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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines
Abmessungswerts einer Abnormalität in einem Hohlorgan.
Außerdem betrifft sie eine Abmessungsbestimmungseinrichtung
für denselben Zweck.
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Die
Kenntnis von Abmessungswerten von Abnormalitäten in Hohlorganen
stellt oftmals eine wichtige Voraussetzung dar für die
Bewertung der Qualität derartiger Abnormalitäten.
Unter Abnormalitäten werden beispielsweise Erweiterungen,
etwa Aneurysmen bei Blutgefäßen, oder Verengungen bzw.
Verstopfungen der Hohlorganwände, etwa hervorgerufen durch
Läsionen oder durch Ablagerungen bzw. durch andersartige
Fremdkörper im Hohlorgan verstanden. Eine sehr wichtige
Basis für die Bewertung der Schwere einer pathologischen
Abnormalität ist die Ermittlung von Abmessungswerten bei
Stenosen, d. h. bei Gefäßverengungen, in Arterien.
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Ein
bevorzugter Abmessungswert zur Beurteilung von Stenosen ist beispielsweise
die Größenrelation zwischen dem Lumen einer Arterie
im Bereich einer Stenose und dem Lumen in einem ”normalen”,
d. h. gesunden Bereich dieses Hohlorgans, wie in der
US 4 692 864 vorgeschlagen. Zur genauen Bestimmung
dieser Größenrelation ist es jedoch einerseits
notwendig, das Lumen genau dort zu vermessen, wo die Stenose ihre
größte Ausdehnung aufweist und zudem einen passenden
Referenzwert zu bestimmen, der den ”normalen” Bereich
des Hohlorgans geeignet repräsentiert. Diese Bestimmung wurde
bisher im Wesentlichen auf Basis menschlicher Erfahrung durchgeführt
und war ausgesprochen kompliziert: Kann man die größte
Ausdehnung einer Stenose anhand von Bilddaten noch relativ präzise mit
dem bloßen Auge erkennen, so ist es zumindest eine Gratwanderung,
einen wirklich repräsentativen gesunden Bereich des Hohlorgans
zu definieren, da das Lumen von Hohlorganen ständig variiert
und beispielsweise von der Anzahl der Verzweigungen abhängig
ist, die vor bzw. hinter einem zu untersuchenden Bereich des Hohlorgans
liegen. Generell kann davon ausgegangen werden, dass das Lumen einer Arterie
kleiner wird, je weiter sie vom Herzen weg ist. Unter diesen Umständen
eine wirklich repräsentative Stelle auszuwählen,
anhand derer Vergleichsdaten zum von der Stenose befallenen Bereich
abgeleitet werden können, ist daher von Fall zu Fall wieder
eine äußerst anspruchsvolle Herausforderung, die
zudem zu Fehlern in der Abschätzung führen kann.
Heute wird in etwa davon ausgegangen, dass bei einem Durchlass von
nur noch 25% der üblichen Menge, das heißt also
bei einer entsprechenden Lumen-Verringerung auf 25% des Normal-Maßes,
eine kritische Situation für Patienten eintritt, die zu
einem Totalverschluss eines Blutgefäßes führen
kann.
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Zudem
ist eine solche Bewertung zeitaufwändig. Die
US 5 872 861 beschreibt ein Verfahren, mit
Hilfe dessen Stenosen automatisch erkannt werden können.
Dabei werden Intensitätswerte von angiographischen Bilddaten
entlang einer Mittellinie eines Blutgefäßes analysiert.
Dieses Verfahren dient jedoch in erster Linie der Detektion von
Stenosen; es generiert keine Aussage über ein repräsentatives
gesundes Lumen dieses Hohlorgans. Vielmehr kann hier ggf. eine Aussage über
die Qualität einer detektierten Stenose getroffen werden,
die auf dem durch die Intensitätswerte repräsentierten
Blutdurchfluss basiert. Da solche Angaben jedoch nur indirekt ermittelte
Werte sind, stößt dieses Verfahren ebenfalls an Grenzen
der Messgenauigkeit, die in derart kritischen Anwendungsfällen
jedoch von enormer Bedeutung sein kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit
bereitzustellen, mit Hilfe derer mit möglichst geringem
Aufwand eine ausreichend präzise Bestimmung eines Abmessungswerts eines
Hohlorgans im Bereich von Abnormalitäten erzielt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 sowie durch eine Abmessungsbestimmungseinrichtung gemäß Anspruch
14 gelöst.
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Demgemäß wird
ein Abmessungswert, bevorzugt eine relative Größe
wie die oben genannte, einer Abnormalität in einem Hohlorgan
mit mindestens folgenden Schritten bestimmt:
- a)
Bestimmung einer Verlaufslinie in Bilddaten, vorzugsweise der Mittellinie,
zumindest eines Abschnitts des Hohlorgans, welcher Abschnitt zumindest
den betreffenden Bereich des Hohlorgans mit der Abnormalität
umfasst,
- b) Ermittlung von Konturen des Hohlorgans entlang des Abschnitts,
- c) Ermittlung einer Profil-Verlaufskurve des Abschnitts des
Hohlorgans auf Basis der Konturen,
- d) Ermittlung eines Ideal-Profilwerts des Hohlorgans für
einen Ort, d. h. einen Punkt oder einen Bereich, in einem Umgebungsbereich
um die Abnormalität aus der Profil-Verlaufskurve,
- e) Ermittlung des Abmessungswerts auf Basis der Profil-Verlaufskurve
und des Ideal-Profilwerts.
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Als
Abnormalität wird dabei bevorzugt eine Läsion
und/oder Verengung bzw. Erweiterung in bzw. an einer Wandung des
Hohlorgans vermessen. Die relative Größe wird
dabei vorzugsweise in Bezug zu Referenz-Abmessungen des Hohlorgans
ermittelt. Der Abschnitt des Hohlorgans kann sowohl einen Teilbereich
des Gesamtorgans umfassen als auch das gesamte Organ.
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Im
Verfahren bedient man sich somit einer möglichst weitgehenden,
vorzugsweise vollständigen Automatisierung von Abläufen
auf Basis von Bilddaten, bevorzugt Volumen-Bilddaten, aus einem
medizintechnischen bildgebenden System. Unter solchen bildgebenden
Systemen sind alle Arten von Tomographieanlagen wie Computertomographen,
Magnetresonanztomographen oder ähnliche radiologische Systeme
zu verstehen, also auch Ultraschallgeräte und dergleichen.
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Mit
Hilfe dieser Automatisierung und der verlässlichen Datenbasis
in Form der Bilddaten können im Rahmen des Verfahrens sehr
präzise Informationen über die Abmessung(en) der
Abnormalität erzielt werden. Dies rührt vor allem
daher, dass ein Ideal-Profilwert des Hohlorgans ermittelt wird,
der auf den Schritten b) und c) des erfindungsgemäßen
Verfahrens basiert, also der Bildung eines Profils des Hohlorgans,
statt – wie bisher – relativ willkürlich
einen möglichst repräsentativen Abschnitt des
Hohlorgans manuell bzw. visuell auszuwählen. Es erfolgt also
eine umfassende automatische Profil-Analyse des Hohlorgans in der
Umgebung beispielsweise einer Stenose. Damit kann die absolute Abmessung zum
Beispiel des Lumens des Hohlorgans im Bereich der Abnormalität
mit einem verlässlichen Bezugswert verglichen und daraus
ein relativer Abmessungswert abgeleitet werden, dessen Genauigkeit
und Repräsentativität als deutlich höher
angesehen werden kann als bei bisherigen Methoden, wobei hierzu
auch keine komplizierten Verfahrensschritte notwendig sind, für
die kompliziertere technische Vorrichtungen bzw. Programmbausteine
notwendig wären.
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Entsprechend
weist eine erfindungsgemäße Abmessungsbestimmungseinrichtung
zur Bestimmung eines Abmessungswerts einer Abnormalität
in einem Hohlorgan mindestens folgende Komponenten auf:
- – eine Eingangsschnittstelle für Bilddaten,
vorzugsweise Volumen-Bilddaten, die einen Abschnitt des Hohlorgans
umfassen,
- – eine Verlaufslinien-Bestimmungseinheit zur Bestimmung
einer Verlaufslinie des Abschnitts des Hohlorgans,
- – eine Konturen-Ermittlungseinheit zur Ermittlung von
Konturen des Abschnitts des Hohlorgans,
- – eine Verlaufskurven-Ermittlungseinheit zur Ermittlung
einer Profil-Verlaufskurve des Abschnitts des Hohlorgans,
- – eine Ideal-Profilwert-Ermittlungseinheit zur Ermittlung
eines Ideal-Profilwerts des Abschnitts des Hohlorgans,
- – eine Abmessungswert-Ermittlungseinheit zur Ermittlung
des Abmessungswerts auf Basis der Profil-Verlaufskurve und des Ideal-Profilwerts.
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Die
Abmessungsbestimmungseinrichtung weist also analog zum Bestimmungsverfahren
ausgebildete Einheiten auf. Die genannten Schnittstellen müssen
nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet
sein, sondern können auch als Software-Module realisiert
sein, beispielsweise, wenn die Bilddaten von einer auf dem gleichen
Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer
Bildrekonstruktionsvorrichtung oder dergleichen, übernommen
werden können oder an diese andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden
müssen. Ebenso können die Schnittstellen auch
aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel
eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für
den konkreten Einsatz speziell konfiguriert wird.
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Insgesamt
können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung
der Abmessungsbestimmungseinrichtung in der erfindungsgemäßen
Weise, insbesondere die Verlaufslinien-Bestimmungseinheit, die Konturen-Ermittlungseinheit,
die Verlaufskurven-Ermittlungseinheit, die Ideal-Profilwert-Ermittlungseinheit
und die Abmessungswert-Ermittlungseinheit, ganz oder teilweise in
Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden.
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Die
Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt
in einen Prozessor einer programmierbaren Abmessungsbestimmungseinrichtung
ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen
Verfahrens auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der
Abmessungsbestimmungseinrichtung ausgeführt wird.
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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 erfindungsgemäße
Abmessungsbestimmungseinrichtung auch entsprechend den vorliegenden
Ansprüchen zum Bestimmungsverfahren weitergebildet sein.
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Es
hat sich beispielsweise als vorteilhaft erwiesen, zur Bestimmung
der Verlaufslinie einen Startpunkt festzulegen, der im Umgebungsbereich der
Gewebeauffälligkeit liegt. Ein solcher Startpunkt kann über
eine Eingangsschnittstelle von extern, beispielsweise mit Hilfe
einer Erkennungseinheit auf Basis von Erkennungsalgorithmen oder
durch einen Bediener definiert werden. Alternativ kann die Definition auch
automatisiert durch eine Einheit innerhalb der Abmessungsbestimmungseinrichtung
in Form einer Startpunkt-Definitionseinheit durchgeführt
werden. Der menschliche Input über eine Schnittstelle hat
den Vorteil der direkten Mitwirkungsmöglichkeit von medizintechnischem
Fachpersonal, während eine automatisierte Definition von
extern oder intern eine höhere Geschwindigkeit und üblicherweise
zu erwartende höhere Erkennungspräzision gewährleisten kann.
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Aus
zeit- und verfahrensökonomischen Gründen kann
es weiterhin von Vorteil sein, dass die Verlaufslinie in mindestens
einer Verlaufsrichtung des Hohlorgans bis zu einem vorab definierten
Abstand von der Abnormalität bestimmt wird. Alternativ würde
die Verlaufslinie für das gesamte Hohlorgan bestimmt bzw.
bis zu einem Punkt, an dem aus technischen Gründen keine
Verlaufslinie mehr ermittelt werden kann. Der vordefinierte Abstand
dient also dazu, einen Untersuchungsbereich vorab zu definieren,
innerhalb dessen das Verfahren durchgeführt und dann abgebrochen
wird, so dass beispielsweise wertvolle Rechnerzeit und -kapazität
gespart werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird zur Ermittlung des Ideal-Profilwerts
eine Näherungskurve an die Profil-Verlaufskurve angepasst bzw.
angefittet, von der der Ideal-Profilwert abgeleitet wird. Eine solche
Näherungskurve repräsentiert in diesem Falle den
Ideal-Verlauf des Profils des Hohlorgans, da ja, wie oben erwähnt,
in unterschiedlichen Berei chen des Hohlorgans unterschiedliche gemittelte
Profilwerte vorliegen. Diese Veränderungen des Profils
des Hohlorgans über seinen Verlauf können durch
die Näherungskurve abgebildet werden, so dass an jedem
Punkt entlang des zu untersuchenden Abschnitts des Hohlorgans ein
den örtlichen Gegebenheiten entsprechender Ideal-Profilwert
ermittelt werden kann, bei dem Unregelmäßigkeiten
des Profils des Hohlorgans bereits egalisiert sind. Die Näherungskurve
kann beispielsweise als logarithmische Kurve realisiert sein; besonders
bevorzugt ist jedoch die Form einer Geraden, die insbesondere den
Vorteil hat, dass sie als besonders repräsentativ für
den Gesamtverlauf des Profils des Hohlorgans gelten kann.
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Das
Anpassen der Näherungskurve basiert besonders bevorzugt
auf einer Regressionsanalyse. Sie stellt als statistisches Analyseverfahren
eine valide Grundlage zur Verfügung, mit Hilfe derer die
Ausrichtung der Näherungskurve optimal in Bezug zum Profilverlauf
gesetzt werden kann. Zudem stellt sie eine einfach handhabbare und
im Anwendungsbereich der Verarbeitung von Bilddaten aus den hier
erwähnten bildgebenden Systemen erprobte und bewährte
Methode dar. Der Regressionsanalyse liegt die Annahme zugrunde,
dass das Lumen näherungsweise rund ausgebildet ist.
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Andere
Analyseverfahren wie eine Hauptkomponentenanalyse, eine Maximum-Likelihood-Schätzung
oder eine Analyse unter Zuhilfenahme der maximalen quadratischen
Abweichung sind ebenfalls möglich, jedoch haben erste Erfahrungen beim
Test des erfindungsgemäßen Verfahrens beste Idealwert-Einschätzungen
bei Verwendung von Regressions-Analysemethoden gezeigt.
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Alternativ
zum Anfitten einer Näherungskurve kann es auch vorteilhaft
sein, dass der Ideal-Profilwert so ermittelt wird, dass er eine
Mittelung, beispielsweise den Mittelwert oder den Median bzw. andere
Mittelungswerte, die mit Hilfe von Mittelungsverfahren abgeleitet
werden, von Werten, vorzugsweise von allen Bildwerten, der Profil-Verlaufskurve
repräsentiert. Durch Auswahl eines geeigneten Mittelungsver fahrens
kann ebenfalls eine ausreichend genaue Repräsentation des
Profilverlaufs erreicht werden, wobei diese Auswahl maßgeblich
von der allgemeinen Charakteristik des Hohlorgans abhängt.
So kann beispielsweise bei einem Hohlorgan wie dem Dickdarm, der
zahlreiche, immer wiederkehrende natürliche Einbuchtungen
aufweist und im Wesentlichen seine mittlere Dicke über
den gesamten Verlauf beibehält, ein anderes Mittelungsverfahren
angewandt werden als bei Arterien, die im gesunden Zustand regelmäßiger
profiliert sind und sich langsam vom Herzen weg verengen.
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Neben
dem Ideal-Profilwert wird im erfindungsgemäßen
Verfahren bevorzugt ein Abnormalitäts-Profilwert in einer
Schnittebene des Hohlorgans ermittelt, die durch die Abnormalität
an dem Ort verläuft, an dem die Abnormalität im
Wesentlichen ihre größte Ausdehnung aufweist.
Aus dem Abnormalitäts-Profilwert wird dann im Verhältnis
zum Ideal-Profilwert in dieser Schnittebene der Abmessungswert der
Abnormalität abgeleitet. Bei diesem Abmessungswert handelt
es sich also um das bereits oben erwähnte Verhältnis
aus einem Profilwert für das Hohlorgan im Bereich der Abnormalität
zu einem Profilwert in einem Normalbereich. Dabei wird nun jedoch
neben der genaueren Ermittlung des Profilwerts im Normalbereich
in Form des Ideal-Profilwerts auch ein genauerer Abnormalitäts-Profilwert
ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise durch genaue Analyse der
Profil-Verlaufskurve, anhand derer feststellbar ist, an welchem
Ort ein Hohlorgan seine engste oder breiteste Stelle aufweist. An
diesem Ort wird der Abnormalitäts-Profilwert ermittelt.
Da die Genauigkeit der Ermittlung eines solchen Orts mit der engsten
Profilstelle wesentlich davon abhängt, wie (z. B. in welchem
Winkel zum Hohlorganverlauf) und in welchen Schrittabständen
das Profil des Hohlorgans ermittelt wird, kann es vorkommen, dass
nicht genau der Punkt mit der kleinsten Profilabmessung ermittelt werden
kann. Der Ort, an dem die Abnormalität ”im Wesentlichen” ihre
größte Ausdehnung aufweist, ist daher der Ort
mit der im Rahmen des Verfahrens ermittelten größten
Ausdehnung.
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Bevorzugt
werden die Konturen des Hohlorgans mittels einer Pixel- und/oder
Voxelwert-Analyse von einzelnen Pixeln und/oder Voxeln in einem
Analysebereich um die Abnormalität ermittelt. Dies kann beispielsweise
mit Hilfe einer Histogrammanalyse, basierend auf Grauwerten eines
CT-Bildes erfolgen. Diese Analysemethode ist im Rahmen der Aufbereitung
von Bilddaten aus bildgebenden Verfahren ohnehin ein gängiges
und bewährtes Mittel. Die Pixel- und/oder Voxelwertanalyse
wird dabei besonders bevorzugt so durchgeführt, dass Begrenzungen
des Analysebereichs der Analyse durch einen vordefinierten Abstand
von der Verlaufslinie festgelegt werden. Hierdurch können
Fehlanalysen erkannt und unnötige Analysekapazitäten
eingespart werden. Alternativ kann auch eine auf einem vorgegebenen,
vorab empirisch ermittelten Schwellenwert basierte Zurechnung von
Pixeln bzw. Voxeln zu bestimmten Bereichen (Innenbereich, Wand und
Außenbereich) des Hohlorgans durchgeführt werden,
um die Hohlorgan-Konturen zu bestimmen.
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Vorzugsweise
wird die Profil-Verlaufskurve anhand von Werten mindestens eines
für das Profil des Hohlorgans repräsentativen
Parameters entlang der Verlaufslinie ermittelt. Besonders bevorzugt
umfasst der repräsentative Parameter einen Durchmesser
und/oder eine Querschnittsfläche des Hohlorgans. Dabei
liegen solche Schnittebenen, auf denen der Durchmesser bzw. die
Querschnittsfläche liegen, bevorzugt in immer demselben
Winkel auf der Verlaufslinie. Dabei kann aus dem Durchmesser durch geeignete
(in der Fachwelt hinlänglich bekannte) Näherungs-Algorithmen
die Querschnittsfläche und aus der Querschnittsfläche
der Durchmesser des Hohlorgans integriert bzw. abgeleitet werden.
Stehen die Schnittebenen immer im selben Bezug zueinander, wie das
bei einer Lage in immer demselben Winkel zur Verlaufslinie (vorzugsweise
senkrecht zu dieser Linie) der Fall ist, so ergeben sich daraus
Parameterwerte, die problemlos miteinander in Bezug zu bringen sind,
so dass eine Profil-Verlaufskurve ermittelt werden kann.
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Gemäß einer
ersten Alternative werden die Werte des repräsentativen
Parameters bezogen auf Schnittebenen durch das Hohlorgan ermittelt,
die in einem konstanten Abstand voneinander liegen. Dieser Abstand
definiert dann die Messgenauigkeit des Verfahrens, die vorzugsweise
aus kapazitätsökonomischen Gründen nicht
unendlich hoch sein sollte. Die Wahl eines konstanten Abstands gewährleistet, dass
verlässlich in immer denselben Schritten eine Parameterwert-Messung
vorliegt, so dass eine Art empirischer Analysegrundlage vorliegt.
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Eine
zweite Alternative sieht dagegen vor, dass die Werte des repräsentativen
Parameters bezogen auf Schnittebenen durch das Hohlorgan ermittelt
werden, die in einem Abstand voneinander liegen, der in Abhängigkeit
vom örtlich vorhandenen Durchmesser des Hohlorgans definiert
wird. Dieser örtlich vorhandene Durchmesser bezieht sich
dabei bevorzugt auf den Durchmesser des unmittelbar zuvor ausgeführten
Schnitts einer Schnittebene. Mit anderen Worten: Je enger das Hohlorgan
in einem bestimmten Bereich ist, desto häufiger findet
das Einziehen von Schnittebenen zum Zwecke der Parameterermittlung
statt. Dadurch wird garantiert, dass die höchste Messgenauigkeit
im Bereich der größten Verengung erzielt wird,
also beispielsweise einer zu untersuchenden Stenose. Entsprechend
wird in einem solchen Falle vorzugsweise als Abnormalitäts-Profilwert
der kleinste ermittelte repräsentative Parameterwert definiert.
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Besonders
bevorzugt ist hierbei, dass der Abnormalitäts-Profilwert
einen kleinsten Durchmesser des Hohlorgans, bezogen auf alle ermittelten Schnittebenen
des Hohlorgans, umfasst, wobei in jeder Schnittebene mehrere durch
unterschiedliche Rotationswinkel gekennzeichnete Durchmesser ermittelt
werden. Der Rotationswinkel wird definiert durch eine Rotation einer
Messgeraden zum Messen des Durchmessers um die Verlaufslinie in
einer Schnittebene. Es wird also nicht nur ein Durchmesser eines
jeden Schnitts ermittelt, sondern mehrere, die zueinander im Winkel
stehen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass nicht durch Zufall
eine Verengung dadurch unerkannt bleibt, dass der Durchmesser in einer
Raumrichtung ermittelt wird, in dem die Verengung ihren geringsten
Effekt zeigt, während beispielsweise senkrecht zu dieser
Raumrichtung ein deutlich kleinerer Durchmesser in dieser Schnittebene
ermittelbar wäre. Als besonders vorteilhaft hat es sich
im Rahmen dessen erwiesen, dass die Rotationswinkel in Abhängigkeit
von örtlich vorliegenden Parameterwerten der jeweiligen
Schnittebenen gewählt werden. Analog zum Setzen der Abstände
zwischen den einzelnen Schnittebenen wird hier also eine Messverfeinerung
vorgenommen, die wiederum darauf abhebt, eine besonders feine Parameterwertermittlung
in dem Bereich zu gewährleisten, in dem die geringsten
Parameterwerte vorliegen, also wiederum beispielsweise die geringsten
Durchmesser.
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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 eine
Schnittbilddarstellung eines Hohlorgans mit einer Läsion,
gewonnen im Rahmen eines Computertomographiescans,
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2 eine
dreidimensionale Ansicht eines menschlichen Herzens, gewonnen aus
Bilddaten eines Computertomographiescans,
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3 die
Schnittbilddarstellung aus 1 mit Querschnittsprofilen
des Hohlorgans und einer Profil-Verlaufskurve,
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4 dieselbe
Darstellung wie in 3 in einer anderen Anordnung
der einzelnen Bildelemente und mit einer an die Profil-Verlaufskurve
angefitteten Geraden,
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5 eine
schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Abmessungsbestimmungseinrichtung.
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1 zeigt
abschnittsweise ein Hohlorgan 1, hier eine Arterie, die
eine Abnormalität 3 in ihrer Wandung in Form einer
Läsion aufweist. Zu dieser Läsion soll ein Abmessungswert
bestimmt werden, nämlich der Durchmesser der Arterie 1 im
durch die Läsion 3 hervorgerufenen engsten Bereich
der Arterie in Bezug zu einem Referenz-Durchmesser, der sich auf
einen repräsentativen (fiktiven) Durchmesser des gesunden
Hohlorgans 1 bezieht.
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Hierzu
wird in einem ersten Schritt eine Verlaufslinie 5, hier
in Form der Mittellinie der Arterie 1 bestimmt. In einem
Winkel α (hier ein rechter Winkel) zu dieser Mittellinie 5 können
Schnittebenen 4a, 4b, 4c eingezogen werden,
auf denen der Durchmesser des Hohlorgans 1 an einem bestimmten
Ort seines Verlaufs bestimmt wird.
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Gemäß Stand
der Technik würde eine Vermessung auf Basis von praktischer
Erfahrung durchgeführt werden, d. h. eine Person würde
in der Darstellung die engste Stelle des Lumens des Hohlorgans 1 in
etwa abschätzen und einen weiteren Punkt entlang des Verlaufs
bestimmen, beispielsweise dort, wo die untere Schnittebene 4c liegt.
Es würde dann jeweils die Fläche und/oder der
Durchmesser an diesen beiden ausgewählten Bereichen ermittelt
und aufeinander durch Division bezogen.
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Dagegen
werden im erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund
eines hohen Automatisierungsgrads, bevorzugt eines vollautomatischen
Verfahrensablaufs, deutlich präzisere Abmessungswertangaben
zu der Läsion 3 generiert, wie im Folgenden dargestellt.
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In 2 ist
schematisch anhand einer Koronararterie eines Herzens 7 dargestellt,
dass, ausgehend von einem Ausgangspunkt 13 in der Arterie,
die vorzugsweise möglichst nahe dem Ort einer Läsion (im
Bild nicht erkennbar) liegt, eine Verlaufslinie 5 in beide
Verlaufsrichtungen der Arterie gezogen wird. Entlang der Erstreckung
der Verlaufslinie kann nun die Analyse des Lumens der Arterie durchgeführt werden.
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Für
den Abschnitt der Arterie 1 aus 1 wird dies
in den 3 und 4 exemplarisch dargestellt.
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In 3 sind
linkerhand neben der Abbildung der Arterie 1 fünf
Schnittbilder dargestellt, die aus je einer Schnittebene (nicht
dargestellt) der Arterie 1 resultieren. Für jede
Schnittebene kann so die Querschnittsfläche Q1, Q2, ...
Qn ermittelt werden, ebenso wie verschiedene Durchmesser d1, d2,
d3, ... dn, deren Maße davon abhängig sind, in
welchem Rotationswinkel um die Mittellinie 5 die Geraden
liegen, deren Länge als Durchmesser bestimmt werden soll.
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Rechts
neben der Abbildung der Arterie 1 ist eine Profil-Verlaufskurve 11 der
Arterie dargestellt. Sie resultiert aus einer Ermittlung der Konturen 9a, 9b des
Hohlorgans 1 und wird beispielsweise Pixel für
Pixel bzw. Voxel für Voxel entlang des Hohlorganverlaufs
ermittelt. Um zeit- und kapazitätsökonomischer
zu arbeiten, ist es auch möglich, die Konturen 9a, 9b nur
in bestimmten Pixel- bzw. Voxel-Intervallen zu bestimmen und daraus
die Profil-Verlaufskurve 11 abzuleiten. Diese Intervalle
können entweder immer gleich sein oder in Abhängigkeit
von lokal vorliegenden Abmessungswerten des Hohlorgans, beispielsweise
vom örtlichen Durchmesser, gewählt sein. Je geringer
also der Hohlorgandurchmesser in einem bestimmten Bereich, desto
häufiger werden dort die genauen Konturen bestimmt. Die
Bestimmung der Konturen kann beispielsweise mit Hilfe einer Grauwertanalyse
in den CT-Bilddaten erfolgen.
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In
der Profil-Verlaufskurve 11 ist also der Durchmesser oder
die Fläche des Hohlorgans entlang von Schnittebenen ermittelt,
die vorzugsweise immer in demselben Winkel zur Verlaufslinie 5 stehen.
In der Kurve ist erstens der Ort 15 der kleinsten Ausdehnung
des Hohlorgans 1 erkennbar. Etwas weiter unten ist der
Ausgangspunkt 13 angedeutet, der vorab zur Ermittlung der
Verlaufslinie 5 definiert wurde (vgl. 2).
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Aus
der Profil-Verlaufskurve 11 kann also am Ort 15 der
kleinsten Ausdehnung des Hohlorgans 1 ein Parameterwert
ermittelt werden, der den absoluten Lumenwert im Bereich der Stenose 3 repräsentiert.
In 4 (in der im Übrigen neben den erwähnten
Schnittebenen 4a, 4b, 4c auch zwei weitere Schnittebenen 4d, 4e dargestellt
sind, die mit den Schnittbildern linkerhand korrespondieren) erfolgt
die Bestimmung des zugehörigen Referenzwerts. Hierzu wird
auf Basis einer Regressionsanalyse eine Näherungskurve
in Form einer Geraden 17 an die Profil-Verlaufskurve 11 angefittet.
Sie repräsentiert den Ideal-Verlauf des Hohlorgans 1.
Dabei ist erkennbar, dass das Lumen des Hohlorgans 1 nach
unten zu kleiner wird. Auf dieser Geraden 17 kann in paralleler Position
zum Ort 15 ein korrespondierender Ideal-Profilwert 19 für
genau diesen Ort 15 abgelesen werden. Der Wert der relativen
Gefäßverengung der Arterie 1 ist der
Parameterwert am Ort 15 dividiert durch den korrespondierenden
Ideal-Profilwert 19.
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Es
ist erkennbar, dass das hier beispielhaft ausgeführte erfindungsgemäße
Verfahren im Wesentlichen ohne weiteren Input von außen
automatisch von einer Abmessungsbestimmungseinrichtung durchgeführt
werden kann. Hierdurch ergibt sich einerseits der bereits erwähnte
Effekt der deutlich höheren Präzision und der
Vergleichbarkeit von Daten (auch für statistische Zwecke)
und zudem eine deutliche Zeitersparnis. Der einzige Input, der ggf.
aber nicht zwingend nötig ist, ist die Eingabe des Ausgangspunkts 13.
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5 zeigt
eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen
Abmessungsbestimmungseinrichtung 21. Zwischen einer Eingangsschnittstelle 23 für
Bilddaten BD und einer Ausgangsschnittstelle 35 zur Ausgabe
von Abmessungswerten AW sind dabei in Form von Software-Bausteinen,
die auf einem Prozessor operieren, folgende Einheiten angeordnet:
Eine
Verlaufslinien-Bestimmungseinheit 25, eine Konturen-Ermittlungseinheit 27,
eine Verlaufskurven-Ermittlungseinheit 29, eine Ideal-Profilwert-Ermittlungseinheit 31 und
eine Abmessungswert-Ermittlungseinheit 33.
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Über
die Eingangsschnittstelle 23 werden Bilddaten BD eingespeist,
die das Hohlorgan umfassen. Hierin bestimmt die Verlaufslinien-Bestimmungseinheit 25 eine
Verlaufslinie 5 und die Konturen-Ermittlungseinheit 27 ermittelt
die Konturen 9a, 9b des Hohlorgans 1.
Aus den Konturen 9a, 9b ermittelt in der Folge
die Verlaufskurven-Ermittlungseinheit eine Profil-Verlaufskurve 11 und
die Ideal-Profilwert-Ermittlungseinheit 31 einen Ideal-Profilwert 19 des
Hohlorgans 1, wie beispielhaft oben näher erläutert.
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Die
Abmessungswert-Ermittlungseinheit 33 ermittelt den gewünschten
Abmessungswert AW auf Basis der Profil-Verlaufskurve 11 und
des Ideal-Profilwerts 19, vorzugsweise dadurch, dass sie
einen Parameterwert aus der Profil-Verlaufskurve 11 mit dem
Ideal-Profilwert 19 in Bezug setzt.
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Es
wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass
es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Ansteuerungsverfahren
sowie bei dem dargestellten Ansteuerungssystem lediglich um Ausführungsbeispiele
handelt, die vom Fachmann in unterschiedlichster Weise modifiziert
werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen,
dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht
ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach
vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” bzw. „Modul” nicht
aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls
auch räumlich verteilt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4692864 [0003]
- - US 5872861 [0004]