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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Diskriminierungsmodul
zur automatischen Diskriminierung von Objekten und/oder Gewebemerkmalen
im Bereich der Oberfläche
eines Hohlorgans. Des Weiteren betrifft sie ein Bildbearbeitungssystem.
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Bildgebende
Verfahren wie zum Beispiel die Computertomographie (CT), die Magnetresonanztomographie
(MR), die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder die Single-Photon-Emissions-Computertomographie
(SPECT) bzw. Kombinationen dieser Verfahren generieren üblicherweise dreidimensionale
Volumenbilddaten eines zu untersuchenden Objekts.
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Für die Bildgebung
von Hohlorganen mittels derartiger bildgebender Verfahren ist es
notwendig, einen ausreichenden Bildkontrast zwischen dem Hohlraumbereich
innerhalb des Hohlorgans und der inneren Hohlorganoberfläche zu erzielen.
Wird beispielsweise ein menschliches oder tierisches Bronchialsystem
abgebildet, so bietet die dort vorhandene Luft für die CT-Untersuchung bereits
einen ausreichenden Kontrast zum Hohlorgangewebe. Ist dies hingegen
nicht gewährleistet,
wie bei anderen, nicht luftgefüllten
Organen oder bei der Anwendung anderer Bildgebungsverfahren, so
wird vor der bildgebenden Messung ein Kontrastmittel, beispielsweise
intravenös,
verabreicht. Bei der Abbildung eines Hohlorgans wie des Darms mittels
CT- oder MR-Colonographie wird dieser zum Beispiel mit Kohlendioxid,
Luft oder Wasser gefüllt.
Zuvor muss Stuhl so weit wie möglich
entfernt werden, was durch geeignete Abführmittel erreicht wird. Die
Bildvoxel des Kontrastmittels und die dazugehörigen Randvoxel, die die Oberfläche des
Hohlorgans repräsentieren,
können im
Rahmen der Bildgebung bei einer so genannten Segmentierung aus den
Volumendatensatz extrahiert und getrennt von einander dargestellt
werden. In der Folge können
die dreidimensionalen Bilddaten mittels einer zweidimensionalen
Darstellungsweise einem Benutzer aufbereitet werden. Ein derartiges Verfahren
ist beispielsweise die virtuelle Dissektion. Vereinfacht ausgedrückt wird
hierbei das Hohlorgan als Röhre
betrachtet, in der Längsrichtung
aufgeschnitten, aufgebogen und in der Ebene eines Bildschirms dargestellt.
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Ob
ein Bildvoxel in einer solchen bildlichen Darstellung für einen
Benutzer, also beispielsweise einer virtuellen Dissektion, entfernt
wird oder der Oberfläche
hinzugerechnet wird, hängt
derzeit nur davon ab, ob der Parameterwert, der zur Unterscheidung
von Füllmaterial
und Hohlorgangewebe herangezogen wird, dies- oder jenseits eines
definierten Schwellenwerts liegt.
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Zum
Beispiel liegt bei der CT-Bildgebung der Parameterwert von Reststuhl,
der trotz Verabreichung von Abführmittel
im Dickdarm verblieben ist, oberhalb des Schwellwerts und würde daher
dem Dickdarmgewebe zugeordnet werden. Er wird daher bei einer Colonographie
als erhabene Struktur stehen bleiben und dadurch das Oberflächenbild
des Dickdarms bei der Bildgebung verfälschen. Es besteht sogar die
Gefahr, dass er fälschlicherweise
mit einer Läsion,
beispielsweise einem Tumor verwechselt wird.
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Liegt
hingegen der betreffende Parameterwert einer bestimmten Auffälligkeit,
also eines Objekts oder eines bestimmten Gewebemerkmals, unterhalb
eines gewählten
Schwellenwerts, so würde diese
Auffälligkeit
in der Bilddarstellung irrtümlicherweise
unterschlagen werden. Zum Beispiel könnte bei der Darstellung von
Bronchien eine Läsion
fälschlicherweise
nicht als Teil der Oberfläche
dieses Hohlorgans dargestellt sein, wodurch sich Probleme für einen
Benutzer ergeben, der meist gerade nach derartigen Läsionen sucht.
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Vom
Schwellenwert zur Unterscheidung zwischen Gewebe und Füllung hängt die
Qualität
des Bildkontrastes bei der Darstellung des jeweiligen Hohlorgans
ab. Daher sollte in der Regel – je
nach Hohlorgan – von
vorneherein ein optimaler Schwellenwert bestimmt werden, der vorzugsweise
höchstens
marginal verändert
wird. Zwangsläufig
werden daher immer gewisse Objekte wie verschluckte Fremdkörper, Ablagerungen
(z. B. Kalkablagerungen in Blutgefäßen), Organsteine uvm. bzw.
Gewebemerkmale wie Läsionen
in der Bilddarstellung entweder unterschlagen oder fälschlicherweise
dem Hohlorgangewebe zugeordnet und nicht separat dargestellt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit bereitzustellen,
wie derartige Objekte und/oder Gewebemerkmale im Bereich der Oberfläche eines
Hohlorgans automatisch und effektiver von den Volumenbilddaten des
Hohlorgans selbst bzw. von den Volumenbilddaten des Füllmaterials
diskriminiert werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
1, ein Diskriminierungsmodul gemäß Anspruch
11 sowie ein Bildbearbeitungssystem gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
der eingangs genannten Art weist demgemäß mindestens folgende Schritte
auf:
- – Erfassung
von mit Hilfe eines bildgebenden Systems aufgenommenen Volumenbilddaten
eines das Hohlorgan umfassenden Gewebes,
- – Identifizierung
eines Füllungs-Volumenbilddatenbereichs,
der eines Volumenbereich repräsentiert,
der eine bestimmungsgemäße Füllung des Hohlorgans
aufweist, mittels eines Schwellenwert-Verfahrens,
- – Gewinnung
eines hohlorgangewebespezifischen Kenn-Messwerts eines bildgebungssystemspezifischen
Analyseparameters,
- – Definition
eines Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
in einem Grenzbereich des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs,
- – Analyse
des Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
in Hinblick auf eine Messwertverteilung des bildgebungssystemspezifischen
Analyseparameters, und
- – Unterscheidung
eines Objekts und/oder Gewebemerkmals von einem typischen Gewebe
des Hohlorgans und/oder einem Füllungsbereich
des Hohlorgans auf Basis einer signifikanten Abweichung von Messwerten
des bildgebungssystemspezifischen Analyseparameters im Übergangs-Volumenbilddatenbereich
vom hohlorgangewebespezifischen Kenn-Messwert und/oder von einem
füllungsspezifischen
Kenn-Messwert des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird also, wie bereits bekannt, mittels eines Schwellenwert-Verfahrens
der Füllungs-Volumenbilddatenbereich
von anderen Volumenbilddatenbereichen getrennt. In der Folge erfährt das
Verfahren seine erfindungsgemäße Verfeinerung,
bei der ein Grenzbereich des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
als sogenannter Übergangs-Volumenbilddatenbereich
definiert und tiefergehend analysiert wird. Eine solche Definition
des Übergangs-Volumenbilddatenbereich, d.
h. eine Gewinnung von Definitionsdaten, die den Übergangs-Volumenbilddatenbereich
festlegen, kann sowohl eine automatische Definition als auch eine
Erfassung von Definitionsdaten über
eine Benutzerschnittstelle umfassen.
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Die
Grundlage der Analyse bildet hier ein bildgebungssystemspezifischer
Analyseparameter. Dieser hängt
entscheidend von der Wahl des Bildgebungssystems ab, wie im Folgenden
noch näher
auszuführen
ist. Er kann beispielsweise durch einen absoluten oder einen relativen
Parameterwert, jedoch ggf. auch durch einen Maximalwert, einen Median oder
Mittelwert in einem bestimmten Bereich gekennzeichnet werden.
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Im Übergangs-Volumenbilddatenbereich, dessen
Ausdehnung auch als "Eindringtiefe" bezeichnet wird,
wird nach signifikanten Abweichungen des Messwerts des bildgebungssystemspezifischen Analyseparameters
vom hohlorgangewebespezifischen Kenn-Messwert bzw. von einem füllungsspezifischen
Kenn-Messwert gesucht. Eine "signifikante Abweichung" ist bildgebungssystemabhängig definierbar,
kann jedoch allgemein als eine Abweichung des Analyseparameterwerts
verstanden werden, bei der eindeutig davon auszugehen ist, dass
er nicht dem typischen Hohlorgangewebe bzw. dem Füllmaterial
des Hohlorgans zuzuordnen ist. Beispielsweise kann dies bei einer
Wertabweichung von mindestens 10% des hohlorganspezifischen bzw.
des füllungsspezifischen
Kenn-Messwerts des Hohlorgangewebes bzw. des Füllmaterials angenommen werden. Liegt
eine solche signifikante Abweichung von mindestens einem, üblicherweise
von beiden spezifischen Kenn-Messwerten vor, so kann davon ausgegangen
werden, dass es sich bei den Volumenbilddaten, die sich auf diese
Art und Weise von den restlichen Volumenbilddaten unterscheiden
lassen, um solche Volumenbilddaten handeln, die ein Objekt und/oder
ein Gewebemerkmal repräsentieren.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird als "typisches
Gewebe" des Hohlorgans
ein unauffälliges
Gewebe ohne nennenswerte Abnormalitäten verstanden, in dessen Volumenbilddatenbereich
entsprechend der hohlorganspezifische Kenn-Messwert gemessen werden kann. Sowohl dieser
hohlorgangewebespezifische Kenn-Messwert als auch der füllungsspezifische
Kenn-Messwert können
jeweils im Rahmen des Verfahrens mit Hilfe einer Messwert-Analyse
ermittelt werden. Alternativ können
sie auch aus einem Messwertspeicher oder aus einer Werteingabe durch
einen Benutzer des Bildgebungssystems bezogen werden. Ein entsprechender Messwertspeicher
hält dann
typischerweise empirisch generierte Kenn-Messwerte zu dem entsprechenden
Hohlorgangewebe bzw. zu dem entsprechenden Füllmaterial des Füllungsbereichs
vor, und ein Benutzer kann ebenfalls Erfahrungswerte aus seiner
eigenen täglichen
Praxis einpflegen. Dies bedeutet, dass das automatische Verfahren
ganz allgemein auch teilautomatische Aspekte aufweisen kann, wie
die hier näher
spezifizierten Eingaben von Kenn-Mess werten oder andere Prozessschritte,
in denen ein Benutzer das Verfahren durch sein Zutun unterstützt.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
beispielsweise ein Dickdarm in einer virtuellen Dissektion einem
Benutzer dargestellt werden. Dabei wird zunächst prinzipiell mittels Schwellenwertverfahren
zwischen dem Füllungs-Volumenbilddatenbereich,
in dem eindeutig eine Kontrastmittelfüllung vorliegt, und den restlichen
Volumenbilddaten unterschieden. Im Grenzbereich des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
zu den restlichen Volumenbilddaten erfolgt nun eine weitergehende
Analyse. In ihr wird zwischen den Volumenbilddaten, die aufgrund ihres
bildgebungssystemspezifischen Analyseparameterwerts eindeutig dem
Dickdarmgewebe zuzuordnen sind, und solchen Volumenbilddatenbereichen
unterschieden, deren bildgebungssystemspezifischer Parameterwert
vom füllungsspezifischen Kenn-Messwert
und/oder vom hohlorganspezifischen Kenn-Messwert abweicht.
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In
diesem Volumenbilddatenbereich liegt damit ein Objekt bzw. Gebewebemerkmal
vor, das nicht dem Dickdarmgewebe bzw. dem Füllmaterial zuzuordnen hist.
Hierbei kann es sich beispielsweise um Reststuhl oder um eine Läsion handeln.
In Abhängigkeit
von der Art des Objekts bzw. des Gewebemerkmals kann die Bilddarstellung
entsprechend angepasst werden, beispielsweise durch eine Markierung wie
unten näher
beschrieben oder – wie
im Falle von Reststuhl im Dickdarm – durch eine virtuelle Zuweisung
des entsprechenden Volumendatenbereichs zum restlichen Füllmaterial
des Dickdarms. Auf diese Weise ist dann eine Darstellung der vollständigen Oberfläche des
Dickdarms ohne die störenden
Einflüsse
des Reststuhls möglich.
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Ein
erfindungsgemäßes Diskriminierungsmodul
der eingangs genannten Art weist mindestens auf:
- – eine Eingangsschnittstelle
für Volumenbilddaten eines
das Hohlorgan umfassenden Gewebes,
- – eine
Identifizierungseinheit zur Identifizierung eines Füllungs-Volumenbilddatenbereichs,
die so ausgebildet ist, dass sie den Füllungs-Volumenbilddatenbereich
mittels eines Schwellenwert-Verfahrens ermittelt,
- – eine
Kenn-Messwert-Gewinnungseinheit zur Bereitstellung eines hohlorgangewebespezifischen
Kenn-Messwerts eines bildgebungsspezifischen Analyseparameters,
- – eine
Definitionseinheit zur Definition eines Übergangs-Volumenbilddatenbereichs,
- – eine
Analyseeinheit zur Analyse des Übergangs-Volumenbilddatenbereichs,
- – eine
Unterscheidungseinheit zur Unterscheidung eines Objekts und/oder
Gewebemerkmals vom Gewebe des Hohlorgans und/oder von einem Füllungsbereich
des Hohlorgans auf Basis einer signifikanten Abweichung von Messwerten des
bildgebungssystemspezifischen Analyseparameters im Übergangs-Volumenbilddatenbereich
vom hohlorgangewebespezifischen Kenn-Messwert und/oder von einem
füllungsspezifischen
Kenn-Messwert des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
und zur Generierung von Diskriminierungsdaten auf Basis dieser Unterscheidung,
und
- – eine
Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe der Diskriminierungsdaten.
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Die
Schnittstellen müssen
nicht zwangsläufig
als Hardwarekomponenten ausgebildet sein, sondern können auch
als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die Bilddaten
ganz oder teilweise von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten
anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung
für ein
Tomographiesystem 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 beide
Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise
einer Input/Output-Schnittstelle, zusammengefasst sein. Auch einzelne
der genannten Funktionseinheiten können in funktional übergeordneten
Einheiten zusammengefasst oder als Teile von Funktionseinheiten
ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere für die Unterscheidungseinheit,
die einen Teil der Analyseeinheit bilden kann. In der Analyseeinheit
wird dann generell die Analyse des Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
vorgenommen und die Unterscheidung einzelner Volumenbilddatenbereiche
erfolgt dann als Teilprozess der Analyse innerhalb der Unterscheidungseinheit.
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Insgesamt
können
ein Großteil
der Komponenten zur Realisierung des Diskriminierungsmoduls in der
erfindungsgemäßen Weise,
insbesondere die Identifizierungseinheit, die Kenn-Messwert-Gewinnungseinheit,
die Definitionseinheit, die Analyseeinheit und die Unterscheidungseinheit,
ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor
realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt
in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar
ist, mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
auszuführen, wenn
das Programmprodukt auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird.
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Die
mit Hilfe der Unterscheidungseinheit generierten Diskriminierungsdaten
können
beispielsweise als Visualisierungsdaten für ein solches Bildbearbeitungssystem
für eine
graphische Darstellung der Oberfläche des Hohlorgans verwendet
werden. Wie bereits erwähnt,
können
die beiden Kenn-Messwerte entweder erstens durch Identifizierung
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewonnen werden oder zweitens alternativ oder ergänzend durch
Zuhilfenahme einer Datenbank, die als Teil des Diskriminierungsmoduls
fungiert, jedoch nicht zwangsläufig örtlich zusammen
mit den anderen Komponenten des Diskriminierungsmoduls assembliert
sein muss. Sie kann daher auch über
eine geeignete Schnittstelle angeschlossen sein, ebenso wie eine
Benutzereingabeschnittstelle, über
die gemäß einer
dritten alternativen oder ergänzenden
Einspeisungsmöglichkeit
zumindest ein Teil der Kenn-Messwerte direkt von einem Benutzer
bereitgestellt werden können.
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Ein
erfindungsgemäßes Bildbearbeitungssystem
umfasst ein erfindungsgemäßes Diskriminierungsmodul
und ggf. weitere Funktionskomponenten, insbesondere solche zur Bildaufbereitung
aus Volumen-Bildrohdaten und solche zur Ableitung von Steuerbefehlen
für Bild-Wiedergabeeinrichtungen wie
Bildschirme bzw. Drucker.
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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 das Diskriminierungsmodul
auch entsprechend den abhängigen
Ansprüchen
zum analogen Diskriminierungsverfahren weitergebildet sein.
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Grundsätzlich kann
das erfindungsgemäße Verfahren
mit praktisch jedem bildgebenden System durchgeführt werden und auf unterschiedliche
Analyseparameterwerte abgestellt sein. Besonders bevorzugt wird
gemäß einer
ersten Variante ein auf radiologischer Strahlung basierendes System,
beispielsweise ein CT-System, als bildgebendes System und als bildgebungssystemspezifischer
Analyseparameter eine Strahlen-Absorption. Die Strahlen-Absorption
kann beispielsweise in Hounsfield-Units gemessen werden, die bei CT-Verfahren
auch im Rahmen des Schwellenwert-Verfahrens zur Diskriminierung des
Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
vom restlichen Volumenbilddatenbereich als bildgebungssystemspezifischer
Parameter verwendet werden. Dadurch kann vorteilhafterweise ein
ohnehin verwendeter Parameter auch als Analyseparameter für die erfindungsgemäße Diskriminierung
von Objekten und/oder Gewebemerkmalen genutzt werden.
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Analog
hierzu ist das bildgebende System gemäß einer zweiten vorteilhaften
Variante der Erfindung ein auf elektromagnetischen Anregungs- und/oder
Messfeldern basierendes System, und als bildgebungssystemspezifischer
Analyseparameter wird eine Pixel- und/oder Voxelintensität verwendet, die
die Intensität
des von einem Ort empfangenen Magnetresonanzsignals repräsentiert.
Auch hier gilt, dass dieser bildgebungssystemspezifische Parameter
auch im bereits bekannten Schwellenwert-Verfahren zur Diskriminierung
des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
vom restlichen Volumenbilddatenbereich verwendet wird, so dass keine
zusätzlichen
Parameter im Rahmen des Verfahrens eine Rolle spielen.
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Je
nach betrachtetem Hohlorgan und je nach Erkenntnisinteresse bei
der nachfolgenden Bildbetrachtung kann es sinnvoll sein, verschiedene Übergangs-Volumenbilddatenbereiche
zu definieren. Dies erfolgt gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens dadurch, die Ausdehnung des Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
von einem Benutzer definiert wird, d. h. es erfolgt eine Datenerfassung
von Definitionsdaten über
eine Eingangsschnittstelle beispielsweise eine Benutzerschnittstelle.
Dies hat den Vorteil, dass geschulte Benutzer aufgrund ihrer eigenen
Erfahrungswerte den Analysewert selbstständig in Abhängigkeit von ihrem Erkenntnisinteresse
mitbestimmen können.
Alternativ kann ein erfindungsgemäßes Diskriminierungsmodul automatisch
die Ausdehnung des Übergangs-Datenbereichs
definieren, gegebenenfalls über
eine Benutzerschnittstelle rückbestätigt oder modifiziert
von einem Benutzer, um Fehler bei der automatischen Definition auszuschließen.
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Gemäß einer
ersten vorteilhaften Variante wird der Übergangs-Volumenbilddatenbereich im Wesentlichen
innerhalb des Füllungs-Bilddatenbereichs
definiert. Dies bedeutet, dass mindestens der überwiegende Teil des Volumen-Bilddatenbereichs innerhalb
des Füllungs-Bilddatenbereichs
angesiedelt wird. Dieses Verfahren wird im Speziellen dann angewandt,
wenn zu erwarten ist, dass die Messwerte des Analyseparameters,
die ein Objekt und/oder ein bestimmtes Gewebemerkmal repräsentieren
würden,
unterhalb des Schwellenwerts liegen, der der Dis kriminierung des
Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
von anderen Bereichen dient.
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Gemäß einer
zweiten vorteilhaften Alternative wird der Übergangs-Volumenbilddatenbereich
im Wesentlichen außerhalb
des Füllungs-Bilddatenbereichs
definiert. Dies bedeutet, dass mindestens der überwiegende Teil des Volumen-Bilddatenbereichs außerhalb
des Füllungs-Bilddatenbereichs
angesiedelt wird. Dieses Verfahren kann vor allem dann angewandt
werden, wenn zu erwarten ist, dass die Messwerte des Analyseparameters,
die ein Objekt und/oder ein bestimmtes Gewebemerkmal repräsentieren
würden,
oberhalb des Schwellenwerts liegen, der der Diskriminierung des
Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
von anderen Bereichen dient.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt
die Unterscheidung des Objekt und/oder Gewebemerkmals vom typischen
Gewebe des Hohlorgans – und
damit vom hohlorganspezifischen Kenn-Messwert – mittels eines Schwellenwert-Verfahrens.
Dies bedeutet, dass im Endeffekt zwei unterschiedliche Schwellenwerte
verwendet werden. Der erste Schwellenwert dient der Unterscheidung
des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
von den restlichen Volumenbilddatenbereichen, der zweite Schwellenwert
der Unterscheidung eines Objekts und/oder Gewebemerkmals vom typischen
Gewebe des Hohlorgans. Die Verwendung zweier unterschiedlicher,
vorab definierbarer Schwellenwerte, birgt den Vorteil, dass klare
Kriterien der Abgrenzung von verschiedenen Bereichen vorgelegt werden.
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Besonders
bevorzugt erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Bilddarstellung der
Oberfläche
des Hohlorgans für
einen Benutzer, in der unterschiedliche Messwerte des bildgebungssystemspezifischen
Analyseparameters mittels einer graphischen Codierung visualisiert
werden. Dies kann beispielsweise durch eine Farb- oder eine Helligkeitscodierung
realisiert sein, wobei – etwa
durch unterschiedliche Intensi täten – eine Art
Material-Topographie der Hohlorgan-Oberfläche ähnlich einer Landkarte abgebildet
werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform wird der Volumenbilddatenbereich,
der das Objekt bzw. Gewebemerkmal umfasst, durch optische Markierungsmittel
bei der Bilddarstellung des Hohlorgans hervorgehoben dargestellt. Dies
bedeutet, dass eine selektive Hervorhebung des Objekts bzw. Gewebemerkmals
erfolgt. Ein Benutzer kann so einfach erkennen, in welchem Bereich sich
Auffälligkeiten
im Bereich der Oberfläche
des Hohlorgans befinden, die er ggf. einer näheren Untersuchung unterziehen
kann.
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Prinzipiell
kann zur Bilddarstellung im Rahmen des Verfahrens jedwede Darstellungsformen verwendet
werden, bevorzugt jedoch eine zweidimensionale Darstellungsform,
besonders bevorzugt einer virtuelle Dissektion. Mit Hilfe dieser
bekannten und bewähren
Darstellungsmethode ist es Benutzern einfach möglich, entlang der Oberfläche des
Hohlorgans zu navigieren, und das erfindungsgemäße Verfahren birgt im Rahmen
dessen den Vorteil, dass es Mittel bereitstellt, mit Hilfe derer
zu detektierende Objekte bzw. Gewebemerkmale einfacher zu erkennen sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des Diskriminierungsmoduls ist ein Kenn-Messwertspeicher vorgesehen,
in dem objektspezifische und/oder merkmalsspezifische und/oder hohlorganspezifische
und/oder füllungsspezifische Kenn-Messwerte
hinterlegt sind, die bestimmte Objekte und/oder Gewebemerkmale und/oder
Hohlorgane und/oder Füllmaterialien
repräsentieren.
Hierdurch wird es beispielsweise ermöglicht, dass typische bekannte
Auffälligkeiten
wie Läsionen
oder Reststuhl automatisch identifiziert bzw. klassifiziert werden
können
bzw. dass direkt auf bekannte Kenn-Messwerte zurückgegriffen werden kann, die auf
bestimmte Arten von Hohlorganen bzw. Füllmaterialien schließen lassen.
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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.
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Es
zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung eines Hohlorgans in der virtuellen Dissektion,
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2 eine
typische Intensitätsverteilung
entlang einer Schnittlinie quer durch einen Dickdarm bei einer CT-Aufnahme,
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3 eine
virtuelle Dissektion eines Teilbereichs eines Dickdarms, in der
Darstellung ohne und mit Markierung einer Auffälligkeit,
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4 eine
typische Intensitätsverteilung
entlang einer Schnittlinie quer durch ein Bronchialgewebe bei einer
CT-Aufnahme, und
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5 eine
schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Bildbearbeitungssystems mit
einem erfindungsgemäßen Diskriminierungsmodul.
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1 zeigt
das prinzipielle Funktionsschema der Herstellung einer virtuellen
Dissektion VD eines Hohlorgans 1 gemäß dem Stand der Technik. Ein der
Anschaulichkeit halber vereinfacht als zylindrisch ausgebildetes
Hohlorgan 1 wird virtuell entlang einer Schnittkante 5 aufgeschnitten
und auseinandergerollt. In der realen Abbildung wird ein Darm beispielsweise
aus Volumenbilddaten segmentiert und die Bilddaten werden virtuell
in einer Verlaufsrichtung gestreckt.
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Diese
virtuelle Dissektion VD ist in der unteren Darstellung sichtbar.
Erkennbar ist dabei, dass jenseits der Schnittkante 5 zwei Überlappungsbereiche
A, B vorgesehen sind, die jeweils oben bzw. unten in der virtuellen
Dissektion VD doppelt zu sehen sind. Diese Korrespondenz ist dort
durch Pfeile angedeutet. Ein Gewebemerkmal 3, hier ein
Polyp, der genau im Überlappungsbereich
B liegt, kann daher bei der Darstellung nicht einfach übersehen
werden. Er wird stattdessen doppelt angezeigt, einmal am äußersten
Rand oben und einmal in einem Bereich oberhalb des äußersten
Randes der virtuellen Dissektion VD. Die Ebene der virtuellen Dissektion
VD liegt genau senkrecht zur Betrachtungsrichtung eines Betrachters.
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In 2 ist
eine eine typische Intensitätsverteilung
entlang einer Schnittlinie quer durch ein Hohlorgan 1,
hier einen Dickdarm, bei einer CT-Aufnahme dargestellt. Dabei wird
die Strahlungsabsorption in Hounsfield-Units (HU) aufgetragen, über den
Querschnitt des luftgefüllten
Dickdarms 1 in einem Schnittbereich. Das Darmgewebe selbst
weist einen Kenn-Messwert
HK von 100 HU und die Luftfüllung des
Dickdarms 1 einen Kenn-Messwert FK von –1000 HU auf. Der hohlorgangewebespezifische Kennwert
HK und der füllungsspezifische
Kenn-Messewert FK
liegen daher dies- und jenseits eines Schwellenwerts S, wodurch
ein Füllungs-Volumenbilddatenbereich
F identifiziert werden kann, in etwa in dem Bereich vorliegt, in
dem der füllungsspezifische
Kennmesswert FK mit –1000
HU gemessen wird. Linker Hand und rechter Hand dieses Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
F befinden sich daher Volumenbilddaten, die entweder dem Hohlorgangewebe
des Dickdarms 1 oder anderen Objekten bzw. Gewebemerkmalen
zuzuordnen wären.
Da die Datensegmentierung mit einem Schwellenwert-Verfahren arbeitet,
würden
gemäß Stand
der Technik alle Bereiche mit einem Wert größer als der Schwellwert S zum
Dickdarmgewebe hinzugehörend
definiert. Auch Reststuhl, der rechter Hand jenseits des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
F in einem Reststuhlbereich R liegt, d. h. an einer Dickdarmwandung angelagert
ist, würde
nach dem Schwellenwert-Verfahren dem Dickdarmgewebe zugerechnet.
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Hier
setzt die Erfindung an, indem Objekte wie dieser Reststuhl dadurch
vom Hohlorganbereich H getrennt werden, dessen Volumenbilddaten
das Hohlorgan repräsentieren,
dass ein Über gangs-Volumenbilddatenbereich
T einer tiefgehenderen Analyse unterzogen wird. Dieser Übergangs-Volumenbilddatenbreich
T kann entweder von einem Diskriminierungsmodul automatisch oder
von einem Benutzer durch Befehlseingabe in das Diskriminierungsmodul definiert
werden. Durch genauere Analyse des Analyseparameterwerts, im vorliegenden
Falle also der Strahlenabsorption, kann der Reststuhl vom Darmgewebe
unterschieden werden. Sein spezifischer Reststuhl-Strahlenabsorptionswert
RK liegt mit etwa 300 HU deutlich über dem hohlorgangewebespezifischen
Messwert HK. Im Rückgriff
auf Daten aus einem Kenn-Messwertspeicher kann weiterhin im Abgleich
mit dem ermittelten Reststuhl-Strahlenabsorptionswert RK eine Zuordnung
des Volumenbilddatenbereichs zu Reststuhl erfolgen.
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3 zeigt
linker Hand eine virtuelle Dissektion VD eines Teils eines Dickdarms 1 mit
verschiedenen Unebenheiten, von denen eine Unebenheit ein Gewebemerkmal,
nämlich
eine Läsion 3 ist,
die einen Strahlenabsorptionswert aufweist, der vom typischen CT-Wert
des Hohlorgangewebes abweicht. In der linken Darstellung ist die
Läsion 3 mit
bloßem
Auge kaum von anderen Bereichen der Oberfläche des Hohlorgans 1 zu
unterschieden.
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In
der rechten Bilddarstellung ist dieselbe virtuelle Dissektion VD
desselben Teils desselben Dickdarms 1 noch einmal durchgestellt.
Hier jedoch wird die Läsion 3 jedoch
durch eine farbige Markierung 7, hier erkennbar als dickerer
Punkt, besser erkennbar dargestellt. Die Farbmarkierung basiert
darauf, dass die Strahlenabsorptionswerte wie anhand von 2 erläutert, näher untersucht
wurden und in diesem Bereich eine signifikante Abweichung festgestellt
wurde, die eine Farbmarkierung erfährt. Ein Benutzer erkennt nun
sofort, dass in diesem Bereich eine Auffälligkeit vorliegt, der er seine
Aufmerksamkeit widmen muss.
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4 zeigt
analog zu 2 eine typische Intensitätsverteilung
eines anderen Hohlorgans, nämlich
einer luftgefüllten
Bronchie, im Querschnitt dargestellt. Wieder weist das Gewebe einen Kenn-Messwert
HK' von 100 HU auf
und die Luftfüllung
einen Kenn-Messwert FK' von –1000 HU.
Durch ein analog zu 2 durchgeführtes Schwellenwert-Verfahren
würde in
diesem Falle eine Läsion
in einem Läsionsbereich
L' nicht erkannt,
die mit ihrem Strahlenabsorptionswert von knapp unterhalb des Schwellenwerts
S' stattdessen fälschlicherweise
dem Füllungs-Volumenbilddatenbereich
F' zugerechnet würde. Durch
Analyse eines Übergangs-Volumenbilddatenbereich
T', der in diesem
Falle im Wesentlichen innerhalb des Füllungs-Volumenbilddatenbereichs
F' liegt, kann diese
Läsion
detektiert und dem Bronchialgewebe zugerechnet werden. Zugleich kann
sie wiederum – analog
zur Darstellung in 3 – farbmarkiert angezeigt werden.
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In 5 ist
ein erfindungsgemäßes Bildbearbeitungssystem 9 mit
einer Bildverarbeitungseinheit 11 und einem erfindungsgemäßen Diskriminierungsmodul 13 zur
Diskriminierung von Objekten bzw. Gewebemerkmalen dargestellt. Die
Bildverarbeitungseinheit 11 dient beispielsweise der Aufbereitung
von Roh-Bilddaten
aus einem bildgebenden System und/oder der Generierung von Steuerbefehlen
zur Ansteuerung einer Bildausgabeeinrichtung wie etwa eines Bildschirms.
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Das
Bildbearbeitungssystem 9 ist in Form von Prozessorbausteinen
ausgebildet, auf denen die Bildverarbeitungseinheit 11 und
das Diskriminierungsmodul 13 als Softwarebausteine realisiert
sind. Das Diskriminierungsmodul 13 umfasst eine Eingangsschnittstelle 15 und
eine Ausgangsschnittstelle 27, zwischen denen folgende
Einheiten angeordnet sind: Eine Identifizierungseinheit 17,
eine Kenn-Messwert-Gewinnungseinheit 19, eine Definitionseinheit 21,
eine Analyseeinheit 23, ein Kenn-Messwertspeicher 29 und
eine Unterscheidungseinheit 25.
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Über die
Eingangsschnittstelle 15 werden Volumenbilddaten VBD, VBD' eines Hohlorgans 1 aus
der Bildverarbeitungseinheit 11 bzw. aus anderen Datengenerierungseinheiten
(nicht dargestellt) in das Diskriminierungsmodul 13 eingespeist.
Sie gelangen von dort in die Identifizierungseinheit 17,
in der ein Füllungs-Volumenbilddatenbereich
F, F' mittels eines
Schwellenwert-Verfahrens ermittelt wird, und in die Kenn-Messwert-Gewinnungseinheit 19 zur Bereitstellung
eines hohlorgangewebespezifischen Kenn-Messwerts HK, HK' eines bildgebungssystemspezifischen
Analyseparameters, beispielsweise des Strahlenabsorptionswerts des
Hohlorgans 1. Alternativ zu einer Gewinnung dieses Kenn-Messwerts
HK, HK' auf Basis
der Volumenbilddaten VBD, VBD' kann dieser
auch durch eine Benutzereingabe und/oder durch Daten-Input aus einer
Datenbank erfolgen (beides nicht dargestellt).
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In
der Definitionseinheit 21 erfolgt die Definition eines
geeigneten Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
T, T', ebenfalls
entweder automatisch oder durch Benutzer- bzw. Datenbank-Input.
Die Analyseeinheit 23 dient der Analyse des Übergangs-Volumenbilddatenbereichs
T, T' im Hinblick
auf einen geeigneten Analyseparameter (beispielsweise wiederum der
Strahlenabsorption), d. h. sie analysiert die Verteilung von bildgebungssystemspezifischen
Parameterwerten wie im Zusammenhang mit den 2 und 4 dargestellt
und detektiert dabei signifikante Unterschiede von Messwerten. In
der Unterscheidungseinheit 25 schließlich werden Objekte bzw. Gewebemerkmale 3 vom
typischen Gewebe des Hohlorgans 1 bzw. vom Füllungsbereich
F, F' unterschieden.
Die Unterscheidungseinheit 25 kann auch als Unter-Einheit
der Analyseeinheit 23 ausgebildet sein. Die Unterscheidung
erfolgt wie beschrieben auf Basis einer signifikanten Abweichung
von Messwerten des bildgebungssystemspezifischen Analyseparameters
im Übergangs-Volumenbilddatenbereich
T, T' vom hohlorgangewebespezifischen
Kenn-Messwert HK, HK' bzw.
vom füllungsspezifischen
Kenn-Messwert FK,
FK'. Weiterhin kann
durch Hinzuziehung von Informationen zu typischen Kenn-Messwerten
für bestimmte
Objekte aus dem Kenn-Messwertspeicher 29, in dem objektspezifische
bzw. merkmalsspezifische Kenn-Messwerte, die bestimmte Objekte bzw. Gewebemerkmale
repräsentieren,
hinterlegt sind, ein Rückschluss
gezogen werden auf die Art eines diskriminierten Objekts bzw. Gewebemerkmals.
Die aus der Unterscheidung resultieren Diskriminierungsdaten DD,
DD', ggf. zusammen
mit Informationen über die
Art des so diskriminierten Objekts bzw. Gewebemerkmals, werden über die
Ausgangsschnittstelle 27 zum Beispiel an die Bildverarbeitungseinheit 11 und/oder
an andere Datenverarbeitungseinheiten zur Visualisierung bzw. weiteren
Datenverarbeitung ausgegeben.
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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. Dabei können insbesondere
einzelne der hier dargestellten Komponenten von anderen Funktionseinheiten
mit benutzt werden, die nicht in direktem örtlichen Zusammenhang mit dem
Rest der Komponenten stehen, beispielsweise einem Segmentierungsmodul,
das in einer Bildverarbeitungseinheit lokalisiert ist. Weiterhin schließt die Verwendung
der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht aus, dass
die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.