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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung
eines segmentierten Volumendatensatzes für eine virtuelle Koloskopie, der
Bildinformationen vom mit einem ersten und einem zweiten Kontrastmittel
versehenen Darm eines Lebewesens aufweist. Die Erfindung betrifft
außerdem
ein Computerprogrammprodukt aufweisend ein das Verfahren umsetzendes
Rechenprogramm.
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Die
virtuelle Koloskopie ist ein nicht invasives Verfahren insbesondere
zur Untersuchung des Dickdarms eines Patienten anhand von Bildinformationen vom
Dickdarm, die beispielsweise mit einem Magnetresonanzgerät oder einem
Röntgencomputertomographen
gewonnen wurden. Vor der Aufnahme der Bildinformationen vom Dickdarm
wird dem Patienten in der Regel ein Kontrastmittel, z. B. Luft,
Kohlendioxid bei der Bildgebung mit einem Röntgencomputertomographen oder
Wasser bei der Bildgebung mit einem Magnetresonanzgerät rektal
in den Dickdarm appliziert, damit sich der Dickdarm entfaltet.
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Des
Weiteren wird der Dickdarm vor der Aufnahme von Bildinformationen
in der Regel auch von Stuhlresten befreit, da nur auf diese Weise
eine sinnvolle Begutachtung der Innenwand des Dickdarms möglich ist.
Gerade dieses Abführen
von Stuhlresten wird aber häufig
von Patienten als unangenehm empfunden, weshalb Verfahren bevorzugt
werden, bei denen das Abführen
von Stuhlresten größtenteils vermieden
wird oder sich zumindest weniger unangenehm gestaltet.
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Eine
Form, ein allzu rigoroses Abführen
von Stuhlresten aus dem Dickdarm vor der Aufnahme von Bildinformationen
zu vermeiden, ist die digitale Subtraktion von markiertem Stuhl
aus einem Bildinformationen vom Darm aufweisenden Volumendatensatz.
Die Markierung der Stuhlreste erfolgt mit einem Kontrastmittel,
das dem jeweiligen Patienten in der Regel oral verabreicht wird
und mit dem verwendeten bildgebenden Verfahren gut detektierbar
ist.
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Bei
der Röntgencomputertomographie
hat sich beispielsweise Barium als geeignetes Kontrastmittel erwiesen.
Das verabreichte Barium und der restliche Stuhl vermischen sich
im Dickdarm bis zur Aufnahme der Bildinformationen. Dieses Vorgehen wird
auch als Stuhl-Tagging, also als Kennzeichnung oder Markierung des
Stuhls bezeichnet. Das Stuhl-Barium-Gemisch hat in dem Volumendatensatz des
bildgebenden Verfahrens CT-Werte größer 200 Hounsfield-Einheiten,
die gut erkannt werden können.
Die Erkennung kann beispielsweise mit einem Schwellwertverfahren
erfolgen. Die mit Hilfe des Schwellwertverfahrens identifizierten,
das Stuhl-Barium-Gemisch
repräsentierenden
Bildvoxel erhalten schließlich
einen CT-Wert von ca. –1000
Hounsfield-Einheiten, der dem CT-Wert
der rektal verabreichten Luft entspricht und was als digitale Subtraktion
bezeichnet wird.
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Problematisch
bei diesem Verfahren sind insbesondere die Übergänge zwischen Stuhl-Bariumgemisch
und Luft sowie zwischen Stuhl-Bariumgemisch und Darmgewebe. Hier
treten auch Übergänge in den
CT-Werten auf, so dass die betroffenen Voxel nicht eindeutig einer
der Gruppen Darmgewebe, Stuhl-Barium-Gemisch oder Luft zugeordnet werden
können.
Erschwerend kommt hinzu, dass sich der restliche Stuhl und das Barium
häufig
nicht homogen vermischen.
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Nach
der digitalen Subtraktion bleiben daher im Volumendatensatz zuweilen
unerwünschte
Strukturen enthalten, die die Form von Darmpolypen haben. Das Verbleiben
derartiger Strukturen im Volumendatensatz kann demnach zu Fehldiagnosen
führen.
Andererseits können
bei der digitalen Subtraktion fälschlicherweise
feine Strukturen, wie Darmfalten, subtrahiert werden, so dass, sollte
sich dort eine Läsion
befinden, diese nicht diagnostiziert werden kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass ein
Volumendatensatz für
eine virtuelle Koloskopie zur Verfügung gestellt werden kann,
bei dem die Gefahr der Fehlinterpretation möglichst vermieden wird. Ferner soll
ein entsprechendes Computerprogrammprodukt angegeben werden.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur
Bereitstellung eines Bildinformationen vom Darm eines Lebewesens
aufweisenden, segmentierten Volumendatensatzes für eine virtuelle Koloskopie,
wobei der Darm mit einem ersten und einem zweiten Kontrastmittel
versehen ist. Während
das erste Kontrastmittel zur Entfaltung des Darmes vorgesehen ist,
dient das zweite Kontrastmittel zur Markierung der Stuhlreste im
Darm. In einem Messvolumendatensatz, der von der Körperregion
des Lebewesens aufgenommen wird, die den mit einem ersten und einem
zweiten Kontrastmittel versehenen Darm aufweist, werden das erste
Kontrastmittel repräsentierende
Voxel, vorzugsweise homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste
repräsentierende
Voxel und Darmgewebe repräsentierende
Voxel des Volumendatensatzes segmentiert bzw. identifiziert. Basierend
auf dem segmentierten Volumendatensatz werden bei der virtuellen
Koloskopie zumindest Abschnitte der Darmwand dargestellt, selbst
wenn diese in dem segmentierten Volumendatensatz mit Stuhlresten
belegt sind, die mit dem zweiten Kontrastmittel versehen sind, da
die segmentierten, mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste
repräsentierenden Voxel
nicht für
die Bildgebung herangezogen werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung erfolgt also keine digitale Subtraktion
von Stuhlresten aus dem Volumendatensatz, wodurch die eingangs erwähnten Nachteile
der fälschlichen
oder unerwünschten
Subtraktion vermieden werden. Vielmehr wird der Volumendatensatz
derart segmentiert bzw. werden die Voxelwerte des Volumendatensatzes
derart ermittelt, dass das erste Kontrastmittel repräsentierende
Voxel, mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierende
Voxel und Darmgewebe repräsentierende
Voxel eindeutig voneinander unterschieden werden können. Dies
hat den Vorteil, dass bei der virtuellen Koloskopie ein sogenannter
virtueller Flug durch den segmentierten Volumendatensatz erfolgen
und die Darmwand visualisiert werden kann, obwohl diese teilweise
noch mit mit dem zweiten Kontrastmittel markierten Stuhlresten versehen
ist, da aufgrund der aus der Segmentierung bekannten Voxelwerte
der mit dem zweiten Kontrastmittel markierten Stuhlreste diese Voxelwerte
für die
Bildgebung ignoriert werden können.
Es kann also quasi durch diese Stuhlreste hindurchgesehen werden kann.
Bei einem Visualisierungsverfahren wie beispielsweise dem Surface-Shaded-Display
werden basierend auf der Segmentierung die Voxelschwellwerte für die Visualisierung
der Darmwand z. B. derart festgelegt, dass ein der Darmwand zugeordneter Voxelwert
für die
Visualisierung der Darmwand herangezogen wird, während ein markiertem Stuhl
zugeordneter Voxelwert übersprungen,
also nicht zur Visualisierung herangezogen wird. Liegen demnach ein
einem markierten Stuhlrest zugeordneter Voxelwert und ein der Darmwand
zugeordneter Voxelwert auf einem Betrachterstrahl hintereinander,
wird der dem markierten Stuhlrest zugeordnete Voxelwert übersprungen
bzw. ein Abbruchkriterium für
die Visualisierung greift nicht. Erst wenn ein der Darmwand zugeordneter
Voxelwert registriert wird, greift das Abbruchkriterium und dieser
Voxelwert wird zur Visualisierung verwendet.
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Nach
einer Variante der Erfindung werden auch die die Übergänge zwischen
dem ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen
Stuhlresten repräsentierenden
Voxel und/oder die die Übergänge zwischen
dem ersten Kontrastmittel und Darmgewebe repräsentierenden Voxel und/oder
die die Übergänge zwischen
mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten und Darmgewebe
repräsentierenden
Voxel segmentiert, um die Visualisierung der Darmwand für die virtuelle Koloskopie
zu verbessern.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Segmentierung mit einem Schwellwertverfahren,
mittels Region-Growing, mit dem Watershed-Algorithmus, mit dem Watershed-Algorithmus
in einer dreidimensionalen Abwandlung und/oder mittels einer Dilatation
erfolgt. Die verschiedenen Segmentierungsverfahren können dabei
einzeln oder in Kombination angewendet werden.
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Bei
dem Watershed-Algorithmus in seiner dreidimensionalen Abwandlung
wird ein oberer Schwellwert für
eine erste Komponente oder eine erste Gewebeart repräsentierende
Voxel und ein unterer Schwellwert für eine zweite Komponente oder eine
zweite Gewebeart repräsentierende
Voxel festgelegt. Anschließend
wird der obere Schwellwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt
und der untere Schwellwert wird entsprechende vorzugsweise kontinuierlich
angehoben, wobei derjenige Voxelwert, an dem sich der abgesenkte
obere Schwellwert und der angehobene untere Schwellwert treffen,
als die Segmentierungsgrenze zwischen der ersten Komponente oder
der ersten Gewebeart und der zweiten Komponente oder der zweiten
Gewebeart festgelegt wird.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung werden zunächst
diejenigen segmentierten, das erste Kontrastmittel repräsentierenden
Voxel aus dem Messvolumendatensatz entfernt, die nicht dem Inneren
des Darms zugeordnet werden können.
Handelt es sich bei dem ersten Kontrastmittel beispielsweise um
Luft und sind in dem Messvolumendatensatz Bildinformationen von
der Lunge des Patienten enthalten oder enthält der Messvolumendatensatz
Luftanteile, die außerhalb
des Patienten liegen, so werden diese aus dem Messvolumendatensatz
entfernt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass diejenigen segmentierten Voxel, welche
das erste Kontrastmittel repräsentieren
und dem Inneren des Darmes zugeordnet werden, wenigstens ein erstes
Teilvolumen bilden. Idealerweise liegt nur ein erstes Teilvolumen
vor. Es besteht jedoch die Möglichkeit,
dass beispielsweise durch eine Anhäufung von Stuhlresten das Volumen
des ersten Kontrastmittels unterbrochen ist und somit zwei oder auch
mehr Teilvolumina des ersten Kontrastmittels vorhanden sind.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung werden Knochen repräsentierende Voxel und/oder
Bildrauschen repräsentierende
Voxel des Messvolumendatensatzes segmentiert und vorzugsweise ebenfalls aus
dem Messvolumendatensatz entfernt, da diese für die virtuelle Koloskopie
nicht benötigt
werden bzw. sich störend
auswirken.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung werden die nicht homogen mit
dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden
Voxel segmentiert und den vorzugsweise homogen mit dem zweiten Kontrastmittel
versehene Stuhlreste repräsentierenden
Voxeln zugeordnet, da eine Unterscheidung zwischen nicht homogen
mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten und homogen mit
dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten nicht nötig ist.
Vorzugsweise bilden die mit dem zweiten Kontrastmittel versehene
Stuhlreste repräsentierenden
Voxel wenigstens ein zweites Teilvolumen. Was die Stuhlreste anbelangt,
so werden in der Regel allerdings mehrere zweite Teilvolumina vorhanden
sein, da davon auszugehen ist, dass an mehreren Stellen unabhängig voneinander
Stuhlreste im Darm verbleiben.
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Zur
Ermittlung der die Übergänge zwischen dem
ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehene
Stuhlreste repräsentierenden Voxel
wird das wenigstens ein erste Teilvolumen und/oder wenigstens ein
dem wenigstens ersten Teilvolumen benachbartes zweites Teilvolumen
nach einer Variante der Erfindung um eine vorgebbare oder vorgegebene
Anzahl von Voxeln dilatiert, d. h. definiert und gezielt durch Hinzunahme
von Voxeln ausgedehnt.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung werden diejenigen Voxel der vorgebbaren oder vorgegebenen
Anzahl von Voxeln als Voxel eines Übergangs zwischen dem ersten
Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten identifiziert,
die das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite Teilvolumen
miteinander verbinden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden
das wenigstens eine erste Teilvolumen, das wenigstens eine zweite
Teilvolumen und die identifizierten Voxel der Übergange zwischen dem ersten
Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten
ein drittes Teilvolumen.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung werden die die Übergänge zwischen dem ersten Kontrastmittel
und Darmgewebe repräsentierenden
Voxel und/oder die die Übergänge zwischen
mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten und Darmgewebe
repräsentierenden
Voxel segmentiert bzw. identifiziert, indem das dritte Teilvolumen
an seinen Rändern
ebenfalls um eine vorgebbare oder vorgegebene Anzahl von Voxeln
dilatiert wird, d. h. definiert und gezielt durch Hinzunahme von
Voxeln an den Rändern
ausgedehnt wird.
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Basierend
auf der Segmentierung kann nunmehr nach einer weiteren Variante
der Erfindung bei der virtuellen Koloskopie wenigstens eine Ansicht vom
Inneren des Darmes mit dem Surface-Shaded-Display-Verfahren rekonstruiert
werden. In der Regel wird im Rahmen der virtuellen Koloskopie, also bei
dem virtuellen Flug durch den Darm eine Vielzahl von Ansichten vom
Inneren des Darmes, insbesondere von der Darmwand erzeugt.
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Vorzugsweise
werden dabei ausgehend von einer Betrachterposition im Darm Strahlen
von der Betrachterposition ausgesandt und es wird jeweils das Voxel
dargestellt, das auf einem Strahl liegt und dessen Voxelwert einen
vorgegebenen, der Darmwand zugeordneten Voxelschwellwert überschreitet, selbst
wenn die Darmwand des segmentierten Volumendatensatzes mit mit dem
zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten belegt ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch
eine Vorrichtung aufweisend eine Recheneinrichtung, welche zur Ausführung eines
der vorstehend beschriebenen Verfahren eingerichtet ist. Die Recheneinrichtung
weist hierzu ein entsprechendes Rechenprogramm bzw. Software oder
Softwaremodule auf, mit denen die Segmentierung und die virtuelle
Koloskopie durchführbar
sind.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt
weist ein Rechenprogramm auf, welches auf einem von einer Recheneinrichtung
lesbaren Datenträger
gespeichert ist, um eines der vorstehend beschriebenen Verfahren
auszuführen
bzw. zu steuern, wenn das Rechenprogramm in der Recheneinrichtung
geladen ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
mit einer Recheneinrichtung verbundenen Röntgencomputertomographen zur
Erzeugung eines Volumendatensatzes,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch den Darm eines Patienten,
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3 eine
Veranschaulichung des Vorgehens bei der Segmentierung eines Volumendatensatzes,
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4 ein
segmentierter Darmabschnitt eines Patienten und
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5 und 6 eine
Veranschaulichung der Visualisierung der Darmwand basierend auf
der Segmentierung.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Komponenten,
Gewebe etc. durchwegs mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen
in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu,
wobei Maßstäbe zwischen
den Figuren variieren können.
Auf den in 1 dargestellten Röntgencomputertomographen 1 wird
im Folgenden und ohne Einschränkung der
Allgemeinheit nur insoweit eingegangen als es zum Verständnis der
Erfindung für
erforderlich erachtet wird.
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Der
in 1 gezeigte Röntgencomputertomograph 1 weist
eine Patientenliege 2 zur Lagerung eines zu untersuchenden
Patienten P auf. Der Röntgencomputertomograph 1 umfasst
ferner eine Gantry 4 mit einem um eine Systemachse 5 drehbar
gelagerten Röhren-Detektor-System.
Das Röhren-Detektor-System
weist einander gegenüberliegend
eine Röntgenröhre 6 und
eine Röntgendetektoreinheit 7 auf.
Im Betrieb geht von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in
Richtung der Röntgendetektoreinheit 7 aus,
und wird mittels dieser erfasst.
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Die
Patientenliege 2 weist einen Liegensockel 9 auf,
an dem eine zur eigentlichen Lagerung des Patienten P vorgesehene
Patientenlagerungsplatte 10 angeordnet ist. Die Patientenlagerungsplatte 10 ist
derart relativ zu dem Liegensockel 9 verstellbar, dass
die Patientenlagerungsplatte 10 mit dem Patienten P in
die Öffnung 3 der
Gantry 4 zur Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen von dem Patienten P,
z. B. in einem Spiralscan, eingeführt werden kann. Die rechnerische
Verarbeitung der 2D-Röntgenprojektionen
bzw. die Rekonstruktion eines Volumendatensatzes von einer Körperregion
des Patienten P basierend auf den 2D-Röntgenprojektionen erfolgt mit
einem schematisch dargestellten Bildrechner 11 des Röntgencomputertomographen 1.
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Der
Bildrechner 11 des Röntgencomputertomographen 1 ist
mit einer Recheneinrichtung 12 verbunden, mit der im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Erfindung eine virtuelle Koloskopie des Dickdarms des Patienten
P durchgeführt
werden soll. Hierzu ist die Recheneinrichtung 12 mit einem
entsprechenden Rechenprogramm 13 versehen, das vorliegend
mittels eines tragbaren Speichermediums, beispielsweise einer CD,
in die Recheneinrichtung 12 geladen wurde und Programmmittel
für eine
Segmentierung eines Volumendatensatzes und Programmmittel für einen
sogenannten virtuellen Flug durch in dem segmentierten Volumendatensatz
enthaltene Bildinformationen vom Dickdarm zur Untersuchung der Innenwand
des Dickdarms aufweist.
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In
Vorbereitung der Gewinnung eines Volumendatensatzes von der den
Dickdarm umfassenden Körperregion
des Patienten P wird dieser mit zwei Kontrastmitteln versehen. Ein
erstes Kontrastmittel in Form von Luft wird dem Patienten P rektal appliziert,
damit sich der Dickdarm entfaltet. Ein zweites Kontrastmittel in
Form von Barium wird dem Patienten oral verabreicht. Das in den
Dickdarm vorgedrungene Barium vermischt sich dabei mit im Dickdarm
des Patienten P verbliebenen Stuhlresten, die im Zuge einer Entfernung
von Stuhl aus dem Dickdarm mittels Aufnahme einer Flüssigkeit
durch den Patienten P nicht abgeführt wurden, und markiert die Stuhlreste.
In diesem Zusammenhang spricht man auch von Stuhl-Tagging. In welcher
Reihenfolge und in welchen zeitlichen Abständen die beiden Kontrastmittel
dem Patienten P verabreicht werden, ist für die vorliegende Erfindung
unerheblich.
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Ist
der Patienten P bzw. der Dickdarm des Patienten P mit der Luft und
dem Barium versehen, wird mit dem Röntgencomputertomographen 1 zunächst in
an sich bekannter Weise ein Volumendatensatz 14 von der
den Dickdarm des Patienten P umfassenden Körperregion rekonstruiert, der
der Recheneinrichtung 12 zur Verfügung gestellt wird. Die weiteren
Verfahrensschritte werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit der Recheneinrichtung 12 durchgeführt.
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In
Vorbereitung eines virtuellen Flugs durch die in dem Volumendatensatz 14 enthaltenen
Bildinformationen des Dickdarms wird der Volumendatensatz 14 segmentiert.
Bei der Segmentierung werden die Voxel des Volumendatensatzes 14 für die spätere Bilddarstellung
des Inneren des Dickdarms bestimmten Komponenten zugeordnet bzw.
klassifiziert. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung
sind die wesentlichen Komponenten, welche für die virtuelle Koloskopie
des Dickdarmes von Bedeutung sind in 2 dargestellt,
welche einen schematischen Querschnitt durch den Dickdarm zeigt.
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Das
Dickdarmgewebe ist in 2 mit dem Bezugszeichen 15 versehen.
Im Inneren des Dickdarms befinden sich das erste Kontrastmittel
Luft 16 und mit dem zweiten Kontrastmittel Barium markierte Stuhlreste 17.
Außerdem
treten Übergänge 18 zwischen
Luft 16 und markierten Stuhlresten 17, Übergänge 19 zwischen
Luft 16 und Darmgewebe 15 sowie Übergänge 20 zwischen
markierten Stuhlresten 17 und Darmgewebe 15 auf.
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Die
Schritte zur Segmentierung der erwähnten Komponenten sind in 3 dargestellt.
In einem ersten Segmentierungsschritt 21 werden alle Luft
repräsentierende
Voxel des Volumendatensatzes 14, z. B. mittels eines Schwellwertverfahrens
identifiziert, deren CT-Wert unterhalb der Schwelle von –800 Hounsfield-Einheiten
liegt. In einem Verfahrensschritt 22 werden alle Luft repräsentierende
Voxel, welche außerhalb
des Körpers
des Patienten P liegen und demnach Raumluft darstellen aus dem Volumendatensatz
eliminiert. In einem weiteren Verfahrensschritt 23 werden
alle Luft repräsentierende
Voxel, welche zwar innerhalb des Körpers des Patienten P, aber
außerhalb
des Dickdarms liegen und somit der Lunge des Patienten P zugeordnet
werden können, ebenfalls
aus dem Volumendatensatz eliminiert.
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Als
Ergebnis werden alle Luft repräsentierende,
dem Inneren des Dickdarms zugeordnete Voxel erhalten. Idealerweise
bilden alle Luft repräsentierende,
dem Inneren des Dickdarms zugeordnete Voxel ein erstes Teilvolumen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,
dass mehrere erste Teilvolumina vorhanden sind, wenn einzelne Teilvolumina
von Luft beispielweise durch eine Ansammlung von Stuhlresten oder
einem nicht vollständig
entfaltetem Dickdarmstück
voneinander getrennt sind. Im Folgenden wird davon ausgegangen,
dass nur ein erstes Teilvolumen Luft im Volumendatensatz 14 vorhanden
ist.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Erfindung werden parallel zur Identifizierung der dem Dickdarm
zugeordneten, Luft repräsentierenden
Voxel die Volumendaten des Volumendatensatzes 14 nach Voxeln
mit hohen CT-Werten durchsucht. Insbesondere werden beispielsweise
mit einem Schwellwertverfahren oder unter Anwendung des Watershed-Algorithmus
in einem Verfahrensschritt 24 mit Barium markierte Stuhlreste
repräsentierende
Voxel und Knochen repräsentierende
Voxel identifiziert.
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In
einem Verfahrensschritt 25 werden ebenfalls unter Anwendung
eines Schwellwertverfahrens oder unter Anwendung des Watershed-Algorithmus Bildrauschen
repräsentierende
Voxel detektiert und zusammen mit den identifizierten Knochen repräsentierenden
Voxeln aus dem Volumendatensatz 14 entfernt.
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In
einem als Homogenisierung bezeichneten Verfahrensschritt 26 werden
nicht homogen mit Barium vermischte Stuhlreste repräsentierende
Voxel nur mit dem Verfahren des Region-Growing, nur unter Anwendung
des Watershed-Algorithmus oder in Kombination mit einer Dilatation
identifiziert und den zuvor erwähnten,
mit Barium markierten Stuhlreste repräsentierenden Voxeln zugeordnet.
Die mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxel bilden wenigstens
ein zweites Teilvolumen. Zumeist bilden die mit Barium markierte
Stuhlreste repräsentierenden
Voxel mehrere zweite Teilvolumina aus, da sich in der Regel unabhängig voneinander
an mehreren Abschnitten der Wand des Dickdarms Stuhlreste ansammeln.
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Für die Segmentierung
kann der Watershed-Algorithmus im Übrigen auch in einer dreidimensionalen
Abwandlung verwendet werden. So kann man die CT-Werte des Volumendatensatzes dreidimensional
visualisieren und erhält
eine Art CT-Wert-Gebirge. In seiner normalen Anwendung würde der
Algorithmus anschaulich dieses Gebirge schrittweise mit Flüssigkeit
füllen
und an den Stellen Dämme
errichten, an denen die Flüssigkeiten
zweier Täler
ineinander fließen
würden.
Die errichteten Dämme
würden
die Objekt-, Gewebe- oder Stoffgrenzen repräsentieren.
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Bei
der Abwandlung werden ein oberer Schwellwert, z. B. für homogen
mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel und ein unterer Schwellwert,
z. B. für
nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende
Voxel festgelegt. Anschaulich werden durch den oberen Schwellwert und
den unteren Schwellwert zwei unterschiedliche Bassins für nicht
homogen mit Barium markierte Stuhlreste bzw. für homogen mit Barium markierte Stuhlreste
definiert, wobei das Bassin für
nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste leer ist und das Bassin
für homogen
mit Barium markierte Stuhlreste mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Anschließend
wird der obere Schwellwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt
und der untere Schwellwert wird vorzugsweise kontinuierlich angehoben.
Anschaulich wird das Bassin für
nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste vorzugsweise kontinuierlich
mit Flüssigkeit
gefüllt, während das
mit Flüssigkeit
gefüllte
Bassin für
homogen mit Barium markierte Stuhlreste kontinuierlich geleert wird.
Die Stelle, an der die Bassins das gleiche Niveau aufweisen, bzw.
derjenige CT-Wert, an dem sich der abgesenkte obere Schwellwert
und der angehobene untere Schwellwert treffen, legt die Segmentierungsgrenze
zwischen nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden
Voxeln und homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden
Voxeln fest.
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In
Fortsetzung der Segmentierung werden in einem Schritt 27 die Übergänge zwischen
Luft und markierten Stuhlresten repräsentierende Voxel in dem Volumendatensatz
identifiziert. Hierzu werden das erste Teilvolumen und/oder die
zweiten Teilvolumina jeweils um eine vorgegebene Anzahl von Voxeln
dilatiert, d. h. gezielt und definiert um eine vorgegebene Anzahl
von Voxeln an den Rändern
ausgedehnt. Verbindet sich dadurch das erste Teilvolumen mit einem
zweiten Teilvolumen, so gehören
die hinzugefügten
Voxel bzw. die Voxel aus der Dilatation zu den Voxeln, die einen Übergang 18 zwischen
Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 repräsentieren.
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Der
Watershed-Algorithmus in seiner dreidimensionalen Abwandlung kann
im Übrigen
auch für die
Ermittlung der Segmentierungsgrenzen zwischen Luft 16 und
markierten Stuhlresten 17verwendet werden. In diesem Fall
werden ein oberer Schwellwert für
mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel und ein unterer
Schwellwert für
Luft repräsentierende
Voxel festgelegt. Anschaulich werden wieder durch den oberen Schwellwert
und den unteren Schwellwert zwei unterschiedliche Bassins für mit Barium
markierte Stuhlreste bzw. für
Luft definiert, wobei das Bassin für mit Barium markierte Stuhlreste mit
Flüssigkeit
gefüllt
ist und das Bassin für
Luft leer ist. Anschließend
wird der obere Schwellwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt
und der untere Schwellwert wird vorzugsweise kontinuierlich angehoben.
Anschaulich wird das Bassin für
Luft vorzugsweise kontinuierlich mit Flüssigkeit gefüllt, während das
mit Flüssigkeit
gefüllte
Bassin für
mit Barium markierte Stuhlreste kontinuierlich geleert wird. Die Stelle,
an der die Bassins das gleiche Niveau aufweisen, bzw. derjenige
CT-Wert, an dem sich der abgesenkte obere Schwellwert und der angehobene
untere Schwellwert treffen, legt die Segmentierungsgrenze zwischen
Luft repräsentierenden
Voxeln und mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxeln fest.
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In
einem Verfahrensschritt 28 werden das erste Teilvolumen,
die zweiten Teilvolumina und die segmentierten Voxel, die einen Übergang 18 zwischen
Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 repräsentieren,
zu einem dritten Teilvolumen kombiniert. Dieses dritte Teilvolumen
wird in einem Verfahrensschritt 29 dilatiert, d. h. gezielt
und definiert um eine vorgegebene Anzahl von Voxeln an seinen Rändern ausgedehnt,
um die Übergänge 19 zwischen
Luft 16 und Darmgewebe 15 und um die Übergänge 20 zwischen
markierten Stuhlresten 17 und Darmgewebe 15 zu
segmentieren bzw. zu identifizieren. Auf diese Weise werden die
die Übergänge 19 und 20 repräsentierenden
Voxel bzw. die den Übergängen 19 und 20 zugeordneten
Voxel segmentiert bzw. identifiziert.
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Der
ursprünglich
rekonstruierte Messvolumendatensatz 14 ist also nach dem
vorstehend beschriebenen Vorgehen schrittweise segmentiert worden,
so dass nunmehr in der Recheneinrichtung 12 ein segmentierter,
Bildinformationen vom Dickdarm des Patienten P aufweisender Volumendatensatz
für eine
virtuelle Koloskopie vorliegt. In 4 ist exemplarische
ein Ausschnitt eines segmentierten Darmabschnittes des Patienten
P gezeigt. In 4 sind das erste Luft 16 aufweisende
Teilvolumen 30, mehrere markierte Stuhlreste 17 aufweisende
zweite Teilvolumina 31, Übergänge 18 zwischen Luft 16 und markierten
Stuhlresten 17, Übergänge 19 zwischen Luft 16 und
der Darmwand 15 sowie Übergänge 20 zwischen
markierten Stuhlresten 17 und der Darmwand 15 zu
erkennen.
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Basierend
auf dem segmentierten Volumendatensatz wird für die virtuelle Koloskopie
zunächst die
Mittellinie durch den Dickdarm in dem segmentierten Volumendatensatz
bestimmt, auf der zur Begutachtung der inneren Darmwand fortgeschritten wird.
Die Mittellinie stellt quasi einen Pfad dar, der auch als Flugpfad
für den
sogenannten virtuellen Flug durch den Dickdarm bezeichnet wird,
wobei auch von der Mittellinie M abgewichen werden kann.
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Unter
Fortschreiten auf der Mittellinie M werden im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels der
Erfindung, wie in 5 veranschaulicht, Ansichten
von der Innenseite des Dickdarmes mit dem Surface-Shaded-Display-Verfahren
erzeugt. Hierbei werden an ausgewählten bzw. eingenommenen Betrachterpositionen,
z. B. der aktuellen Position A eines virtuellen Kolonoskops, Strahlen
in eine Vielzahl von Richtungen B bis F ausgesandt. Überschreitet der
CT-Wert eines auf einem Strahl liegenden bzw. eines von einem Strahl
getroffenen Voxels einen vorgegebenen, der Darmwand 15 zugeordneten
Voxelschwellwert, wird der Voxelwert dieses Voxels für die Bildgebung
bei der jeweiligen Betrachterposition herangezogen.
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In
dem in 5 gezeigten Beispiel treffen die Strahlen B bis
D zunächst
nur auf Luft 16 repräsentierende
Voxel, deren Voxel- bzw. CT-Werte aus der Segmentierung bekannt
sind und unter dem Voxelschwellwert liegen. Erst mit dem Auftreffen
der Strahlen B bis D auf die Darmwand 15 wird jeweils der vorgegebene
Voxelschwellwert überschritten
und der jeweilige Voxel- bzw. CT-Wert des die Darmwand 15 repräsentierenden
Voxels zur Bildgebung in der Betrachterposition A herangezogen.
Die Strahlen E und F durchlaufen zunächst auch nur Luft 16 repräsentierende
Voxel und treffen dann auf markierte Stuhlreste 17 repräsentierende
Voxel, deren Voxel- bzw. CT-Werte
ebenfalls aus der Segmentierung bekannt sind. Aus diesem Grund wird
hier nicht abgebrochen, sondern weiter auf dem Strahl E bzw. dem
Strahl F fortgeschritten und erst dann abgebrochen, wenn der vorgegebene
Voxelschwellwert durch einen Voxel- bzw. CT-Wert eines die Darmwand
repräsentierenden
Voxels überschritten
wird, welcher Voxel- bzw. CT-Wert schließlich für die Bildgebung verwendet wird.
Aufgrund der Segmentierung und des vorgegebenen Voxelschwellwertes
sind daher mit Barium markierte Stuhlreste 17 bei der Bildgebung
unsichtbar.
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Anhand
von 6 sei noch ein Spezialfall erläutert, bei dem ein von einer
Betrachterposition A2 ausgehender Strahl G entlang der Grenzfläche zwischen
Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 verläuft. Aufgrund
des Teilvolumeneffektes kann es dazu kommen, dass schon vor der
Darmwand der vorgegebene Voxelschwellwert überschritten wird, so dass hier
keine Durchsichtigkeit besteht. Dies ist jedoch bei der virtuellen
Koloskopie kein absolut unerwünschter
Effekt. Vielmehr wird auf diese Weise die Oberfläche markierter Stuhlreste visualisiert.
Dies ist vergleichbar mit einem eine Taucherbrille tragenden Taucher,
dessen Taucherbrille nur teilweise ins Wasser eintaucht, d. h. der
Taucher kann sowohl oberhalb als auch unterhalb der Wasseroberfläche gut
sehen, wobei er die Wasseroberfläche
als dünnen
Strich wahrnimmt. Bei der vorliegenden Bildgebung werden demnach
die Darmwand unterhalb und oberhalb der Oberfläche markierter Stuhlreste sowie
die Oberfläche
als dünner
Strich visualisiert.
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Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines mit einem Röntgencomputertomographen
erzeugten Volumendatensatzes vom Dickdarm eines Patienten beschrieben.
Der Volumendatensatz kann aber auch mit einem Magnetresonanzgerät erzeugt werden.
