DE102014207449A1

DE102014207449A1 - Automatische Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses

Info

Publication number: DE102014207449A1
Application number: DE102014207449.5A
Authority: DE
Inventors: Peter DANKERL; Matthias HAMMON; Martin Kramer; Grzegorz Soza
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22
Also published as: CN104997561A; US10548555B2; US20150297164A1; CN104997561B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (Z) zur automatischen Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses (10) in medizintechnischen Bilddaten (ID) eines Thorax (Th) eines Patienten aus einem Scan mittels eines medizintechnischen Scangeräts (25). Es umfasst mindestens die Schritte einer Entgegennahme (A2) von Brustkorb-Detektionsdaten (BD) des Brustkorbs (5) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Brustkorb-Detektionsdaten (BD) Brustkorb-Erstreckungsdaten (BE) einer Brustkorb-Erstreckung des Innenraums des Brustkorbs (5) umfassen, einer Entgegennahme (A3) von Lungen-Detektionsdaten (LD) der Lunge (1) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Lungen-Detektionsdaten (LD) Lungen-Erstreckungsdaten (LE) einer Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge (1) umfassen, einer Entgegennahme (A4) von Mediastinum-Detektionsdaten (MD) aller Organe des Mediastinums (9) im Thorax (Th) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Mediastinum-Detektionsdaten (MD) Mediastinum-Erstreckungsdaten (ME) einer Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums (9) umfassen, und einer Subtraktion (B) der Lungen-Erstreckung und der Mediastinum-Erstreckung von der Brustkorb-Erstreckung unter Bildung von Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED). Die Erfindung betrifft außerdem ein Erkennungssystem (29) für denselben Zweck.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses in medizintechnischen Bilddaten eines Thorax eines Patienten aus einem Scan mittels eines medizintechnischen Scangeräts. Sie betrifft außerdem ein Erkennungssystem für eine solche Erkennung.
Ein Pleuraerguss ist medizinisch eine abnorme Flüssigkeitsansammlung in der Pleurahöhle, einem schmalen Spalt zwischen den Pleurablättern. Die Flüssigkeit befindet sich also im Brustkorb zwischen der Lunge und den Rippen.
Beim gesunden Menschen sind die Pleurahöhlen mit einer geringen Menge – etwa 5 ml einer eiweißreichen Flüssigkeit gefüllt, die den Lungen als eine Art "Gleitschicht" Bewegungsfreiheit beim Aus- und Einatmen verschafft.
Kleinere Pleuraergüsse (bis etwa 500ml Volumen) werden oft nicht bemerkt. Bei größeren Pleuraergüssen tritt als Leitsymptom Atemnot auf, mindestens bei körperlicher Anstrengung. Dem liegt eine Reduktion der Lungenkapazität aufgrund des durch den Pleuraerguss beanspruchten Volumens in der Brusthöhle zugrunde. Die Lunge wird komprimiert, und dadurch kann nur ein geringerer Anteil des Lungsgewebes am Sauerstoff-Austausch teilnehmen. Im Extremfall kann die Folge ein Ersticken des Patienten sein. Daher werden größere Pleuraergüsse zur Erleichterung des Patienten in der Regel "abgelassen", d. h. eine Pleurapunktion oder eine Thoraxdrainage durchgeführt, mithilfe derer die Flüssigkeit aus der Pleurahöhle abgeleitet wird. Kleinere Pleuraergüsse werden dagegen konservativ, d. h. non-invasiv behandelt.
Pleuraergüsse können mannigfaltige Ursachen haben, die allesamt als medizinisch relevant bezeichnet werden können. Beispielsweise treten sie oft bei Herzinsuffizienzen beidseitig auf; bei Traumata oder Krebs ist meist ein einseitiger Pleuraerguss zu beobachten. Oftmals ist ein Pleuraerguss Nebenprodukt einer anderen Erkrankung, die den Pleuraerguss nicht zwangsweise, sondern nur gelegentlich zur Folge haben kann. Ein Behandler oder Diagnostiker wird daher gar nicht zwingend bei jedem Patienten mit einer bestimmten Krankheit nach einem Pleuraerguss suchen.
Derzeit werden Pleuraergüsse meist rein visuell aufgrund der Erfahrung von Diagnostikern in medizintechnischen Bilddaten erkannt. Es erfolgt dann eine manuelle Segmentierung des Pleuraergusses in den Bilddaten. Dabei werden insbesondere CT-Bilddaten und Ultraschall-Bilddaten verwendet. Das Volumen bzw. die Erstreckung eines Pleuraergusses kann mittels eines Abschätzungsverfahrens ermittelt werden, bei dem ein Distanzmesswert (der axiale Durchmesser vom Brustkorb bis zur kollabierten Lunge) im Thorax mit einer Auswahl an möglichen wählbaren Konstanten multipliziert wird. Es hat sich jedoch keine dieser Konstanten als hinreichend korrekt erwiesen, so dass diese Bestimmung, genau wie die manuelle Segmentierung nicht nur zeitaufwändig, sondern zudem auch noch ungenau ist.
Der Artikel Donohue, Rory / Shearer, Andrew / Bruzzi, John: "Constrained region-based segmentation of pleural effusion in thin-slice CT". Proceedings of the 2009 13th International Machine Vision and Image Processing Conference (IMVIP '09). IEEE Computer Society, Washington DC, S. 24 bis 29 beschreibt eine semiautomatische Methodik zur Unterscheidung von Tumoren von Pleuraergüssen. Dabei wird – ausgehend von einer Startpunkt-Eingabe eines Benutzers – ein Regionenwachstumsverfahren durchgeführt. Notwendig ist dabei also eine Benutzereingabe.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit bereitzustellen, mithilfe derer ein potenzieller Pleuraerguss insbesondere automatisch und möglichst sicher erkannt wird. Weiterführend ist es bevorzugt auch Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bestimmung der Abmessungen eines erkannten potenziellen Pleuraergusses zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Erkennungssystem gemäß Anspruch 13 gelöst.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art umfasst daher erfindungsgemäß mindestens folgende Schritte:

– Entgegennahme von Brustkorb-Detektionsdaten des Brustkorbs des Patienten aus den Bilddaten, welche Brustkorb-Detektionsdaten Brustkorb-Erstreckungsdaten einer Brustkorb-Erstreckung des Innenraums des Brustkorbs umfassen,
– Entgegennahme von Lungen-Detektionsdaten der Lunge des Patienten aus den Bilddaten, welche Lungen-Detektionsdaten Lungen-Erstreckungsdaten einer Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge umfassen,
– Entgegennahme von Mediastinum-Detektionsdaten aller Organe des Mediastinums im Thorax des Patienten aus den Bilddaten, welche Mediastinum-Detektionsdaten Mediastinum-Erstreckungsdaten einer Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums umfassen,
– Subtraktion der Lungen-Erstreckung und der Mediastinum-Erstreckung von der Brustkorb-Erstreckung unter Bildung von Pleuraerguss-Erkennungsdaten.

Das Verfahren bezieht sich dezidiert auf die Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses. Dies bedeutet, dass eine solche Erkennung immer nur als Hinweis für einen Mediziner verstanden und verwendet werden kann, auf Basis dessen dieser Mediziner dann beurteilt und diagnostiziert, ob tatsächlich ein Pleuraerguss vorliegt.
Das Mediastinum, der Mittelfellraum, ist ein senkrecht verlaufender Gewebsraum in der Brusthöhle. Es liegt in der Medianebene zwischen den beiden Pleurahöhlen und reicht vom Zwerchfell bis zum Hals und von der Wirbelsäule bis zum Brustbein. In das lockere Bindegewebe des Mediastinums sind alle Brustorgane mit Ausnahme der Lungen eingebettet, also insbesondere der Thymus, die herznahen großen Gefäße, die Luftröhre, die Speiseröhre, Lymphknoten, das Herz und Adern wie die Aorta und eine Vielzahl von Nervensträngen.
Jede einzelne der erwähnten Entgegennahme-Schritte kann jeweils aus einer einfachen Detektionsdaten-Übernahme bestehen, wobei die jeweiligen Detektionsdaten dann bereits vorab, insbesondere durch Segmentierung des jeweiligen Organs bzw. der jeweiligen Struktur in den Bilddaten mit einem hierfür geeigneten Segmentierungsverfahren hergeleitet werden. Solche Verfahren sind insbesondere aus der automatischen Annotation von Bilddaten her bekannt: Beispielsweise beschreiben Seifert et al. (Seifert, Sascha et al.: "Hierarchical parsing and semantic navigation of full body CT data". Proc. SPIE 7259, Medical Imaging 2009: Image Processing, 275902 (27. März 2009)) eine landmarkenbasierte Parsing- und Segmentierungsmethode für Lunge, Herz und Speiseröhre, d. h. der wesentlichen Organe im Mediastinum. Analog kann eine Detektion der Brustkorb-Innenabmessungen durchgeführt werden. Auch die anderen Organe des Mediastinums und ggf. das Zwerchfell können analog segmentiert werden.
Andererseits kann jeder einzelne der erwähnten Entgegennahme-Schritte auch die Analyse der Bilddaten und die Generierung der jeweiligen Detektionsdaten umfassen, d. h. eben diese eben beschriebene Segmentierung. Alternativ zur eben beispielhaft beschriebenen maschinellen, d. h. automatischen Segmentierung kann auch (je nach Fähigkeiten des vorhandenen Systems bzw. des Benutzers) eine halbautomatische oder manuelle Generierung der Detektionsdaten durchgeführt werden bzw. derart generierte Detektionsdaten übernommen werden.
Durch die Entgegennahme-Schritte werden Erstreckungsdaten zu den jeweiligen Erstreckungen des Inneren des Brustkorbs (zu dem auch noch die Brustmuskulatur um die Knochen des Brustkorbs gezählt wird) und des Äußeren der Lunge und des Mediastinums bereitgestellt. Im nächsten Schritt erfolgt dann die Subtraktion. Bei dieser wird der Innenbereich des Brustkorbs, definiert durch die Brustkorb-Erstreckungsdaten als Ausgangsdatum verwendet und dann die Lungen-Erstreckung und die Mediastinum-Erstreckung abgezogen. In zweidimensionalen (2D-)Bilddaten, beispielsweise Schnittbildern, bedeutet diese Subtraktion eine Subtraktion der Flächen: Von der im 2D-Bild vorliegende Innen-Fläche des Brustkorbs wird die Gesamtfläche der Lunge und des Mediastinums im jeweiligen Schnittbild abgezogen. In dreidimensionalen (3D-)Bilddaten erfolgt eine Subtraktion der Volumen. Übrig bleibt ein Restbereich der Gesamtfläche bzw. des Gesamtvolumens in den jeweiligen Bilddaten, welcher Restbereich als potenzieller Pleuraerguss definiert wird.
Die Erfindung basiert also nicht auf einem Segmentierungsverfahren, etwa dem oben erwähnten Regionenwachstumsverfahren, sondern bedient sich des Hilfsmittels der Subtraktion: Ausgehend von der Prämisse, dass alle anderen Organe bzw. Strukturen im Thorax mittels Segmentierungs- bzw. Erkennungsalgorithmen automatisch diskriminiert werden können, wird der nicht (oder nur schwer) auf die analoge Weise diskriminierbare Bereich, also der Restbereich, identifiziert und als potenzieller Pleuraerguss bezeichnet. Die Pleuraerguss-Erkennungsdaten repräsentieren also diesen Restbereich in den Bilddaten.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es problemlos möglich, eine automatische Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses durchzuführen, und dies bei Durchführung an sich bekannter Verfahrensschritte der Segmentierung, angereichert durch die Subtraktion, die rechnerisch und auch später in der Bilddarstellung unkompliziert und sehr präzise durchgeführt werden kann. Es werden also insbesondere keine weiteren komplizierten Algorithmen benötigt.
Der Subtraktionsschritt kann auch als eine Zuordnung von Bildpunkten, d. h. Pixeln bzw. Voxeln, in den Bilddaten zu einem potenziellen Pleuraerguss beschrieben werden, bei der ausschließlich diejenigen Bildpunkte dem potenziellen Pleuraerguss (und damit den Pleuraerguss-Erkennungsdaten) zugeordnet werden, die einerseits im Innenbereich des Brustkorbs liegen und die andererseits weder der Lunge noch dem Mediastinum im Thorax zugeordnet werden können. Die Subtraktion kann in diesem Sinne als eine Folge von Ja/Nein-Abfragen eines Klassifikators an den jeweiligen Bildpunkten beschrieben werden.
Die Subtraktion hat einen geometrischen und einen algebraischen Aspekt: Aus der Subtraktion geometrischer Formen, definiert durch die jeweiligen Erstreckungsdaten, wird eine neue geometrische Form abgeleitet, die einem Befunder beispielsweise die Information an die Hand gibt, an welcher Stelle er bei Vorliegen eines größeren Pleuraergusses punktieren muss, um den Pleuraerguss abzuleiten. Algebraisch gesehen können Parameterwerte voneinander abgezogen werden, nämlich Parameterwerte bzw. Beträge, die sich insbesondere auf die Erstreckungsflächen bzw. -volumina von Brustkorb, Lunge und Mediastinum beziehen, so dass sich Ergebnis-Parameterwerte in Form von Flächen- bzw. Volumenangaben des potenziellen Pleuraergusses ergeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere auch möglich, eine Detektion potenzieller Pleuraergüsse ohne eigenständigen Verdacht auf Pleuraerguss durchzuführen, also noch bevor ein Patient über Atembeschwerden oder andere Symptome eines Pleuraergusses klagt. Sobald nämlich eine Thorax-Aufnahme durchgeführt wird, kann automatisch mit abgeklärt werden, ob ein potenzieller Pleuraerguss vorliegt. Diese Abklärung kann ja ohne weitere Scans des Thorax, sogar ohne eine Modifikation der Scanprotokolle durchgeführt werden, rein aufgrund der ohnehin akquirierten Bilddaten des Thorax und mit minimalem rechnerischem Zusatzaufwand. In diesem Sinne dient die Erfindung auch der Vorbeugung von Beschwerden oder gar weitergehenden Komplikationen. Es können außerdem zusätzliche Scans des Patienten eingespart werden.
Ein Erkennungssystem der eingangs genannten Art umfasst erfindungsgemäß mindestens:

– eine erste Entgegennahmeeinheit, ausgebildet zur Entgegennahme von Brustkorb-Detektionsdaten des Brustkorbs des Patienten aus den Bilddaten, welche Brustkorb-Detektionsdaten Brustkorb-Erstreckungsdaten einer Brustkorb-Erstreckung des Innenraums des Brustkorbs umfassen,
– eine zweite Entgegennahmeeinheit, ausgebildet zur Entgegennahme von Lungen-Detektionsdaten der Lunge des Patienten aus den Bilddaten, welche Lungen-Detektionsdaten Lungen-Erstreckungsdaten einer Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge umfassen,
– eine dritte Entgegennahmeeinheit, ausgebildet zur Entgegennahme von Mediastinum-Detektionsdaten aller Organe des Mediastinums im Thorax des Patienten aus den Bilddaten, welche Mediastinum-Detektionsdaten Mediastinum-Erstreckungsdaten einer Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums umfassen,
– eine Subtraktionseinheit, die im Betrieb die Lungen-Erstreckung und die Mediastinum-Erstreckung von der Brustkorb-Erstreckung unter Bildung von Pleuraerguss-Erkennungsdaten subtrahiert.

Die Erfindung umfasst außerdem ein medizintechnisches Scangerät, umfassend eine Aufnahmeeinheit zur Bildakquisition und ein erfindungsgemäßes Erkennungssystem.
Bevorzugt ist das Erkennungssystem so ausgebildet, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren vollautomatisch, d. h. 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, und/oder durch manuelle Eingaben eines Bedieners, mit notwendigen Zusatzinformationen versorgt werden.
Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung des Erkennungssystems in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Entgegennahmeeinheiten und die Subtraktionseinheit ganz oder teilweise in Form von Software-Modulen auf einem Prozessor realisiert werden. Mehrere der Einheiten können auch in einer gemeinsamen Funktionseinheit zusammengefasst sein, insbesondere die erste, zweite und dritte Entgegennahmeeinheit. Beispielsweise können alle drei Entgegennahmeeinheiten zu einer gemeinsamen Funktionseinheit oder zwei beliebige Entgegennahmeeinheiten zu einer Funktionseinheit zusammengefasst sein. Es können (wie im Folgenden beschrieben wird) auch weitere Entgegennahmeeinheiten in das Erkennungssystem integriert sein. Für sie gilt ebenfalls, dass sie sowohl alleinstehend als auch in Zusammenfassung mit beliebigen anderen Entgegennahmeeinheiten ausgebildet sein können.
Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Software-Module realisiert sein, beispielsweise wenn die Bilddaten und/oder die jeweiligen Detektionsdaten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung oder dergleichen, übernommen werden können, oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können 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.
Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Erkennungssystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Erkennungssystem ausgeführt wird.
Weitere besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann das Erkennungssystem auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass zusätzlich Zwerchfell-Detektionsdaten entgegengenommen werden, die Zwerchfell-Erstreckungsdaten einer Zwerchfell-Erstreckung des Zwerchfells des Patienten umfassen, welche Zwerchfell-Erstreckung die Brustkorb-Erstreckung in den Brustkorb-Detektionsdaten in Richtung Bauchraum des Patienten begrenzt.
Dies bedeutet, dass ein weiterer, vierter Entgegennahmeschritt zusätzlich zu den drei oben erwähnten durchgeführt wird. Auch das Zwerchfell ist in Bilddaten, im Speziellen CT-Bilddaten, einfach diskriminierbar. Durch Verwendung der Zwerchfell-Detektionsdaten kann daher eine Information bereitgestellt werden, wie weit sich die Brusthöhle in Richtung des Bauchraums des Patienten erstreckt. Das Zwerchfell beschränkt also das Volumen der Brusthöhle, so dass in Kombination der Brustkorb-Erstreckungsdaten mit den Zwerchfell-Erstreckungsdaten die Brusthöhle vollständig begrenzt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird

– die Brustkorb-Erstreckung in den Brustkorb-Detektionsdaten und/oder
– die Lungen-Erstreckung in den Lungen-Detektionsdaten und/oder
– die Mediastinum-Erstreckung in den Mediastinum-Detektionsdaten und/oder
– die Zwerchfell-Erstreckung in den Zwerchfell-Detektionsdaten durch ein Oberflächenkonturmodell, bevorzugt ein repräsentiert.

Mit anderen Worten umfassen die Brustkorb-Erstreckungsdaten bzw. die Lungen-Erstreckungsdaten bzw. die Mediastinum-Erstreckungsdaten bzw. die Zwerchfell-Erstreckungsdaten ein Oberflächenkonturmodell. Ein solches Oberflächenkonturmodell repräsentiert modellhaft die Kontur der Oberfläche des jeweiligen Organs bzw. des Mediastinums bzw. der jeweiligen Struktur. Es kann beispielsweise als Punktmodell realisiert sein, bevorzugt als Mesh, d. h. als ein Gitter, bei dem eine die (Innen- bzw. Außen-)Oberfläche des betreffenden Organs bzw. der betreffenden Struktur durch eine Menge kleinerer, meist sehr einfacher Elemente approximiert wird. Das so entstehende Gitter, beispielsweise ein Dreiecksgitter, ist eine vereinfachte Beschreibung der Oberfläche, welches dann z. B. für weitergehende Berechnungen genutzt werden kann, im vorliegenden Falle in erster Linie für die Subtraktion. Besonders bevorzugt umfassen alle oben erwähnten Erstreckungsdaten jeweils ein Mesh, so dass die Subtraktion durchgängig basierend auf den generierten Gitterflächen durchgeführt werden kann. Durch Einstellung der Feinheit des Gitters kann die Präzision der Pleuraerguss-Erkennungsdaten variiert werden, wobei selbst ein relativ weitmaschiges Gitter mit einer Größe einer einzelnen Gitterfläche entsprechend der eines Voxels in der Regel ausreicht, um eine qualitativ ausreichende Aussage zum potenziellen Pleuraerguss machen zu können. Wurde also beispielsweise ein CT-Scan mit einer Schichtdicke von 5mm gefahren, dann wäre die Kantenlänge jeder Linie im Mesh nicht größer als 5mm zu wählen.
An sich kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten schon aufgrund der Subtraktion ausreichend aussagekräftig sind. Zur Verfeinerung bzw. Absicherung der Aussagekraft der Pleuraerguss-Erkennungsdaten kann weiterhin vorgesehen sein, dass in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten nach der Subtraktion eine Detektionsverifizierung der Erstreckung und/oder Beschaffenheit des potenziellen Pleuraergusses durchgeführt wird. Es erfolgt also eine Art "Probe" – um im mathematischen Sprachgebrauch zu bleiben – mithilfe derer verifiziert wird, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten tatsächlich einen potenziellen Pleuraerguss repräsentieren.
In der Folge der Detektionsverifizierung ist es bevorzugt, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten gemäß einem Detektionsergebnis der Detektionsverifizierung angepasst werden. Dies bedeutet, dass Ergebnisdaten, die aus der Detektionsverifizierung gewonnen werden, dazu verwendet werden, die Pleuraerguss-Erkennungsdaten zu modifizieren. Eine solche Modifikation kann darin bestehen, die Aussage, dass ein potenzieller Pleuraerguss vorliegt, komplett zu revidieren, aber auch darin, dass die Abmessungen, d. h. die Erstreckungswerte des potenziellen Pleuraergusses in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten angepasst werden. Eine solche Anpassung der Erstreckungswerte bedingt zwangsläufig eine Reduzierung ihres Betrages.
Eine erste Möglichkeit der Detektionsverifizierung besteht darin, dass sie einen Abgleich mit Formdaten von Pleuraergüssen aus einer Pleuraerguss-Formdatenbank umfasst. Diese Pleuraerguss-Formdatenbank kann selbstlernend ausgebildet sein, d. h. sie integriert neue Pleuraerguss-Erkennungsdaten automatisch und wird somit automatisch erweitert. Es wird also untersucht, ob der durch die Pleuraerguss-Erkennungsdaten repräsentierte potenzielle Pleuraerguss in seiner Form mit typischen, aus der hinterlegten Pleuraerguss-Formdatenbank bezogenen bekannten Formen von Pleuraergüssen kompatibel ist. Ist die Form des potenziellen Pleuraergusses, die sich aus den Pleuraerguss-Erkennungsdaten ergibt, nicht mit den Formen aus der Pleuraerguss-Formdatenbank vereinbar, d. h. kompatibel, so können nachgeschaltet weitere Detektionsalgorithmen aktiviert werden und/oder eine Information an einen Benutzer ausgegeben werden, dass er den betreffenden Bereich in den Bilddaten näher inspizieren soll.
Alternativ oder ergänzend – beispielsweise im Sinne der eben erwähnten weiteren Detektionsalgorithmen – kann vorgesehen sein, dass die Detektionsverifizierung einen Abgleich von Messdaten im Bereich des potenziellen Pleuraergusses mit für ein Scanverfahren des Scangeräts bei einem Pleuraerguss typischen Messdaten umfasst. Bei Messdaten aus einem Computertomographen etwa ist davon auszugehen, dass im Bereich des potenziellen Pleuraergusses näherungsweise ein HU-Wert von 0, also der HU-Wert von Wasser, gemessen wird. Weicht der HU-Wert im Bereich eines durch die Pleuraerguss-Erkennungsdaten identifizierten potenziellen Pleuraergusses signifikant ab, so ist davon auszugehen, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten fehlerhaft sind. Anders ausgedrückt kann die Materialdichte im Bereich des erkannten potenziellen Pleuraergusses zur Detektionsverifizierung herangezogen werden, wie es beispielsweise auch bei der Organerkennung der Harnblase gängiges Mittel der Detektion ist.
Auch dann können nachgeschaltet weitere Detektionsalgorithmen aktiviert werden und/oder eine Information an einen Benutzer ausgegeben werden, dass er den betreffenden Bereich in den Bilddaten näher inspizieren soll.
Die Informationen, die in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten hinterlegt sind, können verschiedene Erkenntnisebenen betreffen. Eine erste Erkenntnisebene betrifft eine Ja/Nein-Aussage, so dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten eine Ja/Nein-Information zum Vorliegen oder Nichtvorliegen des potenziellen Pleuraergusses umfassen. Diese Information an sich genügt einem Benutzer bereits in den vielen Fällen, in denen nach Pleuraergüssen gar nicht dezidiert gesucht werden sollte. Sie dient als Warnung und/oder Zusatzinformation für den Benutzer, der rein aufgrund des Vorliegens des potenziellen Pleuraergusses Rückschlüsse auf die Schwere von Erkrankungen ziehen kann, mit denen er sich ursprünglich befassen wollte. Außerdem weiß der Benutzer, dass ggf. auch (invasive oder konservative) Maßnahmen zur Linderung des potenziellen Pleuraergusses notwendig werden.
Außerdem können Angaben zum Ort eines potenziellen Pleuraergusses gemacht werden, nämlich insbesondere, ob sich ein potenzieller Pleuraerguss ausschließlich in der rechten oder der linken Brustraumhälfte oder in beiden Hälften befindet. Diese Information kann besonders wertvoll für einen Behandler sein, weil sie ggf. Rückschlüsse über die krankhafte Ursache des potenziellen Pleuraergusses ermöglicht.
Weitergehend, nämlich eine Erkenntnisebene höher, kann aus den Pleuraerguss-Erkennungsdaten eine Angabe zum Volumen und/oder zur Erstreckung des potenziellen Pleuraergusses abgeleitet werden. Diese Aussage kann auch in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten hinterlegt sein bzw. werden. Der Benutzer erhält damit Informationen, die ihm eine Einschätzung der Qualität des potenziellen Pleuraergusses ermöglichen. Hieraus kann er selbstständig geeignete Maßnahmen zur Behandlung des potenziellen Pleuraergusses ableiten.
Zusätzlich, die zugrunde liegende Information liegt nochmals eine Erkenntnisebene höher, kann bei einem Volumen des potenziellen Pleuraergusses oberhalb eines vorab definierten Volumen-Schwellenwerts ein Signal an einen Benutzer ausgegeben werden. Ein besonders bevorzugter Schwellenwert sind 500ml Volumen des potenziellen Pleuraergusses, korrespondierend mit der eingangs erwähnten Klassifikation von kleineren und größeren Pleuraergüssen. Das Signal an den Benutzer dient beispielsweise als automatische Warnung, dass ein größerer potenzieller Pleuraerguss vorliegt und dass Handlungsbedarf für eine (voraussichtlich) invasive Behandlung des potenziellen Pleuraergusses besteht.
Als letzte Erkenntnisebene können datenbankbasiert auf Basis der Pleuraerguss-Erkennungsdaten in Abgleich mit vorliegenden Referenzdaten aus einer Datenbank verschiedene Arten von Zusatz-Informationen zum potenziellen Pleuraerguss abgeleitet werden. Allgemein gesprochen werden dabei die Pleuraerguss-Erkennungsdaten mit Referenz-Pleuraerguss-Erkennungsdaten aus einer Datenbank abgeglichen. Hieraus wird dann eine Abgleich-Information abgeleitet. Diese kann beispielsweise eine qualitative und/oder quantifizierende Bewertung des sich aus den Pleuraerguss-Erkennungsdaten vorliegenden potenziellen Pleuraergusses umfassen, etwa einen Indikatorwert, der dem Benutzer für eine Erstellung seiner Diagnose als Entscheidungsbasis dienen kann.
Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren auf Basis praktisch aller Arten von medizintechnischen Bilddaten des Thorax durchgeführt werden, etwa auf Basis von Röntgenbildern, MR-Bildern, Ultraschallbildern uvm. Besonders bevorzugt werden die medizintechnischen Bilddaten aus einem Scan mittels eines Computertomographen (CT) bezogen. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass die erwähnten Organe und Strukturen, namentlich der Brustkorb, die Lunge, das Mediastinum und das Zwerchfell, auf Basis von CT-Bilddaten mittlerweile gut diskriminierbar sind. Auch eine Detektionsverifizierung auf Basis der Messdaten kann bei CT-Bildern besonders einfach durchgeführt werden, da das CT-Bild das in einem Pleuraerguss vorliegende Wasser mit einem HU-Wert von 0 wiedergibt, was ein einfach detektierbarer Referenzwert ist. Zudem sind CT-Bilddaten einfacher vermessbar als beispielsweise Ultraschalldaten.
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 Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine transversale Schnittbilddarstellung eines menschlichen Thorax mit Umrissen relevanter Körperorgane und -strukturen,
3 eine frontale Schnittbilddarstellung eines menschlichen Thorax mit Andeutung des Zwerchfells,
4 eine dreidimensionale Innenansicht eines menschlichen Oberkörpers mit bestimmten diskriminierten Organen,
5 ein einfaches Ausführungsbeispiel des Inhalts einer Pleuraerguss-Formdatenbank, wie sie gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann,
6 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Scangeräts mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erkennungssystems.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens Z zur Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses. Dabei werden Bilddaten ID eines Patienten in einem Schritt A einer automatischen Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses unterzogen. Dieser Schritt A umfasst mehrere (teilweise zwingend notwendige, teilweise optionale) Unterschritte A₁, A₂, A₃, A₄, A₅. In einem ersten, optionalen, Unterschritt A₁ erfolgt in den Bilddaten ID eine Landmarkendetektion A₁, mit deren Hilfe Landmarken LM extrahiert werden, die zur Orientierung in den Bilddaten ID und insbesondere für einer Segmentierung von einzelnen Organen bzw. Strukturen dienen können. Ein zweiter Unterschritt A₂ ist eine Entgegennahme A₂ von Brustkorb-Detektionsdaten BD des Brustkorbs des Patienten aus den Bilddaten. Diese Brustkorb-Detektionsdaten BD umfassen Brustkorb-Erstreckungsdaten BE, d. h. Daten, die die Brustkorb-Erstreckung des Inneren des Brustkorbs des Patienten repräsentieren.
Diese Entgegennahme kann eine Segmentierung des Brustkorbs, beispielsweise auf Basis von im Unterschritt A₁ detektierten Landmarken LM umfassen, sie kann jedoch auch eine reine Daten-Übernahme der Brustkorb-Detektionsdaten BD aus einer anderen Einheit, etwa einer Segmentierungseinheit oder aus einem Datenspeicher sein. Gleiches gilt analog für die dritten bis fünften Entgegennahme-Unterschritte A₃, A₄, A₅.
Im Unterschritt A₃ erfolgt eine Entgegennahme A₃ von Lungen-Detektionsdaten LD der Lunge des Patienten aus den Bilddaten ID. Die Lungen-Detektionsdaten LD umfassen Lungen-Erstreckungsdaten LE, die die Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge repräsentieren.
Der Unterschritt A₄ besteht aus einer Entgegennahme A₄ von Mediastinum-Detektionsdaten MD aller Organe des Mediastinums des Patienten im Thorax aus den Bilddaten ID. Die Mediastinum-Detektionsdaten MD umfassen Mediastinum-Erstreckungsdaten ME, die die Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums repräsentieren.
Als optionaler Unterschritt A₅ kann eine Entgegennahme A₅ von Zwerchfell-Detektionsdaten ZD des Zwerchfells des Patienten gesehen werden. Die Zwerchfell-Detektionsdaten ZD umfassen Zwerchfell-Erstreckungsdaten ZE, die die Zwerchfellerstreckung des Zwerchfells repräsentieren.
Auf Basis der so gewonnenen Detektionsdaten BD, LD, MD, ZD bzw. der entsprechenden Erstreckungsdaten BE, LE, ME, ZE erfolgt im Schritt B eine Subtraktion B, bei der von der Brustkorb-Erstreckung die Lungen-Erstreckung und die Mediastinum-Erstreckung abgezogen wird. Hieraus resultieren Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED, die einen potenziellen Pleuraerguss im Thorax repräsentieren.
Optional kann das Ergebnis des Verfahrens Z in Form der Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED einer Detektionsverifizierung C unterzogen werden. Dabei können die Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED in ihrer prinzipiellen Aussage (liegt ein potenzieller Pleuraerguss vor – ja oder nein?) ebenso überprüft werden wie in ihrer Aussage hinsichtlich einer Erstreckung und/oder Beschaffenheit des potenziellen Pleuraergusses. Die Detektionsverifizierung C kann insbesondere eine Überprüfung der Messwerte in den Bilddaten ID im Bereich des erkannten potenziellen Pleuraergusses umfassen, d. h. in Abhängigkeit vom verwendeten Scangerät, das die Bilddaten ID bereitstellt, werden bestimmte Messwerte für Wasser generiert. Decken sich die Messwerte im Bereich des erkannten potenziellen Pleuraergusses nicht mit den für das jeweilige Scangerät typischen Messwerten, so liegt der Verdacht auf einen Detektionsfehler eines potenziellen Pleuraergusses nahe. Alternativ oder ergänzend kann die Detektionsverifizierung C einen Abgleich der Form des potenziellen Pleuraergusses, der durch die Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED repräsentiert wird, mit Formdaten von Pleuraergüssen aus einer Pleuraerguss-Formdatenbank umfassen. Diese Vorgehensweise wird anhand von 5 noch weitergehend beschrieben.
Nach Durchlaufen der Detektionsverifizierung C, bei der die Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED auch gemäß dem Detektionsergebnis der Detektionsverifizierung C angepasst werden können, erfolgt im ebenfalls optionalen Schritt D eine Ja/Nein-Abfrage D. Hier wird auf Basis der (ggf. mittlerweile angepassten) Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED die Frage beantwortet, ob beim Patienten ein potenzieller Pleuraerguss vorliegt oder nicht. Wird diese Frage mit Nein N beantwortet, so kann optional eine Nein-Information J₁ ausgegeben werden, die anzeigt, dass kein potenzieller Pleuraerguss vorliegt. Wird die Frage mit Ja Y beantwortet, so kann optional eine Ja-Information J₂ ausgegeben werden, die anzeigt, dass ein potenzieller Pleuraerguss vorliegt.
Liegt ein potenzieller Pleuraerguss vor, kann in einem weiteren, ebenfalls optionalen Schritt E auf Basis der (ggf. mittlerweile angepassten) Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED eine quantifizierende Abfrage E durchgeführt werden. Dort wird evaluiert, ob das Volumen des erkannten potenziellen Pleuraergusses oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts oder nicht. Ist das Ergebnis dieser Abfrage E eine Negativ-Aussage U, kann optional durch eine Benutzer-Information J₃ beispielsweise angezeigt werden, dass ein kleinerer potenzieller Pleuraerguss vorliegt. Weiterführend bzw. alternativ können daraus auch Informationen angegeben werden, dass nach automatisierter Beurteilung ein invasiver Eingriff nicht angesagt erscheint. Ist das Ergebnis dieser Abfrage E eine Positiv-Aussage Ü, kann optional durch eine Benutzer-Information J₄ beispielsweise ein Warnsignal J₄ ausgegeben werden. Alternativ oder ergänzend kann mit der Benutzer-Information J₄ angezeigt werden, dass ein größerer potenzieller Pleuraerguss vorliegt. Weiterführend bzw. alternativ können daraus auch Informationen angegeben werden, dass nach automatisierter Beurteilung ein invasiver Eingriff angesagt erscheint.
2 zeigt eine transversales Schnittbild eines menschlichen Thorax Th aus Bilddaten ID eines CT-Scangeräts. Darin sind folgende Organe und Strukturen auszumachen: Mittig sind die Organe und Strukturen des Mediastinums 9 zu erkennen, die durch eine Begrenzungslinie 11 von den anderen Bereichen des Thorax Th abgegrenzt sind. Diese Begrenzungslinie 11 korrespondiert mit den Mediastinum-Erstreckungsdaten ME. Links und rechts des Mediastinums 9 sind die beiden Flügel der Lunge 1 erkennbar, begrenzt durch eine Begrenzungslinie 3, korrespondierend mit den Lungen-Erstreckungsdaten LE. Im linken Lungenflügel ist etwa mittig in 2 ein kollabierter Lungenbereich 2 erkennbar, der aber innerhalb der Begrenzungslinie 3 liegt. Der Brustkorb 5 erstreckt sich um den Thorax Th und ist an seiner Innenseite – hin zur Brusthöhle – durch eine Begrenzungslinie 7 begrenzt, die mit den Brustkorb-Erstreckungsdaten BE korrespondiert. Im linken Bereich der Brusthöhle liegt unterhalb des Bereichs der Lunge, aber in der Brusthöhle, ein Pleuraerguss 10. Die Begrenzungslinien 3, 7, 11 sind jeweils durch Segmentierungsverfahren gewonnen. Sie sind jeweils als Mesh ausgebildet. Hierdurch ist es vereinfacht, von der Fläche (bzw. dreidimensional vom Volumen) des Innenraums des Brustkorbs 5 die jeweiligen Flächen (bzw. Volumina) der Lunge 1 und des Mediastinums 9 abzuziehen. Aus dieser Subtraktion ergibt sich modelliert der Pleuraerguss, der durch die Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED repräsentiert wird.
3 zeigt ein frontales Schnittbild eines menschlichen Thorax. Hierin ist eine ebenfalls mithilfe eines Segmentierungsverfahrens gewonnene Linie eingetragen, nämlich ein Mesh, das die Erstreckung des Zwerchfells 13 repräsentiert. Die korrespondierenden Zwerchfell-Erstreckungsdaten können wie erwähnt im Unterschritt A₅ verwendet werden, um den Bereich der Brusthöhle nach unten zum Bauchraum hin zu begrenzen und somit ein geschlossenes Untersuchungsvolumen für die Subtraktion B zu erhalten.
4 zeigt eine dreidimensionale Innenansicht eines menschlichen Oberkörpers, umfassend den Thorax Th und das Abdomen Abd mit bestimmten diskriminierten Organen 1, 15, 17, 19, 21, 23, deren Umrisse wiederum als Meshes dargestellt bzw. hierdurch repräsentiert sind. Erkennbar sind die Lunge 1, das Herz 15, die beide im Bereich der Brusthöhle im Thorax Th angesiedelt sind. Darunter (im Bauchraum, d. h. im Abdomen Abd) liegen linkerhand in der Figur die Leber 21 sowie rechterhand in der Figur die Milz 23. Weiter darunter liegen beidseitig die Nieren 17 und im Beckenbereich die Harnblase 19. All diese Organe können jeweils einzeln (oder gemeinsam) mithilfe beispielsweise landmarkenbasierter Segmentierungsalgorithmen segmentiert werden, ebenso wie das in der Figur nicht eigens ausgewiesene Mediastinum 9 (vgl. 2). Mithilfe einer solchen Segmentierung ist es also jeweils möglich, Detektionsdaten bzw. Erstreckungsdaten all der genannten Strukturen bzw. Organe zu ermitteln, von denen die Detektions- bzw. Erstreckungsdaten zum Brustkorb 5, zur Lunge 1 und zum Mediastinum 9 sowie optional zum Zwerchfell 13 im Rahmen des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
5 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel des Inhalts einer Pleuraerguss-Formdatenbank PEFD, wie sie gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Die Pleuraerguss-Formdatenbank weist jeweils für sagittale Schnitte Sag und axiale Schnitt Ax von Referenz-Patienten S1, S2, S3 Formen von erkannten Pleuraergüssen auf. Ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Z ermittelter potenzieller Pleuraerguss 10, repräsentiert durch die entsprechenden Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED, kann formmäßig mit den hier gezeigten Formen abgeglichen werden. Entspricht seine Form im Wesentlichen, d. h. aufgrund wesentlicher übereinstimmender Formmerkmale mindestens einer der drei hier dargestellten Formen, so kann im Rahmen der oben erwähnten Detektionsverifizierung C davon ausgegangen werden, dass eine realistische Form eines potenziellen Pleuraergusses 10 detektiert wurde. Entspricht er dem nicht, so können weitere Schritte im Rahmen der Detektionsverifizierung C durchgeführt werden, insbesondere zur Anpassung der vorgelegten Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED.
6 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen medizintechnischen Scangeräts 25, nämlich eines Computertomographen 25 mit einer (CT-)Aufnahmeeinheit 27 zur Bildakquisition und einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erkennungssystems 29.
Das Erkennungssystem 29 weist folgende Elemente auf: Eine erste Entgegennahmeeinheit 33, eine zweite Entgegennahmeeinheit 35, eine dritte Entgegennahmeeinheit 37 und eine Subtraktionseinheit 39. Weiterhin weist es eine Eingangsschnittstelle 31 und eine Ausgangsschnittstelle 43 auf sowie optional eine Detektionsverifizierungseinheit 41.
Die Funktionsweise des Erkennungssystems 29 wird mit Verweis auf die Verfahrensschritte aus 1 erläutert: Aus der Aufnahmeeinheit 27 werden Bilddaten ID des Thorax Th eines Patienten in das Erkennungssystem 29 über die Eingangsschnittstelle 31 eingespeist und von dort an die drei Entgegennahmeeinheiten 33, 35, 37 sowie an die Subtraktionseinheit 39 weitergegeben. Die drei Entgegennahmeinheiten 33, 35, 37 können optional auch zu einer oder mehreren größeren Einheiten zusammengefasst sein. Es kann außerdem eine vierte (und ggf. auch weitere) Entgegennahmeeinheit(en) (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die beispielsweise ebenfalls mit allen oder einer Auswahl der zuvor erwähnten und in der 6 dargestellten drei Entgegennahmeeinheiten 33, 35, 37. Die erste Entgegennahmeeinheit 33 dient der Entgegennahme A₂ von Brustkorb-Detektionsdaten BD des Brustkorbs 5 des Patienten aus den Bilddaten ID. Die zweite Entgegennahmeeinheit 35 dient der Entgegennahme A₃ von Lungen-Detektionsdaten LD der Lunge 1 des Patienten aus den Bilddaten ID. Die dritte Entgegennahmeeinheit 37 dient der Entgegennahme A₄ von Mediastinum-Detektionsdaten MD aller Organe des Mediastinums 9 im Thorax Th des Patienten aus den Bilddaten ID. Eine vierte Entgegennahmeeinheit kann insbesondere zur Durchführung des Unterschritts A₅ dienen, d. h. der Entgegennahme von Zwerchfell-Detektionsdaten ZD. Auf Basis der Detektionsdaten BD, LD, MD und optional ZD erfolgt in der Subtraktionseinheit 39 die Subtraktion B. Die optionale Detektionsverifizierungseinheit 41 führt die Detektionsverifizierung C durch, auf Basis derer sie im Bedarfsfall (d. h. bei einer Fehlerdetektion in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED) die Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED entsprechend dem Detektionsergebnis anpasst. Über die Ausgangsschnittstelle werden die (ggf. angepassten) Pleuraerguss-Erkennungsdaten PED ausgegeben, beispielsweise an einen Benutzer mittels einer Ausgabeeinheit wie einen Drucker und/oder eine Monitoranzeige und/oder an ein Archivierungssystem.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei den dargestellten Vorrichtungen 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Donohue, Rory / Shearer, Andrew / Bruzzi, John: "Constrained region-based segmentation of pleural effusion in thin-slice CT". Proceedings of the 2009 13th International Machine Vision and Image Processing Conference (IMVIP '09). IEEE Computer Society, Washington DC, S. 24 bis 29 [0007]
Seifert et al. (Seifert, Sascha et al.: "Hierarchical parsing and semantic navigation of full body CT data". Proc. SPIE 7259, Medical Imaging 2009: Image Processing, 275902 (27. März 2009)) [0013]

Claims

Verfahren (Z) zur automatischen Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses (10) in medizintechnischen Bilddaten (ID) eines Thorax (Th) eines Patienten aus einem Scan mittels eines medizintechnischen Scangeräts (25), mindestens aufweisend folgende Schritte: – Entgegennahme (A₂) von Brustkorb-Detektionsdaten (BD) des Brustkorbs (5) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Brustkorb-Detektionsdaten (BD) Brustkorb-Erstreckungsdaten (BE) einer Brustkorb-Erstreckung des Innenraums des Brustkorbs (5) umfassen, – Entgegennahme (A₃) von Lungen-Detektionsdaten (LD) der Lunge (1) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Lungen-Detektionsdaten (LD) Lungen-Erstreckungsdaten (LE) einer Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge (1) umfassen, – Entgegennahme (A₄) von Mediastinum-Detektionsdaten (MD) aller Organe des Mediastinums (9) im Thorax (Th) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Mediastinum-Detektionsdaten (MD) Mediastinum-Erstreckungsdaten (ME) einer Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums (9) umfassen, – Subtraktion (B) der Lungen-Erstreckung und der Mediastinum-Erstreckung von der Brustkorb-Erstreckung unter Bildung von Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Zwerchfell-Detektionsdaten (ZD) entgegengenommen werden, die Zwerchfell-Erstreckungsdaten (ZE) einer Zwerchfell-Erstreckung des Zwerchfells (13) des Patienten umfassen, welche Zwerchfell-Erstreckung die Brustkorb-Erstreckung in den Brustkorb-Detektionsdaten (BD) in Richtung Bauchraum des Patienten begrenzt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brustkorb-Erstreckung in den Brustkorb-Detektionsdaten (BD) und/oder – die Lungen-Erstreckung in den Lungen-Detektionsdaten (LD) und/oder – die Mediastinum-Erstreckung in den Mediastinum-Detektionsdaten (MD) und/oder – die Zwerchfell-Erstreckung in den Zwerchfell-Detektionsdaten (ZD) durch ein Oberflächenkonturmodell, bevorzugt ein Mesh repräsentiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) nach der Subtraktion (B) eine Detektionsverifizierung (C), insbesondere der Erstreckung und/oder Beschaffenheit des potenziellen Pleuraergusses (10), durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) gemäß einem Detektionsergebnis der Detektionsverifizierung (C) angepasst werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsverifizierung (C) einen Abgleich mit Formdaten von Pleuraergüssen aus einer Pleuraerguss-Formdatenbank (PEFD) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsverifizierung (C) einen Abgleich von Messdaten im Bereich des potenziellen Pleuraergusses (10) mit für ein Scanverfahren des Scangeräts (25) bei einem Pleuraerguss typischen Messdaten umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) eine Ja/Nein-Information (J₁, J₂) zum Vorliegen oder Nichtvorliegen des potenziellen Pleuraergusses (10) umfassen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) eine Angabe (E) zum Volumen und/oder zur Erstreckung des potenziellen Pleuraergusses (10) abgeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Volumen des potenziellen Pleuraergusses (10) oberhalb eines vorab definierten Volumen-Schwellenwerts ein Signal (J₄) an einen Benutzer ausgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) mit Referenz-Pleuraerguss-Erkennungsdaten aus einer Datenbank abgeglichen werden und hieraus eine Abgleich-Information abgeleitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die medizintechnischen Bilddaten (ID) aus einem Scan mittels eines Computertomographen (25) bezogen werden.
Erkennungssystem (29) zur automatischen Erkennung eines potenziellen Pleuraergusses (10) in medizintechnischen Bilddaten (ID) eines Thorax (Th) eines Patienten aus einem Scan mittels eines medizintechnischen Scangeräts (25), mindestens aufweisend: – eine erste Entgegennahmeeinheit (33), ausgebildet zur Entgegennahme (A₂) von Brustkorb-Detektionsdaten (BD) des Brustkorbs (5) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Brustkorb-Detektionsdaten (BD) Brustkorb-Erstreckungsdaten (BE) einer Brustkorb-Erstreckung des Innenraums des Brustkorbs (5) umfassen, – eine zweite Entgegennahmeeinheit (35), ausgebildet zur Entgegennahme (A₃) von Lungen-Detektionsdaten (LD) der Lunge (1) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Lungen-Detektionsdaten (LD) Lungen-Erstreckungsdaten (LE) einer Lungen-Erstreckung der Außenbegrenzung der Lunge (1) umfassen, – eine dritte Entgegennahmeeinheit (37), ausgebildet zur Entgegennahme (A₄) von Mediastinum-Detektionsdaten (MD) aller Organe des Mediastinums (9) im Thorax (Th) des Patienten aus den Bilddaten (ID), welche Mediastinum-Detektionsdaten (MD) Mediastinum-Erstreckungsdaten (ME) einer Mediastinum-Erstreckung der Außenbegrenzung des Mediastinums (9) umfassen, – eine Subtraktionseinheit (39), die im Betrieb die Lungen-Erstreckung und die Mediastinum-Erstreckung von der Brustkorb-Erstreckung unter Bildung von Pleuraerguss-Erkennungsdaten (PED) subtrahiert.
Medizintechnisches Scangerät (25), umfassend eine Aufnahmeeinheit (27) zur Bildakquisition und ein Erkennungssystem (29) gemäß Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Erkennungssystems (29) ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Erkennungssystem (29) ausgeführt wird.