formlinienbestimmungseinheit 17 zur Bestimmung von Formliniendaten
FLD1 einer ersten Formlinie des Hohlorgans
oder Abschnitten der ersten Formlinie und ihres Verlaufs und einer
Formlinienbestimmungseinheit 19 zur Bestimmung von Formliniendaten
FLD2 einer zweiten Formlinie des Hohlorgans oder
Abschnitten der zweiten Formlinie und ihres Verlaufs. Alternativ
können
auch nur eine Eingangsschnittstelle 13 und/oder eine Formbestimmungseinheit 17 vorgesehen
sein, über
die die Bilddaten BD1, BD2 sequenziell
eingespeist bzw. in der sie sequenziell verarbeitet werden.
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Eine
Registrierungseinheit 23 registriert die beiden Formlinien
aufeinander, und eine Definitionseinheit 25 definiert Ausgangspunkte
für die
Formlinien. Ausgehend von diesen Ausgangspunkten navigiert eine
Navigationseinheit 27 zur aktiven Navigation entlang der
Formlinien oder ihrer Abschnitte, und eine Steuerungseinheit 29 verfolgt
passiv anhand mindestens einer weiteren Formlinie parallel zur aktiven
Navigation entlang einer ersten Formlinie mit. Die Steuerungseinheit 29 initiiert
weiterhin einen Wechsel zu einer aktiven Navigation entlang einer zweiten
Formlinie bei Erreichen eines Endes eines Abschnitts der ersten
Formlinie sowie Wechsel zu einer aktiven Navigation entlang der
ersten oder ein weiteren Formlinie bei Erreichen eines Endes eines Abschnitts
der zweiten Formlinie. Diese Wechsel werden bis zu einem Punkt fortgesetzt,
an dem Formlinien nicht mehr ermittelbar sind und/oder eine parallele
passive Mitverfolgung nicht mehr fehlerfrei durchführbar ist.
Eine Aufbereitungseinheit 31 bereitet kombinierte Bilddaten
KBD für
einen Benutzer auf. Sie können über eine
Ausgangsschnittstelle 33 an weitere Recheneinheiten und über eine
Terminalschnittstelle 35 und ein Computerterminal 37 an
einen Benutzer weitergegeben werden. Diese Terminalschnittstelle
dient außerdem
zur Ausgabe der Formliniendaten FLD1, FLD2 auf einer graphischen Oberfläche, z.
B dem Terminalbildschirm, an einen Benutzer, der im Rahmen dessen
Modifikationen – in erster
Linie an den Daten zum Verlauf der Formlinien – durchführen kann.
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In
diesem Beispiel ist die Vorrichtung 9 softwaremäßig realisiert
auf einer Rechnereinheit, die der Akquirierung von Bilddaten aus
einem Computertomographiesystem dient. Die Aufbereitung für einen Benutzer
erfolgt auch im Rahmen der Aufbereitung des Computertomographiesystems
und umfasst eine Speicherung der kombinierten Bilddaten, ggf. auch der
Bilddaten BD1, BD2 aus
den beiden unterschiedlichen Aufnahmelagen sowie eine Abspeicherung
zur weiteren Verwendung und ggf. Modifikation und Nachbearbeitung.
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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.