DE102008048684B4

DE102008048684B4 - Vermessungsverfahren und Vermessungsmodul zur Vermessung zumindest einer Abmessung eines dreidimensionalen Objekts

Info

Publication number: DE102008048684B4
Application number: DE102008048684A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr. 91056 Gündel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: DE102008048684A1

Abstract

Vermessungsverfahren zur Vermessung zumindest einer Abmessung eines dreidimensionalen Objekts (17) in einem dreidimensionalen Vermessungsbereich (R) mit Hilfe einer perspektivischen zweidimensionalen Abbildung des Objekts (17), mit mindestens folgenden Schritten:
a) Definieren zumindest zweier Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) in der zweidimensionalen Abbildung,
b) Zuordnung von im dreidimensionalen Raum an einer Oberfläche des Vermessungsbereichs (R) liegenden Übertragungspunkten (A, A', A'', B) zu den in der zweidimensionalen Darstellung definierten Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B),
c) Ermittlung einer Veränderung eines Abmessungswertes (a) zwischen den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) gehörigen Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B),
d) Detektion einer sprunghaften Veränderung (S) des Abmessungswertes (a) und Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts (A') an einer Stelle, an der die sprunghafte Veränderung (S) auftritt und
e) Ermittlung eines Ziel-Abmessungswerts (a₁) in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt (A').

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vermessungsverfahren und ein Vermessungsmodul zur Vermessung zumindest einer Abmessung eines dreidimensionalen Objekts in einem dreidimensionalen Vermessungsbereich mit Hilfe einer perspektivischen zweidimensionalen Abbildung des Objekts.
Bildgebende Verfahren, wie zum Beispiel die Computertomographie (CT), die Magnetresonanztomographie (MR), die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder die Single-Photon-Emission-Computertomographie (SPECT) bzw. auch Kombinationen dieser Verfahren generieren im Wesentlichen dreidimensionale Volumen-Bilddaten eines Untersuchungsobjekts. Diese Volumendaten können in der Folge für einen Benutzer visualisiert werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe des so genannten virtuellen Flugs erfolgen, bei dem virtuell durch einen Bilddatensatz navigiert wird.
Ein solcher virtueller Flug wird besonders bevorzugt in der bildgebenden Darstellung des Innenbereichs von Hohlorganen durchgeführt. Hierzu müssen die Hohlorgane bei der Bildgebung entweder von Natur aus oder künstlich mit Kontrastmittel gefüllt werden. Dadurch kann die Oberfläche des Hohlorgans vom Bereich, der mit Kontrastmittel gefüllt ist, segmentiert werden. Alternativ zum virtuellen Flug kann die so genannte virtuelle Dissektion als Darstellungsform verwendet werden. Vereinfacht ausgedrückt, wird hierbei das Hohlorgan als Röhre betrachtet, in der Längsrichtung aufgeschnitten, aufgebogen und in der Ebene eines Bildschirms dargestellt.
Sowohl der virtuelle Flug als auch die virtuelle Dissektion werden zur Suche nach bestimmten Auffälligkeiten im jeweiligen Hohlorgan, beispielsweise verdächtigen Strukturen, verwendet. Wird eine derartige Struktur gefunden, so sollen oftmals ihre Abmessungen ermittelt werden, um genauere Aussagen, beispielsweise über die Art der Struktur treffen zu können.
Bei der Vermessung derartiger Strukturen anhand von Darstellungen auf einer zweidimensionalen Ebene, beispielsweise einem Computerdisplay, ist ein Benutzer bzw. ein Erkennungssystem mit dem Problem konfrontiert, dass die Bilddarstellung nur zweidimensional ist, während in Wirklichkeit in virtuellen dreidimensionalen Volumendaten vermessen wird. Soll also beispielsweise die Höhe einer dreidimensionalen Struktur vermessen werden, so ist es notwendig, einen Anfangspunkt und einen Endpunkt des dreidimensionalen Objekts zu definieren und hieraus den Abstand abzumessen. Unterläuft bei dieser Definition des Anfangs- bzw. des Endpunkts, die im zweidimensionalen Raum in einer Betrachtungsebene erfolgt, auch nur ein geringfügiger Fehler, so wirkt sich dies bei der Vermessung in den Volumendaten im dreidimensionalen Raum gegebenenfalls sehr drastisch in Form einer Fehlmessung aus.
1 zeigt diesen Effekt in einem Beispiel. Ein dreidimensionales Objekt 17, hier ein pilzförmig von einer Oberfläche senkrecht nach oben abstehendes Objekt, in einem Vermessungsbereich R soll vermessen werden. Wird es aus einer Blickrichtung L auf einer zweidimensionalen Ebene senkrecht zur Blickrichtung L betrachtet, so würde ein Betrachter die Abmessungen des dreidimensionalen Objekts 17 zwischen zwei Begrenzungspunkten A und B definieren. Hieraus ergäbe sich ein Abstand a₁. Definiert er hingegen statt des unteren Begrenzungspunkts B einen leicht versetzten Punkt B', so ergibt sich hieraus eine vollkommen andere Distanz a₂, die zwischen Begrenzungspunkt A und dem aufgrund der zweidimensionalen Darstellung versehentlich leicht falsch gesetzten Punkt B' verläuft. Noch extremer ist dies bei einer leicht fehlerhaften Wahl eines Punktes A' statt des Begrenzungspunktes A, wobei der Punkt A' in der zweidimensionalen Perspektive beispielsweise nur einen Pixelwert vom ursprünglichen Begrenzungspunkt A entfernt liegt. Im dreidimensionalen Datensatz hingegen befindet er sich auf der Oberfläche, von der das dreidimensionale Objekt 17 senkrecht absteht. Hierdurch ergibt sich eine Distanz a₃ zwischen Punkt A' und Begrenzungspunkt B, die bei weitem größer ist. Die Linie zwischen Punkt A' und dem Begrenzungspunkt B liegt zudem in eine vollkommen anderen Ebene als die Betrachtungsebene. Der Benutzer wird dies jedoch nicht erkennen, da er nur die Projektion der Linie in die 2-dimensionale Ebene am Bildschirm visualisiert bekommt.
Dieses Phänomen ist auch in dem Artikel Park, S. et al.: Fundamental Elements for Successful Performance of CT Colonography (Virtual Colonoscopy). In: Korean J Radiol 8(4), 2007, S. 264–275, insbesondere auf Seite 272 in Zusammenhang mit 7A und 7B beschrieben.
Die US-Offenlegungsschrift US 2007/0116357 A1 befasst sich mit manuell durch einen Nutzer ausgewählten Eingabe- d. h. Markierungspunkten in einem Bildvolumen, deren Position aufgrund von Erkennungslogiken erkannt und ggf. automatisch korrigiert wird. Hierzu wird beispielsweise der Zeiger einer Computermaus automatisiert auf eine Stelle geführt, die aufgrund eines geometrischen Kriteriums ausgewählt wird. Dieses geometrische Kriterium ist hier der Punkt auf einem Objekt, der der vom Nutzer definierten Markierungsposition am nächsten liegt. Es wird also ein Objekt identifiziert und der Markierungspunkt genau an dem Punkt automatisch gesetzt, der gerade am Rand des Objekts liegt. Hierzu wird die Benutzung verschiedener spezieller Objekterkennungsdetektoren vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Verfahrens sind also einzelne Markierungspunkte korrigierbar.
Ausgehend von der hier dargestellten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vermessungsverfahren bereitzustellen, welches effektiver und sicherer gewährleistet, dass jeweils die richtigen Begrenzungspunkte gewählt werden, wodurch derartige Messfehler vermieden bzw. erkannt werden können. Entsprechend ist es außerdem Aufgabe der Erfindung, ein Vermessungsmodul bereitzustellen, welches eine derartige Vermessung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Vermessungsverfahren gemäß Anspruch 1 und ein Vermessungsmodul gemäß Anspruch 12.
Ein erfindungsgemäßes Vermessungsverfahren der eingangs genannten Art weist demnach mindestens folgende Schritte auf:

a) Definieren zumindest zweier Abmessungsmarkierungen in der zweidimensionalen Abbildung,
b) Zuordnung von im dreidimensionalen Raum an einer Oberfläche des Vermessungsbereichs liegenden Übertragungspunkten zu den in der zweidimensionalen Darstellung definierten Abmessungsmarkierungen,
c) Ermittlung einer Veränderung eines Abmessungswertes zwischen den Übertragungspunkten im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten gehörigen Abmessungsmarkierungen,
d) Detektion einer sprunghaften Veränderung des Abmessungswertes und Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts an einer Stelle, an dem die sprunghafte Veränderung auftritt und
e) Ermittlung eines Ziel-Abmessungswerts in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt.

Das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren leitet also aus Abmessungsmarkierungen in der zweidimensionalen Abbildung Übertragungspunkte im dreidimensionalen Raum ab, die sich in Blickperspektive in einer Linie mit den Abmessungsmarkierungen dort befinden, wo diese Linie die Oberfläche des dreidimensionalen Objekts schneidet. Im Umkehrschluss stellen die Abmessungsmarkierungen Übertragungspunkte dar, die in die zweidimensionale Betrachtungsebene projiziert wurden. Anhand der zweidimensionalen Abbildung des Objekts findet also eine Art Rückprojektion oder inverse Projektion statt.
In der Folge wird die Veränderung eines Abmessungswerts zwischen den Übertragungspunkten gemessen. Das kann beispielsweise durch Ermitteln einer entsprechenden Veränderungskurve bzw. Teilkurve einer Veränderungskurve des Abmessungswerts erfolgen. Werden Abmessungsmarkierungen in ihrer Position verändert, so ändert sich automatisch auch die Position des jeweiligen ihnen zugeordneten Übertragungspunktes. Es wird dann ein Abmessungswert zwischen diesen Übertragungspunkten ermittelt, in der Folge eine sprunghafte Veränderung dieses Abmessungswerts detektiert und hieraus ein Sprungübertragungspunkt abgeleitet. Dieser Sprungübertragungspunkt liegt an der Stelle, an der diese sprunghafte Veränderung auftritt. In Abhängigkeit von diesem Sprungübertragungspunkt wird ein Zielabmessungswert ermittelt. Ein solcher Sprung-Übertragungspunkt wäre in der Darstellung in 1 beispielsweise der Punkt A'.
Dies bedeutet, dass ausgehend von dem Sprung-Übertragungspunkt ein solcher Übertragungspunkt abgeleitet wird, der als fixer Übertragungspunkt definiert wird und der nun als Messpunkt für die Messung des Abmessungswertes herangezogen wird, der die endgültigen Abmessungen des dreidimensionalen Objekts mit definiert – in 1 wären damit die beiden fixen Übertragungspunkte die Begrenzungspunkte A und B. Die wirklichen Abmessungen des dreidimensionalen Objekts werden also als Zielabmessungswerte bezeichnet.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es also möglich, in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt praktisch punktgenau den Begrenzungspunkt zu ermitteln, der gerade noch auf dem Untersuchungsobjekt liegt, jedoch an seiner äußersten Grenze. Dabei macht es sich die Erfindung zu Nutze, dass praktisch automatisch bei Überschreiten dieser Grenze ein Sprung im dreidimensionalen Raum erfolgt. Dieser Sprung wird durch die Messung der Veränderung der Abmessungen im dreidimensionalen Raum während der Veränderung von Markierungspunkten im zweidimensionalen Raum detektierbar.
Ein erfindungsgemäßes Vermessungsmodul der eingangs genannten Art weist mindestens auf:

– eine Eingangsschnittstellen für Volumenbilddaten, die das dreidimensionale Objekt umfassen,
– eine Definitionseinheit zum Definieren von Abmessungspunkten in der zweidimensionalen Abbildung,
– eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung von im dreidimensionalen Raum an einer Oberfläche des Vermessungsbereichs liegenden Übertragungspunkten zu den in der zweidimensionalen Darstellung definierten Abmessungsmarkierungen,
– eine Wertveränderung-Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer Veränderung eines Abmessungswertes zwischen den Übertragungspunkten im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten gehörenden Abmessungsmarkierungen,
– eine Detektions- und/oder Anzeigeeinheit zur Detektion und/oder Anzeige einer sprunghaften Veränderung des Abmessungswertes und zur Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts an einer Stelle, an der die sprunghafte Veränderung auftritt,
– eine Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit zur Ermittlung eines Ziel-Abmessungswerts in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt und
– eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe des Ziel-Abmessungswerts.

Das Vermessungsmodul kann als separate Einheit realisiert, aber auch in beliebige Bildbearbeitungseinrichtungen integriert sein, in denen über eine zweidimensionale Darstellung eine dreidimensionale Objektvermessung ermöglicht werden soll. Vorzugsweise handelt es sich bei einer solchen Bildbearbeitungseinrichtung um eine Einrichtung im Rahmen einer medizintechnischen Anlage bzw. zur Bearbeitung medizintechnische Bilder.
Die erwähnten Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Software-Module 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 aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardware-Schnittstelle, 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.
Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung des Vermessungsmoduls in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Definitionseinheit, die Zuordnungseinheit, die Wertveränderungs-Ermittlungseinheit, die Detektions- und/oder Anzeigeeinheit und die Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit ganz oder teilweise in Form von Software-Modulen auf einem Prozessor realisiert werden.
Bevorzugt ist das Vermessungsmodul so ausgebildet, dass es ein erfindungsgemäßes Vermessungsverfahren vollautomatisch selbsttätig durchführt. Es kann jedoch auch halbautomatisch operieren, d. h. durch zusätzlichen Input von außen, beispielsweise aus weiteren Logikeinheiten, die ggf. mit Datenbanken verknüpft sind, oder durch manuelle Eingaben eines Bedieners, mit notwendigen Zusatzinformationen versorgt werden. Dieser Input kann beispielsweise die Veränderung der Abmessungsmarkierungen betreffen und/oder die Ermittlung des Ziel-Abmessungswerts. In diesem Falle kann im Speziellen die Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit eine Eingangsschnittstelle für externen Input umfassen, über die Informationen zum Ziel-Abmessungswert bezogen werden können.
Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einem Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um alles Schritte eines erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird.
Weitere besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann das Vermessungsmodul auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Vermessungsverfahren weitergebildet sein.
Bevorzugt wird mindestens eine der Abmessungsmarkierungen entlang einer Abmessungsgeraden verschoben, die durch eine andere Abmessungsmarkierung verläuft. Versteht man also eine der beiden Abmessungsmarkierungen als Ausgangs-Abmessungsmarkierung und eine zweite Abmessungsmarkierung als variierbare Abmessungsmarkierung, so wird die zweite Abmessungsmarkierung von der anderen Abmessungsmarkierung entlang einer Gerade verschoben, auf der beide Abmessungsmarkierungen liegen. Diese Abmessungsgerade definiert zugleich Messmöglichkeiten im Rahmen des erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens, weil sie beispielsweise als Begrenzung einer abzumessenden Fläche, beispielsweise einer zu vermessenden sogenannten Region of Interest (ROI), fungieren kann. Es können sogar ihre Abmessungen selbst, das heißt ihre Länge, direkt vermessen werden, wodurch sich sehr einfach eine Abmessungsgröße ermitteln lässt.
Besonders bevorzugt erfolgt eine Fixierung einer der Abmessungsmarkierungen an einem Übertragungspunkt, der bei der Veränderung des Abmessungswertes direkt vor oder hinter dem Sprung-Übertragungspunkt lag, und dieser Übertragungspunkt wird als Mess-Fixpunkt definiert. Hierunter ist zu verstehen, dass, eine der Abmessungsmarkierungen verschoben wird bis zu dem Punkt, an dem der Übertragungspunkt der zweiten Abmessungsmarkierung kurz vor oder hinter dem Sprung-Übertragungspunkt liegt. Ob der korrekte Mess-Fixpunkt vor oder hinter dem Sprung-Übertragungspunkt liegt, hängt von der zu vermessenden Struktur ab. Soll wie in 1 ein von einer Ebene abstehendes Objekt gemessen werden, so würde der richtige Messpunkt vor dem Sprung liegen. Müsste dagegen der Durchmesser einer Vertiefung in einer Oberfläche gemessen werden, so kann der richtige Mess-Fixpunkt entlang der Durchmesser-Messgeraden hinter dem Sprung liegen.
Kurz vor bzw. hinter dem Sprung-Übertagungspunkt liegt ein Übertragungspunkt dann, wenn er in einem möglichst geringen, vorzugsweise vordefinierten Abstand, beispielsweise einem Abstand von einem oder mehreren vordefinierten Pixeln vor dem Sprung-Übertragungspunkt liegt.
Insbesondere liegt ein Übertragungspunkt direkt vor bzw. hinter dem Sprung-Übertragungspunkt, wenn der Abstand in der zweidimensionalen Darstellung genau 1 Pixel beträgt. Dieser geringe Abstand zwischen dem Übertragungspunkt, der dann als Mess-Fixpunkt definiert wird, und dem Sprung-Übertragungspunkt gewährleistet, dass der Mess-Fixpunkt am absoluten Rand des Untersuchungsobjektes in der gewählten zweidimensionalen Perspektive liegt. Er wird deswegen als Mess-Fixpunkt definiert, weil er messtechnisch den optimalen Ort für eine Messung mit höchster Genauigkeit repräsentiert. Besonders vorteilhaft wirkt sich aus, wenn mindestens zwei Abmessungsmarkierungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens – bevorzugt sukzessive – in Abhängigkeit von der Position zweier unterschiedlicher Sprung-Übertragungspunkte fixiert werden. Dies bedeutet, dass zwei besonders exakte Begrenzungsabmessungen des Untersuchungsobjektes ermittelt werden können. So können beispielweise, wie in 1 dargestellt, die beiden äußersten Abmessungspunkte A, B mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens praktisch punktgenau ermittelt werden, ohne dass es zu den bereits vorher erwähnten Fehleinschätzungen in der Vermessung kommen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders, wenn der Abmessungswert eine Distanz und/oder eine Flächengröße und/oder einen Winkel umfasst. Alle diese Messgrößen beziehen sich auf ein- oder zweidimensionale Objekte wie Linien und flache geometrische Figuren. Durch die dreidimensionale Natur der Bilddaten, denen das Vermessungsverfahren zugrunde liegt, können gerade solche Messgrößen dadurch verfälscht werden, dass die zugeordneten Übertragungspunkte im dreidimensionalen Raum in einer anderen Ebene als der Betrachtungsebene liegen. Verallgemeinernd lässt sich zusammenfassen, dass jede Art von Abmessungen zweidimensionaler geometrischer Figuren mit Hilfe des Verfahrens in dreidimensionalen Bilddaten ermittelt werden kann.
Prinzipiell ist es möglich, dass erfindungsgemäße Vermessungsverfahren vollautomatisiert durchzuführen und/oder einem Nutzer nur die schlussendlichen Messergebnisse grafisch bzw. kalkulatorisch auszugeben. Eine besonders nutzerfreundliche, nachvollziehbare Weiterbildung des Vermessungsverfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der im dreidimensionalen Raum ermittelte Abmessungswert einem Benutzer in Abhängigkeit von der Veränderung der Abmessungsmarkierung grafisch dargestellt wird. Dies kann sowohl laufend während der Lageveränderung der einzelnen Abmessungsmarkierungen erfolgen als auch in Intervallen, wodurch im Speziellen die Konzentration des Benutzers vom eigentlichen Vermessungsvorgang nicht abgelenkt wird und zugleich Rechenkapazitäten eingespart werden können.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Warnsignal an einen Benutzer bei Detektion der sprunghaften Veränderung des Abmessungswerts ausgegeben werden. Auf diese Weise wird ein Benutzer sofort darüber in Kenntnis gesetzt, wenn der entscheidende Punkt in der Messung, das heißt der Punkt der sprunghaften Veränderung, erreicht wird. Ein derartiges Warnsignal kann sowohl ein akustisches als auch ein optisches Warnsignal darstellen bzw. eine Kombination hiervon. So kann beispielsweise ein Benutzer selbstständig mit Hilfe einer Eingabeschnittstelle wie einer Computermaus die Veränderung der Abmessungsmarkierungen vornehmen und wird dann optisch bzw. akustisch darüber informiert, wenn die sprunghafte Veränderung im dreidimensionalen Vermessungsraum auftaucht. Er wird dann mit der Computermaus wiederum ein geringfügiges Stück auf seinem Vermessungsweg zurückfahren und dadurch geeignete Abmessungsmarkierungen festlegen, die insbesondere dazu geeignet sind, das Untersuchungsobjekt in seinen Dimensionen möglichst genau definieren zu können.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der zweidimensionalen Darstellung um eine solche, die eine virtuelle Dissektion umfasst. Da die virtuelle Dissektion im Speziellen keine Möglichkeiten bietet, wie ein Nutzer einfach Unebenheiten und deren Begrenzungen erkennen kann, wirkt sich das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren gerade im Rahmen der Anwendung bei virtuellen Dissektionen besonders vorteilhaft aus. Andererseits hat die virtuelle Dissektion von sich aus den Vorteil, dass sie sehr genau die Oberfläche von Organen, im Speziellen von Hohlorganen darstellt, wodurch diese Organe besonders einfach auf auffällige Strukturen hin abgesucht werden können. Insofern erweitert das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren die Möglichkeiten der virtuellen Dissektion in einem entscheidenden Bereich, der bisher ein Schwachpunkt bei der Verwendung dieses Darstellungsverfahrens war; der Abmessungsermittlung von Strukturen. Diese können insbesondere mit Hilfe der virtuellen Dissektion gefunden werden, konnten jedoch bisher nicht fehlerfrei vermessen werden.
Bevorzugt erfolgt die Vermessung des Abmessungswertes im dreidimensionalen Raum parallel zur Veränderung der Abmessungsmarkierungen. Zwar kann sei auch sukzessive in Abhängigkeit von der Veränderung der Abmessungsmarkierungen, beispielsweise getaktet und inhaltlich korreliert, erfolgen, doch die parallele, das heißt gleichzeitige Vermessung des Abmessungswerts birgt den Vorteil der erhöhten Genauigkeit, da genau in dem Moment, in dem die sprunghafte Veränderung feststellbar ist, das hierzu repräsentative Signal generiert werden kann.
Grundsätzlich, wie auch in 1 bereits dargestellt, genügt es oftmals, die Abmessungen eines Objekts im dreidimensionalen Raum mit Hilfe eines einzelnen Abmessungswerts, im dargestellten Beispiel einer Distanz zwischen zwei Abmessungs-Begrenzungspunkten, zu ermitteln. Es kann sich jedoch in verschiedenen Anwendungsfällen, insbesondere dann, wenn besonders genaue Angaben zu den Abmessungen eines dreidimensionalen Objekts notwendig sind, als vorteilhaft erweisen, wenn mit Hilfe der Ermittlung weiterer Abmessungswerte nach demselben Vermessungsverfahren die Abmessungen des Objekts in mindestens einer zweiten Richtung ermittelt werden. Im Rahmen dessen ist es besonders bevorzugt, wenn die zweite Richtung quer, beispielsweise senkrecht, zu einer Messrichtung der ersten Ermittlung gewählt wird. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass Abmessungen des Objekts, beispielsweise die Distanzen zwischen zwei Grenzmarkierungen in zwei Richtungen – bzw. falls notwendig in weitere Richtungsdimensionen – eruiert werden können, wodurch sich einem nachfolgenden Betrachter ein noch genaueres Bild der Dimensionen des Untersuchungsobjekts darstellt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Untersuchungsobjekt sehr unregelmäßige Konturen aufweist. Auf diese Art kann beispielsweise festgestellt werden, in welchem Abmessungsbereich es seine größten Ausdehnungen aufweist, was oftmals mit bloßem Auge nicht erkennbar ist. Die Quer-Ausrichtung, insbesondere eine senkrechte Ausrichtung, der zweiten Richtung gegenüber der ersten Messrichtung stellt sicher, dass das Objekt in zwei Raumdimensionen vermessen wird, die miteinander in klaren Bezug setzbar sind. Ohne weitere Rechen-Hilfsverfaren können dadurch genaue Angaben in einer x/y-Richtung über die Abmessungen des Objekts gemacht werden.
Wie bereits erwähnt kann das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren bevorzugt automatisch durchgeführt werden bzw. teilautomatisch. Hierunter wird im Speziellen verstanden, dass über eine Dateneingangsschnittstelle Input in das Vermessungsverfahren bzw. in das erfindungsgemäße Vermessungsmodul eingebracht werden, der als Zusatzinformation fungiert. Insbesondere können derartige Input-Daten Markierungsangaben darstellen, die beispielsweise über eine Datenbank oder durch einen Benutzer über die Dateneingangsschnittstelle eingespeist werden. So kann ein Benutzer beispielsweise zunächst Abmessungsmarkierungen selbst mit einer Computermaus an einem Rechnerterminal vormarkieren oder ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt in den betreffenden Bilddaten markieren. Das erfindungsgemäße Vermessungsmodul führt das erfindungsgemäße Vermessungsverfahren in dem Sinne dann weiter, dass es automatisch alle weiteren Erfindungsschritte durchführt, und die jeweiligen Inputs von außerhalb als integralen Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
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 ein schematisches Illustrationsbeispiel einer Abmessungsmessung eines dreidimensionalen Untersuchungsobjekts anhand einer Schnittdarstellung durch ein zu vermessendes dreidimensionales Untersuchungsobjekt,
2 eine schematische Messkurve, generiert im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens, zusammen mit einer Draufsicht auf die zu vermessende Oberfläche des Untersuchungsobjekts aus 1,
3 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens und
4 eine schematische Bockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsmoduls.
Die 1 wurde zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik bereits eingangs beschrieben.
Die 2 zeigt oben das zweidimensionale Abbild der Oberfläche eines Untersuchungsobjekts 17 in der Betrachtungsebene. Hierbei kann es sich z. B. um das in 1 gezeigte Objekt handeln, wie es aus der Betrachtungsrichtung L gesehen wird. Eingezeichnet ist dort auch eine in der zweidimensionalen Abbildung gegebenen Messgerade G, mit Hilfe derer der Durchmesser (als Abmessung) des Objekts 17 entlang dieser Gerade G im dreidimensionalen Raum bestimmt werden soll. Hierzu werden im zweidimensionalen Raum auf der Geraden G Abmessungsmarkierungen M_A, M_A', M_A'', M_B gesetzt. Unterhalb dieser Darstellung ist eine Messkurve aufgetragen. In dieser Messkurve ist der im dreidimensionalen Raum jeweils vorliegenden Abmessungswert a zwischen dem Übertragungspunkt B und jeweils den Übertragungspunkten A und A', A'' der im zweidimensionalen Abbild gesetzten Abmessungsmarkierungen M_B, M_A, M_A', M_A'' (siehe oberer Teil der Figur) über der Projektion p der Strecke zwischen der im zweidimensionalen Abbild gesetzten Abmessungsmarkierung M_B und jeweils den Abmessungsmarkierungen M_A, M_A', M_A'' (siehe oberer Teil der Figur) aufgetragen. Der Übertragungspunkt B bzw. seine zugehörige Abmessungsmarkierung M_B fungieren hier als erste Mess-Fixpunkte im Rahmen des Verfahrens, während eine zweite Abmessungsmarkierung M_A, M_A', M_A'' entlang der Geraden G, die durch den Begrenzungspunkt B führt, in der zweidimensionalen Darstellung verschoben wird.
In Abhängigkeit von der ersten Abmessungsmarkierung M_B und einer zweiten Abmessungsmarkierung M_A, M_A', M_A'', werden also Abmessungen a ermittelt, hier beispielsweise die Distanz zwischen dem ersten Übertragungspunkt B und zweiten Übertragungspunkten A, A', A''. Hierzu wird jeder Abmessungsmarkierung M_B, M_A, M_A', M_A'' ein Übertragungspunkt B, A, A', A'' zugewiesen. Die Übertragungspunkte B, A, A', A'' liegen im dreidimensionalen Raum je auf einer Geraden, die in Blickrichtung auf die Betrachtungsebene ausgerichtet ist und die durch die korrespondierende Abmessungsmarkierung M_B, M_A, M_A', M_A'' verläuft. Sie sind auf der jeweiligen Geraden da positioniert, wo sich diese mit der Oberfläche des Untersuchungsobjekts 17 schneidet.
Bei der Ermittlung des jeweiligen Abmessungswerts a ergibt sich die unten dargestellte Kurve. Von rechts nach links gehend ist zu erkennen, dass die Kurve einer leicht bogenartigen Form im rechten Kurvenbereich folgt. Diese Form wird durch die im dreidimensionalen Raum gegebene bogenförmige Oberfläche des Untersuchungsobjekts 17 hervorgerufen (siehe Querschnitt in 1). Den größten Abmessungswert a₄ in diesem bogenförmigen Bereich weist die Kurve bei einer Abmessungsmarkierung M_A'' auf. Der ihr zugeordnete Übertragungspunkt A'' ist auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts 17 entlang einer mit der Geraden G korrespondierenden Verlaufslinie am weitesten vom Übertragungspunkt B entfernt. (Bei einem Vergleich der 1 und 2 ist zu beachten, dass diese in keiner Weise maßstäblich sind und auch nicht genau zueinander korrespondierend sind, sondern lediglich das Prinzip veranschaulichen sollen).
Jenseits des Übertragungspunkts A, der mit der Abmessungsmarkierung M_A korrespondiert, ergibt sich eine sprunghafte Veränderung S der Messkurve, die daraus resultiert, dass der Übertragungspunkt A', der mit der gleich links neben der Abmessungsmarkierung M_A liegenden Abmessungsmarkierung M_A' (hier der Anschaulichkeit halber als heller, den Punkt M_A teilweise verdeckender Punkt in leicht vergrößertem, d. h. nicht maßstäblich zu verstehendem Abstand eingezeichnet) korrespondiert, nicht mehr auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts 17 liegt, wie in 1 erkennbar ist. Die sprunghafte Veränderung S zeigt also an, dass die Begrenzung des Untersuchungsobjekts 17 überschritten wurde. Entsprechend wird der Übertragungspunkt A' als Sprung-Übertragungspunkt definiert.
Genau diesen Effekt nutzt das erfindungsgemäße Verfahren, um festzustellen, welche Begrenzungspunkt A, B das Untersuchungsobjekt 17 definieren. Hierauf basiert die Ermittlung der Abmessungen des Untersuchungsobjekts 17. Im vorliegenden Fall repräsentiert also die Abmessung a₁, die durch die Begrenzungspunkte A, B bestimmt ist, Abmessungen des Untersuchungsobjekts 17.
Das erfindungsgemäße Verfahren zielt also darauf ab, mit Hilfe der Detektion der sprunghaften Veränderung S genau die Abmessungsmarkierung A zu ermitteln, um sie als Mess-Fixpunkt für eine Abmessungsermittlung zu verwenden.
Die 3 zeigt schematisch einen Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vermessungsverfahrens. Ein dreidimensionaler Datensatz 3D dient als Basis für eine zweidimensionale Visualisierungsdarstellung 2D von Bilddaten. Über eine grafische Benutzeroberfläche GUI können diese Visualisierungsdaten einem Benutzer dargestellt werden. Mittels einer Zeichnungseinheit UI, beispielsweise einer Computermaus, kann ein Benutzer in der zweidimensionalen Darstellung 2D Abmessungsmarkierungen M_A, M_A', M_A'', M_B setzen. Hieraus können Übertragungspunkte A, A', A'', B im dreidimensionalen Raum 3D abgeleitet werden. Im dreidimensionalen Datensatz 3D erfolgt daher eine Längenmessung M, also eine Abmessungsmessung, sowie eine Veränderungsmessung V dieser Längen. Bei Detektion einer sprunghaften Veränderung S im Rahmen dieser Veränderungsmessung V wird ein Signal Sig ausgegeben, beispielsweise über die grafische Benutzeroberfläche GUI. Hierdurch kann wiederum der Sprung-Übertragungspunkt A' ermittelt und ein geeigneter Abmessungswert a₁ der Messung M abgeleitet werden.
Die 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vermessungsmoduls 1. Es weist eine Eingangsschnittstelle 3 für Bilddaten BD und eine Ausgangsschnittstelle 15 für Ziel-Abmessungswerte ZA auf. Dazwischen sind als einzelne Softwaremodule auf einem Prozessor folgende prozessuale Untereinheiten realisiert: Eine Definitionseinheit 5, eine Zuordnungseinheit 7, eine Wertveränderungs-Ermittlungseinheit 9, eine Detektions- und/oder Anzeigeeinheit 11 und eine Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit 13.
Über die Eingangsschnittstelle 3 werden Bilddaten BD, die ein dreidimensionales Objekt umfassen, in das Vermessungsmodul 1 eingespeist. In der Definitionseinheit 5 werden in der zweidimensionalen Abbildung 2D, die aus den dreidimensionalen Bilddaten BD abgeleitet wurde, Abmessungsmarkierungen M_A, M_A', M_A'', M_B definiert. Dies kann beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle GUI bzw. UI, jedoch auch automatisch erfolgen.
Die Zuordnungseinheit 7 ordnet den Abmessungsmarkierungen M_A, M_A', M_A'', M_B Übertragungspunkte A, A', A'', B im dreidimensionalen Raum zu (vgl. 2). Die Wertveränderungs-Ermittlungseinheit 9 ermittelt eine Veränderung eines Abmessungswertes a, beispielsweise eines Distanzwertes zwischen den Übertragungspunkten A, A', A'', B im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten A, A', A'', B gehörenden Markierungspunkte M_A, M_A', M_A'', M_B. Sie kann für diese Ermittlung auch eine Schnittstelle umfassen, mit Hilfe derer Daten zur Darstellung der Entwicklung des Abmessungswerts a zur Visualisierung ausgegeben werden.
Die Detektionseinheit 11 dient der Detektion einer sprunghaften Veränderung S dieses Abmessungswertes und der Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts A' an einer Stelle, an der diese sprunghafte Veränderung S auftritt. Auch sie kann eine Schnittstelle umfassen, über die Detektionsdaten bzw. Informationen zum Sprung-Übertragungspunkt in das Vermessungsmodul eingespeist werden können, beispielsweise von externen Logikeinheiten oder von einem Bediener, welcher beispielsweise bei einer Anzeige einer Kurve wie in 2 unten, den Sprung-Übertragungspunkt A' leicht erkennen und so z. B. über eine graphische Benutzeroberfläche eine korrekten Mess-Fixpunkt setzen kann. Die Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit 13 ermittelt einen Ziel-Abmessungswert ZA in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt A'. Die Ziel-Abmessungswerte ZA werden über die Ausgangsschnittstelle 15 weitergeleitet, beispielsweise an eine Ausgabeeinrichtung zur grafischen Darstellung wie einen Bildschirm oder einen Drucker und/oder an eine nachgeordnete Speicher- oder Weiterverarbeitungseinheit.
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

Vermessungsverfahren zur Vermessung zumindest einer Abmessung eines dreidimensionalen Objekts (17) in einem dreidimensionalen Vermessungsbereich (R) mit Hilfe einer perspektivischen zweidimensionalen Abbildung des Objekts (17), mit mindestens folgenden Schritten: a) Definieren zumindest zweier Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) in der zweidimensionalen Abbildung, b) Zuordnung von im dreidimensionalen Raum an einer Oberfläche des Vermessungsbereichs (R) liegenden Übertragungspunkten (A, A', A'', B) zu den in der zweidimensionalen Darstellung definierten Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B), c) Ermittlung einer Veränderung eines Abmessungswertes (a) zwischen den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) gehörigen Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B), d) Detektion einer sprunghaften Veränderung (S) des Abmessungswertes (a) und Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts (A') an einer Stelle, an der die sprunghafte Veränderung (S) auftritt und e) Ermittlung eines Ziel-Abmessungswerts (a₁) in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt (A').
Vermessungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'') entlang einer Abmessungsgerade (G) verschoben wird, die durch eine andere Abmessungsmarkierung (M_B) verläuft.
Vermessungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fixierung einer der Abmessungsmarkierungen (M_A, M_B) an einem Übertragungspunkt (Ü_A, Ü_B), der bei der Veränderung des Abmessungswertes (a) direkt vor oder hinter dem Sprung-Übertragungspunkt (A') lag, und Definition dieses Übertragungspunkts (Ü_A, Ü_B) als Mess-Fixpunkt.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Abmessungsmarkierungen (M_A, M_B) in Abhängigkeit von der Position zweier unterschiedlicher Sprung-Übertragungspunkte (A') fixiert werden.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abmessungswert (a) eine Distanz und/oder eine Flächengröße und/oder einen Winkel umfasst.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im dreidimensionalen Raum ermittelte Abmessungswert (a) einem Benutzer in Abhängigkeit von der Veränderung der Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) grafisch dargestellt wird.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal (Sig) an einen Benutzer bei Detektion einer sprunghaften Veränderung (S) des Abmessungswerts (a) ausgegeben wird.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Darstellung eine virtuelle Dissektion umfasst.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung des Abmessungswerts (a) im dreidimensionalen Raum parallel zur Veränderung der Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) erfolgt.
Vermessungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Ermittlung weiterer Abmessungswerte nach demselben Verfahren die Abmessungen des Objekts (17) in mindestens einer zweiten Richtung ermittelt werden.
Vermessungsverfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtung quer zu einer Messrichtung der ersten Ermittlung gewählt wird.
Vermessungsmodul (1) zur Vermessung zumindest einer Abmessung eines dreidimensionalen Objekts (17) in einem Raum mit Hilfe einer perspektivischen zweidimensionalen Abbildung des Objekts (17), mindestens aufweisend: – eine Eingangsschnittstelle (3) für Volumenbilddaten (BD), die das dreidimensionale Objekt (1) umfassen, – eine Definitionseinheit (5) zum Definieren von Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) in der zweidimensionalen Abbildung, – eine Zuordnungseinheit (7) zur Zuordnung von im dreidimensionalen Raum an einer Oberfläche des Vermessungsbereichs (R) liegenden Übertragungspunkten (A, A', A'', B) zu den in der zweidimensionalen Darstellung definierten Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B), – eine Wertveränderungs-Ermittlungseinheit (9) zur Ermittlung einer Veränderung eines Abmessungswertes (a) zwischen den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) im dreidimensionalen Raum in Abhängigkeit von einer Veränderung der zu den Übertragungspunkten (A, A', A'', B) gehörigen Abmessungsmarkierungen (M_A, M_A', M_A'', M_B) – eine Detektionseinheit (11) zur Detektion einer sprunghaften Veränderung (S) des Abmessungswertes (a) und zur Ableitung eines Sprung-Übertragungspunkts (A') an einer Stelle, an der die sprunghafte Veränderung (S) auftritt, – eine Ziel-Abmessungswert-Ermittlungseinheit (13) zur Ermittlung eines Ziel-Abmessungswerts (ZA) in Abhängigkeit vom Sprung-Übertragungspunkt (A') und – eine Ausgangsschnittstelle (15) zur Ausgabe des Ziel-Abmessungswerts (ZA).
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Vermessungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird.