DE102020212086A1

DE102020212086A1 - Ermitteln der Qualität einer Positionierung eines in einen Patientenkörper eingeführten Objekts

Info

Publication number: DE102020212086A1
Application number: DE102020212086.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fieselmann; Christian Hümmer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-03-31
Also published as: CN114246684A; US20220096167A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper (21) eingeführten externen Vorrichtung (K) beschrieben. Bei dem Verfahren werden Bilddaten (BD) von dem Patientenkörper (21) erfasst. Weiterhin wird eine mindestens eine erste anatomische Landmarke (LM1) in oder bei einer ersten Subregion (SR_TA1), in der die externe Vorrichtung (K) erwartungsgemäß positioniert ist, detektiert. Es wird mindestens ein erster Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen ersten Subregion (SR_TA1) gesucht und für den Fall, dass der mindestens eine erste Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung (K) detektiert wurde, wird eine zweite anatomische Landmarke (LM2) in oder bei mindestens einer zweiten Subregion (SR_TA2), durch welche die externe Vorrichtung (K) erwartungsgemäß verläuft und welche einen klinisch relevanten Bereich umfasst, detektiert. Dann wird mindestens ein zweiter Teilabschnitt (TA2) der externen Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion (SR_TA2) basierend auf dem bereits lokalisierten Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung (K) detektiert. Schließlich wird eine Qualität (Q) der Positionierung des mindestens einen zweiten Teilabschnitts (TA2) der externen Vorrichtung (K) durch Messen eines geeigneten Maßes (d) zwischen dem lokalisierten mindestens einen zweiten Teilabschnitt (TA2) der externen Vorrichtung (K) und der mindestens einen zweiten Landmarke (LM2) ermittelt. Es wird auch ein Trainingsverfahren beschrieben. Weiterhin wird auch eine Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung (60) beschrieben. Überdies wird auch eine Trainingseinrichtung (70) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion. Überdies betrifft die Erfindung eine Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Trainingseinrichtung. Fernerhin betrifft die Erfindung auch eine medizintechnische Bildgebungseinrichtung.
Bei der medizinischen Behandlung und Versorgung von Patienten werden häufig externe Vorrichtungen in den Körper des Patienten eingefügt. Ein anschauliches Beispiel ist ein auf der Intensivstation behandelter Patient, der über eine Mehrzahl von Schläuchen mit lebenswichtigen Stoffen versorgt wird und dessen Lebensfunktionen mit Hilfe einer Mehrzahl von in den Körper eingeführten Messsonden überwacht werden.
Konkrete Beispiele für in den Körper eingeführte Vorrichtungen sind:

- ein zentraler Venenkatheter, der über eine Vene in einen Patientenkörper eingeführt wird,
- ein peripher eingeführter zentraler Katheter, der über eine Armvene in einen Patientenkörper eingeführt wird,
- eine endotracheale Sonde, welche über den Mund und die Luftröhre eingeführt wird,
- eine nasogastrale Sonde, die über die Nase eingeführt wird.

Wird eine solche invasive Vorrichtung falsch im Körper positioniert, so kann es zu lebensbedrohlichen Komplikationen kommen. Die falsche Positionierung zentraler venöser Katheter kann zum Beispiel zu Infektionen, Thrombosen, Okklusionen oder einem Pneumothorax, d.h. Ansammlungen von Luft in der Pleura bzw. dem Pleuraspalt zwischen den beiden Pleurablättern, führen. Ein falsch positionierter peripher eingesetzter zentraler Katheter kann zu einer Thrombusbildung oder einer Herzrhythmusstörung führen. Eine falsch eingesetzte endotracheale Sonde kann zu einer Hyperinflation, d.h. einer Überblähung der Lunge, einem Pneumothorax, einer Atelektase, d.h. einem Belüftungsdefizit der Lunge oder einer Hypoxemie, d.h. einem niedrigeren Sauerstoffgehalt im ateriellen Blut der kontralateralen nichtbelüfteten Lunge führen. Eine falsch positionierte nasogastrale Sonde kann zu einem Pneumothorax, einem Pleuraerguss, einem Retropharyngealabszess oder einem Lungenabszess führen.
Außerdem kann eine falsch positionierte externe Vorrichtung ihren beabsichtigten Zweck nicht erfüllen.
Um eine Falschpositionierung einer externen Vorrichtung im menschlichen Körper zu vermeiden, werden üblicherweise medizinische Bilder erzeugt und die Position der Vorrichtung im Körper eines Patienten durch einen Radiologen überprüft. Diese Bilder werden nach der anfänglichen Platzierung aufgenommen und können regelmäßig aufgenommen werden, damit sichergestellt werden kann, dass sich die Vorrichtung noch an der korrekten Position befindet, falls zum Beispiel die Vorrichtung in dem Patienten für eine längere Zeit verbleiben soll, wie es zum Beispiel bei einem zentralen venösen Katheter der Fall ist.
Bei dieser Vorgehensweise treten allerdings Probleme dahingehend auf, dass die Auswertung der medizinischen Bilder durch einen Radiologen, um die Position der externen Vorrichtung zu ermitteln, oft mit Verzögerung erfolgt und nicht sofort nach der Bildaufnahme. Falls eine externe Vorrichtung zu lange unendeckt falsch positioniert ist, kann dieser Umstand zu ernsten Komplikationen für den Patienten führen.
Die Interpretation des medizinischen Bildes, um die Position einer externen Vorrichtung zu ermitteln, ist subjektiv und hängt von der Erfahrung der Fachkraft ab, die diese Untersuchung ausführt.
Es gibt Ansätze, unter Anwendung künstlicher Intelligenz, externe Vorrichtungen in Bilddatensätzen automatisiert zu erkennen. Allerdings besteht dabei das Problem, dass große Datenmengen verarbeitet werden müssen, um Objekte in den Bildern aufzufinden und zu klassifizieren. Außerdem besteht oft die Schwierigkeit der korrekten Klassifizierung von in den Bildern detektierten Objekten.
Mithin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Auffindung von externen Vorrichtungen im Körper eines Patienten mit verbesserter Sicherheit und geringerem Aufwand der Datenverarbeitung zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion nach Anspruch 11, eine Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung nach Anspruch 12, eine Trainingseinrichtung nach Anspruch 13 und eine medizintechnische Bildgebungseinrichtung nach Anspruch 14 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung werden Bilddaten von dem Patientenkörper erfasst. Diese Bilddaten umfassen Informationen über das Innere eines Patienten. Insbesondere ist auf den Bilddaten auch die externe Vorrichtung im Inneren des Körpers des Patienten abgebildet. Als externe Vorrichtung soll eine über eine Körperöffnung oder ein Gefäß oder eine künstlich angelegte Öffnung in den Körper eines Patienten eingeführte Vorrichtung verstanden werden. Weiterhin werden eine oder mehrere erste anatomische Landmarken in oder bei einer ersten Subregion, in der die Vorrichtung erwartungsgemäß positioniert ist, detektiert. Das Verfahren ist nicht auf die Detektion einer anatomischen ersten Landmarke oder einer ersten Subregion beschränkt. Es können auch mehrere erste Landmarken verwendet werden, um eine Subregion zu ermitteln oder anhand von mehreren Landmarken können mehrere Subregionen, die zum Beispiel mehrere Eintrittspforten für die externe Vorrichtung oder mehrere Vorrichtungen darstellen, ermittelt werden. In dieser ersten Subregion ist die externe Vorrichtung auch dann positioniert, wenn sie in ihrem weiteren Verlauf im Körper des Patienten möglicherweise falsch positioniert ist. Eine solche „sichere“ Subregion kann zum Beispiel in einem Eintrittsbereich der externen Vorrichtung liegen, an dem die externe Vorrichtung auch bei einer weiteren Fehlanordnung aus anatomischen Gründen vorbeikommen muss. Dann wird ein erster Teilabschnitt der externen Vorrichtung in oder bei der ersten „sicheren“ Subregion gesucht. In dieser ersten Subregion oder nahe bei dieser Subregion, d.h. in einer zu der ersten Subregion benachbarten Subregion befindet sich die bereits erwähnte erste anatomische Landmarke, mit der die erste Subregion bzw. der erste Teilabschnitt bestimmt werden kann. Für den Fall, dass der erste Teilabschnitt der externen Vorrichtung erfolgreich detektiert wurde, wird mindestens eine zweite anatomische Landmarke in oder bei mindestens einer zweiten Subregion, durch welche die externe Vorrichtung erwartungsgemäß verläuft und welche einen klinisch relevanten Bereich umfasst, detektiert. Eine solche zweite Subregion umfasst zum Beispiel die gewünschte Subregion für den zweiten Teilabschnitt der Vorrichtung. Als klinisch relevanter Bereich soll ein Bereich verstanden werden, welcher für die beabsichtigte Wirkung der Vorrichtung entscheidend ist bzw. bei dem oder in dessen Umkreis möglicherweise eine Falschpositionierung des zweiten Teilabschnitts gesundheitlich negative Auswirkungen auf den Patienten haben könnte. Dann wird der zweite Teilabschnitt der externen Vorrichtung in oder bei der zweiten Subregion basierend auf dem bereits lokalisierten ersten Teilabschnitt der externen Vorrichtung detektiert. Dabei wird ausgehend von dem ersten Teilabschnitt eine Fortsetzung der externen Vorrichtung in den Bilddaten gesucht und bis zu dem zweiten Teilabschnitt nachverfolgt. Bei der Verfolgung der Fortsetzung der externen Vorrichtung kann auch zugleich eine Überprüfung des Verlaufs der externen Vorrichtung hinsichtlich des Auftretens von Schlingen oder Knicken durchgeführt werden. Auf diese Weise können Defekte der externen Vorrichtung erkannt und gegebenenfalls beseitigt werden. Schließlich wird eine Qualität der Positionierung des mindestens einen zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung durch Messen eines Abstands zwischen dem lokalisierten zweiten Teilabschnitt der externen Vorrichtung und der mindestens einen zweiten Landmarke ermittelt. Beispielsweise werden für die Lokalisierung eines zentralen Venenkatheters das rechte Atrium und die Carina gemeinsam als Landmarken verwendet.
Die erwähnten Suchschritte und Identifizierungsschritte können auch mehrfach hintereinander oder simultan ausgeführt werden, wenn entsprechend mehrere Vorrichtungen oder mehrere Abschnitte von Vorrichtungen zu überwachen sind. Die erwähnten Suchschritte sind vorzugsweise automatisiert durchführbar, d.h. die Bilddatenanalyse wird bevorzugt automatisiert durchgeführt, so dass menschliche Fehler ausgeschlossen werden können. Außerdem kann durch die automatisierte Bilddatenanalyse die Auswertung in kurzer Zeit, vorzugsweise sogar in Echtzeit erfolgen. Somit können während einer längeren Zeitdauer, in der sich die Vorrichtung in dem Patienten befindet, aktualisierte Qualitätsdaten bereitgestellt werden und auf diese Weise kann die Sicherheit des Patienten erhöht werden sowie qualifiziertes Personal eingespart werden oder das qualifizierte Personal kann seine Aufmerksamkeit auf anspruchsvollere Aufgaben, wie zum Beispiel einzelne Schritte einer Operation oder einer anderen Behandlung des Patienten, beschränken. Weiterhin kann die Detektion der Vorrichtung durch die Verwendung von anatomischen Landmarken auf vorrichtungsspezifische Subregionen in den Bilddaten beschränkt werden, in oder bei denen die Vorrichtung zu finden ist, falls sie sich überhaupt im Körper des Patienten befindet. Eine solche Verkleinerung eines abzusuchenden Bildausschnitts beschleunigt die Bildanalyse bzw. reduziert die Anforderungen an die für die Auswertung der Bilddaten benötigte Rechenkapazität. Indem dann ausgehend von einem detektierten Teilabschnitt dem Verlauf der externen Vorrichtung bis zu einem klinisch relevanten Teilabschnitt bzw. einer entsprechen Subregion im Körper gefolgt wird, wird die Aufgabe, die Lage der externen Vorrichtung im Körper zu ermitteln, deutlich vereinfacht und die Sicherheit, dass tatsächlich auch die externe Vorrichtung korrekt identifiziert wurde, erhöht. Indem die zweite anatomische Landmarke zur Qualitätsbeurteilung genutzt wird, die sich an einer definierten anatomischen Position befindet, deren relative Lage zu einer gewünschten Position des zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung bekannt ist, kann durch eine oder mehrere einfache Messungen, zum Beispiel des Abstands oder des Winkels, ein objektives Qualitätskriterium für die ermittelte Position des zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung erzeugt werden. Das Qualitätskriterium ist dabei abhängig von einem vorbekannten physikalischen Maß, zum Beispiel ein Abstand oder Winkel, zwischen der zweiten anatomischen Landmarke und der gewünschten Position des zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung sowie dem anhand der Bilddaten gemessenen tatsächlichen Maß, vorzugsweise ein Abstand oder Winkel, zwischen dem zweiten Teilabschnitt der externen Vorrichtung und der zweiten Landmarke. Die Nutzung anatomischer Landmarken zur Prüfung der Positionierungsqualität ist vorteilhaft reproduzierbar und konfigurierbar. Dabei liefert die Visualisierung anatomischer Landmarken und deren Abstände bzw. Winkel zu Linien bzw. Leitungen einen leichtverständlichen Zugang für einen Radiologen und ist leichter verständlich als ein skalarer Wahrscheinlichkeitswert, der durch einen sogenannten Blackbox-Ansatz geschätzt würde. Außerdem erlaubt das Messen einer Positionsqualität anhand von anatomischen Landmarken eine subjektive Anpassung an individuelle Präferenzen eines Anwenders.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion werden Eingangstrainingsdaten empfangen, welche medizinische Bilddaten von Testpersonen einer Trainingsdatenbasis umfassen. Dieses Verfahren eignet sich für den Fall, dass die Identifizierung und Lokalisierung der Landmarken und/oder der Teilabschnitte der Vorrichtung durch Anwendung künstlicher Intelligenz bzw. KI-basiert erfolgen soll. Zur Realisierung eines solchen Ansatzes wird eine Funktion durch Anwendung eines maschinellen Lernens, beispielsweise realisiert durch ein künstliches neuronales Netz, trainiert. Hierzu werden neben den Eingangstrainingsdaten auch Ausgangstrainingsdaten, welche den Eingangstrainingsdaten zugeordnet sind, empfangen. Dabei umfassen die Ausgangstrainingsdaten Landmarken, welche einem ersten und einem zweiten Abschnitt einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung zugeordnet sind, sowie Daten zur Identifizierung und Lokalisierung des ersten und zweiten Abschnitts der in einen Patientenkörper eingeführten Vorrichtung. Weiterhin wird eine Funktion durch einen auf maschinellem Lernen basierenden Algorithmus basierend auf den Eingangsdaten und den Ausgangsdaten trainiert. Vorteilhaft muss kein komplexer Modellansatz zur Ermittlung der Funktion aufwändig konstruiert werden, sondern die Funktion wird auf Basis der vorhandenen Datenbasis von Trainingsdaten automatisiert erzeugt. Insbesondere bei einer großen Anzahl unterschiedlicher zu berücksichtigender Parameter bzw. einem nicht durch ein Modell hinreichend erfassbaren Phänomen ist eine solche Vorgehensweise dem rein modellbasierten Ansatz überlegen.
Die erfindungsgemäße Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung weist eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen von Bilddaten von einem Patientenkörper eines Patienten auf. Die erfindungsgemäße Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung umfasst auch eine Landmarkendetektionseinheit zum KI-basierten Detektieren von ersten anatomischen Landmarken in oder bei mindestens einer ersten Subregion, in der eine externe Vorrichtung erwartungsgemäß positioniert ist. Die erfindungsgemäße Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung umfasst auch eine Identifizierungseinheit zum vorzugsweise KI-basierten Suchen und Lokalisieren mindestens eines Teilabschnitts der externen Vorrichtung in oder bei der mindestens einen ersten Subregion. Dabei ist die Landmarkendetektionseinheit dazu eingerichtet, für den Fall, dass die externe Vorrichtung in oder bei der ersten Subregion detektiert wurde, mindestens eine zweite Landmarke in oder bei mindestens einer zweiten Subregion, durch welche mindestens ein zweiter Abschnitt der externen Vorrichtung erwartungsgemäß verläuft und welche einen klinisch relevanten Bereich umfasst, zu identifizieren und zu lokalisieren. Die Identifizierungseinheit ist außerdem dazu eingerichtet, die externe Vorrichtung in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion basierend auf dem bereits lokalisierten Teilabschnitt der externen Vorrichtung zu lokalisieren. Die Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung umfasst eine Qualitätsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Qualität der Positionierung des zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung durch Messen eines physikalischen Maßes, zum Beispiel ein Abstand oder Winkel zwischen der lokalisierten externen Vorrichtung und der mindestens einen zweiten Landmarke.
Die erfindungsgemäße Trainingseinrichtung weist eine erste Trainingsschnittstelle zum Empfangen von Eingangstrainingsdaten auf, welche medizinische Bilddaten von Testpersonen einer Trainingsdatenbasis umfassen. Die erfindungsgemäße Trainingseinrichtung umfasst auch eine zweite Trainingsschnittstelle zum Empfangen von Ausgangstrainingsdaten, welche den Eingangstrainingsdaten zugeordnet sind. Dabei umfassen die Ausgangstrainingsdaten Landmarken, welche eine vorbekannte Position eines ersten Teilabschnitts und eine gewünschte Position bzw. eine zu überprüfende Position eines zweiten Teilabschnitts einer in einen Patientenkörper eingeführten Vorrichtung markieren, sowie Daten zur Identifizierung und Lokalisierung des ersten und zweiten Teilabschnitts der in einen Patientenkörper eingeführten Vorrichtung. Teil der erfindungsgemäßen Trainingseinrichtung ist auch eine Trainingseinheit zum Trainieren einer Funktion basierend auf den Trainingseingangsdaten und den Trainingsausgangsdaten sowie eine Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der trainierten Funktion. Die erfindungsgemäße Trainingseinrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Trainingsverfahrens.
Die erfindungsgemäße bildgebende medizintechnische Einrichtung weist die Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung und die erfindungsgemäße Trainingseinrichtung auf. Die erfindungsgemäße bildgebende medizintechnische Einrichtung vereint die Vorteile der erfindungsgemäßen Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung und der erfindungsgemäßen Trainingseinrichtung.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung und der erfindungsgemäßen Trainingseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Landmarkendetektionseinheit und die Identifizierungseinheit der Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung und die Trainingseinheit der Trainingseinrichtung.
Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete medizintechnische Bildgebungseinrichtungen gegebenenfalls unter Nachrüstung benötigter Hardware, auf einfache Weise durch ein Software-Update dazu eingerichtet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer medizintechnischen Bildgebungseinrichtung ladbar ist und Programmabschnitte umfasst, um alle Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm in der medizintechnischen Bildgebungseinrichtung ausgeführt wird.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Durch eine Software-Implementierung sind die Verfahren reproduzierbar und wenig fehleranfällig auf unterschiedlichen medizintechnischen Bildgebungseinrichtungen durchführbar.
Zum Transport zur Speichereinrichtung der medizintechnischen Bildgebungseinrichtung und/oder zur Speicherung an der medizintechnischen Bildgebungseinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise eine Rechnereinheit, einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Bevorzugt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung mindestens einer der Lokalisierungsschritte oder Detektionsschritte basierend auf künstlicher Intelligenz. Beispielsweise erfolgt die Detektion der mindestens einen ersten Landmarke durch Anwendung künstlicher Intelligenz, abgekürzt mit KI. Die mindestens eine erste Landmarke umfasst typischerweise ein oder mehrere besonders markante und leicht aufzufindende Körperteile, welches bzw. welche sich erwartungsgemäß in der Nähe eines ersten aufzufindenden Abschnitts der externen Vorrichtung befindet bzw. befinden. Allerdings kann ein solches Körperteil, zum Beispiel das Schlüsselbein eines Patienten, von einer idealen Form deutlich abweichen, so dass ein modellbasierter Ansatz möglicherweise eine geringere Trefferquote aufweisen würde. Auch die externe, in den Körper eines Patienten eingeführte Vorrichtung kann vorzugsweise mit einem KI-basierten Ansatz leichter erkannt werden, da auch bei dem Auffinden von einzelnen Teilabschnitten der externen Vorrichtung individuelle anatomische Gegebenheiten oder Unterschiede von Vorrichtungen gleichen Typs durch KI-basierte Ansätze flexibler und effektiver berücksichtigt werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung umfasst die mindestens eine erste Subregion mindestens eine Eintrittsstelle der externen Vorrichtung in den Patientenkörper. Ist eine Eintrittsstelle bekannt, was notwendigerweise der Fall ist, da die Insertion der externen Vorrichtung ja vorab durch die Eintrittsstelle vorgenommen werden muss, so ist auch die Position der mindestens einen ersten Subregion, bei oder in der sich die Eintrittsstelle befindet, leicht zu lokalisieren. Die Auffindung wird noch dadurch erleichtert, dass mindestens eine erste Landmarke lokalisiert wird, die in oder nahe bei dieser mindestens einen ersten Subregion positioniert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung wird die mindestens eine zweite anatomische Landmarke in einer Subregion lokalisiert, in oder bei der, also gegebenenfalls in deren Nachbarregion, die Position eines Endabschnitts der externen Vorrichtung zu erwarten ist. Ein solcher Endabschnitt einer externen, in den Körper eines Patienten einzuführenden Vorrichtung ist ein entscheidendes Funktionselement, beispielsweise eine Katheterspitze oder ein Sondenkopf, mit dem eine möglicherweise lebenswichtige Körperfunktion eines Patienten aufrechterhalten oder unterstützt wird. Für die Lokalisierung dieses Endabschnitts ist es also besonders wichtig, dass deren Positionierung korrekt ist, damit sie ihre lebenswichtige Funktion auch wahrnehmen kann.
Die externe, in einen Patientenkörper eingeführte Vorrichtung kann zum Beispiel folgende Vorrichtungs-Typen umfassen:

- einen zentralen venösen Katheter, der über eine Vene eines Patienten eingeführt ist,
- einen peripher eingeführten zentralen Katheter, der über eine Vene eines Arms eines Patienten eingeführt ist,
- eine endotracheale Sonde, die über den Mund und die Trachea eines Patienten eingeführt ist,
- eine nasogastrale Sonde, die über die Nase eines Patienten eingeführt ist.

Wird nun zum Beispiel die Spitze eines venösen Katheters falsch eingeführt bzw. positioniert, so kann es zu einer Blockade des Blutflusses bzw. zu einer Thrombose kommen. Bei einer falsch eingeführten Sonde, sei es durch den Mund oder die Nase, kann es zum Beispiel zu einem Ersticken eines Patienten kommen, wenn dadurch die Atemwege des betreffenden Patienten blockiert werden. Mithin ist es entscheidend, dass der Endabschnitt der externen Vorrichtung, das ist vorzugsweise der zweite Teilabschnitt der externen Vorrichtung, beispielsweise eine Katheterspitze oder eine Sondenspitze, sich an der korrekten Position befinden. Vorteilhaft werden durch die vorzugsweise automatisierte Überprüfung dieser Position Komplikationen bis hin zu einem Versterben des Patienten vermieden.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung als erste anatomische Landmarke eine der folgenden Landmarkenarten verwendet:

- die Luftröhre,
- die Wirbelsäule,
- ein Längsknochen.

Als erste Subregion wird bevorzugt ein Bereich gewählt, bei dem mehrere wichtige Gefäße zusammenlaufen. Vorteilhaft kann es als gesichert gelten, dass bis zu der Verzweigung die externe in den Körper eines Patienten eingeführte Vorrichtung korrekt positioniert ist. Interessant wird es dann an der Verzweigung, wobei sich die Frage stellt, ob die externe Vorrichtung an der Verzweigung korrekt weiterverläuft. Da in der ersten Subregion ein erster Abschnitt der externen Vorrichtung aufgefunden wurde, kann nun durch Weiterverfolgen der externen Vorrichtung von dieser Position aus ein Verlauf der externen Vorrichtung durch die korrekte Abzweigung geprüft werden.
Die Luftröhre eignet sich zum Beispiel als Markierung bzw. Landmarke für die Einführung von im Atmungsbereich eingesetzten Sonden. Die Wirbelsäule verläuft in Längsrichtung des Körpers und eignet sich als Landmarke besonders für längs im Körper verlaufende Vorrichtungen. Ein Längsknochen kann ebenfalls den Verlauf einer in Längsrichtung des Körpers verlaufenden Vorrichtung, insbesondere die Richtung dieses Verlaufs gut wiedergeben bzw. markieren.
Gut für eine Markierung einer Eintrittsstelle einer externen Vorrichtung eignet sich auch das Schlüsselbein, welches nahe bei einer Eintrittsstelle einer Vorrichtung im oberen Rumpf- oder Halsbereich positioniert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung erfolgt das Lokalisieren der externen Vorrichtung in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion bevorzugt basierend auf dem bereits lokalisierten ersten Teilabschnitt der externen Vorrichtung durch kontinuierliches Fortsetzen der Lokalisierung der Vorrichtung über die Subregion des mindestens einen ersten Teilabschnitts hinaus. Vorteilhaft wird bei der Suche nach der Vorrichtung in der mindestens einen zweiten Subregion als Ausgangspunkt die mindestens eine erste Subregion genutzt, in der sich die externe Vorrichtung mit Sicherheit befindet. Nun kann der Verlauf der externen Vorrichtung anhand von Bilddaten detektiert werden und gegebenenfalls bis zu der zweiten Subregion bzw. bis zum zweiten Teilabschnitt der externen Vorrichtung verfolgt werden, so dass der gesuchte zweite Teilabschnitt, der sich bestenfalls in der zweiten Subregion befindet, leicht aufzufinden ist.
Besonders bevorzugt erfolgt eine Lokalisierung der externen Vorrichtung oder von Teilabschnitten der externen Vorrichtung durch eine gezielte Suche nach einem bestimmten Typ einer solchen Vorrichtung. Ist zum Beispiel die Form des mindestens einen ersten Teilabschnitts und/oder des mindestens einen zweiten Teilabschnitts der externen Vorrichtung bekannt, so kann der jeweilige Teilabschnitt in einer medizinischen Bilddarstellung leichter wiedergefunden werden. Auch ein voraussichtlicher Verlauf einer externen Vorrichtung im Körper des Patienten hängt meist von deren Typ ab. Ist der voraussichtliche Verlauf der externen Vorrichtung bekannt, so kann dieser für ein Auffinden eines Teilabschnitts, insbesondere des Endabschnitts der externen Vorrichtung genutzt werden. Vorteilhaft können auch gleichzeitig vorhandene unterschiedliche Vorrichtungen in den medizinischen Bilddaten nach unterschiedlichen Typen getrennt werden. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann wichtig, wenn sich einzelne externe Vorrichtungen auf dem Bild kreuzen oder zumindest berühren, so dass ein weiterer Verlauf einer externen Vorrichtung nicht ohne Weiteres erkennbar ist.
Besonders bevorzugt erfolgt eine Klassifizierung der externen Vorrichtung bei der Lokalisierung nach mindestens einem der folgenden Kriterien:

- eine unterschiedliche Dicke,
- eine unterschiedliche Erscheinungsform,
- eine unterschiedliche Farbe.

Vorteilhaft können nun unterschiedliche in den Körper eines Patienten eingeführte oder auf der Oberfläche des Körpers verlaufende Vorrichtungen leichter voneinander unterschieden werden, auch wenn sie auf den Bilddaten miteinander in Kontakt stehen. Beispielsweise kann ein Katheter von einem EKG-Kabel durch seine Dicke unterschieden werden. Auch die Erscheinungsform einzelner Abschnitte eines Katheters oder einer Sonde unterscheiden sich von EKG-Kabeln. Auch die Farbe der unterschiedlichen Vorrichtungen oder deren Musterung kann zumindest indirekt zur Unterscheidung genutzt werden.
Ist zum Beispiel ein Schlauch heller, so bedeutet dies weniger Röntgen-Transparenz. Dies ist ein Merkmal, welches verschiedene Schläuche unterscheiden lässt (z.B. Schläuche mit oder ohne geführte Flüssigkeiten). Ansonsten gibt es Schläuche deren Wände aus bestimmten Materialien hergestellt sind und somit einen kontinuierlichen oder regelmäßig wechselnden Gewebe-Muster-Farbverlauf haben können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines herkömmlichen Verfahrens zur automatisierten Detektion einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung,
2 eine schematische Darstellung von typischen Einführungspfaden eines zentralen venösen Katheters in einen menschlichen Körper sowie die statistische Verteilung der Position der Katheterspitze,
3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
4 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
5 eine schematische Darstellung von Eingangsvektoren und Ausgangsvektoren für das in 4 veranschaulichte Trainingsverfahren,
6 eine schematische Darstellung einer Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine schematische Darstellung einer Trainingseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist ein Flussdiagramm 100 zur Veranschaulichung eines herkömmlichen Verfahrens zur automatisierten Detektion einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung, in diesem Fall ein Katheter, dargestellt. Bei dem Schritt 1.1 wird KI-basiert ermittelt, ob der Katheter in einer Bilddarstellung vorhanden ist. Da nicht bekannt ist, wo sich der Katheter befindet, wird herkömmlich das ganze Bild einer KI-basierten Auswertung unterzogen. Wird bei dem Schritt 1.1 ermittelt, dass der Katheter vorhanden ist, so wird bei dem Schritt 1.II eine Kathetersegmentierung vorgenommen. Anschließend erfolgt bei dem optionalen Schritt 1.III eine Instanzentrennung.
Der Schritt der Instanzentrennung umfasst einen optionalen Schritt zur Aufbereitung der Segmentierungsergebnisse. Werden mehrere voneinander getrennte Bereiche im Bild segmentiert, kann anhand von Kriterien festgestellt werden, ob alle segmentierten Bereiche dem gewünschten Objekt entsprechen bzw. diesem zuzuordnen sind oder fälschlicherweise erzeugt wurden, beispielsweise aufgrund von Artefakten.
Bei dem Schritt 1.IV wird eine ROI (ROI = region of interest = Zielbereich) detektiert, in der sich der Katheter befindet. Für diesen Schritt kann ein aktives Konturmodell oder ein neuronales Netz verwendet werden. Bei dem Schritt 1.V erfolgt eine Wahl einer sogenannten Saat bzw. eines Startpunkts für eine automatische oder manuelle Nachverfolgung eines Katheters. Danach wird bei dem Schritt 1.VI ein sogenanntes Katheter-Tracing also ein Nachverfolgen des Katheters durchgeführt. Für das Katheter-Tracing werden auch die separierten Instanzen hinzugezogen. Weiterhin wird bei dem Schritt 1.VII eine Katheterklassifizierung durchgeführt. Beispielsweise gibt es Typen von Kathetern mit einer Spitze oder mit zwei Spitzen, die bei dieser Klassifizierung separiert werden. Bei dem Schritt 1.VIII wird eine Lokalisierung der Spitze(n) des Katheters vorgenommen. Ein Venenkatheter hat zum Beispiel eine Spitze am unteren Ende, die bei diesem Schritt identifiziert und lokalisiert wird. Zusätzlich erfolgt bei dem Schritt 1.IX eine Klassifizierung einer Position des Katheters als normal oder abnormal. Schließlich wird bei dem Schritt 1.X ein Endergebnis der Qualitätsprüfung mitgeteilt.
In 2 ist eine schematische Darstellung 20 von typischen Einführungspfaden eines zentralen venösen Katheters K in einen menschlichen Körper 21 sowie die statistische Verteilung der Position der Katheterspitze KS durch die Ziffern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 gezeigt. Als Einführungseingänge sind die linke und rechte subclaviane Vene rsv, lsv im Bereich des rechten und linken Schlüsselbeins, denen die Ziffern 4 und 5 zugeordnet sind, und die rechte und linke interne jugulare Vene RIJV, LIJV im linken und rechten Halsbereich, denen die Ziffern 6 und 7 zugeordnet sind, gezeigt. Beispielhaft ist in 2 gezeigt, dass der Katheter K über die rechte interne jugulare Vene RIJV eingeführt wurde und die Katheterspitze KS in der Vena cava, die in 2 mit einem rechteckigen Kasten sowie der Ziffer 2 markiert ist, positioniert ist.
Die in jeweils vier Quadraten angegebenen Prozentzahlen, die den jeweiligen Ziffern 1 bis 8 zugeordnet sind, geben die Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der Katheterspitze KS an, wenn sie durch einen der vier genannten Eintrittsorte RIJV, LIJV, rsv, lsv eingeführt wurde. Dabei ist das Quadrat oben links der rechten internen jugularen Vene RIJV als Eintrittsort zugeordnet, ist das Quadrat oben rechts der linken internen jugularen Vene LIJV als Eintrittsort zugeordnet, ist das Quadrat links unten der rechten subclavianen Vene rsv als Eintrittsort zugeordnet und ist das Quadrat rechts unten der linken subclavianen Vene lsv als Eintrittsort zugeordnet. Beispielsweise gibt das linke obere Quadrat neben der Ziffer 2 eine Wahrscheinlichkeit von 32,6 Prozent dafür an, dass die Katheterspitze KS bei einer Einführung über die rechte interne jugulare Vene RIJV in dem Bereich 2 der oberen Vena cava positoniert ist. Die Überwachung der Einführung eines zentralen venösen Katheters K kann nun durch Ermitteln von anatomischen Landmarken als Bezugspunkte erfolgen. Beispielsweise kann das Schlüsselbein in den Bereichen 4, 5 sowie der Querfortsatz bis zum Sternoklavikulargelenk als Landmarke genutzt werden, um die Eingangsbereiche eines zentralen Venenkatheters K zu markieren. Durch die Detektion der Landmarken kann ein kleiner Bildausschnitt extrahiert werden, in dem dann ein Abschnitt eines zentralen Venenkathters K KI-basiert erkannt bzw. klassifiziert werden kann. In 2 ist weiterhin zu erkennen, dass die obere Vena Cava, die mit der Ziffer 2 markiert ist, die bevorzugte Position für die Katheterspitze KS ist. Um diesen Umstand zu veranschaulichen, ist dieser Bereich durch einen rechteckigen Rahmen markiert. Daher besteht eine Möglichkeit darin, um die Qualität der Positionierung der Katheterspitze KS ermitteln zu können, das rechte Atrium des Herzens 22, das in 2 mit der Ziffer 1 markiert ist, als zweite Landmarke zu detektieren, sich auf eine dazu nahe Subregion zu beschränken, die Katheterspitze KS in der Subregion KI-basiert zu lokalisieren und zu identifizieren und eine Positionierungsqualität durch Messen eines Abstands d zwischen der lokalisierten Katheterspitze KS und der zweiten Landmarke, d.h. dem Zentrum des rechten Atriums zu ermitteln. Es gibt Anwendungen, bei denen die Position 2 der Vana cava die optimale Position ist. Bei manchen Anwendungen ist es aber auch ausreichend, wenn sich die Katheterspitze KS in dem Bereich 3 befindet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich je nach Anwendung eine andere Position nach der Katheterspitze KS absuchen.
In 3 ist ein Flussdiagramm 300 gezeigt, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität eines in einen Patientenkörper eingeführten Katheters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 3.1 werden Bilddaten BD von dem Patientenkörper erfasst. Beispielsweise werden Röntgenbilddaten von dem betreffenden Patienten erfasst bzw. empfangen, welche den Katheter im Körper des Patienten abbilden. Anschließend werden bei dem Schritt 3.II erste anatomische Landmarken LM1 von einer ersten Subregion, in der der Katheter erwartungsgemäß positioniert ist, detektiert. Die Detektion erfolgt automatisiert durch Anwendung eines künstlichen neuronalen Netzes, wobei die Bilddaten nur der ersten Subregion auf dort vermutete Landmarken hin ausgewertet werden. Die erste Subregion umfasst beispielsweise die in 2 mit der Ziffer 7 markierte linke interne jugulare Vene LIJV. Da der Katheter über die linke interne jugulare Vene LIJV in den Körper des Patienten eingeführt wurde, ist es der überwachenden Person bekannt, dass der Katheter in der ersten Subregion verlaufen muss. Typische Landmarken in diesem Bereich sind das Schlüsselbein sowie der Querfortsatz bis zum Sternoklavikulargelenk.
Bei dem Schritt 3. III wird nun ein Teilabschnitt TA1 des Katheters in der ersten Subregion gesucht. Beispielsweise erfolgt die Suche KI-basiert durch eine Auswertung des Bildbereichs der ersten Subregion. Für den Fall, dass ein Katheterabschnitt TA1 in der ersten Subregion detektiert wird, was in 3 mit „j“ gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 3.IV übergegangen, bei dem eine zweiten Landmarke LM2 in einer zweiten Subregion, in der sich die Spitze TA2 des Katheters erwartungsgemäß befindet, ermittelt bzw. lokalisiert wird. Eine solche Subregion umfasst zum Beispiel die obere Vena cava bzw. obere Hohlvene, durch die das sauerstoffarme Blut zum rechten Vorhof des Herzen gepumpt wird. Als zweite Landmarke LM2 eignet sich aber auch zum Beispiel der rechte Vorhof des Herzens, der auch als rechtes Atrium bezeichnet wird und besonders einfach zu lokalisieren ist. Bei dem Schritt 3.V erfolgt dann eine KI-basierte Detektion der Katheterspitze in an den rechten Vorhof des Herzens anschließenden Subregionen, wie zum Beispiel die obere Vena cava. Wird die Katheterspitze in einer der Subregionen in der Nähe des rechten Atriums gefunden, so wird bei dem Schritt 3.VI eine Qualität Q der Positionierung der Katheterspitze in dem klinisch relevanten Bereich durch Messen eines Abstands d_TA2 der lokalisierten Katheterspitze TA2 von der zweiten Landmarke LM2 ermittelt.
In 4 ist ein Flussdiagramm 400 gezeigt, welches ein Trainingsverfahren, also ein Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion F zur Lokalisierung einer Landmarke LM1, LM2 oder zur Detektion eines ersten Abschnitts TA1 oder eines zweiten Abschnitts TA2 eines Katheters veranschaulicht.
Bei dem Schritt 4.I werden zunächst Eingangstrainingsdaten, in diesem Fall Bilddaten BD, beispielsweise aus einer Datenbank, empfangen, welche individuelle Falldaten von Bildern von katheterisierten Personen aus einer Trainingsdatenbasis umfassen, bei denen der Verlauf des Katheters im Körper bereits bekannt ist. Weiterhin werden bei dem Schritt 3.II den Eingangstrainingsdaten BD zugeordnete, bereits bekannte gelabelte Ausgangsdaten ALD empfangen, welche die gesuchten ersten und zweiten Landmarken LM1, LM2 sowie Teilabschnitte TA1 oder TA2 des Katheters bzw. deren Positionen P_TA1, P_TA2 umfassen und den jeweiligen Bilddaten BD der jeweiligen katheterisierten Personen zuzuordnen sind.
Schließlich erfolgt bei dem Schritt 4.III ein Trainieren eines künstlichen neuronalen Netzes basierend auf den Eingangstrainingsdaten BD und den Ausgangstrainingsdaten ALD. Es soll hierzu erwähnt werden, dass das in 3 veranschaulichte Verfahren mehrstufig ist. Denn es enthält insgesamt vier Suchschritte, bei denen eine KI-basierte Funktion zum Einsatz kommen kann. Als zu suchende Objekte sind hier die erste Landmarke LM1, der erste Katheterteilabschnitt TA1 bzw. dessen Position P_TA1, die zweite Landmarke LM2, der zweite Katheterteilabschnitt TA2 bzw. dessen Position P_TA1 zu nennen. Die Eingangsdaten für den nächsten Schritt umfassen neben den Bilddaten BD auch die Ausgangsdaten von den vorhergehenden Schritten bzw. die bei den vorhergehenden Schritten aufgefunden Daten, d.h. insbesondere die erste Landmarke LM1 sowie den ersten Teilabschnitt TA1 bzw. dessen Position P_TA1 und die zweite Landmarke LM2. Da die jeweiligen Ausgangsdaten ja bekannt sind, können die unterschiedlichen Funktionen F1, F2, F3, F4 für die einzelnen Suchschritte gesondert trainiert werden.
In 5 ist eine schematische Darstellung eines einzelnen Trainingsdatensatzes 50 einer einzelnen Testperson aus einer Datenbank mit einem Eingangstrainingsdatenvektor BD sowie einem Ausgangstrainingsdatenvektor ALD gezeigt.
Ein erster Eingangstrainingsdatenvektor ELD1 umfasst zum Beispiel die Gesamtbilddaten BD, in denen eine erste Landmarke LM1, beispielsweise ein Sternoclaviculargelenk, gesucht wird, mit einer Vielzahl von Voxeln V₁, V₂, V₃, ..., V_N. Der Ausgangstrainingsdatenvektor ALD1 umfasst dann die Position P_LM1 der ersten Landmarke LM1, die zugehörige Subregion SR LM1 sowie angrenzende Subregionen SR_TA1, SR_1a, SR_1b usw., die für das Training der ersten Suchfunktion F1 für den ersten Suchschritt benötigt werden. Der Körper eines Patienten ist beispielsweise in eine Vielzahl von k Subregionen SR_1a, SR_1b usw. eingeteilt, denen jeweils eine Teilmenge BD₁, BD₂, BD₃, ..., BD_k der Voxel V₁, V₂, V₃, ..., V_N der Gesamtbilddaten BD, die N Bildpunkte für die Bilddarstellung eines Körperinneren einer Testperson umfassen, zugeordnet sind.
Ein zweiter Eingangstrainingsdatenvektor ELD2, der für den zweiten Suchschritt benötigt wird, umfasst nun die Ausgangstrainingsdaten ALD1 als Eingangstrainingsdaten ELD2, also die Subregion SR LM1 des Sternoclaviculargelenks sowie angrenzende Subregionen SR_TA1, SR_1a, SR_1b bzw. die diesen zugeordneten Bilddaten BD₁, BD_1a, BD_1b. Dabei 1 < 1a, 1b <= k. Die zu trainierende zweite Funktion F2 sucht nun in den genannten Kandidatenregionen SR_LM1, SR_TA1, SR_1a, SR_1b nach einem ersten Katheterabschnitt TA1. Als zweite Ausgangstrainingsdaten ALD2 werden also die Position des ersten Katheterabschnitts P_TA1 sowie die zugehörige Subregion SR_TA1 verwendet.
Ein dritte Eingangstrainingsdatenvektor ELD3 umfasst nun die Position des ersten Katheterabschnitts P_TA1, die zugehörige Subregion SR_TA1 sowie die gesamten Bilddaten BD. Eine dritte zu trainierende Funktion F3 dient nun dazu, den Katheter von der Subregion SR_TA1 des Katheterabschnitts P_TA1 aus fortzusetzen. Hierzu müssen an die Subregion SR_TA1 angrenzende Subregionen SR_3a, SR_3b, SR_LM2 der Bilddaten BD und an diese jeweils angrenzende Subregionen von der zu trainierenden Funktion durchsucht werden, bis eine zweite Landmarke LM2 gefunden wurde. Als dritter Ausgangstrainingsdatenvektor ALD3 wird dann die Position der zweiten Landmarke P_LM2 sowie die Subregion SR LM2 dieser zweiten Landmarke LM2, beispielsweise das rechte Atrium des Herzens, verwendet.
Als vierte Eingangstrainingsdatenvektor ELD4, werden die Subregion SR_LM2 und die angrenzenden Subregionen SR_4a, SR 4b sowie die zweite Landmarke LM2 bzw. deren Position P_LM2 verwendet.
Die vierten Ausgangstrainingsdaten ALD4 umfassen die gesuchte Subregion SR_TA2 der gesuchten Katheterspitze und deren Position P_TA2.
Anhand einer Vielzahl solcher Trainingsdatensätze 50 lassen sich nun künstliche neuronale Netze F1, F2, F3, F4 derart trainieren, dass sie für eine beliebige zu untersuchende Bilddarstellung die genannten Zwischenschritte ausführen und die Subregion in dem Bild BD, in dem sich die Katheterspitze befindet, ermittelen.
In 6 ist eine Positionierungsqualitäts-Ermittlungseinrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Positionierungsqualitäts-Ermittlungseinrichtung 60 umfasst eine Eingangsschnittstelle 61 zum Erfassen von Bilddaten von einem Patientenkörper eines Patienten. Teil der Positionierungsqualitäts-Ermittlungseinrichtung 60 ist auch eine Landmarkendetektionseinheit 62 zum KI-basierten Detektieren von ersten anatomischen Landmarken LM1 einer ersten Subregion SR_LM1, in der ein Katheterabschnitt erwartungsgemäß positioniert ist. Für die KI-basierte Detektion Der Landmarken LM1 wird aus einer Datenbank 65 eine erste Funktion F1 bezogen, welche auf diese Detektion hin trainiert wurde. Die ermittelte erste Subregion SR_LM1 sowie die Bilddaten BD werden an eine Identifizierungseinheit 63 zum KI-basierten Lokalisieren eines Teilabschnitts TA1 des Katheters in oder bei der ersten Subregion SR_LM1 übermittelt, welche ebenfalls Teil der Positionierungsqualitäts-Ermittlungseinrichtung 60 ist. Für die KI-basierte Detektion bzw. Lokalisierung des ersten Teilabschnitts TA1 wird aus einer Datenbank 65 eine zweite Funktion F2 bezogen, welche auf diese Detektion hin trainiert wurde. Der ermittelte Teilabschnitts TA1 und dessen Subregion SR TA1 werden an die Landmarkendetektionseinheit 62 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, eine zweite Landmarke LM2 in einer zweiten Subregion SR_LM2, in deren Umfeld sich die Katheterspitze befindet, zu ermitteln. Für die KI-basierte Detektion der zweiten Landmarke LM2 wird aus einer Datenbank 65 eine dritte Funktion F3 bezogen, welche auf diese Detektion hin trainiert wurde. Die ermittelte zweite Landmarke LM2 und deren Subregion SR_LM2 werden an die Identifizierungseinheit 63 übermittelt, welche dazu eingerichtet ist, die Katheterspitze durch Fortsetzung des Katheters von der ersten Subregion SR TA1 zu finden bzw. zu lokalisieren. Für die KI-basierte Detektion der Kathetersptze wird aus einer Datenbank 65 eine vierte Funktion F4 bezogen, welche auf diese Detektion hin trainiert wurde. Die Information bezüglich der ermittelten Katheterspitze TA2 sowie deren Subregion SR_TA2 werden an eine Qualitätsermittlungseinheit 64 übermittelt. Die Qualitätsermittlungseinheit 64 ist dazu eingerichtet, eine Qualität Q der Positionierung der Katheterspitze in dem klinisch relevanten Bereich durch Messen eines Abstands d der lokalisierten Katheterspitze TA2 von der zweiten Landmarke LM2 zu ermitteln.
In 7 ist eine Trainingseinrichtung 70 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Trainingseinrichtung 70 umfasst eine erste Trainingsschnittstelle 71a zum Empfangen von Eingangstrainingsdaten ELD, welche die in 5 veranschaulichte Gestalt umfassen, sowie eine zweite Trainingsschnittstelle 71b zum Empfangen von Ausgangstrainingsdaten ALD, eigentlich Ausgangstrainingsdaten ALD1, ALD2, ALD3, ALD4, welche den Eingangstrainingsdaten ELD, eigentlich Eingangstrainingsdaten ELD1, ELD2, ELD3, ELD4, zugeordnet sind, wobei die Eingangstrainingsdaten ELD und die Ausgangstrainingsdaten ALD jeweils die in 5 gezeigte Gestalt haben. Die Trainingseinrichtung 70 umfasst zudem eine Trainingseinheit 72, die dazu eingerichtet ist, ein künstliches neuronales Netz basierend auf den Trainingseingangsdaten ELD und den Trainingsausgangsdaten ALD zu trainieren. Weiterhin umfasst die Trainingseinrichtung 70 auch eine Ausgangsschnittstelle 73 zum Ausgeben des erzeugten künstlichen neuronalen Netzes F1, F2, F3, F4 an eine Datenbank 65 (siehe 6).
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Positionierungsqualität einer in einen Patientenkörper (21) eingeführten externen Vorrichtung (K), aufweisend die Schritte: - Erfassen von Bilddaten (BD) von dem Patientenkörper (21), welche die externe Vorrichtung (K) im Inneren des Patientenkörpers (21) darstellen, - Detektieren mindestens einer ersten anatomischen Landmarke (LM1) in oder bei mindestens einer ersten Subregion (SR_TA1), in der die externe Vorrichtung (K) erwartungsgemäß positioniert ist, - Suchen mindestens eines ersten Teilabschnitts (TA1) der externen Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen ersten Subregion (SR_TA1) und für den Fall, dass die externe Vorrichtung (K) detektiert und lokalisiert wurde: - Detektieren mindestens einer zweiten anatomischen Landmarke (LM2) in oder bei mindestens einer zweiten Subregion (SR_TA2), durch welche die externe Vorrichtung (K) erwartungsgemäß verläuft und welche einen klinisch relevanten Bereich umfasst, - Detektieren und Lokalisieren mindestens eines zweiten Teilabschnitts (TA2) der externen Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion (SR_TA2) basierend auf dem bereits lokalisierten Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung, - Ermitteln einer Qualität (Q) der Positionierung des mindestens einen zweiten Teilabschnitts (TA2) der externen Vorrichtung (K) durch Messen eines geeigneten Maßes (d) zwischen dem lokalisierten mindestens einen zweiten Teilabschnitt (TA2) der externen Vorrichtung (K) und der mindestens einen zweiten Landmarke (LM2).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der Lokalisierungsschritte oder Detektionsschritte KI-basiert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine erste Subregion (SR_TA1) eine Eintrittsstelle der externen Vorrichtung (K) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine zweite anatomische Landmarke (LM2) in einer Subregion (SR LM2) lokalisiert ist, in oder bei der die Position eines Endabschnitts der externen Vorrichtung (K) zu erwarten ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die externe Vorrichtung (K) einen der folgenden Vorrichtungs-Typen umfasst: - einen zentralen venösen Katheter, der über eine Vene in den Patientenkörper (21) eingeführt ist, - einen peripher eingeführten zentralen Katheter, der über eine Vene des Arms des Patienten eingeführt ist, - eine endotracheale Sonde, die über den Mund und die Trachea des Patienten eingeführt ist, - eine nasogastrale Sonde, die über die Nase des Patienten eingeführt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als erste anatomische Landmarke (LM1) eine der folgenden Landmarkenarten verwendet wird: - die Luftröhre, - die Wirbelsäule, - ein Längsknochen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lokalisieren der Vorrichtung in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion (SR_TA2) basierend auf dem bereits lokalisierten ersten Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung (K) durch kontinuierliches Fortsetzen der Lokalisierung der externen Vorrichtung (K) über die mindestens eine Subregion (SR_TA1) des mindestens einen ersten Teilabschnitts (TA1) hinaus erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als erste Subregion (SR_TA1) ein Bereich gewählt wird, bei dem mehrere wichtige Gefäße zusammenlaufen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Lokalisierung der externen Vorrichtung (K) durch eine gezielte Suche nach einem bestimmten Typ einer solchen externen Vorrichtung (K) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Klassifizierung der externen Vorrichtung (K) bei der Lokalisierung nach mindestens einer der folgenden Kriterien erfolgt: - unterschiedliche Dicke, - unterschiedliche Erscheinungsform, - unterschiedliche Farbe.
Verfahren zum Bereitstellen einer trainierten Funktion (F1, F2, F3, F4), aufweisend die Schritte: - Empfangen von Eingangstrainingsdaten (ELD), welche Bilddaten von Testpersonen einer Trainingsdatenbasis umfassen, - Empfangen von Ausgangstrainingsdaten (ALD), welche den Eingangstrainingsdaten (ELD) zugeordnet sind, wobei die Ausgangstrainingsdaten (ALD) Landmarken (LM1, LM2), welche mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Abschnitt (TA1, TA2) einer in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung (K) zugeordnet sind, sowie Daten (P_TA1, P_TA2) zur Identifizierung und Lokalisierung des mindestens einen ersten und zweiten Abschnitts (TA1, TA2) der in einen Patientenkörper eingeführten externen Vorrichtung (K) umfassen, - Trainieren einer Funktion (F1, F2, F3, F4) durch einen auf maschinellem Lernen basierenden Algorithmus basierend auf den Eingangstrainingsdaten (ELD) und den Ausgangstrainingsdaten (ALD).
Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung (60), aufweisend: - eine Eingangsschnittstelle (61) zum Erfassen von Bilddaten (BD) von einem Patientenkörper (21) eines Patienten, welche die externe Vorrichtung (K) im Inneren des Patientenkörpers (21) darstellen, - eine Landmarkendetektionseinheit (62) zum Detektieren von ersten anatomischen Landmarken (LM1) in oder bei mindestens einer ersten Subregion (SR_TA1), in der die Vorrichtung erwartungsgemäß positioniert ist, - eine Identifizierungseinheit (63) zum Suchen und Lokalisieren mindestens eines ersten Teilabschnitts (TA1) der externen Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen ersten Subregion (SR_TA1), wobei - die Landmarkendetektionseinheit (62) dazu eingerichtet ist, für den Fall, dass die externe Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen ersten Subregion (SR_TA1) detektiert wurde, mindestens eine zweite Landmarke (LM2) in oder bei mindestens einer zweiten Subregion (SR_TA2), durch welche die Vorrichtung erwartungsgemäß verläuft und welche einen klinisch relevanten Bereich umfasst, zu detektieren, und - die Identifizierungseinheit (63) dazu eingerichtet ist, die externe Vorrichtung (K) in oder bei der mindestens einen zweiten Subregion (SR_TA2) basierend auf dem bereits lokalisierten mindestens einen ersten Teilabschnitt (TA1) der externen Vorrichtung (K) zu lokalisieren, - eine Qualitätsermittlungseinheit (64) zum Ermitteln einer Qualität der Positionierung des mindestens einen zweiten Teilabschnitts (TA2) der externen Vorrichtung (K) durch Messen eines geeigneten Maßes (d) zwischen dem mindestens einen lokalisierten zweiten Teilabschnitt (TA2) der externen Vorrichtung (K) und der zweiten Landmarke (LM2).
Trainingseinrichtung (70), aufweisend: - eine erste Trainingsschnittstelle (71a) zum Empfangen von Eingangstrainingsdaten (ELD), welche Bilddaten (BD) von Testpersonen einer Trainingsdatenbasis umfassen, - eine zweite Trainingsschnittstelle (71b) zum Empfangen von Ausgangstrainingsdaten (ALD), welche den Eingangstrainingsdaten (ELD) zugeordnet sind, wobei die Ausgangstrainingsdaten (ALD) Landmarken (LM1, LM2), welche einem mindestens einen ersten und einem mindestens einen zweiten Teilabschnitt (TA1, TA2) einer in einen Patientenkörper (21) eingeführten externen Vorrichtung (K) zugeordnet sind, sowie Daten zur Identifizierung und Lokalisierung des mindestens einen ersten und zweiten Teilabschnitts (TA1, TA2) der in den Patientenkörper (21) eingeführten externen Vorrichtung (K) umfassen, - eine Trainingseinheit (72) zum Trainieren einer Funktion (F1, F2, F3, F4) basierend auf den Trainingseingangsdaten (ELD) und den Trainingsausgangsdaten (ALD), - eine Ausgangsschnittstelle (73) zum Ausgeben der trainierten Funktion (F1, F2, F3, F4).
Medizintechnische bildgebende Einrichtung, aufweisend: - eine Positionierungsqualität-Ermittlungseinrichtung (60) nach Anspruch 12, - eine Trainingseinrichtung (70) nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einer Speichereinrichtung einer Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.