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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Auswerters bei der Auswertung eines Computertomographiedatensatzes eines Gefäßsystems eines Patienten unter Verwendung einer Recheneinrichtung mit einem Prozessor, einem Speichermittel und einem Anzeigemittel, wobei das Gefäßsystem eine Baumstruktur ausgehend von einem Gefäßsegment nullter Generation aufweist und bei jeder Aufteilung eines Eltern-Gefäßsegments eine Generation Kinder-Gefäßsegmente einer um eins höheren Generation anschließen. Daneben betrifft die Erfindung eine Recheneinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Gefäßsysteme bei Patienten können beispielsweise dann Probleme zeitigen, wenn durch entzündliche oder sonstige Prozesse das Lumen von Gefäßen eingeschränkt oder gar vollständig geschlossen wird. Typische Gefäßsysteme beim Menschen umfassen das Blutgefäßsystem bzw. entsprechende Anteile sowie das Atemwegesystem, also die Bronchien. Bezüglich der Atemwege wurde vorgeschlagen, Computertomographiebildgebung (CT-Bildgebung) einzusetzen, um chronisch obstruktive Lungenerkrankungen zu diagnostizieren, zu quantifizieren und den Phänotyp zu bestimmen. Chronisch obstruktive Lungenerkrankungen werden häufig nach der englischen Bezeichnung „Chronic Obstructive Pulmonary Disease“ als COPD abgekürzt. Die Aufnahme von Computertomographiedatensätzen der Atemwege eines Patienten als Gefäßsystem und die entsprechende Auswertung erlauben eine Messung unterschiedlicher quantitativer Auswertungsparameter, die COPD charakterisieren. Diese Auswertungsparameter umfassen beispielsweise die Wanddicke, den Durchmesser des Lumens, die Fläche des Lumens, den prozentualen Wandflächenanteil größerer Luftwege und dergleichen. Computertomographiemessungen dieser Art erlauben die Detektion signifikanter regionaler Schwankungen in Funktionsverlusten der Lunge, die nicht durch andere Verfahren, beispielsweise Spirometrie, detektiert werden können. Mithin kann eine quantitative Beurteilung dieser Art äußerst nützlich sein, beispielsweise bei der Auswahl von Kandidaten für chirurgische Eingriffe wie Lungenvolumenreduktion.
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Die Analyse quantitativer Auswertungsparameter für eine hochkomplexe Struktur wie die Baumstruktur der Atemwege ist ein zeitaufwändiger Vorgang und erfordert einen verhältnismäßig hohen mentalen Aufwand des Auswerters, beispielsweise eines Radiologen, um die Informationen zu einem gemeinsamen mentalen Bild des Patienten zusammenzufassen. Mithin ist eine geeignete Visualisierung von Ausmaß und Ort der Krankheit von hohem Interesse, um Radiologen bei der Diagnose zu unterstützen.
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Nach heute bekannten Vorgehensweisen werden die quantitativen Auswertungsparameter entweder nur in Form von Zahlen, also konkreten Werten, aufgenommen oder in Form einer farbkodierten Visualisierung des Gefäßbaums, welcher beispielsweise dreidimensional gerendert werden kann, dargestellt. Dabei besteht jedoch das Problem, dass aufgrund der kleinen Größe der Luftwege höherer Generation und aufgrund von potentiellen Verdeckungen in der 3D-Visualisierung ein solches Bild vom Auswerter nicht „auf einen Blick“ interpretiert werden kann. Dazu kommt, dass die Zahl der Verzweigungen in der Baumstruktur der Atemwege mit jeder Generation zunimmt. Nachdem Krankheiten wie COPD meist lediglich einige wenige Gefäßsegmente des Gefäßsystems betreffen können, ergibt sich eine äußerst zeitaufwändige Diagnose, da letztlich jeder mögliche Pfad in der Baumstruktur des Gefäßsystems einzeln untersucht werden muss, auch wenn es beispielsweise nur um die Zuordnung zu einem Lungenlappen oder Sub-Lappen geht. Hierzu bezieht sich die Farbkodierung üblicherweise auf die Generation der jeweiligen Gefäßsegmente, welche, insbesondere nach geeigneten manuellen Zoommaßnahmen, ausgewählt werden können, um dann in abgeleiteten Darstellungen genauer auf das Vorliegen von Pathologien untersucht zu werden.
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Die Doktorarbeit von Nicholas Philip Udell, „Algorithms for Studying Murine Airway Structure in Microfocus Computed Tomography Images“, 2017, University of Southampton, erhältlich unter https://eprints.soton.ac.uk/412643/, beschreibt eine Skelettierungstechnik, die radiales Raycasting verwendet, um Aufteilungspunkte zu bestimmen, wobei von der Microfocus Computed Tomography (µCT) ausgegangen wird. Zur Bildverarbeitung werden verschiedene Segmentierungsansätze offenbart und diskutiert. Zur Strukturanalyse wird angemerkt, dass zur Bestimmung struktureller Parameter wie Astlängen, Winkeln und dergleichen die Daten zur Repräsentation eines Baums konvertiert werden müssen, was die bereits erwähnte Skelettierung darstellt. Ist bekannt, wo die Verzweigungen liegen, können verschiedene Luftwegeigenschaften bestimmt werden, beispielsweise die Länge, der Lumenradius, die Lumenfläche, die Wanddicke, die Wandfläche, sowie die Halbachsen einer ellipsoiden Querschnittsdarstellung des Lumens.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur verbesserten Unterstützung eines Auswerters von Computertomographiedatensätzen eines Gefäßsystems eines Patienten anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Verfahren, eine Recheneinrichtung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art weist erfindungsgemäß folgende Schritte auf:
- - mittels des Prozessors Segmentierung des Gefäßsystems in dem Computertomographiedatensatz und zumindest für alle Gefäßsegmente, deren Generation kleiner oder gleich einer Grenzgeneration ist, Bestimmung eines quantitativen Auswertungsparameters aus dem Segmentierungsergebnis,
- - mittels des Prozessors Ansteuerung des Anzeigemittels zum Anzeigen einer insbesondere interaktiven, abstrahierten Darstellung des Gefäßsystems bis hin zu der Grenzgeneration, wobei jedem Gefäßsegment wenigstens ein Darstellungselement einer vorgegebenen, für alle Gefäßsegmente gleichen Mindestgröße zugeordnet ist, und Darstellungselemente der Gefäßsegmente eines Pfades von dem Gefäßsegment der nullten Generation zu einem Gefäßsegment der Grenzgeneration in einer ersten Richtung der Darstellung aufeinander folgend dargestellt werden und unterschiedlichen Pfaden zugeordnete Darstellungselemente der gleichen Generation in einer dazu queren, insbesondere senkrechten, zweiten Richtung aufeinander folgen, wobei jedes einem Gefäßsegment zugeordnete Darstellungselement in einer dem Wert des Auswertungsparameters für dieses Gefäßsegment gemäß einer in dem Speichermittel gespeicherten Zuordnungsvorschrift entsprechenden Darstellungsart dargestellt wird, wobei die Darstellung eine matrixartige Anordnung der Darstellungselemente in der ersten und der zweiten Richtung umfasst, wobei in der ersten Richtung die Generation monoton zunimmt.
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Erfindungsgemäß wird also eine zweidimensionale, intuitive Darstellung, die aus dem Computertomographiedatensatz hergeleitet wird, vorgeschlagen, die für einen Benutzer, mithin den Auswerter, nicht nur intuitiv verständlich ist und eine hervorragende Grundlage für weitere Auswertungsvorgänge darstellt, sondern zudem auch ideal auf die objektiven Fähigkeiten des menschlichen Auges abgestellt ist, nachdem gezielt für alle relevanten Gefäßsegmente Darstellungselemente einer hinreichenden Minimalgröße für die Erfassung durch das menschliche Auge vorgesehen werden, bei denen zudem aufgrund der Zweidimensionalität der Darstellung und der klar definierten Anordnung der Darstellungselemente keine Verdeckung auftreten kann. Dabei kann die Grenzgeneration beispielsweise im Bereich von fünf bis acht, insbesondere bei sechs oder sieben, liegen. Stehen höher aufgelöste CT-Datensätze zur Verfügung, besteht auch der Wunsch nach Betrachtung höherer Generationen. Die entstehende abstrahierte Darstellung des Gefäßsystems enthält zudem aufgrund der variierenden Darstellungsart der einzelnen Darstellungselemente, die in Abhängigkeit des Wertes des quantitativen Auswertungsparameters für das zugeordnete Gefäßsegment gewählt ist, auf einen Blick verständlich und erfassbar alle relevanten Informationen. Das bedeutet, der Auswerter kann mit einem Blick das Vorhandensein gegebenenfalls kritischer Werte des Auswertungsparameters erkennen, ohne dass das Risiko besteht, dass ihm Gefäßsegmente aufgrund zu geringer Größe, Verdeckungen oder dergleichen entgehen oder er umständlich zwischen verschiedensten Detaildarstellungen wechseln muss.
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Mithin schlägt die vorliegende Erfindung ein neuartiges Unterstützungskonzept für Auswerter vor, welches quantitative Informationen über ein Gefäßsystem, insbesondere die Atemwege, ermittelt und in einer kompakten und einfach zu interpretierenden Art visualisiert, wobei die entsprechende Visualisierung mit besonderem Vorteil, worauf noch genauer eingegangen werden wird, die Grundlage für eine zielgerichtete, messungsbasierte Bildnavigation innerhalb der Baumstruktur des Gefäßsystems dienen kann.
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Konkret wird nach der Aufnahme eines Computertomographiedatensatzes mithin zunächst ein quantitativer Auswertungsparameter für jedes Gefäßsegment des Gefäßsystems ermittelt. Unter Benutzung einer Zuordnungsvorschrift können den jeweiligen Werten des quantitativen Auswertungsparameters Darstellungsarten zugeordnet werden, so dass in einem nächsten Schritt jeder der denkbaren Pfade durch die Baumstruktur, zu verstehen als Abfolge von durchlaufbaren Gefäßsegmenten, als eine Zeile oder Spalte in eine Darstellung projiziert wird, wobei für jedes einem Gefäßsegment zugeordnete Darstellungselement, welches aufgrund der Minimalgröße unabhängig von der Generation klar erkennbar ist, die entsprechende Darstellungsart gewählt wird. So können das Ausmaß und der Ort einer Krankheit von dem Auswerter, insbesondere einem Radiologen, auf einen Blick beurteilt werden, so dass ein einfacherer und weniger fehleranfälliger diagnostischer Prozess gegeben ist.
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Dabei ist die hier beschriebene Technik nicht auf das Bronchialsystem als Gefäßsystem beschränkt, sondern kann auch auf andere anatomische Strukturen angewendet werden. Insbesondere kann die hier beschriebene Technik auch auf Anteile des Blutgefäßsystems eines Patienten angewendet werden, beispielsweise auf den Koronarbaum, um quantitative Informationen über die Gefäßsegmente von Koronargefäßen zu ermitteln und zu visualisieren, beispielsweise den Grad einer Stenose, Kalzifizierungen und dergleichen. Bei allen Arten von Gefäßsystemen können selbstverständlich auch nur Anteile, beispielsweise bestimmte Unterbäume eines Gesamtsystems wie des Blutsystems, betrachtet werden.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Zuordnungsvorschrift jedem Wert des Auswertungsparameters eine Farbe als Darstellungsart zuordnet. Das bedeutet, in der Darstellung kann als durch das menschliche Auge objektiv gut erfassbare und leicht interpretierbare Art der Darstellungsvariation eine Farbkodierung herangezogen werden. Mit besonderem Vorteil wird dabei eine an der Kritikalität des Wertes des Auswertungsparameters orientierte Farbskala herangezogen, beispielsweise eine Farbskala, die von grün nach rot läuft, wobei die grüneren Farben, weniger kritische Werte visualisierend, über gelb zu den roten, hochkritische Werte visualisierenden Farbtönen übergehen. Selbstverständlich sind auch andere Farbskalen denkbar, beispielsweise im Hinblick auf das Bronchialsystem die Verwendung von Blautönen und dergleichen.
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Eine konkrete, besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Auswertungsparameter eine möglicherweise vorliegende Verengung des jeweiligen Gefäßsegments beschreibt, insbesondere einen Durchmesser des Lumens des Gefäßsegments geteilt durch einen Außendurchmesser des Gefäßsegments und/oder eine Abweichung von einer Kreisform. Denkbar wäre als konkrete Ausgestaltung des Auswertungsparameters auch das Verhältnis der Gesamtfläche des Querschnitts des Gefäßsegments zu der Fläche von dessen Lumen. Auch die Abweichung des Gefäßquerschnitts von einer Kreisform kann Hinweise auf eine möglicherweise vorliegende Verengung geben, da eine beispielsweise von außen auf das Gefäß drückende Struktur zu einer „Einbeulung“ und/oder Formveränderung zu einer eher elliptischen Form führen kann. Dabei kann der quantitative Parameter als Mittelwert über Querschnitte entlang dem Gefäßsegment ermittelt werden, aber auch Extremalwerte betreffen, beispielsweise an der Stelle des kleinsten festgestellten Lumendurchmessers und/oder Gesamtgefäßsegmentdurchmessers ermittelt werden. Dabei ist bei der Untersuchung im Hinblick auf COPD das Verhältnis des Durchmessers des Lumens zum Außendurchmesser ein besonders bevorzugter Auswertungsparameter, nachdem die entzündlichen Prozesse der COPD üblicherweise zu einer Verdickung der Gefäßwand und in der Folge zu einer Verkleinerung des Lumens und/oder einer Vergrößerung des Außendurchmessers führen.
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Gerade im Hinblick auf die Anzeige solcher Verengungen, insbesondere bei der Auswertung hinsichtlich einer möglichen COPD, ist eine Verwendung einer Farbskala von grün bis rot besonders zweckmäßig, wobei grün ein großes Lumen im Vergleich zum Gesamtgefäß und rot ein kleines (oder kein) Lumen im Vergleich zum Gesamtgefäß beschreiben kann. Die Betrachtung von Verhältnissen ist hierbei besonders zweckmäßig, nachdem dann insbesondere mit klar definierten Werten, insbesondere zwischen Null und Eins, gearbeitet werden kann.
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Zur konkreten Ermittlung der Darstellung bzw. Ansteuerung des Anzeigemittels existieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Varianten, die grundsätzlich denkbar sind. Dabei ist es in jedem Fall vorgesehen, dass die Darstellung eine matrixartige Anordnung der Darstellungselemente in der ersten und der zweiten Richtung umfasst, wobei in der ersten Richtung die Generation monoton zunimmt. Das bedeutet, die abstrahierte Wiedergabe des Gefäßsystems wird durch eine schachbrettartige Anordnung von Darstellungselementen gegeben, die insbesondere unmittelbar aneinander anschließen und in der ersten Richtung, beispielsweise und bevorzugt als Spalten, mögliche Pfade durch das Gefäßsystem von der nullten Generation bis zur Grenzgeneration angeben. Das bedeutet, die Zahl der Spalten bzw. Reihen in der ersten Richtung entspricht der Zahl der möglichen Pfade durch das Gefäßsystem bis zu der Grenzgeneration. Die Zahl der Zeilen bzw. Spalten in der zweiten Richtung entspricht entsprechend der Zahl der Generationen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das rechteckförmige Darstellungselement in der ersten Richtung eine größere Ausdehnung aufweist als in der zweiten Richtung, da auf diese Weise besonders vorteilhaft und intuitiv eine Assoziation mit gerade solchen Gefäßsegmenten, die länglich ausgebildet sind, gegeben wird. Entspricht beispielsweise die erste Richtung der Spaltenrichtung, kann die Vorstellung entstehen, Flüssigkeit oder Luft würde von oben (nullte Generation) nach unten durch die Darstellungselemente, also entlang eines Pfades, durchfließen.
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Wird davon ausgegangen, dass bei jeder Aufteilung zwei neue Kind-Gefäßsegmente der nächsthöheren Generation entstehen, existieren bei einer Grenzgeneration von sechs also 128 (zwei hoch sechs) unterschiedliche Pfade durch die entsprechende Baumstruktur. Treten Trifurkationen auf, kann vorgesehen sein, diese als zwei Bifurkationen abzubilden. Nachdem Anzeigemittel, beispielsweise Bildschirme, auch eine Anzeigefläche nutzen können, die breiter ist als hoch, bietet es sich besonders an, auch im allgemeinen Fall die erste Richtung als Spaltenrichtung (Hochrichtung) zu wählen, wobei in dieser Richtung längliche Darstellungselemente verwendet werden, die dann problemlos in hinreichender Sichtbarkeit in Zeilen gemäß der Anzahl der Pfade aufeinander folgen können.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich denkbar, die Pfade nach beliebigen Kriterien in der zweiten Richtung nebeneinander anzuordnen. Solche Kriterien können beispielsweise umfassen, Pfade mit bestimmten Werten des Auswertungsparameters in bestimmter Generation benachbart anzuordnen und dergleichen oder auch vollständig randomisiert gewählt werden.
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Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch, wenn in der zweiten Richtung Darstellungselemente von aus demselben Eltern-Gefäßsegment hervorgehenden Kind-Gefäßsegmenten benachbart dargestellt werden. Auf diese Weise wird letztlich die dreidimensionale Baumstruktur des Gefäßsystems in eine Nachbarschaftsbeziehungen entlang der Pfade erhaltende zweidimensionale, hervorragend lesbare Struktur gewandelt, so dass bereits an dieser Stelle eine zumindest grobe räumliche Zuordnung gegeben ist und insbesondere sich über benachbarte Pfade erstreckende Pathologien auch in der Darstellung bereits zusammenhängend erscheinen. Auf diese Weise wird mithin eine Ordnung detektiert und in die Darstellung integriert, die es letztlich ermöglicht, einen weiteren gedanklichen Auswertungsschritt des Auswerters mit zu automatisieren. Mit anderen Worten orientiert sich die Struktur der zweidimensionalen, abstrahierten, für das Auge erfassbar ausgestalteten und intuitiv lesbaren Darstellung an der physikalisch gegebenen und mittels des Computertomographiedatensatzes vermessenen Anordnung der Gefäßsegmente.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in der zweiten Richtung benachbarte Darstellungselemente des gleichen Gefäßsegments, aber unterschiedlicher Pfade zu einem Gesamtelement mit einem gemeinsamen Rahmen zusammengefasst dargestellt werden. Nachdem mithin beispielsweise das Gefäßsegment nullter Generation zu jedem Pfad beiträgt, weist es grundsätzlich ein Darstellungselement für jeden der Pfade auf, während beispielsweise zwei Gefäßsegmente erster Generation üblicherweise jeweils für die Hälfte der Pfade Darstellungselemente aufweisen. Um diese Zugehörigkeit zum selben Gefäßsegment besonders deutlich hervorzuheben, und somit bei den Generationen auch eine verbesserte intuitive Lesbarkeit hinsichtlich zusammengehöriger Pfade zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, diese einzelnen Darstellungselemente, beispielsweise unter Nutzung eines gemeinsamen, all diese Darstellungselemente umschließenden Rahmens zu einem Gesamtelement zusammengefasst werden. Die Lesbarkeit und Verständlichkeit der resultierenden Darstellung wird in dieser Ausgestaltung auch dadurch erhöht, dass die insbesondere breiteren (bei horizontaler zweiter Richtung) Gesamtelemente den Eindruck der physikalisch ja meist gegebenen größeren Gefäßsegmente niedrigerer Generation widerspiegeln.
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Es sei noch angemerkt, dass in der beschriebenen matrixartigen Darstellung auch, beispielsweise durch Bildung räumlich getrennter Matrizen und/oder entsprechende Kennzeichnung der Darstellungselemente, Unterbereiche des Gefäßsystems gekennzeichnet werden können, beispielsweise beim Bronchialsystem die fünf Lungenlappen der ersten Generation und/oder der neunzehn Lungensegmente in Generation 2.
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Eine andere, besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass in wenigstens einem des wenigstens einen einem der Gefäßsegmente zugeordneten Darstellungselement der numerische Wert des Auswertungsparameters für dieses Gefäßsegment dargestellt wird. Mit anderen Worten können die Werte des quantitativen Auswertungsparameters ebenso in das aus den Darstellungselementen gebildete Diagramm aufgenommen werden, so dass eine tiefere quantitative Interpretation in Kombination mit der visuellen Repräsentation ermöglicht wird. Werden, wie beschrieben wurde, Gesamtelemente verwendet, können in den entsprechenden Bereichen auch größere Wiedergaben der Werte erfolgen. Beispielsweise kann der entsprechende Wert des Auswertungsparameters überlagert einer Farbkodierung oder dergleichen dargestellt werden.
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Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass neben dem Wert des Auswertungsparameters für entsprechende Gefäßsegmente auch andere Informationen in Darstellungselemente eingeblendet werden können, insbesondere bei Interaktion mit dem entsprechenden Darstellungselement. Beispielsweise ist es also denkbar, immer dann, wenn ein Mauszeiger über einem Darstellungselement (oder auch Gesamtelement) zur Ruhe kommt, eine auf das entsprechende Gefäßsegment bezogene Information anzuzeigen, beispielsweise ein anderes ermitteltes Auswertungsergebnis, eine Beschreibung der Position/Länge/Orientierung und dergleichen. Dies lässt sich auch auf die zuvor genannte Ausgestaltung anwenden, in der der Wert des Auswertungsparameters in Darstellungselementen dargestellt werden soll. Auch diese Darstellung kann an eine Interaktion mit dem jeweiligen Darstellungselement, insbesondere ein „mouse o-ver“, geknüpft werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Zuordnungsvorschrift in Abhängigkeit eines Dynamikbereichs der Werte des Auswertungsparameters dynamisch gewählt wird. Auch ist eine Auswahl in Abhängigkeit eines weiteren Auswahlparameters im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich denkbar. Auf diese Weise können die Darstellungsarten letztlich vergleichbar gehalten werden und es kann die komplette, vorhandene Dynamik, also der gesamte vorliegende Wertebereich, visuell verständlich wiedergegeben werden. Hinsichtlich anderer Auswahlparameter kann beispielsweise die Atemphase herangezogen werden, wenn es um das Atemwegesystem als Gefäßsystem geht. Dann ist es beispielsweise zweckmäßig, zu berücksichtigen, dass beim Einatmen eine Vergrößerung der Gefäßsegmente erfolgen kann, zumindest des Innendurchmessers, so dass Interpretationsunterschiede auftreten könnten, welche durch eine entsprechende Anpassung der Zuordnungsvorschrift kompensiert werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei Interaktion des Auswerters mit einem Darstellungselement aus dem Computertomographiedatensatz eine Segmentdarstellung des zugeordneten Gefäßsegments, insbesondere unter Verwendung einer ein Untersuchungsziel beschreibenden Untersuchungsinformation und/oder in Abhängigkeit des Auswertungsparameters, erzeugt und angezeigt wird. Bei einer derartigen Interaktion handelt es sich bevorzugt um ein gezieltes Auswählen des Darstellungselements, beispielsweise anhand eines Mausklicks, eines Antippens bei einem Touchscreen als Anzeigemittel und dergleichen. Auf diese Weise dient die Darstellung mit den Darstellungselementen letztlich als eine Navigationsgrundlage, in der der Auswerter gezielt interessierende Gefäßsegmente identifizieren und zur weiteren Analyse auswählen kann, wobei er idealerweise von der Recheneinrichtung durch eine geschickte Auswahl der dann entstehenden Segmentdarstellung in Abhängigkeit des Untersuchungsziels und/oder des Auswertungsparameters weiter unterstützt wird.
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Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass als die Segmentdarstellung wenigstens ein Schnittbild des Computertomographiedatensatzes ausgewählt wird und/oder wenigstens ein das Gefäßsegment, insbesondere auch dessen Umgebung, zeigendes multiplanares Reformationsbild (MPR-Bild) ermittelt wird und/oder eine Durchfluganimation durch das Lumen des Gefäßsegments gerendert wird. Beispielsweise kann also eine Segmentdarstellung erzeugt werden, beispielsweise ein Bild, in dem das Gefäßsegment zentriert zu erkennen ist, wobei es, je nach Anwendungsfall, sowohl denkbar ist, nur das Gefäßsegment darzustellen oder auch dessen Umgebung wiederzugeben. Die Wiedergabe der Umgebung ist beispielsweise sinnvoll, wenn Formanomalitäten, die auf das Vorliegen einer auf das Gefäßsegment drückenden anatomischen Struktur, beispielsweise eines Tumors, untersucht werden sollen.
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Allgemein gesagt wird eine Bronchie oder ein Blutgefäß häufig gegenüber den Schnittbildern des Schnittbildstapels, der den Computertomographiedatensatz bildet, gekippt vorliegen, so dass eine multiplanare Reformation (MPR) zweckmäßig ist, um das Gefäßsegment möglichst vollständig in einem einzigen Bild als Segmentdarstellung darstellen zu können. Selbstverständlich können auch andere Arten von Ansichten durch MPR erzeugt werden, um die Analyse und somit Auswertung zweckmäßig zu unterstützen. Auch gerenderte Darstellungen, beispielsweise des Gefäßsegments von außen oder beispielsweise als eine „Durchflugdarstellung“ sind denkbar.
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Besonders zweckmäßig ist es in diesem Kontext, wie bereits angedeutet wurde, wenn die Art und/oder wenigstens ein Erzeugungsparameter der Segmentdarstellung in Abhängigkeit von der Untersuchungsinformation und/oder des Auswertungsparameters und/oder einer die Art der Interaktion mit dem Darstellungselement beschreibenden Interaktionsinformation gewählt werden. Aus dem Auswertungsparameter kann beispielsweise geschlossen werden, auf welche Arten von Pathologien untersucht werden soll. Zudem können ermittelte Werte des Auswertungsparameters bereits einen Hinweis darauf geben, welche Pathologien vorliegen könnten. Ist zu diesen Pathologien nun beispielsweise bekannt, in welchen Segmentdarstellungen diese am besten zu erkennen sind, kann nun die geeignete Segmentdarstellung vollständig automatisch gewählt werden. Ähnliches gilt bezüglich der Untersuchungsinformation, die auch bereits das Untersuchungsziel beschreiben kann, mithin auch hier die geeignete Segmentdarstellung automatisch anzubieten erlaubt. Schließlich ist es auch denkbar, unterschiedliche Arten der Interaktion mit dem Darstellungselement zu erlauben, so dass beispielsweise auf Rechtsklick mit einer Maus eine andere Segmentdarstellung angewählt wird als auf Linksklick oder Mitteltastenklick. Ersichtlich sind verschiedenste Möglichkeiten denkbar, um dem Auswerter nach der intuitiven, insbesondere als Navigationsbasis dienenden Darstellung mit den Darstellungselementen auch weiter optimal unter Berücksichtigung des Untersuchungsziels und der tatsächlichen vermessenen Gegebenheiten zu unterstützen.
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Wie bereits dargelegt wurde, lässt sich die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, wenn das Gefäßsystem ein Atemwegesystem ist, insbesondere hinsichtlich der Untersuchung auf COPD. Auch andere Anwendungsfälle jedoch denkbar, so dass das Gefäßsystem auch ein Blutgefäßsystem des Patienten sein kann.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Recheneinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Recheneinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erzielt werden können. Entsprechend kann die Recheneinrichtung konkret wenigstens einen Prozessor, wenigstens ein Speichermittel und wenigstens ein Anzeigemittel umfassen. Durch diese können entsprechende Funktionseinheiten der Recheneinrichtung umgesetzt sein, insbesondere gemeinsam mit Softwarekomponenten. Solche Funktionseinheiten können beispielsweise eine Auswertungseinheit, eine Darstellungseinheit und eine Interaktionseinheit umfassen. Konkret kann es sich bei der Recheneinrichtung beispielsweise um eine Sichtstation für Computertomographiedatensätze und/oder eine Recheneinrichtung eines Auswertungsarbeitsplatzes, insbesondere für einen Radiologen als Auswerter, handeln.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist in ein Speichermittel einer Recheneinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte Steuerinformationen umfasst, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung diese die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Bei dem Datenträger kann es sich um einen nichttransienten Datenträger, insbesondere eine CD-ROM, handeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Modellierung eines Gefäßsystems als Baumstruktur,
- 2 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine erste Visualisierungsmöglichkeit für den Auswertungsparameter,
- 4 eine zweite Visualisierungsmöglichkeit für den Auswertungsparameter,
- 5 eine dritte Visualisierungsmöglichkeit für den Auswertungsparameter,
- 6 eine Illustration zur Interaktion mit einer Darstellung, und
- 7 den funktionalen Aufbau einer erfindungsgemäßen Recheneinrichtung.
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Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Untersuchung des Bronchialsystems als Gefäßsystem, wobei die entsprechenden Gefäße dann Atemwege sind, dargelegt werden. Hierzu erläutert 1 schematisch die Modellierung des Gefäßsystems 1, hier das Bronchialsystem. Diese geht aus von der Luftröhre als ein erstes Gefäßsegment 2 einer nullten Generation 3. Die Luftröhre dient als Eltern-Gefäßsegment 2 für die Hauptbronchien als weitere Gefäßsegmente 4 einer ersten Generation 5. Die Hauptbronchien können somit als Kind-Gefäßsegmente 4 des Eltern-Gefäßsegments 2, der Luftröhre, verstanden werden. Dieses Prinzip wird durch die Baumstruktur des Gefäßsystems 1 weiter fortgesetzt, wie an den Gefäßsegmenten 6 der zweiten Generation 7 und den Gefäßsegmenten 8 der dritten Generation 9 gezeigt ist. Die Fortsetzungspunkte deuten die weitere Fortsetzung der so vorgenommenen Aufteilung in Generationen 3, 5, 7, 9 von Gefäßsegmenten 2, 4, 6, 8 an.
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2 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird ausgegangen von einem Computertomographiedatensatz 10 des Bronchialsystems des Patienten, der beispielsweise als ein Stapel von zweidimensionalen Schnittbildern, insbesondere transversalen Schnittbildern, bestehen kann. In einem Schritt S1 wird dieser Computertomographiedatensatz 10 ausgewertet, indem zunächst das Bronchialsystem unter Nutzung grundsätzlich bekannter Segmentierungsalgorithmen segmentiert wird, was insbesondere hinsichtlich des Lumens leicht möglich ist, da Luft deutlich andere HU-Werte als das Gewebe der Bronchialwand (Gefäßwand) aufweist. Diese hervorragende Segmentierbarkeit setzt sich bezüglich der Gefäßwand fort. Auf das Segmentierungsergebnis wird nun zunächst die hinsichtlich der 1 beschriebene Modellierung angewandt, das bedeutet, es erfolgt eine Aufteilung des Bronchialsystems in die verschiedenen Gefäßsegmente 2, 4, 6, 8, ... der entsprechenden Generationen 3, 5, 7, 9 ..., vorliegend bis wenigstens zur sechsten Generation. Diese stellt im aktuellen Fall eine Grenzgeneration dar. Für jedes der Gefäßsegmente 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generationen lassen sich nun aufgrund des Segmentierungsergebnisses quantitative Auswertungsparameter bestimmen, die vorliegend möglicherweise vorliegende Verengungen in dem Gefäßsegment anzeigen sollen. Dabei wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Quotient des Innendurchmessers, also des Durchmessers des Gefäßlumens, und des Außendurchmessers, also des gesamten Gefäßsegments, betrachtet. Alternativ sind auch andere Parameter denkbar, beispielsweise auch eine Abweichung von einer Kreisform.
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Ergebnis des Schrittes S1 ist mithin für jedes Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation ein Wert des Auswertungsparameters, der vorliegend zwischen Null und Eins liegt.
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Der Auswertungsparameter wird im Schritt S2 genutzt, um eine interaktive, abstrahierte Darstellung des Gefäßsystems 1 zu erzeugen und auf einem Anzeigemittel, hier einem Bildschirm, anzuzeigen.
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Die im Schritt S2 erzeugte Darstellung ist zweidimensional und nutzt für jedes Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 sowie die Gefäßsegmente höherer Generation wenigstens ein Darstellungselement einer Minimalgröße, welches auf dem Bildschirm zum einen gut zu erkennen ist, zum anderen hinreichend Raum zur Interaktion bietet, wie im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Für jeden Pfad durch das Gefäßsystem 1, der durch aufeinander folgende, aneinander anschließende Gefäßsegmente 2, 4, 6, 8 sowie jeweils ein Gefäßsegment der Generationen höherer Generation bis zur Grenzgeneration gegeben ist, wird eine in einer ersten Richtung verlaufende Abfolge von Darstellungselementen verwendet. Daraus ergibt sich bereits, dass das Gefäßsegment 2 nullter Generation 3 an allen denkbaren Pfaden beteiligt ist und allgemein den Gefäßsegmenten 2, 4, 6, 8 höherer Generation als der Grenzgeneration mehrere Darstellungselemente zugeordnet werden. Die Pfade selber werden in der in Schritt S2 erzeugten Darstellung in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung so nebeneinander platziert, dass derselben Generation 3, 5, 7, 9, ... von Gefäßsegmenten 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmenten höherer Generation zugeordnete Darstellungselemente in dieser zweiten Richtung aufeinander folgen. In der Darstellung werden die Darstellungselemente gemäß den Werten der Auswertungsparameter farbkodiert, vorliegend auf einer Skala von grün bis rot, wobei grün normalen Luftfluss durch die Luftwege, also konkret die Gefäßsegmente 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation, anzeigt, und über gelb zu rot hin eine zunehmende Verengung des entsprechenden Gefäßsegments 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation dargestellt wird.
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Eine erste, weniger bevorzugte Variante einer erfindungsgemäßen Darstellung 11 zeigt 3. Dabei sind die Pfade 12, dargestellt durch die in der ersten Richtung 13 aufeinander folgenden Darstellungselemente 14 in der zweiten Richtung 15 nicht gemäß der Geometrie des Gefäßsystems 1 aufeinander folgend dargestellt. Die Einfärbung der Darstellungselemente 14 ist dabei durch verschiedene Schraffuren wiedergegeben, wobei das dunkelstmögliche Grün gepunktet dargestellt ist, das dunkelstmögliche Rot als engste genutzte Schraffur. Ersichtlich lassen sich beispielsweise deutlich die Darstellungselemente 14 identifizieren, welche der sechsten Generation als Grenzgeneration zugeordnet sind, die hier als Grenzgeneration dient.
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4 zeigt eine bevorzugte zweite Variante einer Darstellung 16, bei der Darstellungselemente 14 von Kind-Gefäßsegmenten 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation desselben Eltern-Gefäßsegmente 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation grundsätzlich nebeneinander dargestellt sind. Dies ermöglicht es, wie in 4 dargestellt ist, die benachbarten Darstellungselemente, die demselben Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation zugeordnet sind, zu Gesamtelementen mit einem gemeinsamen Rahmen zusammenzufassen, wie in 4 für das Gesamtelement 17 des Gefäßsegments 2 erster Generation 3 und die Gesamtelemente 18 für die Gefäßsegmente 4 zweiter Generation 5 explizit hervorgehoben ist. Auf diese Weise ist eine nochmals deutlich intuitivere und lesbarere Darstellung ermöglicht, die sich an den konkreten, als Segmentierungsergebnis ermittelten physikalischen Gegebenheiten orientiert.
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Eine weitere Variante einer Darstellung 19 zeigt 5, die von der Anordnung der Darstellungselemente 14 her der 4 entspricht, wobei jedoch zusätzlich die quantitativen Werte des Auswertungsparameters mit in die sich entsprechend ergebenden Gesamtelemente 17, 18 bzw. Darstellungselemente 14 eingetragen sind, um dem Auswerter weitere Informationen bereitzustellen. Diese Anzeige von Auswertungsinformationen bzw. dem Wert des Auswertungsparameters kann in anderen Varianten auch von einer Interaktion mit dem entsprechenden Darstellungselement 14 bzw. Gesamtelement 17, 18 abhängig gemacht werden, beispielsweise immer dann angezeigt werden, wenn sich ein Mauszeiger oberhalb des Darstellungselements 14/Gesamtelements 17, 18 befindet.
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Zurückkehrend zur 2 wird in einem Schritt S3 überwacht, ob eine durch eine Interaktionsinformation beschriebene Interaktion, insbesondere eine Interaktion vorbestimmter Art, des Auswerters mit einem der Darstellungselemente 14 (bzw. Gesamtelemente 17, 18) festgestellt wird. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S4 eine auf das derart ausgewählte Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation bezogene Segmentdarstellung erzeugt, vorliegend in Abhängigkeit von einer das Untersuchungsziel beschreibenden, vorliegenden Untersuchungsinformation, die gegebenenfalls auch im Auswertungsschritt S1 bestimmt werden kann, und/oder von der Art des Auswertungsparameters bzw. seinem konkreten Wert für das ausgewählte Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation und/oder von der Interaktionsinformation, wobei beispielsweise unterschiedliche Arten von Interaktionen des Auswerters mit einem Darstellungselement 14/Gesamtelement 17, 18 zu unterschiedlichen Arten von Segmentdarstellungen bzw. unterschiedlich parametriert erzeugten Segmentdarstellungen führen kann. Die Segmentdarstellung kann dabei beispielsweise ein MPR-Bild sein, in welchem das ausgewählte Gefäßsegment 2, 4, 6, 8 bzw. Gefäßsegmente höherer Generation zentriert und vollständig dargestellt ist, so dass insbesondere die Ebene, in der das MPR-Bild ermittelt wird, der Verlaufsebene des ausgewählten Gefäßsegments 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation entspricht. Andere Arten von Segmentdarstellungen umfassen gerenderte 3D-Segmentdarstellungen sowie Darstellungen, in denen sich auch die Umgebung des ausgewählten Gefäßsegments 2, 4, 6, 8 sowie Gefäßsegmente höherer Generation erkennen lässt.
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Diese Vorgehensweise erläutert 6 schematisch nochmals genauer. Der Auswerter interagiert, beispielsweise durch Anklicken, über einen Mauszeiger 20 mit einem Darstellungselement 14 eines Gefäßsegments 21 höherer Generation, beispielsweise sechster Generation, und erhält durch Durchführung der Schritte S3 und S4 als Segmentdarstellung 22, nachdem es vorliegend als Untersuchungsziel um eine COPD-Untersuchung geht, ein MPR-Bild 23 in der Verlaufsebene des Gefäßsegments 21, in dem er die Verläufe der Gefäßwand 24 und des Lumens 25 deutlich erkennen kann und auch eine Verengung von Verdickung der Gefäßwand 24 deutlich erkennen kann.
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Gemäß einem Schritt S5 der 2 kann der Auswerter zu jedem Zeitpunkt auch eine Rückkehr zur entsprechenden Darstellung 11, 16, 19 auslösen, um auch andere Gefäßsegmente 2, 4, 8, 21 genauer analysieren zu können.
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7 zeigt schließlich den funktionalen Aufbau einer erfindungsgemäßen Recheneinrichtung 26, beispielsweise eine Recheneinrichtung eines Auswertungsarbeitsplatzes und/oder eine Sichtstation. Die Recheneinrichtung 26 umfasst eine Schnittstelle 27 zur Entgegennahme des Computertomographiedatensatzes 10, beispielsweise aus einem PACS. In einer Auswertungseinheit 28 können die Auswertungen des Schrittes S1 durchgeführt werden. Eine Darstellungseinheit 29 dient zur Erzeugung einer der Darstellungen 11, 16 und 19 sowie gegebenenfalls einer Segmentdarstellung in den Schritten S2, S4. Dabei kann auf die in einem Speichermittel 30 der Recheneinrichtung 26 abgelegte Zuordnungsvorschrift 31, hier eine Look-up-Tabelle, die Werte des Auswertungsparameters Farben zuordnet (Farbtabelle), zugreifen. Die Darstellungseinheit 29 kann auch ein Anzeigemittel 32 der Recheneinrichtung 26 ansteuern, beispielsweise einen Bildschirm. Über eine Interaktionseinheit 33 können Interaktionen eines Benutzers, hier des Auswerters, mit der Darstellung 11, 16, 19 entgegengenommen werden, vgl. Schritt S3, wobei die Recheneinrichtung 26 ein entsprechendes Bedienmittel 34, beispielsweise eine Maus, aufweist. Das Anzeigemittel 32 und das Bedienmittel 34 können auch integriert als ein Touchscreen vorgesehen sein, was beispielsweise eine direkte Interaktion mit Darstellungselementen 14 anhand des Fingers des Auswerters ermöglicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
