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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Bildgebungseinrichtung, wobei ein mit der Bildgebungseinrichtung, insbesondere durch Multienergie-Computertomographie, aufgenommener Bilddatensatz, insbesondere der Computertomographie, ausgewertet wird, aus dem durch Bildverarbeitung Verarbeitungsdatensätze ermittelbar sind, die unterschiedliche Bilddateninhalte wiedergeben. Daneben betrifft die Erfindung eine Bildgebungseinrichtung, insbesondere eine Computertomographieeinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Die medizinische Bildgebung ist eine Grundlage moderner medizinischer Diagnostik. Durch immer fortschrittlichere Bildgebungsverfahren und Bildgebungstechniken wird eine Vielzahl an Informationen über das Innere des menschlichen Körpers gewonnen, welche jedoch nicht in jedem Fall unmittelbar durch Betrachten eines für eine Darstellungsform aus dem Bilddatensatz abgeleiteten Verarbeitungsdatensatzes ersichtlich sind. Mithin spielen Softwaremittel, insbesondere also Auswertungsalgorithmen, die Datensätze auswerten, eine immer größere Rolle im klinischen Alltag. Neben herkömmlich programmierten Auswertungsalgorithmen bzw. den entsprechenden Computerprogrammen wird auch vermehrt der Einsatz künstlicher Intelligenz vorgeschlagen, sodass Auswertungsalgorithmen bekannt wurden, die trainierte Funktionen, beispielsweise neuronale Netze, umfassen. Auswertungsalgorithmen, insbesondere solche, die künstliche Intelligenzen nutzen, werden zur Lösung von klinischen Fragestellungen, beispielsweise dem Nachverfolgen eines Gefäßes im menschlichen Körper, eingesetzt und hierzu auf Eingangsdaten trainiert bzw. für Eingangsdaten entwickelt, die die zu beurteilenden Bildinhalte, insbesondere hinreichend deutlich, zeigen, sodass später auch zuverlässige Ergebnisinformationen (Ausgangsdaten) geliefert werden können. Das bedeutet, viele Auswertungsalgorithmen sind von dem Datenpool abhängig, welcher zum Training bzw. zur Entwicklung des Auswertungsalgorithmus herangezogen wurde, und liefern nur auf vergleichbaren Eingangsdaten verlässliche Ergebnisse. In der klinischen Praxis ist es bei konventioneller Bildgebung häufig auch so, dass die Bilddaten, die zum Training bzw. zur Entwicklung von Auswertungsalgorithmen genutzt werden, den Bilddaten des Einsatzfeldes ähnlich genug sind, sodass die Auswertungsalgorithmen, die auf einem Datenpool trainiert wurden, bei beliebigen Bildern des Einsatzfeldes angewendet werden können. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass der Aufnahmemodus die finalen Bildeigenschaften in gewisse Grenzen setzt, welche im Nachgang nicht mehr verändert werden können.
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Fortgeschrittene Bildgebungstechniken ermöglichen jedoch eine Vielzahl von Verarbeitungsvarianten, um unterschiedlichste Bildinhalte zu betonen bzw. überhaupt darzustellen. Neben der Tatsache, dass die Anwendung unterschiedlicher Filter, konkret unterschiedlicher Filterkerne, bei Computertomographiedatensätzen bereits deutlich unterschiedliche Bildeindrücke erzeugen kann, ist eine besonders große Vielfalt bei der sogenannten spektralen Röntgenbildgebung, auch Multienergie-Röntgenbildgebung oder Mehrenergie-Bildgebung genannt, gegeben. Beispielsweise werden bei einem Spezialfall der Multienergie-Computertomographie, der Dualenergie-CT, zwei unterschiedliche Röntgenspektren seitens der Strahlungsquelle der Aufnahmeanordnung erzeugt, um zwei unterschiedliche Teildatensätze zu erhalten. Für moderne Computertomographieeinrichtungen setzen sich auch vermehrt sogenannte photonenzählende Röntgendetektoren durch („photon counting CT“). Hierbei ist es sozusagen möglich, einzelne Auftreffereignisse von Röntgenquanten auf den Röntgendetektor zu zählen und hinsichtlich ihrer Energie zu beurteilen, mithin Ereignisse beispielsweise in ein Energiehistogramm einzuordnen, sodass für unterschiedliche Energien und/oder Energieintervalle ebenso Teildatensätze entstehen. Bei der Multienergie-Computertomographie ergibt sich die Möglichkeit, die Bildeigenschaften auch nach Abschluss der Aufnahme des Bilddatensatzes fundamental zu verändern, sodass eine Vergleichbarkeit/ausreichende Ähnlichkeit der entstehenden Verarbeitungsdaten nicht mehr gegeben ist. Dies gilt beispielsweise für die Berechnung monoenergetischer Bilder, die Basismaterialzerlegung (das bedeutet, die Berechnung von äquivalenten Dichten zweier schwächender Materialien) und die Materialunterscheidung, bei der unterschiedliche Materialien im Bild unterschiedlich hervorgehoben oder unterdrückt werden. Daher lassen sich im Fall der Multienergie-Computertomographie die Auswertungsalgorithmen nicht durch einen generalisierten Datenpool ausreichend und in einem sinnvollen Aufwandsrahmen trainieren.
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Dies hat wiederum zur Folge, dass ein Benutzer einer als Computertomographieeinrichtung ausgebildeten Bildgebungseinrichtung in der Auswahl der Darstellungsform stark beschränkt ist, wenn die Aufnahme des Bilddatensatzes einem bestimmten Untersuchungsziel dient. Anstatt einer Darstellungsform, die der Benutzer am liebsten sehen würde, ist dieser in der Darstellungsform derart beschränkt, dass sie sich als Eingangsdaten für den Auswertungsalgorithmus eignen. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Benutzer entweder nicht den vollen Umfang der Möglichkeiten der spektralen Röntgenbildgebung nutzen kann oder auf die Unterstützung von Auswertungsalgorithmen verzichten muss. In jedem Fall muss der Benutzer einen Kompromiss eingehen, um beispielsweise eine Diagnose erstellen zu können, und kann nicht das volle Potenzial der Bildgebung und der Befundungswerkzeuge nutzen.
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So ist in einem Beispiel die Berechnung der aufgefalteten Wirbelsäule bei einem berechneten monoenergetischen 40 keV-Bild weniger erfolgreich, sondern erst bei höheren Energien, insbesondere größer als 70 keV, hinreichend verlässlich möglich, auch wenn die Wirbelsäule für einen Anwender in beiden Fällen klar zu erkennen ist. In einem anderen Beispiel lässt sich beispielsweise eine Gefäßdarstellung auf einem sogenannten VNC-Bild (Virtual-Non-Contrast-Bild) nicht berechnen, auch wenn für gewisse Fragestellungen, beispielsweise die Stärke der Kalzifizierung, das VNC-Bild für den Anwender hilfreich wäre.
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Dabei wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, Auswertungsalgorithmen für unterschiedliche Darstellungsformen separat und wiederholt zu trainieren, um für möglichst viele Darstellungsformen die Nutzung der Auswertungsalgorithmen bereitzustellen. Dies ist jedoch nur sehr eingeschränkt möglich, da es einerseits für jede Darstellungsform eine separate Entwicklung bedeutet, andererseits jedoch, insbesondere im Fall der Multienergie-Computertomographie, viele Darstellungsformen existieren, die für den Auswertungsalgorithmus nicht sinnvoll zu verarbeiten sind, jedoch einen klinischen Nutzen haben, beispielsweise die soeben beschriebene Gefäßdarstellung ohne Kontrastmittel, was jedoch zur Folge hat, dass die Gefäße von den Algorithmen nicht mehr aufgefunden werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes, insbesondere Synergieeffekte erlaubendes Auswertungsverfahren anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Bildgebungseinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß umfasst ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Bildgebungseinrichtung zur Auswertung eines mit der Bildgebungseinrichtung, insbesondere durch Multienergie-Computertomographie, aufgenommenen Bilddatensatzes, insbesondere der Computertomographie, aus dem durch Bildverarbeitung Verarbeitungsdatensätze ermittelbar sind, die unterschiedliche Bilddateninhalte wiedergeben, folgende Schritte:
- - Empfang wenigstens einer eine gewünschte Darstellungsform des Bilddatensatzes beschreibenden Benutzerinformation,
- - Bereitstellung wenigstens einer Anforderungsinformation, die angeforderte Eingangsdaten wenigstens eines, insbesondere gemäß der Benutzerinformation, zu verwendenden Auswertungsalgorithmus beschreibt,
- - Ermittlung wenigstens eines ersten, der Darstellungsform entsprechenden Verarbeitungsdatensatzes gemäß der Benutzerinformation und wenigstens eines zweiten, als Eingangsdaten für den jeweiligen Auswertungsalgorithmus verwendbaren Verarbeitungsdatensatzes gemäß der Anforderungsinformation,
- - Anwenden des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus auf den jeweiligen zweiten Verarbeitungsdatensatz zur Ermittlung einer Auswertungsinformation, und
- - Ausgabe des ersten Verarbeitungsdatensatzes und der Auswertungsinformation an einer Darstellungseinrichtung.
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Dabei kann in Ausführungsbeispielen auch die Aufnahme des Bilddatensatzes an sich einen Teil des Verfahrens darstellen, nachdem es beispielsweise bekannt ist, bereits vor Durchführung der Untersuchung, mithin der Bilddatenaufnahme, nicht nur die danach gewünschte Darstellungsform an einer Eingabeeinrichtung der Bildgebungseinrichtung anzugeben, sondern auch bereits im Einklang mit dem Untersuchungsziel Auswertungsalgorithmen bzw. gewünschte Auswertungsinformationen bereitzustellen. Dies gilt insbesondere, nachdem zuvor im Stand der Technik bereits Ausgestaltungen bekannt geworden sind, bei denen zunächst die zu verwendenden Auswertungsalgorithmen bzw. erwünschten Auswertungsinformationen gewählt wurden, welche dann die verfügbaren Darstellungsformen einschränkten, wie oben bereits erläutert. Die vorliegende Erfindung erlaubt es nun mit besonderem Vorteil, aus dem gesamten verfügbaren Pool von Darstellungsformen und Auswertungsalgorithmen zu wählen, nachdem unabhängig von der gewählten Darstellungsform im Hintergrund weitere, zweite Verarbeitungsdatensätze ermittelt werden, die den Einsatz der entsprechenden Auswertungsalgorithmen erlauben. Die Benutzerinformation kann insbesondere von einer Eingabeeinrichtung der Bildgebungseinrichtung, beispielsweise mittels einer Schnittstelle der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Steuereinrichtung, empfangen werden und enthält mithin mit besonderem Vorteil neben den Informationen zur gewünschten Darstellungsform (und gegebenenfalls weiterer Verarbeitungsparameter für den ersten Verarbeitungsdatensatz) auch bereits Informationen zu den zu verwendenden Auswertungsalgorithmen und/oder gewünschten Auswertungsinformationen, die die Ermittlung und Bereitstellung geeigneter Anforderungsinformationen erlauben. Anforderungsinformationen für unterschiedliche zu verwendende Auswertungsalgorithmen können beispielsweise in einer entsprechenden Datenbank und/oder Look-up-Tabelle bereitgestellt werden.
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Sowohl die Benutzerinformation als auch die Anforderungsinformation können Verarbeitungsparameter umfassen, die beschreiben, wie aus dem Bilddatensatz die entsprechenden Verarbeitungsdatensätze hergeleitet werden können. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass die Benutzerinformation wenigstens einen die Ausgabe vorbereitenden Verarbeitungsparameter, insbesondere eine Schichtdicke und/oder eine Schrittweite einer Verdrehung, umfasst. Ferner kann die Benutzerinformation einen einen gewünschten Bildinhalt, insbesondere eine Kontrastinformation, beschreibendenden Bildinhaltsparameter, insbesondere auch als Verarbeitungsparameter, umfassen. Wie bereits erwähnt, ist es denkbar, dass die Benutzerinformation von einer Benutzerschnittstelle der Bildgebungseinrichtung, insbesondere einer Eingabeeinrichtung, empfangen wird.
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Bei der Bildgebungseinrichtung handelt es sich mit besonderem Vorteil um eine Computertomographieeinrichtung, nachdem insbesondere im Bereich der Computertomographie eine Vielzahl von Aufnahmetechniken existiert, bei denen aus den entstehenden Bilddatensätzen Verarbeitungsdatensätze einer Darstellungsform abgeleitet werden können, die unterschiedliche Bildinhalte hervorheben bzw. zeigen. Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch denkbar, die hier beschriebene Vorgehensweise auf andere Arten von Bildgebungseinrichtungen zu übertragen, beispielsweise zweidimensional bildgebende Röntgeneinrichtungen oder Magnetresonanzeinrichtungen. Bei Magnetresonanzeinrichtungen können beispielsweise Bilddatensätze betrachtet werden, die, beispielsweise in Teildatensätzen, unterschiedliche Kontraste zeigen und/oder aus denen Verarbeitungsdatensätze, die sich beispielsweise auf unterschiedliche Kontraste beziehen, hergeleitet werden können. Ein Beispiel aus dem Bereich der Magnetresonanzbildgebung ist die sogenannte Dixon-Technik, bei der Teildatensätze zu unterschiedlichen Echozeiten aufgenommen werden, um Spinarten, zwischen denen eine chemische Verschiebung vorliegt, unterscheiden zu können, beispielsweise Spins von in Fett gebundenen Protonen und Spins von in Wasser gebundenen Protonen.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Benutzer an der Bildgebungseinrichtung unmittelbar, bevorzugt über eine dort erfolgende Eingabe, den Erhalt aller Informationen vorbereiten, die er benötigt, wobei er mit Vorliegen des Bilddatensatzes diese - ohne weitere nötige Interaktion - auch entsprechend ausgegeben erhält, beispielsweise an einer Darstellungseinrichtung bereits unmittelbar benachbart der Aufnahmeanordnung. Grundsätzlich kann die Bildgebungseinrichtung neben der eigentlichen Bildaufnahmeeinrichtung mit Aufnahmeanordnung auch einen Auswertungsarbeitsplatz mit Recheneinrichtung zur Befundung und/oder ein Archivierungssystem mit Recheneinrichtung aufweisen, wobei die Auswertungsschritte auch dort stattfinden können. Das Auswertungsverfahren gemäß der Erfindung lässt sich grundsätzlich auch in anderen Recheneinrichtungen, in denen der Bilddatensatz vorliegt, selbstverständlich einsetzen, entfaltet jedoch besondere Vorteile im Kontext der Bildgebungseinrichtung selbst.
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Letztlich wird durch die Erfindung ein kombiniertes Auswertungssystem vorgeschlagen, in dem die dem Benutzer angezeigte Darstellungsform des aufgenommenen Bilddatensatzes von den Verarbeitungsdatensätzen entkoppelt wird, welche für die Berechnungen des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus herangezogen werden. Die Ergebnisse der einzelnen Teilschritte, mithin die Ermittlung des ersten Verarbeitungsdatensatzes und die Ergebnisinformationen des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus, werden schließlich zusammengefasst, sodass der Anmelder als Ausgabe neben der von ihm gewünschten Darstellungsform auch die Auswertungsalgorithmenergebnisse, insbesondere in Form der Auswertungsinformation, erhält.
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Im Verfahren wird die durch Benutzereingabe erhaltene Benutzerinformation hinsichtlich der gewünschten Darstellungsform verwendet, um einen ersten Verarbeitungsdatensatz, der auch als erstes Hilfsvolumen bezeichnet werden kann, mit dieser Darstellungsform zu ermitteln. Zudem werden für jeden zu verwendenden Auswertungsalgorithmus die Verarbeitungsparameter für die für den jeweiligen Auswertungsalgorithmus geeignete Darstellungsform, also die Anforderungsinformation, ermittelt, beispielsweise abgefragt, wobei mit dieser Anforderungsinformation wenigstens ein zweiter Verarbeitungsdatensatz, insbesondere als zweites Hilfsvolumen, ermittelt wird, der dem entsprechenden Auswertungsalgorithmus als Eingangsdaten bereitgestellt wird, um Ergebnisinformationen des Auswertungsalgorithmus zu erhalten, welche dann als oder zur Ermittlung der Auswertungsinformation verwendet werden können.
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Vorteilhafterweise wird also eine algorithmisch unabhängige Infrastruktur zur generalisierten Lösung des Problems optimaler Auswertung und Informationsbereitstellung verwendet, anstatt jeden Auswertungsalgorithmus separat anzupassen und jede Darstellungsform separat anzupassen. Die Benutzereingabe wird von der algorithmischen Berechnung des ersten Verarbeitungsdatensatzes, also des Nutzerbildes, entkoppelt was es insbesondere, worauf noch genauer eingegangen wird, ermöglicht, das Ergebnis des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus auf einen für den Auswertungsalgorithmus ungeeigneten Verarbeitungsdatensatz, nämlich den ersten Verarbeitungsdatensatz, anzuwenden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine verbesserte Ergebnisqualität im Vergleich zu beispielsweise einem erweiterten Training von Auswertungsalgorithmen. Der Aufwand ist bei einem Vergleich zur Anpassung der Auswertungsalgorithmen deutlich reduziert. Ferner können mittels der vorliegenden Erfindung konsistente Auswertungsalgorithmusresultate für die Bewertungen der unterschiedlichen Darstellungsformen sowohl für eine Initialdiagnose als auch für eine Verlaufskontrolle erreicht werden, sodass mit anderen Worten auch eine Standardisierung ermöglicht wird. Die hier beschriebene Lösung ist auf eine beliebige Anzahl von Auswertungsalgorithmen skalierbar. Dies steht im Gegensatz zur bisher bekannten Lösung des Standes der Technik, bei der bei Einsatz von mehreren Auswertungsalgorithmen die Schnittmenge der Darstellungsformen immer kleiner wurde, was im Extremfall dazu führte, dass keine Ausführungsmöglichkeit mehr gegeben war, da keine Darstellungsform als Eingangsdaten für alle Auswertungsalgorithmen geeignet war.
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Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung muss der Benutzer ferner keinerlei Wissen mehr über die Interna der Auswertungsalgorithmen besitzen, um eine geeignete Darstellungsform zu wählen, da dies zumindest für die Anwendung der Auswertungsalgorithmen vollkommen von der von ihm gewünschten Darstellungsform entkoppelt ist und die jeweiligen Ergebnisse erst nachgelagert zusammengeführt werden. Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es ferner erlaubt wird, bestimmte Auswertungsinformationen auch grundsätzlich bereitzustellen, ohne dass hierfür eine Anwahl erforderlich ist oder eine bestimmte Darstellungsform durch den Benutzer ausgewählt werden muss. Die Entscheidung des Benutzers für eine Darstellungsform, mithin Visualisierung, bedeutet keine Restriktion bzw. Beschränkung, was die verwendeten Befundungswerkzeuge angeht.
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Zusammengefasst stellt die vorliegende Erfindung an der Bildgebungseinrichtung mithin eine vereinfachte, weniger eingeschränkte Bedienung, erhöhte Flexibilität und ein qualitativ und mengenmäßig verbessertes Auswertungs- und Darstellungsergebnis bereit.
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Dabei ist ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung die Tatsache, dass der erste Verarbeitungsdatensatz ungeeignet ist, um durch den wenigstens einen Auswertungsalgorithmus hieraus sinnvolle Ergebnisse zu erhalten. Mit anderen Worten erfüllt der erste Verarbeitungsdatensatz insbesondere die Anforderung der Anforderungsinformation nicht. Ein für den Erhalt eines zutreffenden Auswertungsergebnisses durch den Auswertungsalgorithmus notwendiger Bildinhalt ist dann zumindest nicht in hinreichendem Maße vorhanden. Dennoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Auswertungsinformation ermittelt und in den Kontext des ersten Verarbeitungsdatensatzes, konkret dessen Darstellungsform, gesetzt werden.
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Während auch Auswertungsalgorithmen, die keine künstliche Intelligenz einsetzen, grundsätzlich im Hinblick auf bestimmte Bildinhalte entwickelt werden und daher bestimmte Eingangsdaten fordern können, ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar, wenn wenigstens eine des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus eine trainierte Funktion umfasst, die unter Verwendung jeweiliger zweiter Verarbeitungsdatensätze trainiert ist oder wird. Eine trainierte Funktion, die auch als Algorithmus der künstlichen Intelligenz bezeichnet werden kann, bildet, allgemein gesagt, kognitive Funktionen ab, die mit menschlichen Gehirnen assoziiert werden. Durch Trainieren basierend auf Trainingsdaten ist die trainierte Funktion in der Lage, sich auf neue Umstände anzupassen und muss dazu detektieren und zu extrapolieren.
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Allgemein gesagt können Parameter einer trainierten Funktion mithin durch Training (Maschinenlernen)angepasst werden. Insbesondere können überwachtes Lernen, halb überwachtes Lernen, nicht überwachtes Lernen, Reinforcement Learning und/oder adaptives Lernen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann Repräsentationslernen (ein alternativer Ausdruck ist „feature learning“) eingesetzt werden. Insbesondere können die Parameter der trainierten Funktion iterativ durch verschiedene Trainingsschritte angepasst werden.
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Die trainierte Funktion kann beispielsweise ein neuronales Netz, eine Support Vector Machine (SVM), einen Entscheidungsbaum und/oder ein Bayes-Netz umfassen. Die trainierte Funktion kann auf k-means-clustering, Q-learning, genetischen Algorithmen und/oder Zuordnungsregeln basieren. Insbesondere kann ein neuronales Netz ein tiefes neuronales Netz, ein Convolutional Neural Network (CNN) oder ein tiefes CNN sein. Darüber hinaus kann ein neuronales Netz ein Adversarial Network, ein tiefes Adversarial Network und/oder ein Generative Adversarial Network (GAN)sein.
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Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung ist es ausreichend, eine bestimmte Art von Verarbeitungsdatensätzen als Trainingsdaten zu verwenden, um den jeweiligen Auswertungsalgorithmus zu trainieren, nachdem exakt diese Trainingsdaten nach der Anforderungsinformation auch in der Praxis als zweiter Verarbeitungsdatensatz wieder bereitgestellt werden. Auf diese Weise entstehen äußerst robuste verlässliche Auswertungsalgorithmen, da Varianzen in der Darstellungsform nicht ausgeglichen werden müssen.
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Grundsätzlich ist der Bilddatensatz unterschiedlich verarbeitbar. Es kann sich mithin beispielsweise um einen Computertomographiedatensatz handeln, auf den Filter mit unterschiedlichen Filterkernen angewandt werden. Derartige Filter werden beispielsweise im Rahmen der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Verarbeitungsdatensatzes aus den zweidimensionalen Projektionsbildern des Bilddatensatzes eingesetzt und können dazu dienen, bestimmte anatomische Strukturen verbessert hervorzuheben und/oder auf bestimmte Körperregionen besonders gut anwendbar sein. Dabei werden mit unterschiedlichen Filterkernen gänzlich unterschiedliche Bildergebnisse und somit gänzlich unterschiedliche Darstellungsformen erreicht. Beispielsweise unterscheiden sich die entstehenden Bildinhalte eines auf die Hervorhebung von Gefäßen innerhalb des Torsos spezialisierten Filterkerns deutlich von denen eines die sonstige Anatomie betreffenden Filterkerns für den Torso. Bereits auf dieser Ebene sind mithin deutliche Unterschiede gegeben, die den Einsatz der vorliegenden Erfindung rechtfertigen.
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Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch, wenn der Bilddatensatz ein Multienergiedatensatz ist, mithin ein Bilddatensatz der Multienergie-Computertomographie, und unterschiedliche, unterschiedliche Energien und/oder Energieintervallen zugeordnete Teildatensätze umfasst, wobei im Rahmen der Verarbeitung durch insbesondere bildpunktweise Verrechnung der Teildatensätze Kombinationsdatensätze als Verarbeitungsdatensätze ermittelt werden. Die Multienergie-Tomographie ist, wie eingangs bereits erläutert, eine Art der energieaufgelösten Computertomographiebildgebung, die hauptsächlich in der Medizin eingesetzt wird und auch als Spektralbildgebung bezeichnet wird. In dieser Bildgebungstechnik wird die Energieabhängigkeit der Röntgenschwächung ausgenutzt, um zusätzliche Informationen zu erhalten, die im Rahmen der Auswertung auf vielfältige Art und Weise genutzt werden können. Ein bekanntes und oft genutztes Beispiel für die Auswertung von Multienergiedatensätzen ist die sogenannte Materialzerlegung, in der Anteile einzelner Materialien bzw. Materialklassen innerhalb des Bilddatensatzes ermittelt werden können, um beispielsweise Materialbilder oder verschiedene Kombinationsbilder erzeugen zu können. Im Kontext von Untersuchungen mit der Multienergie-Computertomographie können auch Kontrastmittel eingesetzt werden, die eine Substanz umfassen können, welche ein gänzlich anderes energieabhängiges Schwächungsverhalten zeigt als zumindest ein Großteil der Anatomie, mithin durch Auswertung des Multienergie-Datensatzes unterschieden und extrahiert werden kann. Ein häufig eingesetztes Kontrastmittel bei der Untersuchung von Gefäßsystemen ist Jod.
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In diesem Zusammenhang existiert eine Vielzahl möglicher, konkreter Ausführungsbeispiele, in denen sich die vorliegende Erfindung einsetzen lässt.
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Will ein Benutzer beispielsweise beurteilen, wie lebendig ein Tumor in der Leber ist, interessiert ihn die Aufnahme des Kontrastmittels, insbesondere Jod, innerhalb der Leber, wobei gleichzeitig jedoch auch wichtig ist, die Leber lokalisieren zu können. Ein Auswertungsalgorithmus, der die Leber segmentiert, kann jedoch nicht auf dem vom Benutzer diesbezüglich gewünschten Jodbild (als erstem Verarbeitungsdatensatz) arbeiten. Mithin ist es möglich, gemäß der Anforderungsinformation zu diesem Auswertungsalgorithmus einen zweiten Verarbeitungsdatensatz, der die Anatomie deutlich zeigt und beispielsweise auch Organe, insbesondere die Leber, hervorhebt, zu ermitteln und dem Auswertungsalgorithmus bereitzustellen, wobei mit besonderem Vorteil die Lokalisierungsinformationen bzw. Segmentierungsinformationen zu der Leber als Auswertungsinformation unmittelbar gemeinsam mit dem ersten Verarbeitungsdatensatz dargestellt werden können.
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In einem anderen Beispiel kann ein Benutzer, um Kalzifizierungen erkennen zu können, ein VNC-Bild (Virtual non-contrast-Bild) als Darstellungsform anfordern, mithin einen entsprechenden ersten Verarbeitungsdatensatz ermitteln lassen. Dieser zeigt jedoch das Kontrastmittel, beispielsweise Jod, nicht, sodass Auswertungsalgorithmen, die Eigenschaften des Gefäßbaums herleiten sollen, nicht sinnvoll darauf arbeiten können, sodass auch hier aufgrund der entsprechenden Anforderungsinformationen geeignete zweite Verarbeitungsdatensätze, beispielsweise Jodbilder, im Hintergrund erzeugt werden können und die entstehenden Auswertungsinformationen mit dem ersten Verarbeitungsdatensatz zum darzustellenden Ergebnis zusammengefasst werden können. Ein weiteres wichtiges Thema bei der Verwendung von Jod-Kontrastmittel ist auch die teilweise schwerere Unterscheidbarkeit eines mit Jod-Kontrastmittel gefüllten Gefäßes und von Knochen, sodass ein Auswertungsalgorithmus auch die Detektion und Lokalisierung von Knochenmaterial betreffen kann, welches dann beispielsweise aus Darstellungen entfernt werden kann und/oder der Auswertung durch andere Auswertungsalgorithmen entzogen werden kann.
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Allgemeiner gesagt kann also dann, wenn der als Multienergiedatensatz aufgenommene Bilddatensatz wenigstens ein Blutgefä-ße aufweisendes Anatomiegebiet des Patienten mit einem Jod-Kontrastmittel zeigt, vorgesehen sein, dass wenigstens ein Auswertungsalgorithmus die Detektion und Lokalisierung von Knochenmaterial betrifft und/oder wenigstens ein Auswertungsalgorithmus die Segmentierung und/oder Lokalisierung einer anatomischen Struktur, insbesondere wenigstens eines Blutgefäßes und/oder Tumors und/oder Organs, betrifft.
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Der Multienergiedatensatz kann unter Verwendung unterschiedlicher Röntgenspektren und/oder unter Verwendung eines photonenzählenden Röntgendetektors aufgenommen werden. Unterschiedliche Röntgenspektren lassen sich bei Verwendung einer Röntgenröhre beispielsweise durch Verwendung unterschiedlicher Röhrenspannungen erzeugen, wobei die entsprechenden Röntgenspektren dann Maxima bei unterschiedlichen Röntgenstrahlungsenergien aufweisen. Bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch die Verwendung von photonenzählenden Röntgendetektoren. Photonenzählen (photon counting) ist eine Technik, in der individuelle Photonen unter Verwendung eines entsprechenden Röntgendetektors gezählt werden, der auch als „single-photon detector“ (SPD) bezeichnet werden kann. Für jedes detektierte Photon kann auch die Energie festgestellt werden, sodass das Ereignis beispielsweise in ein durch Energieintervalle definierte „slots“ umfassendes Energiehistogramm eingetragen werden können. Hieraus können dann Teildatensätze für bestimmte Energien und/oder bestimmte Energieintervalle abgeleitet werden.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass, falls die Anforderungen der Anforderungsinformation unter Verwendung des Bilddatensatzes nicht vollständig erfüllbar sind, als zweiter Verarbeitungsdatensatz ein aus dem Bilddatensatz ermittelbarer, dem gemäß der Anforderungsinformation geforderten Datensatz ähnlicher, insbesondere wenigstens einen durch die Anforderungsinformation definierten Bildinhalt möglichst weitgehend enthaltender, Verarbeitungsdatensatz ermittelt wird. Abhängig von den zur Aufnahme des Bilddatensatzes verwendeten Aufnahmeparametern, beispielsweise beim Photonenzählen dem verwendeten Röntgenspektrum bzw. bei Messungen mit mehreren Röntgenspektren deren Wahl, kann es denkbar sein, dass bestimmte Verarbeitungsdatensätze aus dem Bilddatensatz nicht hergeleitet werden können, weil Informationen fehlen, beispielsweise in einem relevanten Energiebereich nicht gemessen werden kann. Im Hinblick darauf sieht diese Weiterbildung der Erfindung vor, zunächst zu überprüfen, ob die Darstellungsform gemäß der Anforderungsinformation, mithin die Soll-Eingangsdaten, überhaupt aus dem aufgenommenen Bilddatensatz berechnet werden können. Ist dies nicht der Fall, kann ein ähnlichster Verarbeitungsdatensatz, der mit dem Bilddatensatz berechnet werden kann, ermittelt werden. Wird beispielsweise ein monoenergetisches Bild bei 70 keV als Eingangsdaten eines Auswertungsalgorithmus gefordert, ist dieses jedoch nicht aus dem Bilddatensatz ermittelbar, kann als ähnlichster, ermittelbarer zweiter Verarbeitungsdatensatz ein monoenergetisches Bild bei 50 keV verwendet werden. Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass die Anforderungsinformation alternativ ermittelbare Verarbeitungsdatensätze beschreibend bereitgestellt wird, mithin bereits die notwendigen Hinweise erhält, welche Eingangsdaten alternativ mit noch hinreichender Verlässlichkeit der Ergebnisinformation des Auswertungsalgorithmus verwendet werden können. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Verarbeitungsparameter zur Ermittlung des ähnlichen Verarbeitungsdatensatzes anhand einer das Ähnlichkeitsverhältnis beschreibenden Zuordnungsvorschrift ermittelt werden. Eine derartige Zuordnungsvorschrift kann beispielsweise eine Datenbank und/oder eine Look-up-Tabelle sein, in der Verarbeitungsdatensätzen und/oder Anforderungsinformationen ähnliche Verarbeitungsdatensätze, insbesondere also deren Verarbeitungsparameter, zugeordnet sind und/oder in denen Verarbeitungsparametern zur Ermittlung von Verarbeitungsdatensätzen, die beispielsweise Teil der Anforderungsinformationen sein können, erlaubte Abweichungen zugeordnet sind.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn die Auswertungsinformation und der erste Verarbeitungsdatensatz gemeinsam ausgewertet und/oder ausgegeben werden, insbesondere ein auszugebendes Darstellungsergebnis als Darstellungsdatensatz aus der Auswertungsinformation und dem ersten Verarbeitungsdatensatz ermittelt wird. In dieser Ausführungsform werden die Ergebnisse der jeweiligen Schritte, insbesondere also der erste Verarbeitungsdatensatz und die Auswertungsinformation, auch verarbeitungstechnisch zusammengeführt, wobei beispielsweise ausgenutzt werden kann, dass sich beide auf denselben Bilddatensatz beziehen und insbesondere sogar im selben Koordinatensystem vorliegen, ohne dass es einer Registrierung bedürfte. Insbesondere ist es also möglich, Auswertungsinformationen mit ersten Verarbeitungsdatensätzen und somit Darstellungsformen zu verknüpfen, die zur Ermittlung dieser Auswertungsinformationen gänzlich ungeeignet gewesen wären. Auf diese Weise entsteht ein deutlicher Gewinn an Information und Wissen über das in dem Bilddatensatz gezeigte Anatomiegebiet, sodass, mit anderen Worten, sowohl die Qualität als auch die Quantität des Auswertungsergebnisses erhöht wird. Ferner ergibt sich die Möglichkeit, die Auswertungsinformation intuitiv erfassbar in der von dem Benutzer gewünschten Darstellungsform, also dem ersten Verarbeitungsdatensatz, zu visualisieren. Andererseits kann auch die Qualität des ersten Verarbeitungsdatensatzes unter Verwendung der Auswertungsinformation optimiert werden, insbesondere im Hinblick auf das Untersuchungsziel und die verbesserte Beurteilung durch den Benutzer.
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Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens ein ortsbezogener Anteil der Auswertungsinformation ortsgetreu in dem ersten Verarbeitungsdatensatz ausgegeben wird, insbesondere durch Überlagerung. In diesem Kontext kann beispielsweise vorgesehen sein, dass, wenn die Auswertungsinformation ein Segmentierungsergebnis und/oder anderweitiges Lokalisierungsergebnis umfasst, die segmentierte und/oder lokalisierte anatomische oder sonstige Struktur ortsgetreu in dem ersten Verarbeitungsdatensatz visualisiert werden kann, selbst dann, wenn die Struktur dort nicht zu sehen ist. So können beispielsweise in einem VNC-Bild Gefäßverläufe eingeblendet werden und/oder sonstige Anatomiebestandteile, beispielsweise Organe, in einem reinen Kontrastmittel-Bild angezeigt werden. Doch auch über die Segmentierung und Lokalisierung hinaus können Informationen ortsgetreu dargestellt werden, beispielsweise an bestimmten Stellen vermessene Dimensionen von anatomischen oder sonstigen Strukturen, beispielsweise Gefäßdurchmesser, Tumorabmessungen und dergleichen. In einem solchen Fall kann beispielsweise eine Strecke eingeblendet werden, neben der der entsprechende Wert zu sehen ist. Ersichtlich existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkeiten.
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Denkbar ist es in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung jedoch auch, dass wenigstens ein Teil der Auswertungsinformation zur Modifikation des ersten Verarbeitungsdatensatzes vor der Ausgabe verwendet wird. Das bedeutet, über die Benutzervorgabe hinaus bzw. innerhalb dieser verbessernd kann die Darstellungsform durch weitere Verarbeitungsschritte anhand der Auswertungsinformation optimiert werden. Eine konkrete Ausgestaltung in diesem Kontext sieht beispielsweise vor, dass die zur Modifikation verwendete Auswertungsinformation einen in dem ersten Verarbeitungsdatensatz zu entfernenden Bildanteil, insbesondere eine zu entfernende Materialklasse, betrifft. Dieser Bildanteil wird dann entsprechend zur Modifikation entfernt. Ein Beispiel in diesem Zusammenhang ist Knochenmaterial, das beispielsweise bei der Untersuchung von Gefäßsystemen mit Kalzifizierungen und/oder Kontrastmittel durch einen Benutzer verwechselt werden kann, sodass entsprechende Auswertungsalgorithmen vorgeschlagen wurden, um einzelne Bildpunkte als Knochen enthaltend zu markieren, welche Markierung aufgrund des gleichen zugrundliegenden Bilddatensatzes selbstverständlich auch auf den ersten Verarbeitungsdatensatz übertragbar ist. Mit anderen Worten ist es also möglich, zur Modifikation den zu entfernenden Bildanteil, beispielsweise Knochenmaterial, auch tatsächlich zu entfernen, wofür bekannte Herangehensweisen verwendet werden können, insbesondere Interpolations- und/oder Extrapolationsmethoden und/oder andere Wege zum Herausrechnen der zu entfernenden Information. Auf diese Weise wird der erste Verarbeitungsdatensatz von ungewollten Bildinhalten befreit und ist somit deutlich besser interpretierbar und fokussiert auf die relevante, gewünschte Information. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andere Möglichkeiten denkbar, Auswertungsinformationen zur Verbesserung des ersten Verarbeitungsdatensatzes zu nutzen. Geht es beispielsweise um die Visualisierung bzw. Erkennung eines bestimmten Organs, dessen Position bekannt ist, kann lokal eine Kantenschärfung durchgeführt werden oder dergleichen.
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Doch auch die Ergebnisse unterschiedlicher Auswertungsalgorithmen können zusammengefasst werden, um eine gemeinsame Auswertungsinformation zu erzeugen. So kann beispielsweise konkret vorgesehen sein, dass bei Verwendung mehrerer Auswertungsalgorithmen Ergebnisinformationen von wenigstens zwei Auswertungsalgorithmen zu wenigstens einer der wenigstens einen Auswertungsinformation gemeinsam ausgewertet werden. Auf der anderen Seite ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass wenigstens eine Auswertungsinformation unter Verwendung von Verarbeitungsdaten des ersten Verarbeitungsdatensatzes und aus Ergebnisinformation wenigstens eines des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus ermittelt wird. Das bedeutet, bei der Ermittlung der Auswertungsinformation kann auch der erste Verarbeitungsdatensatz, wenn sinnvoll, berücksichtigt werden. Neben dem bereits beschriebenen Einfluss der Auswertungsinformation auf den ersten Verarbeitungsdatensatz bzw. das letztendlich auszugebende Darstellungsergebnis ist es mithin auch möglich, mehrere Auswertungsalgorithmen zur Ermittlung einer Auswertungsinformation zusammenarbeiten zu lassen, insbesondere solche, die unterschiedliche zweite Verarbeitungsdatensätze als Eingangsdaten verwenden, und/oder die ersten Verarbeitungsdaten in die Auswertungsinformation einfließen zu lassen, was die Vielzahl möglicher, die Auswertung qualitativ und quantitativ verbessernder Synergiemöglichkeiten deutlich darstellt. Soll beispielsweise als Auswertungsinformation eine von der Intensität im ersten Verarbeitungsdatensatz abhängige Größe ermittelt werden, kann eine durch ein Auswertungsalgorithmus festgestellte Positionsinformation, insbesondere Segmentierungsinformation und/oder Lokalisierungsinformation, eingesetzt werden, um die entsprechenden Positionen aufzufinden und die Größe zu bestimmen. Werden durch unterschiedliche Auswertungsalgorithmen unterschiedliche anatomische oder sonstige Strukturen bearbeitet, können relative Größen bezüglich dieser Strukturen durch Zusammenschau der Auswertungsalgorithmen hergestellt werden.
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Obwohl im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hauptsächlich das besonders geeignete Anwendungsbeispiel der Multienergie-Computertomographie diskutiert wird, liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung doch gerade darin, beliebig auf äußerst große Anwendungsbereiche erweiterbar zu sein, da verschiedenste Auswertungsalgorithmen und Darstellungsformen für verschiedenste Bilddatensätze eingesetzt werden können. Soll beispielsweise ein Auswertungsalgorithmus als weitere Möglichkeit hinzugefügt werden, ist dies problemlos ohne die Notwendigkeit einer Überarbeitung oder Neuprogrammierung möglich.
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Insbesondere existieren hinsichtlich der gewünschten Darstellungsformen auch eine Vielzahl weiterer konkreter Möglichkeiten für den ersten Verarbeitungsdatensatz bzw. das Darstellungsergebnis. So können beispielsweise Darstellungsformen gewünscht sein, die eine Art Flug durch ein Hohlorgan oder dergleichen erlauben, beispielsweise mithin Schnittbilder in einer Ebene senkrecht zu einer lokalen Orientierungsrichtung des Hohlorgans bzw. allgemein der Struktur erstellt werden.
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Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang bekannt, den Verlauf eines Blutgefäßes, beispielsweise der Aorta, zu „entfalten“, wobei sich in einer derartigen Darstellung auch besonders vorteilhafte Auswertungsinformationen integrieren lassen, beispielsweise Radien, Durchflussinformationen und dergleichen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Bildgebungseinrichtung, vorliegend eine Computertomographieeinrichtung, die eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung aufweist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Die Bildgebungseinrichtung umfasst wenigstens eine Aufnahmeanordnung, die beispielsweise durch einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, insbesondere einen photonenzählenden Röntgendetektor, gebildet sein kann, wobei die Aufnahmeanordnung bei einer Computertomographieeinrichtung, beispielsweise in einer Gantry, rotierbar um den Patienten gelagert sein kann. Die Steuereinrichtung umfasst, allgemein gesagt, wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel, wobei über den Prozessor Funktionseinheiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umgesetzt werden können.
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In dem Speichermittel der Steuereinrichtung können beispielsweise die Auswertungsalgorithmen, der Bilddatensatz und/oder, den Auswertungsalgorithmen zugeordnet, Anforderungsinformationen gespeichert sein. Die Steuereinrichtung kann zweckmäßigerweise eine Schnittstelle zur Entgegennahme der Benutzerinformation, welcher auch zu verwendende Auswertungsalgorithmen beschreiben kann, umfassen. Konkret kann die Steuereinrichtung beispielsweise umfassen
- - eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung der Anforderungsinformation,
- - eine erste Ermittlungseinheit zur Ermittlung des ersten Verarbeitungsdatensatzes und
- - eine zweite Ermittlungseinheit zur Ermittlung des zweiten Verarbeitungsdatensatzes,
- - eine Auswertungseinheit zur Anwendung des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus auf den jeweiligen zweiten Verarbeitungsdatensatz,
- - eine Zusammenführungseinheit zur Zusammenführung des ersten Verarbeitungsdatensatzes und der Auswertungsinformation zu einem Darstellungsergebnis (Darstellungsdatensatz), und
- - eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe des Darstellungsergebnisses auf der Darstellungseinrichtung.
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Selbstverständlich sind für weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung auch weitere Funktionseinheiten denkbar; insbesondere kann die Steuereinrichtung auch eine Aufnahmeeinheit zur Steuerung der Aufnahme des Bilddatensatzes aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Steuereinrichtung einer Bildgebungseinrichtung, ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gemäß der vorliegenden Erfindung 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, insbesondere einer Steuereinrichtung einer Bildgebungseinrichtung, die Recheneinrichtung veranlasst wird, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Bei dem elektronisch lesbaren Datenträger kann es sich um einen nichttransienten Datenträger, beispielsweise 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 einen allgemeinen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Illustration eines konkreten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung, und
- 4 die funktionale Struktur einer Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung.
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1 zeigt einen allgemeinen Ablaufplan von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei fokussiert das Verfahren auf die Auswertung von Bilddatensätzen der Computertomographie, hier der Multienergie-Computertomographie, kann jedoch auch deren Aufnahme und somit die Steuerung des gesamten Untersuchungsvorgangs an einer Bildgebungseinrichtung, hier einer Computertomographieeinrichtung, umfassen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu Beginn eines Untersuchungsvorgangs an der Bildgebungseinrichtung wird die Untersuchung in einem Schritt S1 vorbereitet. Diese Vorbereitung umfasst auch, dass ein Benutzer an einer Benutzerschnittstelle der Bildgebungseinrichtung, die auch eine Eingabeeinrichtung umfasst, Einstellungen bezüglich der Aufnahme des Bilddatensatzes und auch bezüglich der folgenden Auswertung vornimmt. Diese Benutzervorgaben umfassen vorliegend auch eine im hier beschriebenen Verfahren genutzte Benutzerinformation, die in einem Schritt S1 von der Benutzerschnittstelle empfangen wird. Die Benutzerinformation beschreibt, welche Darstellungsform der Benutzer für den aufzunehmenden Bilddatensatz wünscht, beispielsweise ob er ein monoenergetisches Bild bei einer bestimmten Röntgenstrahlungsenergie sehen möchte, ob er ein VNC-Bild betrachten möchte oder ein bestimmtes Materialbild. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsparameter hinsichtlich der Darstellungsform vorgesehen werden, beispielsweise Schichtdicken, Winkelschritte bei rotierbaren Bildern, zu verwendenden Filter und dergleichen. Auch komplexere Darstellungsformen, beispielsweise Ansichten von Hohlorganen, in denen senkrecht zum Verlauf stehende Schnittbilder berechnet werden, sind denkbar.
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Über die durch den Benutzer gewünschte Darstellungsform hinaus kann die Benutzerinformation auch beschreiben, welche Auswertungsinformation gewünscht ist, sei es direkt oder indirekt, beispielsweise im Rahmen von bestimmten Auswertungspaketen. Gewünschte bzw. sinnvolle Auswertungsinformationen können sich auch aus dem Untersuchungsziel ergeben, manchmal auch unmittelbar aus der gewählten Darstellungsform. So sind verschiedenen Untersuchungszielen beispielsweise bestimmte Darstellungsformen und bestimmte nützliche Auswertungsinformationen zuordenbar. Interessiert sich der Benutzer beispielsweise für die Durchblutung in krankhaftem Gewebe unter Verwendung von im Blut transportiertem Kontrastmittel, beispielsweise Jod-Kontrastmittel, kann sich die Darstellungsform auf das Kontrastmittel beziehen, wobei jedoch die Lage des krankhaften Gewebes bzw. wenigstens des oder der betroffenen Organe eine nützliche Auswertungsinformation darstellt, um zum einen die Darstellung verständlicher zu gestalten, zum anderen auch weitere Auswertungsschritte vorzunehmen, beispielsweise auch die Durchblutung in interessierenden Bereichen zu quantifizieren und dergleichen. Geht es beispielsweise um Kalzifizierungen in Blutgefäßen, sind deren Anzeige sowie gegebenenfalls weitere Auswerteinformationen zu den Blutgefäßen, beispielsweise deren Radii bzw. ein Durchfluss, nützlich.
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Das Bemerkenswerte an den beiden genannten Beispielen ist, dass hier die Darstellungsform zwar für das Untersuchungsziel hochgradig nützlich ist, sich aber nicht anbietet, um die genannten sinnvollen Auswertungsinformationen daraus zu bestimmen. Hier schafft das dargestellte Verfahren, wie im weiteren Verlauf noch dargestellt werden wird, Abhilfe, indem durch die Bildgebungseinrichtung vollständig automatisch, im vorliegenden Fall nur auf Basis der Benutzerinformation, die gewünschte Darstellungsform und die Auswertungsinformationen ermittelt und in einem synergetischen Darstellungsergebnis vereint werden. Dies geschieht im vorliegenden Fall alles kompakt an der und durch die Bildgebungseinrichtung, wobei zunächst im Schritt S2, der, wie beschrieben, einen Teil des Verfahrens bilden kann, aber nicht muss, der Bilddatensatz, der der Auswertung zugrunde liegt, aufgenommen wird.
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Bei dem im Schritt S2 aufgenommenen Bilddatensatz handelt es sich hier um einen Multienergiedatensatz, der mithin Teildatensätze für verschiedene Energien bzw. Energieintervalle der Röntgenstrahlung aufweist. Hierbei können sowohl unterschiedliche Röntgenspektren seitens des Röntgenstrahlers verwendet werden, beispielsweise unterschiedliche Röhrenspannungen bei einer Röntgenröhre, als auch photonenzählende Röntgendetektoren, wobei letztere bevorzugt sind, da dann insbesondere ein festes Röntgenspektrum genutzt werden kann und gegebenenfalls eine feinere Auflösung hinsichtlich der Energien möglich ist.
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Ohne dass nun eine weitere Benutzerinteraktion erforderlich wäre, erfolgt in den Schritten S3 bis S8 die automatische Auswertung des Bilddatensatzes durch eine Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung. Als Grundlage wird in einem Schritt S3 neben der bereits vorliegenden Benutzerinformation für jeden Auswertungsalgorithmus, der benutzt werden soll, um die Auswertungsinformation zu ermitteln, eine Anforderungsinformation bereitgestellt. Die Anforderungsinformation beschreibt, welche Eingangsdaten der jeweilige Auswertungsalgorithmus benötigt, und kann auch bereits geeignete Verarbeitungsparameter bezüglich der Verarbeitung des Bilddatensatzes, um diese Eingangsdaten zu erhalten, umfassen. Die Anforderungsinformation kann beispielsweise jedem Auswertungsalgorithmus zugeordnet in einem Speichermittel der Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung bereits vorliegen, zusätzlich oder alternativ aber auch anderweitig abgerufen werden. Gleiches gilt für die Auswertungsalgorithmen selbst. Dabei ist es in jedem Fall bevorzugt, wenn die zu verwendenden Auswertungsalgorithmen zumindest teilweise auch aus der Benutzerinformation hergeleitet werden können, wobei beispielsweise die oben genannte Zuordnung sinnvoller Auswertungsinformationen zu Untersuchungszielen herangezogen werden kann. Auch Darstellungsformen können nützliche Auswertungsinformationen zugeordnet sein. Weitere Informationen, beispielsweise die aufgenommene Körperregion, können verwendet werden. Denkbar ist es auch, für bestimmte Untersuchungsprotokolle, beispielsweise „Multienergietomographie am Thorax - Gefäßsystem“, Auswertungsalgorithmen und Auswertungsinformation zuzuordnen, die grundsätzlich zweckmäßig sind.
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In den Schritten S4 und S5 werden dann unabhängig und getrennt voneinander Verarbeitungsdatensätze ermittelt, einmal gemäß der Benutzerinformation ein erster Verarbeitungsdatensatz, der die gewünschte Darstellungsform wiedergibt, im Schritt S4 und zum anderen wenigstens ein zweiter Verarbeitungsdatensatz, der als Eingangsdaten für wenigstens einen des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus geeignet ist, im Schritt S5. Dabei sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass wenigstens ein Teil der Auswertungsalgorithmen, die an der Bildgebungseinrichtung bereitstehen, eine trainierte Funktion, mithin künstliche Intelligenz, umfassen können. Diese Auswertungsalgorithmen, genauer ihre trainierten Funktionen, wurden dann auch mit entsprechenden Eingangsdaten, also aus Trainings-Bilddatensätzen hergeleiteten zweiten Verarbeitungsdatensätzen, trainiert. Somit liefern sie, mit geeigneten Eingangsdaten versorgt, robust und verlässlich gewünschte Ergebnisinformationen für die Auswertungsinformation.
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In einem Schritt S6 werden dann die jeweilig ermittelten zweiten Verarbeitungsdatensätze, welche selbst bestimmten Darstellungsformen entsprechend können, also für den Auswertungsalgorithmus benötigte Bildinhalte zeigen, dem jeweiligen Auswertungsalgorithmus als Eingangsdaten bereitgestellt, weleher eine entsprechende Ergebnisinformation ermittelt, aus der die Auswertungsinformation dann abgeleitet wird.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es denkbar ist, dass aufgrund der Aufnahmeparameter ein Bilddatensatz nicht geeignet ist, um die Anforderungsinformation für wenigstens einen des wenigstens einen Auswertungsalgorithmus vollständig zu erfüllen. Dann kann zweckmäßigerweise ein ähnlicher, zumindest denselben Bildinhalt bereitstellender Verarbeitungsdatensatz ersatzweise erzeugt und als Eingangsdaten bereitgestellt werden. Die Anforderungsinformation selbst kann bereits entsprechende Ausweichlösungen enthalten; denkbar ist es aber auch, eine Zuordnungsvorschrift, beispielsweise eine Datenbank bzw. Look-up-Tabelle, zu verwenden, in der Anforderungsinformationen bzw. den diese Anforderungsinformation erfüllenden zweiten Verarbeitungsdatensätzen Ausweichlösungen zugeordnet sind, beispielsweise durch Bereitstellung entsprechender Verarbeitungsparameter. Auch können Verarbeitungsparametern unmittelbar Intervalle bzw. erlaubte Abweichungen zugeordnet werden. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dennoch den entsprechenden Auswertungsalgorithmus zu verwenden.
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In dem Schritt S6 können, falls die Ergebnisinformationen nicht unmittelbar Auswertungsinformationen darstellen, die Ergebnisinformationen auch teilweise zu den gewollten Auswertungsinformationen weiterverknüpft werden. Das bedeutet, es ist denkbar, mehrere Auswertungsalgorithmen mit unterschiedlichen Ergebnisinformationen zu nutzen, um hieraus die eigentlich gewollte Auswertungsinformation zu ermitteln.
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In einem Schritt S7 werden dann die Ergebnisse der Schritte S4 und S6 zusammengeführt, um einen Darstellungsdatensatz als Darstellungsergebnis zu erhalten. In diesem Zusammenhang ist es zum einen denkbar, die Ausweitungsinformation noch zu ergänzen, indem beispielsweise wenigstens eine Ergebnisinformation und Verarbeitungsdaten des ersten Verarbeitungsdatensatzes des Schritt S4 auswertend zusammengeführt werden, beispielsweise im Sinne der Nutzung lokalisierter Bildinformation in den Verarbeitungsdaten des ersten Verarbeitungsdatensatzes.
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Vorliegend ist jedoch in jedem Fall vorgesehen, dass im Schritt S7 die Auswertungsinformation und der erste Verarbeitungsdatensatz gemeinsam ausgewertet werden. Hierzu wird wenigstens ein Teil der Auswertungsinformation zur Modifikation des ersten Verarbeitungsdatensatzes vor der Ausgabe verwendet, beispielsweise zur Entfernung ungewollter Bildanteile oder dergleichen. Gleichzeitig wird aber im Schritt S7 durch diese gemeinsame Auswertung auch ein Darstellungsergebnis erzeugt, in dem zumindest teilweise die Auswertungsinformation innerhalb des ersten Verarbeitungsdatensatzes visualisiert wird.
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Hierzu werden mit besonderem Vorteil ortsbezogene Anteile der Auswertungsinformation ortsgetreu in dem ersten Verarbeitungsdatensatz ausgegeben, wobei beispielsweise eine Überlagerung stattfinden kann. Beispielsweise ist es denkbar, Begrenzungen detektierter bzw. segmentierter anatomischer oder sonstiger Strukturen oder sogar quantitative Daten zu diesen ortsgetreu einzublenden und somit in das Darstellungsergebnis einzubinden.
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In einem Schritt S8 erfolgt dann die gemeinsame Ausgabe des ersten Verarbeitungsdatensatzes und der Auswertungsinformation in Form des Darstellungsergebnisses. Dabei ist es selbstverständlich auch denkbar, nicht ortsbezogen vorliegende, insbesondere allgemeine, Anteile der Auswertungsinformation zusätzlich, beispielsweise benachbart zu einer bildlichen Ausgabe des ersten Verarbeitungsdatensatzes, auszugeben.
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Zusätzlich zur Ausgabe an einer Darstellungseinrichtung kann das Darstellungsergebnis, insbesondere gemeinsam mit dem Bilddatensatz und/oder dem ersten Verarbeitungsdatensatz und/oder der Auswertungsinformation auch gespeichert werden.
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2 zeigt einen beispielhaften Anwendungsfall des Verfahrens gemäß 1 in einer prinzipiellen Illustration. Eine für einen Untersuchungsvorgang eingegebene Benutzerinformation 1 kann dabei beispielsweise beschreiben, dass als Darstellungsform ein VNC-Bild zumindest der aufgenommenen Aorta gewünscht ist, wobei zur Rekonstruktion ein Filterkern eingesetzt werden soll, der speziell auf die Wiedergabe von Blutgefäßsystemen abgestimmt ist. Es soll ein Dünnschicht-Datensatz zur Darstellung vorbereitet werden, Rotationen sollen in der Schrittweite 10° möglich sein. Zudem soll gemäß der Benutzerinformation der Radienbereich der Aorta analysiert werden.
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Ferner ist in der Steuereinrichtung bekannt, dass bei solchen Aufnahmevorgängen, hier Multienergie-Thorax-Aufnahmen, unerwünschte Knochenanteile in dem Bilddatensatz enthalten sein könnten, die entfernt werden sollen.
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Entsprechend werden vorliegend drei Verarbeitungsdatensätze ermittelt. Der erste Verarbeitungsdatensatz 2 ist, wie als Darstellungsform gefordert, ein VNC-Bild mit dünnen Schichten unter Verwendung des gewünschten Filterkerns.
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Für die Bestimmung der Radien der Aorta wäre dieser erste Verarbeitungsdatensatz 2 gänzlich ungeeignet, da in einem VNC-Bild das Kontrastmittel, hier ein Jod-Kontrastmittel, nicht sichtbar wäre und die Gefäße daher automatisch kaum erkennbar wären. Im vorliegenden Fall ist jedoch eine Segmentierung wenigstens der Aorta notwendig, wofür ein entsprechender Auswertungsalgorithmus 3 eingesetzt werden soll, dessen Eingangsdaten, beschrieben durch eine zugeordnete Anforderungsinformation 22, ein monoenergetisches 70 keV-Bild mit dünnen Schichten und ebenso einem bestimmten Filterkern bei der Rekonstruktion umfassen sollen. Genau einen derartigen zweiten Verarbeitungsdatensatz 4 ermittelt eine entsprechende Ermittlungseinheit in der Steuereinrichtung.
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Hinsichtlich der Entfernung von Knochenmaterial soll ein weiterer Auswertungsalgorithmus 5, welcher als Ergebnisinformation und hier auch Auswertungsinformation Bildpunkte liefert, die Knochen enthalten, verwendet werden, welcher als Eingangsdaten ein monoenergetisches 55 keV-Bild mit dünnen Schichten und ebenso einem bestimmten Filterkern fordert, welches als weiterer zweiter Bearbeitungsdatensatz 6 entsprechend ebenso bereitgestellt wird.
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Im hier durch den Pfeil 8 angedeuteten Zusammenführungsschritt (S7) wird nun die Auswertungsinformation des Auswertungsalgorithmus 5 genutzt, um Knochenanteile im ersten Verarbeitungsdatensatz 2 herauszurechnen. Gleichzeitig wird die durch den Auswertungsalgorithmus 3 als ebenso ortsbezogene Auswertungsinformation segmentierte Aorta durch eine Überlagerung in dem ersten Verarbeitungsdatensatz 2 markiert; als Teil der Auswertung bestimmte Radien der Aorta können ebenso ortsgetreu an verschiedenen Stellen angezeigt werden, wo sie der Benutzer unmittelbar in Kontext mit dem VNC-Bild beispielsweise zu sehenden Kalzifizierungen setzen kann. So entsteht das Darstellungsergebnis 9, das dann auf der Darstellungseinrichtung ausgegeben wird, nämlich ein VNC-Bild mit dünnen Schichten und in 10°-Schritten rotierbar, rekonstruiert unter Verwendung des gewünschten Filterkerns, welches zusätzlich ortsgetreu Informationen zur Aorta und deren Radien enthält, obwohl diese Informationen aus dem ersten Verarbeitungsdatensatz 2 nicht erhaltbar gewesen wären. Ferner sind keine störenden Knochenanteile mehr zu sehen.
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Dabei sei angemerkt, dass weitere Auswertungsinformationen selbstverständlich auch unter Nutzung von Verarbeitungsdaten des ersten Verarbeitungsdatensatzes 2, insbesondere nach Entfernung der Knochenanteile, ermittelt werden können, beispielsweise durch Verwendung einer gemäß der Segmentierung der Aorta bestimmten Bounding Box Kalzifizierungen gezielt detektiert und teilweise auch quantifiziert werden können und dergleichen.
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3 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Bildgebungseinrichtung 10, hier einer Computertomographieeinrichtung. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Gantry 11 auf, die eine Patientenaufnahme 12 umfasst, in die ein Patient 13 mittels einer Patientenliege 14 derart eingefahren werden kann, dass das aufzunehmende Anatomiegebiet im Sichtbereich einer rotierbar in der Gantry 11 gelagerten Aufnahmeanordnung liegt. Die Aufnahmeanordnung umfasst vorliegend einen Röntgenstrahler 15 und einen Röntgendetektor 16, vorliegend einen photonenzählenden Röntgendetektor 16.
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Der Betrieb der Bildgebungseinrichtung 10 wird durch eine Steuereinrichtung 17 gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Die Bildgebungseinrichtung 10 weist ferner auch eine Benutzerschnittstelle 18 auf, welche vorliegend eine Eingabeeinrichtung 19 und eine Darstellungseinrichtung 20 umfasst.
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4 zeigt den funktionalen Aufbau der Steuereinrichtung 17, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, genauer. Diese umfasst zunächst ein Speichermittel 21, in dem neben den Auswertungsalgorithmen 3,5 und deren zugeordneten Anforderungsinformationen 22 auch, falls verwendet, die beschriebene Zuordnungsvorschrift abgelegt sein kann. Ferner ist das Speichermittel 21 geeignet, über eine Schnittstelle 23 von der Benutzerschnittstelle 18 erhaltene Benutzerinformationen abzulegen, genau wie mittels einer Aufnahmeeinheit 24, insbesondere gemäß dem Schritt S2, aufgenommene Bilddatensätze.
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Auch Verarbeitungsdatensätze 2, 4, 6, Darstellungsergebnisse 9, Auswertungsinformationen und dergleichen können zumindest für Untersuchungsvorgänge bzw. deren Auswertungsvorgänge im Speichermittel 21 abgelegt werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Steuereinrichtung 17 zunächst eine Bereitstellungseinheit 25 zur Bereitstellung, hier Auswahl, der entsprechenden benötigten Anforderungsinformation 22 gemäß Schritt S3 auf. In einer ersten Ermittlungseinheit 26 wird die Benutzerinformation 1 genutzt, um den ersten Verarbeitungsdatensatz 2 zu ermitteln; in einer weiteren, zweiten Ermittlungseinheit 27 wird der wenigstens eine zweite Verarbeitungsdatensatz 4, 6 berechnet, wobei die Ermittlung der Verarbeitungsdatensätze 2, 4, 6 jeweils aus dem Bilddatensatz erfolgt. Die erste Ermittlungseinheit 26 führt mithin den Schritt S4 aus, die zweite Ermittlungseinheit 27 den Schritt S5.
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In einer Auswertungseinheit 28 wird gemäß dem Schritt S6 der wenigstens eine Auswertungsalgorithmus 3, 5 unter Verwendung des jeweiligen zweiten Verarbeitungsdatensatzes 4, 6 als Eingangsdaten ausgeführt, um Ergebnisinformationen/Auswertungsinformationen zu erhalten. Diese werden gemeinsam mit dem ersten Verarbeitungsdatensatz 2 der ersten Ermittlungseinheit 26 an eine Zusammenführungseinheit 29 weitergegeben, welche das Darstellungsergebnis 9 ermittelt, vgl. auch Schritt S7. Eine Ausgabeeinheit 30 steuert die Darstellungseinrichtung 20 zur Ausgabe des Darstellungsergebnisses 9 an.
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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.
