DE102022201003B3

DE102022201003B3 - Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie

Info

Publication number: DE102022201003B3
Application number: DE102022201003.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Manhart
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2042-02-01
Also published as: CN116523824A; US20230245355A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) in einem dreidimensionalen medizinischen Bild. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen (PROV-1) von wenigstens zwei Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2). Das Verfahren umfasst ein Segmentieren (SEG-1) des ersten Objektes (OBJ-1) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei erste zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJKM-21) bestimmt werden, und ein Segmentieren (SEG-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei zweite zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) bestimmt werden. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen (DET-1) einer ersten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1) in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJKM-21) und ein Bestimmen (DET-2) einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-2) in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJKM-22). Das Verfahren umfasst ein Bestimmen (DET-3) einer Überlagerung (OVL) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2) .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild und ein Bestimmungssystem, welches ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen. Die Erfindung betrifft ferner ein Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion. Die Erfindung betrifft ferner ein Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.
In der Bildgebung, insbesondere in der dreidimensionalen Bildgebung, ist ein bekanntes Problem, dass eine Überlagerung von verschiedenen abgebildeten Objekten bzw. von durch abgebildete Objekte verursachte Artefakte eine korrekte Darstellung der einzelnen Objekte in der dreidimensionalen Bildgebung erschwert oder sogar unmöglich macht. Beispielsweise können Metallartefakte, die von einem ersten Objekt in einer dreidimensionalen Röntgenbildgebung verursacht werden, dazu führen, dass ein zweites Objekt, welches ganz oder teilweise von dem Metallartefakt überlagert wird, mittels der dreidimensionalen Bildgebung nicht korrekt dargestellt werden kann.
Bei der dreidimensionalen Bildgebung wird typischerweise eine Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen von einem Untersuchungsobjekt mittels eines Bildgebungssystems erfasst. Die zweidimensionalen Projektionsaufnahmen bilden das Untersuchungsobjekt aus verschiedenen Winkeln bzw. Aufnahmewinkeln ab. Zum Erfassen der Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen fährt das Bildgebungssystem typischerweise eine Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt ab. Während des Abfahrens der Aufnahmetrajektorie werden die zweidimensionalen Projektionsaufnahmen erfasst.
Das Untersuchungsobjekt kann dabei beispielsweise wenigstens ein Teil eines Menschen oder eines Tieres oder eines Gegenstandes sein. Das erste und das zweite Objekt sind dabei in dem Untersuchungsobjekt angeordnet. Damit werden das erste und das zweite Objekt ebenfalls in den zweidimensionalen Projektionsaufnahmen abgebildet.
In Abhängigkeit der Mehrzahl der zweidimensionalen Projektionsaufnahmen kann ein dreidimensionales Bild rekonstruiert bzw. bestimmt werden. Dabei kann das erste Objekt das zweite Objekt in den zweidimensionalen Projektionsaufnahmen derart überlagern, dass das zweite Objekt in dem dreidimensionalen Bild nicht korrekt darstellbar ist. Das Überlagern kann dabei insbesondere durch ein durch das erste Objekt erzeugtes Metallartefakt hervorgerufen bzw. verursacht sein. Im Folgenden umfasst die Bezeichnung „das erste Objekt überlagert das zweite Objekt“ auch die Bedeutung, dass das ein von dem ersten Objekt erzeugtes Artefakt das erste Objekt überlagert.
Eine korrekte Darstellung der abgebildeten Objekte ist insbesondere in der medizinischen Bildgebung von großer Relevanz. Eine korrekte Darstellung kann für eine Diagnose oder Behandlung von großer Relevanz bzw. ausschlaggebend sein. Eine Überlagerung eines zweiten Objektes durch ein erstes Objekt bzw. durch ein von dem ersten Objekt verursachtes Artefakt, beispielsweise ein Metallartefakt, kann zu einer falschen Diagnose führen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überlagerung des zweiten Objektes durch das erste Objekt in einem dreidimensionalen medizinischen Bild dazu führen, dass eine Behandlung nicht korrekt durchgeführt werden kann. Die Behandlung kann dabei beispielsweise ein korrektes Positionieren eines Stents oder ein Stoppen einer Blutung sein. Wenn der Stent oder die Blutung in dem dreidimensionalen medizinischen Bild auf Grund der Überlagerung nicht korrekt abgebildet ist, kann es unter Umständen unmöglich sein, den Stent korrekt zu positionieren bzw. die Blutung gezielt zu stoppen.
In Meyer, Esther, et al. „Normalized metal artifact reduction (NMAR) in computed tomography.“ Medical physics 37.10 (2010): 5482-5493 wird beispielsweise eine Metallartefaktkorrektur für eine dreidimensionale Röntgenbildgebung beschrieben. Wenn die Überlagerung des zweiten Objektes durch das von dem ersten Objekt erzeugte Metallartefakt in den zweidimensionalen Projektionsaufnahmen allerdings zu groß ist, kann es trotz Metallartefaktkorrektur unmöglich sein, das zweite Objekt in der Rekonstruktion des dreidimensionalen medizinischen Bildes korrekt darzustellen.
Die DE-Anmeldung DE 10 2020 131 786 A1 wird beschrieben, dass die Aufnahmetrajektorie derart angepasst werden kann, dass eine Metallabschwächung, beispielsweise durch das erste Objekt, minimiert werden kann. Das Verfahren basiert allerdings darauf, dass das erste Objekt, welches die Metallabschwächung verursacht isotrop ist, also eine Richtungsabhängigkeit in seiner Form aufweist. Außerdem beschreibt das Verfahren lediglich, wie allgemein der Einfluss der Metallabschwächung eines ersten Objektes ohne direkten Bezug zu einem zweiten Objekt reduziert werden kann. Das Verfahren beschreibt nicht, wie eine Überlagerung von zwei Objekten beim Bestimmen der Aufnahmetrajektorie berücksichtig werden sollte.
Die Druckschrift US 2015 / 0 029 178 A1 beschreibt ein computerimplementiertes Verfahren zur Verarbeitung von Projektionsbilddaten zur Reduzierung von Artefakten, wie z.B. Metallartefaktreduktion, in rekonstruierten Bildern in C-Bogen- oder CT-Bildgebungssystemen, die in medizinischen, sicherheitstechnischen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst die Erzeugung eines Satzes von zweidimensionalen Versuchsmetallmasken auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einem jeweiligen Projektionsbild und einem entsprechenden Hintergrundbild. Die vorläufige Metallmaske wird rückprojiziert, um einen entsprechenden Satz rückprojizierter dreidimensionaler Daten im Bildraum für die vorläufige Metallmaske zu erzeugen. Die Sätze der rückprojizierten dreidimensionalen Daten im Bildraum werden kombiniert, um eine dreidimensionale Metallmaske zu erzeugen. Die Metallmaske wird neu projiziert, um mehrere Metallmasken im Projektionsraum zu erzeugen.
Ferner ist aus EP 3 725 229 A1 ein Verfahren zur Reduzierung von Metallartefakten in der dentalen Volumentomographie mit Röntgenstrahlen bekannt, bei dem ein dreidimensionales (3D) tomographisches Bild auf der Grundlage von zweidimensionalen (2D) Röntgenbildern oder Sinogrammen und 2D-Masken oder 3D-Masken rekonstruiert wird.
Der wissenschaftlichen Artikel „Method for metal artifact avoidance in C-Arm cone-beam CT“ von WU, P., et al (Medical lmaging 2020: Physics of Medical lmaging. SPIE, 2020. S. 522-530) beschäftigt sich mit Metallartefakte in der diagnostischen Bildgebung und bildgeführten Chirurgie mittels für CBCT-Systeme. Es wird eine Methode zur Vermeidung von Metallartefakten (MAA) beschreiben, welche mit wenigen Vorabinformationen auskommt. Die Methode ist mit einfachen mobilen C-Bögen kompatibel, die in der Routine eingesetzt werden, und steht im Einklang mit der gefilterten 3D-Rückprojektion (FBP), der fortgeschrittenen (polyenergetischen) modellbasierten Bildrekonstruktion (MBIR) und/oder den Nachbearbeitungsmethoden zur Reduzierung von Metallartefakten (MAR).
Die US-Patentschrift US 10 736 595 B2 offenbart ein Verfahren zur Reduktion einer Überlagerung eines Zielbereiches in einem Untersuchungsobjekt durch Metallartefakte. Die Metallartefakte werden dabei durch ein Objekt erzeugt, welches außerhalb des Untersuchungsobjektes angeordnet ist. Insbesondere ist das Objekt, welches die Metallartfakte erzeugt ein oder mehrere Pins, die das Untersuchungsobjekt immobilisieren. Dafür wird zunächst eine Mehrzahl von ersten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen entlang einer ersten Aufnahmetrajektorie erfasst, aus welchen die Trajektorie des ein oder mehreren Pins bestimmt werden kann. Basierend auf der Trajektorie des ein oder mehreren Pins, kann eine zweite Aufnahmetrajektorie bestimmt werden. Projektionsbilder, die entlang der zweiten Aufnahmetrajektorie erfasst werden, bilden eine im Vergleich zu der der Mehrzahl von ersten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen reduzierte Überlagerung des ein oder mehreren Pins mit dem Zielbereich ab. Der Zielbereich kann dabei insbesondere das zweite Objekt sein. Entlang der zweiten Aufnahmetrajektorie wird anschließend eine Mehrzahl von zweiten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen erfasst. In Abhängigkeit der Mehrzahl von zweiten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen kann anschließend ein dreidimensionales Bild des Untersuchungsobjektes inklusive des Zielbereiches rekonstruiert bzw. bestimmt werden. Zum Bestimmen der zweiten Aufnahmetrajektorie muss somit gemäß dem beschriebenen Verfahren zunächst die Mehrzahl von ersten zweidimensionalen Projektionsbildern entlang der ersten Aufnahmetrajektorie erfasst werden. Wenn es sich bei der Bildgebung um eine Röntgenbildgebung handelt, wird beim Erfassen der Mehrzahl von ersten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen dem Untersuchungsobjekt eine Dosis appliziert, die nicht direkt zum Erstellen des endgültigen dreidimensionalen Bildes notwendig ist. Es wird also durch das Bestimmen der zweiten Aufnahmetrajektorie basierend auf der Mehrzahl von ersten zweidimensionalen Projektionsaufnahmen im Vergleich zu dem reinen Erfassen des dreidimensionalen Bildes eine wenigstens näherungsweise doppelt so große Dosis appliziert. Zudem ist das erste Objekt außerhalb des Untersuchungsobjektes angeordnet und kann somit leicht umpositioniert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, möglichst zeiteffizient und, falls für die entsprechende Bildgebung relevant, möglichst dosiseffizient eine Überlagerung von zwei Objekten in einem Untersuchungsobjekt beim Erfassen eines dreidimensionalen medizinischen Bildes zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild, durch ein Bestimmungssystem zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild, durch ein Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion, durch ein Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion, durch ein Computerprogrammprodukt und durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung aufgeführt.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf die beanspruchten Vorrichtungen als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Vorrichtung gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf Verfahren und Vorrichtungen zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie als auch in Bezug auf Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen einer ersten und einer zweiten trainierten Funktion beschrieben. Hierbei können Merkmale und alternative Ausführungsformen von Datenstrukturen und/oder Funktionen bei Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung auf analoge Datenstrukturen und/oder Funktionen bei Verfahren und Vorrichtungen zum Anpassen/Optimieren/Trainieren übertragen werden. Analoge Datenstrukturen können hierbei insbesondere durch die Verwendung der Vorsilbe „Trainings“ gekennzeichnet sein. Weiterhin können die in Verfahren und Vorrichtungen zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie verwendeten trainierten Funktionen insbesondere durch Verfahren zum Bereitstellen der trainierten Funktion trainiert bzw. angepasst worden und/oder bereitgestellt worden sein.
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild. Dabei sind das erste und das zweite Objekt in einem Untersuchungsobjekt angeordnet. Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt eines Bereitstellens von wenigstens zwei Erkundungsansichten des ersten und des zweiten Objektes. Dabei bilden die Erkundungsansichten das erste und das zweite Objekt aus verschiedenen Winkeln ab. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Segmentierens des ersten Objektes in den Erkundungsansichten. Dabei werden erste zweidimensionale Objektmasken bestimmt. Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt eines Segmentierens des zweiten Objektes in den Erkundungsansichten. Dabei werden zweite zweidimensionale Objektmasken bestimmt. Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt eines Bestimmens einer ersten dreidimensionalen Objektmaske des ersten Objektes in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Bestimmens einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske des zweiten Objektes in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Bestimmens einer Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske. Dabei wird die Überlagerung aus einer projektiven Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes in fiktiven Projektionsaufnahmen, die sich aus der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie ergeben, bestimmt.
Zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes wird eine Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes erfasst. Dabei werden wenigstens zwei Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes aus verschiedenen Winkeln erfasst. Insbesondere können die Winkel bzw. die Aufnahmewinkel beim Erfassen der Projektionsaufnahmen für alle Projektionsaufnahmen verschieden sein. Die Projektionsaufnahmen werden entlang einer Aufnahmetrajektorie erfasst. Das heißt, dass die Winkel, aus welchen die Projektionsaufnahmen relativ zu dem Untersuchungsobjekt erfasst werden, durch die Wahl der Aufnahmetrajektorie vorgegeben bzw. begrenzt bzw. limitiert sind. Mit anderen Worten werden die Projektionsaufnahmen aus Sicht der Aufnahmetrajektorie erfasst. In Abhängigkeit der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen kann dann das dreidimensionale medizinische Bild rekonstruiert werden. Das dreidimensionale medizinische Bild kann insbesondere mit einem System, welches zum Erfassen der Projektionsaufnahmen ausgebildet ist, bzw. ein Bildgebungssystem erfasst werden. Das System bzw. Bildgebungssystem ist dabei ein bildgebendes, insbesondere ein medizinisches bildgebendes System.
Das Untersuchungsobjekt kann insbesondere wenigstens ein Teil eines Menschen oder eines Tieres sein. Alternativ kann das Untersuchungsobjekt wenigstens ein Teil eines Gegenstandes sein. Das dreidimensionale medizinische Bild bildet das Untersuchungsobjekt ab.
Das erste und das zweite Objekt sind dabei in dem Untersuchungsobjekt angeordnet. Mit anderen Worten sind das erste und das zweite Objekt innerhalb des Untersuchungsobjektes angeordnet. Mit anderen Worten sind das erste und das zweite Objekt von dem Untersuchungsobjekt umgeben. Somit werden gemeinsam mit dem Untersuchungsobjekt auch das erste und das zweite Objekt in dem dreidimensionalen medizinischen Bild abgebildet. In der folgenden Beschreibung umfasst die Nennung des Untersuchungsobjektes auch das im Untersuchungsobjekt angeordnete erste und zweite Objekt.
Insbesondere kann das erste Objekt in Ausführungen der Erfindung wenigstens näherungsweise isotrop also wenigstens näherungsweise kugelförmig sein. Mit anderen Worten kann ein durch das erste Objekt erzeugtes Artefakt, beispielsweise ein Metallartefakt, in einer Projektionsaufnahme wenigstens näherungsweise unabhängig von dem Winkel bzw. Aufnahmewinkel sein.
Das erste Objekt kann derart ausgebildet sein, dass es in den Projektionsaufnahmen Artefakte, insbesondere Metallartefakte, erzeugen bzw. verursachen kann.
In Ausführungen der Erfindung können mehr als ein erstes und/oder mehr als ein zweites Objekt in dem Untersuchungsobjekt angeordnet sein. Das im Folgenden beschriebene Verfahren kann dann analog für die mehreren ersten Objekte und die mehreren zweiten Objekte angewendet werden.
In dem Verfahrensschritt des Bereitstellens der wenigstens zwei Erkundungsansichten, werden die wenigstens zwei Erkundungsansichten insbesondere von einem die Erkundungsansichten erfassenden System bzw. Bildgebungssystem oder von einer Datenbank bereitgestellt. Die Erkundungsansichten können also direkt von dem Bildgebungssystem, welches die Erkundungsansichten erfasst, bereitgestellt werden. Alternativ können die Erkundungsansichten in einer Datenbank gespeichert bzw. hinterlegt sein und von dieser bereitgestellt werden. Die Datenbank kann insbesondere auf einem Cloud-Server oder auf einem lokalen Server gespeichert bzw. hinterlegt sein.
Die Erkundungsansichten sind zweidimensionale Projektionsaufnahmen des ersten und zweiten Objektes. Mit anderen Worten sind die Erkundungsansichten zweidimensionale Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes, in welchem das erste und das zweite Objekt angeordnet sind. Die Erkundungsansichten können eine geringere Auflösung bzw. Bildqualität aufweisen als die Projektionsaufnahmen zum Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes. Die Erkundungsansichten bilden das erste und das zweite Objekt aus wenigstens zwei verschiedenen Winkeln bzw. Aufnahmewinkeln ab. Insbesondere kann jede Erkundungsansicht das Untersuchungsobjekt bzw. das erste und das zweite Objekt aus einem anderen Winkel abbilden. Insbesondere können die Erkundungsansichten mit demselben Bildgebungssystem erfasst worden sein, mit dem auch das dreidimensionale medizinische Bild erfasst werden soll.
Eine Erkundungsansicht umfasst eine Mehrzahl von Pixeln. Die Pixel sind dabei in einer zweidimensionalen Pixelmatrix angeordnet. Jedem Pixel ist dabei ein Pixelwert zugeordnet. Der Pixelwert eines Pixels beschreibt dabei eine Eigenschaft eines Bereiches des Untersuchungsobjektes, welcher in der entsprechenden Erkundungsansicht auf das Pixel projiziert wird. Zusätzlich kann der Pixelwert außerdem eine Eigenschaft eines Bereiches des ersten und/oder zweiten Objektes beschreiben, wenn der entsprechende Bereich des ersten und/oder zweiten Objektes ebenfalls auf das Pixel projiziert wird. Insbesondere kann jede der Erkundungsansichten eine derartige Mehrzahl von Pixeln umfassen.
Jedes der Objekte, das erste und das zweite Objekt, ist in wenigstens zwei Erkundungsansichten abgebildet. Dabei können die Erkundungsansichten, in welchen das erste Objekt abgebildet ist, ganz oder teilweise gleich zu den Erkundungsansichten, in welchen das zweite Objekt abgebildet ist, sein. Mit anderen Worten können das erste und das zweite Objekt wenigstens teilweise in denselben Erkundungsansichten abgebildet sein. Alternativ können die Erkundungsansichten, in welchen das erste Objekt abgebildet ist, verschieden von den Erkundungsansichten sein, in welchen das zweite Objekt abgebildet ist.
In dem Verfahrensschritt des Segmentierens des ersten Objektes in den Erkundungsansichten wird das erste Objekt in den Erkundungsansichten, insbesondere in allen Erkundungsansichten, segmentiert. Insbesondere wird das erste Objekt in allen Erkundungsansichten segmentiert, in welches es abgebildet ist.
Das erste Objekt kann beim Segmentieren insbesondere durch eine Schwellwertbildung segmentiert werden. Dabei können in den Erkundungsansichten die Pixel gemäß ihrer Pixelwerte dem ersten Objekt zugeordnet werden oder alternativ nicht dem ersten Objekt zugeordnet werden. Insbesondere können diejenigen Pixel, deren Pixelwerte in einem ersten Wertebereich bzw. Zahlenbereich liegen, dem ersten Objekt zugeordnet werden. Alle anderen Pixel werden nicht dem ersten Objekt zugeordnet.
Alternativ oder zusätzlich kann das erste Objekt wie im Folgenden beschrieben durch Anwenden einer ersten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten segmentiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das erste Objekt in den Erkundungsansichten manuell segmentiert werden. Dafür kann ein Experte, beispielsweise ein Radiologe bzw. eine Radiologin, das erste Objekt in den Erkundungsansichten manuell segmentieren.
Beim Segmentieren des ersten Objektes in den Erkundungsansichten werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Insbesondere kann für jede Erkundungsansicht eine erste zweidimensionale Objektmaske bestimmt werden. Dabei umfasst eine erste zweidimensionale Objektmaske genauso viele Pixel wie die Erkundungsansicht, für welche die erste zweidimensionale Objektmaske bestimmt wurde. Jedes Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmaske entspricht somit einem Pixel der entsprechenden Erkundungsansicht, für die die erste zweidimensionale Objektmaske bestimmt wurde. Dabei können die Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken, die gemäß der jeweils entsprechenden Erkundungsansicht dem ersten Objekt zugeordnet wurden, eine Eins als Pixelwert umfassen. Alle anderen Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmaske können eine Null als Pixelwert umfassen. Alternativ können die dem ersten Objekt zugeordneten Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken eine Null umfassen und alle anderen Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmaske eine Eins umfassen.
Analog zu dem Segmentieren des ersten Objektes wird der Verfahrensschritt des Segmentierens des zweiten Objektes ausgeführt. Das Segmentieren kann dabei wie oben beschrieben durch eine Schwellwertbildung und/oder durch Anwenden einer zweiten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten und/oder manuell beispielsweise von einem Radiologen bzw. eine Radiologin erfolgen. Die zweite trainierte Funktion ist dabei analog zu der ersten trainierten Funktion ausgebildet und zum Segmentieren des zweiten Objektes angepasst. Beim Segmentieren durch Schwellwertbildung kann der Wertebereich bzw. Zahlenbereich der Pixelwerte der Pixel, die dem zweiten Objekt zugeordnet werden, verschieden von dem Zahlenbereich der Pixelwerte der Pixel, die dem ersten Objekt zugeordnet werden, sein. Insbesondere können die beiden Zahlenbereiche disjunkt sein. Alternativ können die beiden Zahlenbereiche wenigstens teilweise überlappen. Die zweiten zweidimensionalen Objektmasken können dabei analog zu den ersten zweidimensionalen Objektmasken ausgebildet sein.
Das Segmentieren des ersten Objektes und des zweiten Objektes kann abhängig vom Grad der Überlagerung der beiden Objekte in den Erkundungsansichten getrennt oder gleichzeitig erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt das Segmentieren wie oben beschrieben getrennt.
Wenn das erste und das zweite Objekt gleichzeitig segmentiert werden, werden zunächst segmentierte Erkundungsansichten bestimmt, in welchen das erste und das zweite Objekt gemeinsam segmentiert sind. Dabei kann das Bestimmen der segmentierten Erkundungsansichten wie oben beschrieben mittels einer Schwellwertbildung und/oder mittels Anwendens einer trainierten Funktion erfolgen. In den segmentierten Erkundungsansichten sind die Pixel der segmentierten Erkundungsansichten entweder einem der beiden Objekte oder keinem der Objekte zugeordnet. Die Pixelwerte der Pixel, die in den Erkundungsansichten keinem der Objekte zugeordnet sind, können in den segmentierten Erkundungsansichten beispielsweise durch eine Null oder einen NaN Wert ersetzt worden sein. Die Pixelwerte der Pixel, die dem ersten oder dem zweiten Objekt zugeordnet sind, sind in den segmentierten Erkundungsansichten im Vergleich zu den Erkundungsansichten unverändert. Durch ein zweites Segmentieren können die Pixel, die bereits den beiden Objekten zugeordnet sind, jeweils einem der beiden Objekte zugeordnet werden. Insbesondere kann dies ebenfalls durch eine Schwellwertbildung oder eine weitere trainierte Funktion erfolgen. Bei der Schwellwertbildung kann für das erste Objekt ein erster Wertebereich bzw. Zahlenbereich und für das zweite Objekt ein zweiter Wertebereich bzw. Zahlenbereich definiert werden. Der erste und der zweite Zahlenbereich können dabei disjunkt sein. Alternativ können der erste und der zweite Zahlenbereich überlappen. Die Pixel, deren Pixelwerte in dem ersten Zahlenbereich liegen, können dann dem ersten Objekt zugeordnet werden. Analog können die Pixel, die in dem zweiten Zahlenbereich liegen, dem zweiten Objekt zugeordnet werden. Dabei werden die wie oben beschrieben ausgebildeten ersten und zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt.
In dem Verfahrensschritt des Bestimmens der ersten dreidimensionalen Objektmaske wird die erste dreidimensionale Objektmaske in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Die erste dreidimensionale Objektmaske beschreibt eine dreidimensionale Ausdehnung bzw. Form des ersten Objektes und seine dreidimensionale Lage im Raum.
Analog wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens der zweiten dreidimensionalen Objektmaske die zweite dreidimensionale Objektmaske in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Die zweite dreidimensionale Objektmaske beschreibt dabei eine dreidimensionale Ausdehnung bzw. Form des zweiten Objektes und seine dreidimensionale Lage im Raum.
Die erste und die zweite dreidimensionale Objektmaske können in eine räumliche Beziehung zueinander gebracht werden. Mit anderen Worten können die erste und die zweite dreidimensionale Objektmaske dazu dienen, eine räumliche Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt darzustellen bzw. abzubilden. Mit anderen Worten kann durch die erste und die zweite dreidimensionale Objektmaske die räumliche Lage des ersten Objektes gegenüber der räumlichen Lage des zweiten Objektes abgebildet bzw. dargestellt werden.
In dem Verfahrensschritt des Bestimmens der Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie wird für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske bestimmt, wie groß die Überlagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt ist. Die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie ist dabei zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes ausgebildet. Mit anderen Worten kann entlang der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen von dem Untersuchungsobjekt mit dem ersten und dem zweiten Objekt erfasst werden. In Abhängigkeit dieser Projektionsaufnahmen kann dann das dreidimensionale medizinische Bild bestimmt bzw. rekonstruiert werden. Insbesondere bildet die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie wenigstens einen Teil einer Kreisbahn oder einer Ellipse um das Untersuchungsobjekt herum aus.
In Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske können durch eine Vorwärtsprojektion fiktive Projektionsaufnahmen des ersten und des zweiten Objektes aus verschiedenen Winkeln bzw. Aufnahmewinkeln simuliert werden. Die Winkel sind dabei durch die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie begrenzt bzw. vorgegeben.
Die Überlagerung wird dabei aus projektiven Überlagerungen des ersten und des zweiten Objektes in den fiktiven Projektionsaufnahmen für die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie bestimmt. Mit anderen Worten kann anhand der aus der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske bekannten räumlichen Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt für eine Mehrzahl Winkeln bzw. von fiktiven Projektionsaufnahmen, die entlang der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie erfasst werden können, die projektive Überlagerung simuliert werden.
Mit anderen Worten kann die projektive Überlagerung für die fiktive bzw. simulierte Mehrzahl von Projektionsaufnahmen entlang der Aufnahmetrajektorie bestimmt werden. Mit anderen Worten können die Projektionen des ersten und des zweiten Objektes für die verschiedenen fiktiven Projektionsaufnahmen entlang der Aufnahmetrajektorie simuliert werden. Aus den Projektionen kann für die verschiedenen fiktiven Projektionsaufnahmen jeweils die projektive Überlagerung bestimmt werden. Die projektive Überlagerung kann dabei beispielsweise für die fiktiven Projektionsaufnahmen angeben, in wie vielen Pixeln der fiktiven Projektionsaufnahmen die Projektion des ersten Objektes mit der Projektion des zweiten Objekt überlagert. Insbesondere kann für jede fiktive Projektionsaufnahme simuliert werden, wie viele Pixel sowohl das erste als auch das zweite Objekt abbilden bzw. wie viele Pixel eine Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes abbilden. Die projektive Überlagerung jeder fiktiven bzw. simulierten Projektionsaufnahme kann dabei die Summe bzw. die Anzahl der Pixel angeben, die eine Überlagerung der beiden Objekte abbilden.
Die Überlagerung für die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie kann dann der Summe der projektiven Überlagerungen der einzelnen fiktiven bzw. simulierten Projektionsaufnahmen entsprechen. Die Summe kann dabei durch die Anzahl der für die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie simulierten fiktiven Projektionsaufnahmen bzw. durch die Anzahl der bestimmten projektiven Überlagerungen dividiert und somit normiert werden.
Insbesondere kann auf diese Weise die Überlagerung für eine Mehrzahl von Aufnahmetrajektorien bestimmt werden. Dabei können jeweils fiktive Projektionsaufnahmen aus den verschiedenen Winkeln in Abhängigkeit der verschiedenen Aufnahmetrajektorien simuliert werden, die die Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes abbilden bzw. darstellen. Die Winkel sind dabei durch die jeweilige Aufnahmetrajektorie beschränkt bzw. limitiert.
In den Ausführungen, in welchen mehr als ein erstes und/oder mehr als ein zweites Objekt in dem Untersuchungsobjekt angeordnet sind, kann die Überlagerung derart bestimmt werden, dass die Überlagerung angibt, wie stark alle ersten Objekte mit allen zweiten Objekten überlagern. Mit anderen Worten kann als Überlagerung die Überlagerung der Summe der ersten Objekte mit der Summe der zweiten Objekte bestimmt werden. Insbesondere können dafür die mehreren ersten Objekte wie ein großes erstes Objekt und die mehreren zweiten Objekte wie ein großes zweites Objekt behandelt werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass die Dosis, die nicht direkt zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes notwendig ist, auf das Erfassen der Erkundungsansichten reduziert werden kann. Der Erfinder hat erkannt, dass nur eine geringe Anzahl (wenigstens zwei) Erkundungsansichten, mit vorteilhafterweise geringer Auflösung, notwendig ist, um die erste und die zweite dreidimensionalen Objektmaske zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine dem Untersuchungsobjekt applizierte Dosis möglichst gering gehalten werden, wenn eine Röntgenbildgebung für die Erkundungsansichten genutzt wird. Außerdem hat der Erfinder erkannt, dass mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens die Überlagerung in Abhängigkeit der räumlichen Lage der beiden Objekte bestimmt werden kann. Mit dem beschriebenen Verfahren kann die Überlagerung für beliebig geformte Objekte, insbesondere auch für isotrope Objekte, bestimmt werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung werden das dreidimensionale medizinische Bild und die wenigstens zwei Erkundungsansichten mittels eines Röntgensystems erfasst und bereitgestellt.
Das dreidimensionale medizinische Bild kann somit insbesondere ein dreidimensionales medizinisches Röntgenbild sein. Dafür kann das dreidimensionale medizinische Bild mit dem Röntgensystem erfasst werden. Das Röntgensystem kann dabei insbesondere ein C-Bogen System oder ein Computer-Tomographie (Akronym: CT) System sein. Das Röntgensystem kann dabei eine Röntgenröhre zum Aussenden von Röntgenstrahlung und einen Röntgendetektor zum Erfassen bzw. Empfangen bzw. Detektieren der Röntgenstrahlung umfassen. Dabei ist das Untersuchungsobjekt zwischen der Röntgenröhre und dem Röntgendetektor angeordnet. Die mit dem Röntgendetektor erfasste Röntgenstrahlung kann dabei wenigstens teilweise das Untersuchungsobjekt vor dem Erfassen durchdrungen haben. Mit dem Röntgendetektor kann also eine Projektionsaufnahme des Untersuchungsobjektes erfasst werden. Zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes mit dem Röntgensystem wird eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes erfasst. Dabei werden wenigstens zwei Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes aus verschiedenen Winkeln erfasst. Insbesondere können die Winkel bzw. die Aufnahmewinkel beim Erfassen der Projektionsaufnahmen für alle Projektionsaufnahmen verschieden sein. Dafür fährt das Röntgensystem die Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt ab. Dabei wird wenigstens der Röntgendetektor oder die Röntgenröhre, insbesondere der Röntgendetektor und die Röntgenröhre, entlang der Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt herumbewegt. Entlang dieser Aufnahmetrajektorie wird die Mehrzahl der Projektionsaufnahmen erfasst. In Abhängigkeit der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen kann dann das dreidimensionale medizinische Bild rekonstruiert werden.
Die Erkundungsansichten können analog zu den Projektionsaufnahmen mit dem Röntgensystem erfasst werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass das Verfahren insbesondere dazu geeignet ist, das Erfassen von dreidimensionalen medizinischen Bildern mit einem Röntgensystem zu optimieren. Der Erfinder hat erkannt, dass insbesondere in der Röntgenbildgebung die Überlagerung verschiedener Objekte zu einer nicht korrekten Darstellung bzw. Abbildung in dem dreidimensionalen medizinischen Bild führen kann, die wiederum eine fehlerhafte oder unmögliche Diagnose oder Behandlung zu Folge haben kann. Mit anderen Worten hat der Erfinder erkannt, dass die Überlagerung von Objekten insbesondere in der Röntgenbildgebung von großer Relevanz ist. Der Erfinder hat erkannt, dass insbesondere die in der Röntgenbildgebung auftretenden Metallartefakte zu problematischen Überlagerungen von Objekten führen können, die eine korrekte Rekonstruktion der überlagerten Objekten in dem dreidimensionalen medizinischen Bild verhindern oder wenigstens erschweren.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein erster Absorptionskoeffizient des ersten Objektes größer als ein zweiter Absorptionskoeffizient des zweiten Objektes.
Mit anderen Worten schwächt das erste Objekt Röntgenstrahlung stärker ab als das zweite Objekt. Der Absorptionskoeffizient eines Objektes beschreibt also eine Abschwächung von Röntgenstrahlung durch das Objekt. Dabei gilt, je größer der Absorptionskoeffizient eines Objektes ist, desto stärker wird die Röntgenstrahlung beim Durchdringen des Objektes abgeschwächt. Je größer der Absorptionskoeffizient eines Objektes ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass durch das Objekt ein Artefakt in den Projektionsaufnahmen bzw. in dem dreidimensionalen medizinischen Bild erzeugt wird. Das Artefakt kann dabei insbesondere ein Metallartefakt sein.
Der Erfinder hat erkannt, dass das erste Objekt das zweite Objekt in den Projektionsaufnahmen und/oder in dem dreidimensionalen medizinischen Bild überlagern kann, wenn es einen größeren Absorptionskoeffizienten hat als das zweite Objekt. Der Erfinder hat erkannt, dass insbesondere in der Röntgenbildgebung ein großer Absorptionskoeffizient zu sogenannten Metallartefakten führen kann. Mit anderen Worten kann ein Objekt mit einem großen Absorptionskoeffizienten in den Erkundungsansichten und/oder in den Projektionsbildern und/oder in dem dreidimensionalen medizinischen Bild Metallartefakte erzeugen bzw. bewirken bzw. hervorrufen. Diese Metallartfakte können wiederum ein anderes Objekt, insbesondere das zweite Objekt derart überlagern, dass bei einer nicht optimalen Wahl der Aufnahmetrajektorie eine sinnvolle Rekonstruktion des zweiten Objektes in Abhängigkeit der Projektionsaufnahmen nicht möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Aufnahmetrajektorie von einer Lagerung des Untersuchungsobjektes abhängig.
Mit anderen Worten hängen die Winkel bzw. die Aufnahmewinkel der Projektionsaufnahmen, die entlang einer Aufnahmetrajektorie erfasst werden, davon ab, wie das Untersuchungsobjekt relativ zu dem Bildgebungssystem zum Erfassen der Projektionsaufnahmen, insbesondere relativ zu dem Röntgensystem, positioniert ist. Mit anderen Worten kann die Aufnahmetrajektorie entweder durch eine angepasste Bewegung des Bildgebungssystems beispielsweise des Röntgensystems und/oder durch ein Anpassen der Lagerung des Untersuchungsobjektes variiert werden.
Das bedeutet, wenn eine bestimmte Aufnahmetrajektorie abgefahren werden soll bzw. wenn Projektionsaufnahmen entlang einer bestimmten Aufnahmetrajektorie erfasst werden sollen, dass entweder die Bewegung des Bildgebungssystems, beispielsweise des Röntgensystems, angepasst werden kann und/oder dass das Untersuchungsobjekt entsprechend relativ zu dem Bildgebungssystem, beispielsweise dem Röntgensystem, gelagert werden kann.
Die Aufnahmetrajektorie ist also relativ zu dem Untersuchungsobjekt definiert. Mit anderen Worten verläuft die Aufnahmetrajektorie in einem bestimmten Verhältnis zu dem Untersuchungsobjekt bzw. zu dem ersten und dem zweiten Objekt. Mit anderen Worten ist die Aufnahmetrajektorie in Abhängigkeit einer Lagerung des Untersuchungsobjektes definiert. Insbesondere ist somit eine räumliche Lage der Aufnahmetrajektorie abhängig von der Lagerung des Untersuchungsobjektes.
Der Erfinder hat erkannt, dass zum Anpassen der Aufnahmetrajektorie nicht notwendigerweise ein Anpassen des Bildgebungssystems bzw. der Bewegung des Bildgebungssystems beim Erfassen der Projektionsaufnahmen, insbesondere des Röntgensystems, notwendig ist, sondern dass unter Umständen eine geeignete, angepasste Lagerung des Untersuchungsobjektes ausreichend ist. Der Erfinder hat erkannt, dass das Anpassen der Lagerung an die Aufnahmetrajektorie unter Umständen leichter ist, als die Aufnahmetrajektorie rein durch eine angepasste Bewegung des Bildgebungssystems zu erzeugen bzw. abzufahren. Der Erfinder hat erkannt, dass durch ein Anpassen der Lagerung des Untersuchungsobjektes an die Aufnahmetrajektorie verhindert werden kann, dass das Bildgebungssystem derart bewegt werden muss, dass eine Bedienperson oder eine Person, die einen medizinischen Eingriff an dem Untersuchungsobjekt durchführt, behindert wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Verfahrensschritt des Bestimmens einer Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes für mehr als eine Aufnahmetrajektorie durchgeführt.
Insbesondere können für mehr als eine Aufnahmetrajektorie fiktive Projektionsaufnahmen in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmasken simuliert werden. Die Aufnahmetrajektorien begrenzen dabei jeweils die Winkel der fiktiven Projektionsaufnahmen relativ zu dem Untersuchungsobjekt. Für jede fiktive Projektionsaufnahme kann wie oben beschrieben eine projektive Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes bestimmt werden.
Wie oben beschrieben kann für jede Aufnahmetrajektorie aus den entsprechenden fiktiven Projektionsaufnahmen bzw. aus den entsprechenden projektiven Überlagerungen eine Überlagerung bzw. eine Gesamtüberlagerung bestimmt werden.
Wie oben beschrieben kann die Überlagerung von der Summe der projektiven Überlagerungen abhängen. Die Summe kann dabei durch die Anzahl der fiktiven Projektionsaufnahmen bzw. der projektiven Überlagerungen normiert werden. Auf diese Weise kann insbesondere ein Vergleich zwischen verschiedenen Aufnahmetrajektorien auch bei einer unterschiedlichen Anzahl von simulierten fiktiven Projektionsaufnahmen bzw. daraus bestimmten projektiven Überlagerungen ermöglicht werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass mittels des beschriebenen Verfahrens verschiedene Aufnahmetrajektorien hinsichtlich ihrer Überlagerung verglichen werden können. Der Erfinder hat erkannt, dass dieser Vergleich zunächst auf rein theoretischen Überlegungen ohne weitere Strahlenbelastung oder Messzeit zum Erfassen von Projektionsbildern basieren kann. Der Erfinder hat außerdem erkannt, dass die Überlagerung ein geeignetes Maß zum Bestimmen der Eignung einer Aufnahmetrajektorie ist, welches einfach für die verschiedenen Aufnahmetrajektorien in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske bestimmt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem einen Verfahrensschritt eines Bestimmens einer optimalen Aufnahmetrajektorie. Dabei ist die optimale Aufnahmetrajektorie diejenige Aufnahmetrajektorie, für die die geringste Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes bestimmt wurde. Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt eines Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der optimalen Aufnahmetrajektorie.
In dem Verfahrensschritt des Bestimmens der optimalen Aufnahmetrajektorie werden somit die zuvor bestimmten Überlagerungen der verschiedenen Aufnahmetrajektorien verglichen. Basierend auf diesem Vergleich kann die minimale bzw. die geringste Überlagerung bestimmt werden. Die Aufnahmetrajektorie, für die diese geringste Überlagerung bestimmt wurde, wird als optimale Aufnahmetrajektorie definiert. Die Projektionsaufnahmen, die für die optimale Aufnahmetrajektorie erfasst werden, weisen somit die geringste projektive Überlagerung auf im Vergleich zu den Projektionsaufnahmen der anderen Aufnahmetrajektorien, für die jeweils die Überlagerung bestimmt wurde. Das heißt entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie wird in den Projektionsbildern die vergleichsweise geringste Überlagerung des ersten und zweiten Objektes erwartet. „Vergleichsweise“ bezieht sich dabei auf die berücksichtigten Aufnahmetrajektorien bzw. auf die Aufnahmetrajektorien, für die die Überlagerung bestimmt wurde.
Die optimale Aufnahmetrajektorie kann also als Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes festgelegt werden.
In dem Verfahrensschritt des Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes wird das dreidimensionale medizinische Bild in Abhängigkeit der optimalen Aufnahmetrajektorie erfasst. Dabei wird das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, zum Erfassen des dreidimensionalen Bildes entsprechend angesteuert. Mit anderen Worten wird das Bildgebungssystem zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes derart angesteuert, das eine Mehrzahl von Projektionsbildern entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie erfasst werden. Dafür kann das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, entsprechend bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lagerung des Untersuchungsobjektes entsprechend angepasst werden.
In Abhängigkeit der derart erfassten Projektionsbilder kann dann das dreidimensionale medizinische Bild rekonstruiert werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass mit dem beschriebenen Verfahren eine optimale Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes bestimmt werden kann. Der Erfinder hat außerdem erkannt, dass in Abhängigkeit der derart bestimmten optimalen Aufnahmetrajektorie das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes entsprechend angesteuert werden kann, sodass eine Mehrzahl von Projektionsbildern entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie von dem Untersuchungsobjekt erfasst werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Untersuchungsobjekt mittels einer Lagerungsvorrichtung gelagert. Dabei umfasst das Verfahren vor dem Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes außerdem einen Verfahrensschritt eines Lagerns des Untersuchungsobjektes entsprechend der optimalen Aufnahmetrajektorie. Dabei wird die Lagerungsvorrichtung automatisiert in Abhängigkeit von der optimalen Aufnahmetrajektorie angesteuert, sodass das Untersuchungsobjekt entsprechend der Lagerung für die optimale Aufnahmetrajektorie gelagert ist.
Die Lagerungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, das Untersuchungsobjekt während des Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes in einer bestimmten Position zu fixieren. Insbesondere ist die Lagerungsvorrichtung dazu ausgebildet, das Untersuchungsobjekt während des Abfahrens der optimalen Aufnahmetrajektorie zu fixieren. Insbesondere kann auf diese Weise verhindert werden, dass durch eine Bewegung des Untersuchungsobjektes die tatsächliche Aufnahmetrajektorie von der optimalen Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt abweicht oder ein Anpassen der Bewegung des erfassenden Bildgebungssystems an die Position des Untersuchungsobjektes während des Abfahrens der optimalen Aufnahmetrajektorie notwendig ist.
Die Lagerungsvorrichtung kann beispielsweise eine Kopfschale sein. In diesem Fall umfasst das Untersuchungsobjekt den Kopf eines Menschen. Das erste und das zweite Objekt sind dann in dem Kopf angeordnet. Die Kopfschale ist dazu ausgebildet, eine Neigung und/oder eine Drehung des Kopfes einzustellen. Die Kopfschale ist außerdem dazu ausgebildet, die eingestellte Neigung und/oder Drehung des Kopfes zu fixieren.
Wie oben beschrieben kann zum Abfahren der optimalen Aufnahmetrajektorie die Bewegung des Bildgebungssystems bzw. des Röntgensystems angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Lagerung des Untersuchungsobjektes relativ zu dem Bildgebungssystem bzw. dem Röntgensystem angepasst werden.
Insbesondere kann die Lagerung des Untersuchungsobjektes derart angepasst werden, dass das Bildgebungssystem auch ohne eine Veränderung der Bewegung des Bildgebungssystem die optimale Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt abfährt. Mit anderen Worten kann in Ausführungen der Erfindung das Bildgebungssystem eine feste Aufnahmetrajektorie abfahren. Um sicherzustellen, dass diese feste Aufnahmetrajektorie der optimalen Aufnahmetrajektorie entspricht, kann das Untersuchungsobjekt entsprechend relativ zu dem Bildgebungssystem mit der Lagerungsvorrichtung gelagert werden.
In dem Verfahrensschritt des Lagerns des Untersuchungsobjektes wird die Lagerung des Untersuchungsobjektes an die optimale Aufnahmetrajektorie angepasst. Insbesondere kann dabei die Lagerung des Untersuchungsobjektes derart angepasst werden, dass das Bildgebungssystem bzw. das Röntgensystem weiterhin einen festen, unveränderten Bewegungsablauf zum Abfahren der optimalen Aufnahmetrajektorie ausführen kann. Alternativ kann zusätzlich zum Anpassen der Lagerung auch der Bewegungsablauf des Bildgebungssystem bzw. des Röntgensystems angepasst werden. Die Lagerung wird somit derart angepasst, dass durch die Kombination der Lagerung mit der Bewegung des Bildgebungssystems bzw. der Röntgensystems die optimale Aufnahmetrajektorie abgefahren wird.
Zum Lagern des Untersuchungsobjektes bzw. zum Anpassen der Lagerung kann die Lagerungsvorrichtung automatisiert angesteuert werden. Dabei wird die Lagerungsvorrichtung derart angesteuert, dass das Bildgebungssystem zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes, insbesondere das Röntgensystem, die optimale Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt abfährt.
Wenn die Lagerungsvorrichtung beispielsweise eine oben beschriebene Kopfschale ist, kann insbesondere die Neigung und/oder die Drehung des Kopfes automatisiert eingestellt werden.
Alternativ kann die Lagerung des Untersuchungsobjektes manuell angepasst werden. Dafür können Vorgaben bereitgestellt werden, die in Abhängigkeit der bestimmten optimalen Aufnahmetrajektorie einem Bedienpersonal oder dem Untersuchungsobjekt selbst vorgeben, wie die Lagerung angepasst werden soll.
Der Erfinder hat erkannt, dass die Kenntnis der optimale Aufnahmetrajektorie alternativ oder zusätzlich zum Ansteuern des Bildgebungssystems insbesondere des Röntgensystems, auch zum automatisierten Einstellen bzw. Anpassen der Lagerung des Untersuchungsobjektes genutzt werden kann. Der Erfinder hat erkannt, dass durch Anpassen der Lagerung des Untersuchungsobjektes sichergestellt werden kann, dass die optimale Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes abgefahren wird. Der Erfinder hat erkannt, dass insbesondere während einer medizinischen Behandlung bzw. einem medizinischen Eingriff an dem Untersuchungsobjekt ein Anpassen der Bewegung des Bildgebungssystems, insbesondere des Röntgensystems, zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes nicht möglich oder zumindest problematisch ist. Der Erfinder hat erkannt, dass dieses Problem wenigstens teilweise durch das Anpassen der Lagerung des Untersuchungsobjektes umgangen werden kann. Der Erfinder hat erkannt, dass auf diese Weise das Abfahren der optimalen Aufnahmetrajektorie völlig automatisiert sichergestellt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird in dem Verfahrensschritt des Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes das dreidimensionale medizinische Bild mit einem Röntgensystem erfasst. Dabei fährt das Röntgensystem beim Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes die optimale Aufnahmetrajektorie ab.
Das Röntgensystem ist dabei wie oben beschrieben ausgebildet. Zum Abfahren der optimalen Aufnahmetrajektorie bewegt sich wenigstens der Röntgendetektor oder die Röntgenröhre entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt. Insbesondere können sich beide, der Röntgendetektor und die Röntgenröhre entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt herumbewegen. Dabei ist das Untersuchungsobjekt zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenröhre angeordnet. Wenn sich die Röntgenröhre und der Röntgendetektor um das Untersuchungsobjekt herumbewegen, bewegen sich der Röntgendetektor und die Röntgenröhre insbesondere derart, dass ein Abstand zwischen der Röntgenröhre und dem Röntgendetektor konstant bleibt. Beispielsweise können die Röntgenröhre und der Röntgendetektor an einem C-Bogen bzw. C-Arm angeordnet sein. Durch eine Bewegung des C-Bogens werden auch die Röntgenröhre und der Röntgendetektor bewegt.
Insbesondere kann die Bewegung der Röntgenröhre und des Röntgendetektors an die optimale Aufnahmetrajektorie angepasst sein. Mit anderen Worten kann die Bewegung relativ zu dem Untersuchungsobjekt an die optimale Aufnahmetrajektorie angepasst sein. Im Fall eines C-Bogens kann der C-Bogen um eine vertikale Achse drehbar gelagert sein. Außerdem kann der C-Bogen um eine horizontale Achse neigbar gelagert sein. Durch Drehen und Neigen des C-Bogens können die Positionen der Röntgenröhre und des Röntgendetektors an die optimale Aufnahmetrajektorie angepasst werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass die optimale Aufnahmetrajektorie alternativ oder zusätzlich zu der Lagerung des Untersuchungsobjektes durch eine geeignete Bewegung des Röntgensystems beim Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes abgefahren werden kann. Mit anderen Worten kann die Bewegung des Röntgensystems an die optimale Aufnahmetrajektorie angepasst werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Verfahrensschritt des Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes einen Verfahrensschritt eines Erfassens einer Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie. Dabei werden wenigstens zwei Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Winkeln erfasst. Der Verfahrensschritt des Erfassens des dreidimensionalen medizinischen Bildes umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Rekonstruierens des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen. Dabei wird optional eine Metallartefaktkorrektur beim Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes durchgeführt.
In dem Verfahrensschritt des Erfassens der Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen werden die zweidimensionalen Projektionsaufnahmen erfasst, während das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, die optimale Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt abfährt. Insbesondere kann in regelmäßigen Abständen während des Abfahrens der optimalen Aufnahmetrajektorie eine zweidimensionale Projektionsaufnahme erfasst werden. Die Regelmäßigkeit der Abstände kann sich dabei auf eine zeitliche Regelmäßigkeit und/oder eine räumliche Regelmäßigkeit beziehen.
Die optimale Aufnahmetrajektorie kann insbesondere wenigstens einen Teil einer Kreisbahn oder Ellipsenbahn um das Untersuchungsobjekt herum ausbilden. Wenigstens zwei Projektionsaufnahmen der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen werden an unterschiedlichen bzw. verschiedenen Positionen der optimalen Aufnahmetrajektorie erfasst. Damit sind die Winkel bzw. der Aufnahmewinkel der wenigstens zwei Projektionsaufnahmen relativ zu dem Untersuchungsobjekt verschieden.
In Ausführungen der Erfindung wird jeweils eine Projektionsaufnahme in bestimmten Winkelschritten erfasst. Mit anderen Worten wird entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie in festen Winkelschritten jeweils eine Projektionsaufnahme erfasst. Wenn ein Röntgensystem zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes genutzt wird, wird also immer dann eine Projektionsaufnahme erfasst, wenn sich der Röntgendetektor und/oder die Röntgenröhre um einen bestimmten Winkel entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie weiterbewegt haben. Insbesondere kann dann jede Projektionsaufnahme aus einem anderen Winkel relativ zu dem Untersuchungsobjekt erfasst worden sein.
In dem Verfahrensschritt des Rekonstruierens des dreidimensionalen medizinischen Bildes wird das dreidimensionale medizinische Bild in Abhängigkeit der Mehrzahl von zuvor erfassten Projektionsbildern rekonstruiert. Das Rekonstruieren kann auf einem bekannten Rekonstruktionsalgorithmus basieren. Beispielsweise kann für die Rekonstruktion des dreidimensionalen medizinischen Bildes eine gefilterte Rückprojektion der Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen durchgeführt werden.
Optional kann beim Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes eine Metallartefaktkorrektur durchgeführt werden. Die Metallartefaktkorrektur kann auf einem bekannten Algorithmus basieren. Beispielsweise kann eine Metallartefaktkorrektur wie in Meyer, Esther, et al. „Normalized metal artifact reduction (NMAR) in computed tomography.“ Medical physics 37.10 (2010): 5482-5493 beschrieben durchgeführt werden.
Optional können weitere Korrekturen beim Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Rauschkorrektur durchgeführt werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie wie aus der entsprechenden Bildgebung bekannt, zweidimensionale Projektionsaufnahmen erfasst werden können, die dazu geeignet sind, für die Rekonstruktion des dreidimensionalen medizinischen Bildes genutzt zu werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung basieren die Verfahrensschritte des Segmentierens des ersten Objektes und des Segmentierens des zweiten Objektes auf einer Schwellwertbildung.
Die Schwellwertbildung kann dabei wie oben beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere werden bei der Schwellwertbildung die Pixel der Erkundungsansichten in Abhängigkeit ihrer Pixelwerte gruppiert. Insbesondere kann dabei für das erste Objekt ein erster Zahlenbereich bzw. Wertebereich definiert sein. Analog kann für das zweite Objekt ein zweiter Zahlenbereich bzw. Wertebereich definiert sein. Der erste und der zweite Zahlenbereich können dabei disjunkt sein. Alternativ können der erste und der zweite Zahlenbereich wenigstens teilweise überlappen bzw. überschneiden. Die Ränder des ersten und des zweiten Zahlenbereiches bilden dabei jeweils die Schwellwerte aus, die für das Segmentieren des ersten und des zweiten Objektes relevant sind.
Beim Segmentieren des ersten Objektes werden alle Pixel, deren Pixelwert innerhalb des ersten Zahlenbereiches liegt dem ersten Objekt zugeordnet bzw. als dem ersten Objekt zugehörig gruppiert. Alle anderen Pixel der Erkundungsaufnahmen werden als nicht dem ersten Objekt zugehörig gruppiert. Dabei wird für jede Erkundungsansicht eine erste zweidimensionale Objektmaske bestimmt. Insbesondere können die bei dem Segmentieren des ersten Objektes bestimmten ersten zweidimensionalen Objektmasken jeweils genauso viele Pixel wie die entsprechenden Erkundungsansicht umfassen, in Abhängig derer sie jeweils bestimmt wurden. Somit ist jedes Pixel einer ersten zweidimensionalen Objektmaske mit einem Pixel einer Erkundungsansicht assoziiert bzw. diesem zugeordnet. Die Pixelwerte der Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken, die mit jeweils einem Pixel einer Erkundungsansicht assoziiert sind, der dem ersten Objekt zugeordnet ist, können auf eins gesetzt werden. Alle anderen Pixelwerte der ersten zweidimensionalen Objektmaske können auf null gesetzt werden. Alternativ können die Pixelwerte der Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken, die mit einem Pixel einer Erkundungsansicht assoziiert sind, der dem ersten Objekt zugeordnet ist, auf null gesetzt werden. Dann können alle anderen Pixelwerte der ersten zweidimensionalen Objektmasken auf eins gesetzt werden.
Das Segmentieren des zweiten Objektes kann analog zu dem Segmentieren des ersten Objektes erfolgen, wobei die zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt werden. Das Segmentieren erfolgt dabei in Abhängigkeit des zweiten Zahlenbereiches bzw. Wertebereiches.
Der Erfinder hat erkannt, dass eine einfache Form des Segmentierens auf einer Schwellwertbildung basiert. Der Erfinder hat erkannt, dass das erste und das zweite Objekt insbesondere dann gut mittels einer Schwellwertbildung segmentiert werden können, wenn sie in den Erkundungsaufnahmen nicht zu stark überlappen bzw. überlagern.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Verfahrensschritt des Segmentierens des ersten Objektes einen Verfahrensschritt eines Anwendens einer ersten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten. Dabei werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Verfahrensschritt des Segmentierens des zweiten Objektes einen Verfahrensschritt eines Anwendens einer zweiten trainierten Funktion. Dabei werden die zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt.
Im Allgemeinen ahmt eine trainierte Funktion kognitive Funktionen nach, die Menschen mit menschlichem Denken verbinden. Insbesondere durch auf Trainingsdaten basierendem Training kann sich die trainierte Funktion an neue Umstände anpassen sowie Muster erkennen und extrapolieren.
Im Allgemeinen können Parameter einer trainierten Funktion mittels Trainings angepasst werden. Insbesondere kann dafür ein beaufsichtigtes (supervised) Training, ein halbüberwachtes (semi-supervised) Training, ein unbeaufsichtigtes (unsupervised) Training, ein verstärkendes Lernen (reinforcement learning) und/oder ein aktives Lernen (active learning) verwendet werden. Darüber hinaus kann Repräsentationslernen (ein alternativer Begriff ist „Merkmalslernen“) (representation learning bzw. feature learning) verwendet werden. Insbesondere können die Parameter der trainierten Funktionen durch mehrere Trainingsschritte iterativ angepasst werden.
Insbesondere kann eine trainierte Funktion ein neuronales Netzwerk, eine Unterstützungsvektormaschine (support vector machine), einen Zufallsbaum bzw. einen Entscheidungsbaum (decision tree) und/oder ein Bayes'sches Netzwerk umfassen, und/oder die trainierte Funktion kann auf k-Mittel-Clustering (k-means clustering), Q-Learning, genetischen Algorithmen und/oder Assoziationsregeln basieren. Insbesondere kann eine trainierte Funktion eine Kombination aus mehreren unkorrelierten Entscheidungsbäumen bzw. ein Ensemble aus Entscheidungsbäumen (random forest) umfassen. Insbesondere kann die trainierte Funktion mittels XGBoosting (eXtreme Gradient Boosting) bestimmt werden. Insbesondere kann ein neuronales Netzwerk ein tiefes neuronales Netzwerk (deep neural network), ein Faltungs-neuronales Netzwerk (convolutional neural network) oder ein Faltungs-tiefes neuronales Netzwerk (convolutional deep neural network) sein. Darüber hinaus kann ein neuronales Netzwerk ein kontradiktorisches Netzwerk (adversarial network), ein tiefes kontradiktorisches Netzwerk (deep adversarial network) und/oder ein generatives kontradiktorisches Netzwerk (generative adversarial network) sein. Insbesondere kann ein neuronales Netzwerk ein rekurrentes neuronales Netzwerk (recurrent neural network) sein. Insbesondere kann ein rekurrentes neuronales Netzwerk ein Netzwerk mit langem Kurzzeitgedächtnis (long-short-term-memory, LSTM), insbesondere eine Gated Recurrent Unit (GRU), sein. Insbesondere kann eine trainierte Funktion eine Kombination der beschriebenen Ansätze umfassen. Insbesondere werden die hier beschriebenen Ansätze für eine trainierte Funktion Netzwerkarchitektur der trainierten Funktion genannt.
Die erste trainierte Funktion ist dazu ausgebildet, auf die Erkundungsansichten angewendet zu werden und dabei in den Erkundungsansichten das erste Objekt zu segmentieren. Die erste trainierte Funktion kann auf eine spezifische Form des ersten Objektes trainiert sein. Dann kann die erste trainierte Funktion auch dann das erste Objekt korrekt segmentieren, wenn das erste Objekt beispielsweise durch Überlagerung oder durch Artefakte nicht ganz bzw. nur teilweise und/oder überlagert und/oder verzerrt in den Erkundungsansichten abgebildet ist. Mit anderen Worten kann die erste trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, eine tatsächliche Form des ersten Objektes zu segmentieren, auch dann, wenn das erste Objekt in den Erkundungsansichten nur teilweise und/oder wenigstens teilweise durch ein anderes Objekt oder ein Artefakt überlagert und/oder verzerrt etc. abgebildet ist. Die erste trainierte Funktion kann also dazu ausgebildet sein, die Abbildungen des ersten Objektes in den Erkundungsansichten gegebenenfalls zu korrigieren. Mit anderen Worten kann die erste trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, die Form des ersten Objektes in den Erkundungsansichten beim Segmentieren zu korrigieren, wenn diese nicht korrekt abgebildet ist. Die erste trainierte Funktion gibt dann die ersten zweidimensionalen Objektmasken aus. Die ersten zweidimensionalen Objektmasken können dabei wie oben beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere kann jeder ersten zweidimensionalen Objektmaske eine Erkundungsansicht zugeordnet sein bzw. mit einer Erkundungsansicht assoziiert sein. Die ersten zweidimensionalen Objektmasken umfassen dabei genauso viele Pixel wie die mit ihnen assoziierten Erkundungsansichten. Damit besteht auch eine eins-zu-eins Korrespondenz bzw. Assoziation zwischen jeweils einem Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken und einem Pixel der entsprechend assoziierten Erkundungsansicht. Den Pixeln der ersten zweidimensionalen Objektmasken, die mit der ersten trainierten Funktion als dem ersten Objekt zugehörig segmentiert werden, werden als Pixelwert eine Eins zugeordnet. Allen anderen Pixeln wird als Pixelwert eine Null zugeordnet. Alternativ können Null und Eins vertauscht sein.
Die zweite trainierte Funktion kann analog zu der ersten trainierten Funktion in Bezug auf das zweite Objekt definiert sein. Durch Anwenden der zweiten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten können die zweiten zweidimensionalen Objektmasken analog zu den ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch Anwenden der ersten und/oder zweiten trainierten Funktion auch dann ein Segmentieren des ersten und/oder des zweiten Objektes möglich ist, wenn das erste und das zweite Objekt in den Erkundungsansichten überlagern. Insbesondere kann beispielsweise das zweite Objekt auch dann segmentiert werden, wenn es in den Erkundungsansichten durch das zweite Objekt bzw. durch ein durch das zweite Objekt verursachtes Artefakt, beispielsweise ein Metallartefakt, teilweise überlagert ist. Der Erfinder hat erkannt, dass die erste und/oder zweite trainierte Funktion allgemein zum Segmentieren beliebiger Objekte trainiert werden kann. Der Erfinder hat allerdings auch erkannt, dass die erste und/oder zweite trainierte Funktion derart trainiert werden kann, dass sie zum Segmentieren von spezifischen Objekten, insbesondere von Objekten mit einer spezifischen Form, ausgebildet sind. Somit können um die Überlagerung korrigierte erste und/oder zweite zweidimensionale Objektmasken bestimmt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beim Bestimmen der ersten dreidimensionalen Objektmaske die erste dreidimensionale Objektmaske mittels einer ungewichteten Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird beim Bestimmen der zweiten dreidimensionalen Objektmaske die zweite dreidimensionale Objektmaske mittels einer ungewichteten Rückprojektion der zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt.
Die ungewichtete Rückprojektion der ersten und/oder der zweiten zweidimensionalen Objektmaske kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bestimmt werden. Dabei gilt, je mehr zweidimensionale Objektmasken für die Rückprojektion zur Verfügung stehen, desto präziser kann die entsprechende dreidimensionale Objektmaske bestimmt werden. Insbesondere sind zwei zweidimensionale Objektmasken eines Objektes ausreichend, um mittels einer ungewichteten Rückprojektion eine dreidimensionale Objektmaske des Objektes oder zumindest eine Abschätzung einer solchen zu bestimmen.
Der Erfinder hat erkannt, dass die erste und/oder zweite dreidimensionale Objektmaske mittels ungewichteter Rückprojektion auch dann in Abhängigkeit der ersten bzw. zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt werden kann, wenn nur wenige also wenigstens zwei zweidimensionale erste bzw. zweite Objektmasken für die ungewichtete Rückprojektion zur Verfügung stehen. Der Erfinder hat erkannt, dass die ungewichtete Rückprojektion geeignet ist, um die erste und/oder zweite dreidimensionale Objektmaske in Abhängigkeit der ersten bzw. zweiten zweidimensionalen Objektmasken zu bestimmen oder wenigstens abzuschätzen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erste dreidimensionale Objektmaske in dem Verfahrensschritt des Bestimmens der ersten dreidimensionalen Objektmaske mittels einer Segmentierung, insbesondere einer Schwellwertbildung, der rückprojizierten ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird die zweite dreidimensionale Objektmaske in dem Verfahrensschritt des Bestimmens der zweiten dreidimensionalen Objektmaske mittels einer Segmentierung, insbesondere mittels einer Schwellwertbildung, der rückprojizierten zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt.
Die Rückprojektion der ersten und/oder zweiten zweidimensionalen Objektmasken umfasst eine Mehrzahl von Voxeln, die in einer dreidimensionalen Voxelmatrix angeordnet sind. Jedem der Voxel ist ein Voxelwert zugeordnet, der eine Intensität beschreibt.
Bei der Segmentierung mittels einer Schwellwertbildung kann insbesondere in der Rückprojektion der ersten und/oder zweiten zweidimensionalen Objektmasken der Bereich mit den größten Voxelwerten segmentiert werden. Alternativ kann der Bereich mit den kleinsten Voxelwerten segmentiert werden. Der segmentierte Bereich kann der ersten bzw. zweiten dreidimensionalen Objektmaske entsprechen. Insbesondere kann für die Schwellwertbildung ein Schwellwert festgelegt werden. Dann können alle Voxel, deren Voxelwerte größer als der Schwellwert sind der ersten und/oder der zweiten dreidimensionalen Objektmaske zugeordnet werden. Alternativ können alle Voxel, deren Voxelwerte kleiner als der Schwellwert sind, der ersten und/oder zweiten dreidimensionalen Objektmaske zugeordnet werden.
Alternativ kann das Segmentieren zum Bestimmen der ersten dreidimensionalen Objektmaske durch Anwenden einer dritten trainierten Funktion erfolgen. Analog kann alternativ das Segmentieren zum Bestimmen der zweiten dreidimensionalen Objektmaske durch Anwenden einer vierten trainierten Funktion erfolgen. Die dritte und/oder die vierte trainierte Funktion können dabei, wie oben allgemein für trainierte Funktionen beschrieben, ausgebildet sein. Die dritte und/oder die vierte trainierte Funktion können allgemein zum Segmentieren von dreidimensionalen Objektmasken für Objekte mit einer beliebigen Form ausgebildet sein. Alternativ kann die dritte trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, eine dreidimensionale Objektmaske des ersten Objektes zu segmentieren. Dabei ist die dritte trainierte Funktion auf die spezielle Form des ersten Objektes trainiert. Analog kann die vierte trainierte Funktion speziell für das Segmentieren einer dreidimensionalen Objektmaske des zweiten Objektes trainiert sein. Dabei kann die vierte trainierte Funktion speziell auf das Segmentieren einer dreidimensionalen Objektmaske eines Objektes mit der Form des zweiten Objektes trainiert sein. Wie auch beim Segmentieren des ersten und/oder zweiten Objektes durch Anwenden der ersten bzw. zweiten trainierten Funktion kann auch die erste und/oder zweite dreidimensionale Objektmaske beim Segmentieren durch die dritte bzw. vierte trainierte Funktion hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung bzw. Form korrigiert werden. Mit anderen Worten kann beim Segmentieren durch Anwenden der dritten und/oder vierten trainierten Funktion das Vorwissen über die Form des ersten bzw. zweiten Objektes genutzt werden, um sicherzustellen, dass die erste bzw. zweite dreidimensionale Objektmaske die entsprechende Form abbildet.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch das Segmentieren Fehler in der ersten und/oder zweiten dreidimensionalen Objektmaske, die durch die ungewichtete Rückprojektion auftreten, korrigiert werden können. Der Erfinder hat erkannt, dass dies insbesondere dann relevant ist, wenn für die ungewichtete Rückprojektion der ersten und/oder zweiten zweidimensionalen Objektmasken nur wenige, insbesondere nur zwei, erste bzw. zweite zweidimensionale Objektmasken zur Verfügung stehen. Der Erfinder hat erkannt, dass auf diese Weise Verschmierungen in den Rückprojektionen, die durch die geringe Anzahl von ersten bzw. zweiten zweidimensionalen Objektmasken auftreten, entfernt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das erste Objekt ein Coiling-Paket. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Objekt ein Stent.
Das Coiling-Paket ist dabei dazu ausgebildet, ein Aneurysma zu behandeln. Insbesondere kann das Coiling-Paket zur Behandlung eines Aneurysmas in einem Kopf eines Menschen ausgebildet sein. Das Untersuchungsobjekt ist in diesem Fall somit der Kopf eines Menschen. Das Coiling-Paket kann dabei näherungsweise isotrop ausgebildet sein. Das Coiling-Paket kann dabei eine Mehrzahl von Platinspiralen umfassen. Insbesondere ist das Coiling-Paket also aus einem Metall. Das Coiling-Paket kann somit Metallartefakte in der zwei- oder dreidimensionalen Bildgebung des Coiling-Paketes bewirken.
Der Stent kann dazu ausgebildet sein, ein Gefäß zu weiten. Der Stent ist insbesondere dazu ausgebildet, in ein Gefäß eingeführt und dort dilatiert zu werden. Der Stent kann insbesondere wenigstens teilweise aus einem Metall sein. Der Stent kann insbesondere wenigstens teilweise aus einem medizinischen Edelstahl oder aus einer Kobalt-Chrom-Legierung oder aus einer Kobalt-Nickel-Legierung sein.
Alternativ kann das zweite Objekt beispielsweise eine Blutung, eine Aussackung, ein Aneurysma, ein Blutgerinnsel, ein Bruch, eine Fissur etc. sein.
Der Erfinder hat erkannt, dass das Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie für eine medizinische Anwendung, insbesondere in einem Kopf eines Menschen, geeignet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden genau zwei Erkundungsansichten bereitgestellt.
Dabei bilden die beiden Erkundungsansichten das Untersuchungsobjekt, umfassend das erste und das zweite Objekt, aus zwei unterschiedlichen Winkeln relativ zu dem Untersuchungsobjekt ab.
Der Erfinder hat erkannt, dass ein Minimum von genau zwei Erkundungsansichten notwendig ist, um in Abhängigkeit der zweidimensionalen Erkundungsansichten eine dreidimensionale Objektmaske eines in den Erkundungsansichten abgebildeten Objektes zu bestimmen. Der Erfinder hat erkannt, dass dafür die beiden Erkundungsansichten das Objekt, von welchem die dreidimensionale Objektmaske bestimmt werden soll, aus zwei verschiedenen Winkeln bzw. Aufnahmewinkeln bzw. Richtungen abbilden muss. Der Erfinder hat erkannt, dass durch das Bereitstellen von nur zwei Erkundungsansichten die Dosis, die beim Verwenden eines Röntgensystems zum Erfassen der Erkundungsansichten appliziert wird, minimal ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten zwischen 45° und 135°. Insbesondere ist der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten 90°.
Dabei werden insbesondere genau zwei Erkundungsansichten bereitgestellt.
Mit anderen Worten spannen die beiden Erkundungsansichten einen Winkel zwischen 45° und 135°, insbesondere 90° auf. Mit anderen Worten ist die Abbildung des Untersuchungsobjektes der einen Erkundungsansicht aus einer um zwischen 45° und 135°, insbesondere um 90°, versetzten Blickrichtung im Vergleich zu der anderen Erkundungsansicht aufgenommen bzw. erfasst worden.
Der Erfinder hat erkannt, dass der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten ausreichend groß, also größer als 45° sein sollte, um von einem der abgebildeten Objekte eine dreidimensionale Objektmaske bestimmen zu können. Der Erfinder hat außerdem erkannt, dass ein Winkel von 180° dieselbe Wirkung hat wie ein Winkel von 0°. Aus diesem Grund muss der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten auch ausreichend klein, insbesondere kleiner als 135° sein, damit die dreidimensionale Objektmaske bestimmt werden kann. Der Erfinder hat erkannt, dass ein Winkel von 90° zwischen den beiden Erkundungsaufnahmen vorteilhaft ist, da dann die beiden „Blickrichtungen“ der beiden Erkundungsansichten auf das Untersuchungsobjekt vertikal zueinanderstehen. Damit bilden die beiden Erkundungsansichten gemeinsam einen möglichst großen Sichtbereich auf das Untersuchungsobjekt und damit auf das erste und das zweite Objekt ab.
Die Erfindung betrifft außerdem ein computerimplementiertes Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion, wobei das Trainingsverfahren nicht beansprucht wird. Das Trainingsverfahren umfasst einen Verfahrensschritt eines Empfangens von ersten Eingangsdaten, wobei die ersten Eingangsdaten eine Mehrzahl von Erkundungsansichten eines ersten Objektes umfassen. Das Trainingsverfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Empfangens von ersten Ausgangsdaten, wobei die ersten Ausgangsdaten erste zweidimensionale Objektmasken umfassen. Dabei stehen die Eingangsdaten und die Ausgangsdaten miteinander in Beziehung. Das Trainingsverfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Trainierens einer ersten Funktion basierend auf den ersten Eingangsdaten und den ersten Ausgangsdaten. Das Trainingsverfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Bereitstellens der ersten trainierten Funktion.
Die von den ersten Eingangsdaten umfassten Erkundungsansichten sind dabei wie oben beschrieben ausgebildet. Insbesondere ist jede Erkundungsansicht eine zweidimensionale Projektionsaufnahme eines Untersuchungsobjektes. In dem Untersuchungsobjekt sind dabei das erste und das zweite Objekt angeordnet.
Die von den ersten Ausgangsdaten umfassten ersten zweidimensionalen Objektmasken sind wie oben beschrieben ausgebildet. Dabei ist jede Objektmaske einer Erkundungsansicht der ersten Eingangsdaten zugeordnet bzw. mit dieser assoziiert. In den ersten zweidimensionalen Objektmasken ist das erste Objekt aus den entsprechend assoziierten Erkundungsansichten segmentiert.
Das erste Objekt kann in Ausführungen der Erfindung wenigstens in einem Teil der von den ersten Eingangsdaten umfassten Erkundungsansichten manuell segmentiert worden sein. Insbesondere kann ein Experte, beispielsweise ein Radiologe, das erste Objekt in den Erkundungsansichten manuell segmentiert haben. Dabei kann ein Wissen des Experten beispielsweise bezüglich der Form des ersten Objektes berücksichtigt werden.
In Ausführungen kann alternativ oder zusätzlich das erste Objekt in wenigstens einem Teil der von den ersten Eingangsdaten umfassten Erkundungsansichten zum Bestimmen der von den ersten Ausgangsdaten umfassten ersten zweidimensionalen Objektmasken mittels einer Schwellwertbildung segmentiert werden. Die Schwellwertbildung kann dabei wie oben beschrieben ausgebildet sein.
Die ersten Eingangsdaten und die ersten Ausgangsdaten können dabei von einer Datenbank bereitgestellt werden. Die Datenbank kann dabei eine lokale Datenbank oder eine Datenbank in einem Cloud-Speicher bzw. einem Cloud-System sein.
In dem Verfahrensschritt des Trainierens der ersten trainierten Funktion wird die erste Funktion auf die ersten Eingangsdaten angewendet. Dabei werden erste ermittelte Ausgangsdaten bestimmt. Diese ersten ermittelten Ausgangsdaten werden mit den ersten Ausgangsdaten verglichen. Basierend auf diesem Vergleich wird wenigstens ein Parameter der ersten Funktion derart angepasst, dass bei einem erneuten Anwenden der ersten angepassten Funktion auf die ersten Eingangsdaten die erneut ermittelten ersten Ausgangsdaten besser mit den ersten Ausgangsdaten übereinstimmen. Dieser Schritt wird iterativ so oft wiederholt, bis wenigstens ein Abbruchkriterium erreicht ist. Das Abbruchkriterium kann beispielsweise eine maximale Anzahl an Iterationen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Abbruchkriterium ein Unterschreiten einer maximalen Abweichung zwischen den ersten ermittelten Ausgangsdaten der letzten Iteration und den bereitgestellten ersten Ausgangsdaten sein.
In dem Verfahrensschritt des Bereitstellens der ersten trainierten Funktion wird die erste trainierte Funktion für eine weitere Verwendung, insbesondere für ein Anwenden in dem oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt.
Der Erfinder hat erkannt, dass die erste trainierte Funktion trainiert werden kann, das erste Objekt auch dann zu segmentieren, wenn es teilweise durch ein anderes Objekt oder durch ein Artefakt überlagert ist. Dafür kann die erste trainierte Funktion auf die Form bzw. auf die dreidimensionale Ausdehnung des ersten Objektes trainiert sein. Mit anderen Worten kann die erste trainierte Funktion darauf trainiert sein, ein Objekt mit der Form des ersten Objektes in den Erkundungsaufnahmen zu segmentieren.
Die Erfindung betrifft außerdem ein computerimplementiertes Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion, wobei das Trainingsverfahren nicht beansprucht wird. Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt eines Empfangens von zweiten Eingangsdaten, wobei die zweiten Eingangsdaten eine Mehrzahl von Erkundungsansichten eines zweiten Objektes umfassen. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Empfangens von zweiten Ausgangsdaten, wobei die zweiten Ausgangsdaten zweite zweidimensionale Objektmasken umfassen. Dabei stehen die zweiten Eingangsdaten und die zweiten Ausgangsdaten miteinander in Beziehung. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Trainierens einer zweiten Funktion basierend auf den zweiten Eingangsdaten und den zweiten Ausgangsdaten. Das Verfahren umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Bereitstellens der zweiten trainierten Funktion.
Die Beschreibung bezüglich des computerimplementierten Trainingsverfahrens zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion kann analog auf das computerimplementierte Trainingsverfahren zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion in Bezug auf das zweite Objekt übertragen werden. Die Teile der Beschreibung, die sich oben auf das erste Objekt beziehen können in dem Zusammenhang mit dem Trainieren der zweiten trainierten Funktion auf das zweite Objekt analog übertragen werden.
Der Erfinder hat erkannt, dass die Vorteile der ersten trainierten Funktion in Bezug auf das erste Objekt analog auf die zweite trainierte Funktion in Bezug auf das zweite Objekt übertragen werden können.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Bestimmungssystem zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild. Dabei sind das erste und das zweite Objekt in einem Untersuchungsobjekt angeordnet. Dabei umfasst das Bestimmungssystem eine Schnittstelle und eine Recheneinheit.
Dabei ist die Schnittstelle zum Erfassen von wenigstens zwei Erkundungsansichten des ersten und des zweiten Objektes ausgebildet. Dabei bilden die Erkundungsansichten das erste und das zweite Objekt aus verschiedenen Winkeln ab. Dabei ist die Recheneinheit zum Segmentieren des ersten Objektes in den Erkundungsansichten abgebildet. Dabei werden erste zweidimensionale Objektmasken bestimmt. Dabei ist die Recheneinheit außerdem zum Segmentieren des zweiten Objektes in den Erkundungsansichten ausgebildet. Dabei werden zweite zweidimensionale Objektmasken bestimmt. Dabei ist die Recheneinheit außerdem zum Bestimmen einer ersten dreidimensionalen Objektmaske des ersten Objektes in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken ausgebildet. Dabei ist die Recheneinheit außerdem zum Bestimmen einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske des zweiten Objektes in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken ausgebildet. Dabei ist die Recheneinheit zum Bestimmen einer Überlagerung des ersten und des zweiten Objektes für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske ausgebildet. Dabei wird die Überlagerung aus projektiven Überlagerungen des ersten und des zweiten Objektes in fiktiven Projektionsaufnahmen, die sich aus der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie ergeben, bestimmt.
Ein solches Bestimmungssystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das zuvor beschriebene Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild und seine Aspekte auszuführen. Das Bestimmungssystem ist dazu ausgebildet dieses Verfahren und seine Aspekte auszuführen, indem die Schnittstelle und die Recheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft optional außerdem ein erstes Trainingssystem zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion. Das erste Trainingssystem umfasst eine erste Trainingsschnittstelle und eine erste Trainingsrecheneinheit. Die erste Trainingsschnittstelle ist zum Empfangen von ersten Eingangsdaten ausgebildet. Dabei umfassen die ersten Eingangsdaten eine Mehrzahl von Erkundungsansichten eines ersten Objektes. Die erste Trainingsschnittstelle ist außerdem zum Empfangen von ersten Ausgangsdaten ausgebildet. Dabei umfassen die ersten Ausgangsdaten erste zweidimensionale Objektmasken. Dabei stehen die ersten Eingangsdaten und die ersten Ausgangsdaten miteinander in Beziehung. Die erste Trainingsrecheneinheit ist zum Trainieren einer ersten Funktion basierend auf den ersten Eingangsdaten und den ersten Ausgangsdaten ausgebildet. Die erste Trainingsschnittstelle ist außerdem zum Bereitstellen der ersten trainierten Funktion ausgebildet.
Ein solches erstes Trainingssystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das zuvor beschriebene Verfahren zum Bereitstellen einer ersten trainierten Funktion und seine Aspekte auszuführen. Das erste Trainingssystem ist dazu ausgebildet dieses Verfahren und seine Aspekte auszuführen, indem die erste Trainingsschnittstelle und die erste Trainingsrecheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft optional außerdem ein zweites Trainingssystem zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion. Das zweite Trainingssystem umfasst eine zweite Trainingsschnittstelle und eine zweite Trainingsrecheneinheit. Die zweite Trainingsschnittstelle ist zum Empfangen von zweiten Eingangsdaten ausgebildet. Dabei umfassen die zweiten Eingangsdaten eine Mehrzahl von Erkundungsansichten eines zweiten Objektes. Die zweite Trainingsschnittstelle ist außerdem zum Empfangen von zweiten Ausgangsdaten ausgebildet. Dabei umfassen die zweiten Ausgangsdaten zweite zweidimensionale Objektmasken. Dabei stehen die zweiten Eingangsdaten und die zweiten Ausgangsdaten miteinander in Beziehung. Die zweite Trainingsrecheneinheit ist zum Trainieren einer zweiten Funktion basierend auf den zweiten Eingangsdaten und den zweiten Ausgangsdaten ausgebildet. Die zweite Trainingsschnittstelle ist außerdem zum Bereitstellen der zweiten trainierten Funktion ausgebildet.
Ein solches zweites Trainingssystem kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das zuvor beschriebene Verfahren zum Bereitstellen einer zweiten trainierten Funktion und seine Aspekte auszuführen. Das zweite Trainingssystem ist dazu ausgebildet dieses Verfahren und seine Aspekte auszuführen, indem die zweite Trainingsschnittstelle und die zweite Trainingsrecheneinheit ausgebildet sind, die entsprechenden Verfahrensschritte auszuführen.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Bestimmungssysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die beschriebene Weise zu arbeiten. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, sowie Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines Bestimmungssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild und seine Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bestimmungssystem ausgeführt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Bestimmungssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild und seine Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bestimmungssystem ausgeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Trainings-Computerprogrammprodukt mit einem Trainings-Computerprogramm sowie ein computerlesbares Trainings-Medium. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete erste und/oder zweite Trainingssysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die beschriebene Weise zu arbeiten. Ein solches Trainings-Computerprogrammprodukt kann neben dem Trainings-Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, sowie Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Trainings-Computerprogrammprodukt mit einem Trainings-Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher eines ersten und/oder zweiten Trainingssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Bereitstelen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion und seine Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem ersten und/oder zweiten Trainingssystem ausgeführt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein computerlesbares Trainings-Speichermedium, auf welchem von einem ersten und/ oder zweiten Trainingssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Bereitstellen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion und seine Aspekte auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem ersten und/oder zweiten Trainingssystem ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden klarer und verständlicher im Zusammenhang mit folgenden Figuren und ihren Beschreibungen. Dabei sollen die Figuren und Beschreibungen die Erfindung und ihre Ausführungsformen in keiner Weise einschränken.
In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit korrespondierenden Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstabsgetreu.
Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
6 schematisch einen Datenstrom beim Ausführen des ersten Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
7 ein Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Trainingsverfahrens zum Bereitstellen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion,
8 ein Bestimmungssystem zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes in einem dreidimensionalen medizinischen Bild,
9 ein erstes bzw. zweites Trainingssystem zum Bereitstellen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 sind dabei in einem Untersuchungsobjekt UOBJ angeordnet. Mit anderen Worten sind das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 innerhalb des Untersuchungsobjektes UOBJ angeordnet. Wenn im Folgenden die Bezeichnung „Untersuchungsobjekt“ UOBJ genutzt wird, umfasst das auch das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2, da diese mit dem Untersuchungsobjekt UOBJ in einer festen räumlichen Verbindung bzw. stehen und von dem Untersuchungsobjekt umgeben sind. Das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 können nicht unabhängig von dem Untersuchungsobjekt UOBJ bewegt werden.
In Ausführungen der Erfindung kann ein erster Absorptionskoeffizient des ersten Objektes OBJ-1 größer sein als ein zweiter Absorptionskoeffizient des zweiten Objektes OBJ-2. Mit anderen Worten kann das erste Objekt OBJ-1 bei vergleichbarer Ausdehnung bzw. Dicke Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, stärker abschwächen bzw. absorbieren als das zweite Objekt OBJ-2.
Das Untersuchungsobjekt UOBJ kann insbesondere wenigstens ein Teil eines Menschen oder eines Tieres sein. Alternativ kann das Untersuchungsobjekt UOBJ wenigstens ein Teil eines Gegenstandes sein.
Das Untersuchungsobjekt UOBJ kann insbesondere ein Kopf eines Menschen sein. Dann kann das erste Objekt OBJ-1 beispielsweise ein Coil-Paket sein, welches für eine Behandlung eines Aneurysmas ausgebildet ist. Das zweite Objekt OBJ-2 kann dann beispielsweise ein Stent sein, der in einem Gefäß, insbesondere einem Blutgefäß, dilatiert werden kann. Alternativ kann das zweite Objekt OBJ-2 beispielsweise eine Blutung oder eine Raumforderung etc. sein.
Das dreidimensionale medizinische Bild kann mit einem Bildgebungssystem bzw. System, insbesondere einem medizinischen bildgebenden System erfasst werden. Das Bildgebungssystem kann dabei dazu ausgebildet werden, entlang der Aufnahmetrajektorie eine Mehrzahl von Projektionsaufnahmen von dem Untersuchungsobjekt UOBJ zu erfassen. Insbesondere bilden die Projektionsaufnahmen wenigstens teilweise das Untersuchungsobjekt UOBJ mit dem ersten und dem zweiten Objekt OBJ-1, OBJ-2 ab. Die Projektionsaufnahmen können dabei das Untersuchungsobjekt UOBJ aus wenigstens zwei verschiedenen Winkeln bzw. Aufnahmewinkeln bzw. Blinkwinkeln abbilden. Insbesondere kann jede Projektionsaufnahme das Untersuchungsobjekt UOBJ aus einem anderen Winkel abbilden.
Das Bildgebungssystem kann insbesondere ein Röntgensystem sein. Mit anderen Worten kann das dreidimensionale medizinische Bild insbesondere mit einem Röntgensystem erfasst werden. Dabei kann das Röntgensystem ein C-Bogen System oder ein Computer-Tomographie (Akronym: CT) System sein. Das Röntgensystem umfasst dabei eine Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlung und einen Röntgendetektor, welcher dazu ausgebildet ist, die Röntgenstrahlung zu detektieren. Das Untersuchungsobjekt UOBJ ist dabei zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet. Wenigstens die Röntgenquelle oder der Röntgendetektor, insbesondere die Röntgenquelle und der Röntgendetektor, können die Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt UOBJ herum abfahren. Beim Abfahren der Aufnahmetrajektorie können kontinuierlich Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes UOBJ erfasst werden. Basierend auf den Projektionsaufnahmen kann dann das dreidimensionale medizinische Bild rekonstruiert werden.
Die Aufnahmetrajektorie kann insbesondere wenigstens einen Teil einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt UOBJ herum ausbilden. Alternativ kann die Aufnahmetrajektorie wenigstens einen Teil einer Ellipsenbahn um das Untersuchungsobjekt herum ausbilden.
In einem Verfahrensschritt eines Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 werden wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 bereitgestellt. Dabei bilden die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 aus verschiedenen Winkeln ab. Insbesondere bilden die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das Untersuchungsobjekt UOBJ aus zwei verschiedenen Winkeln ab.
Die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 sind Projektionsansichten des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2. Dabei kann eine Auflösung der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 geringer sein als der Projektionsaufnahmen zum Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes. Die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 können mit demselben Bildgebungssystem erfasst werden, mit dem auch die Projektionsaufnahmen zum Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes erfasst werden sollen. Die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 können insbesondere ebenfalls mit dem Röntgensystem erfasst werden.
Jede der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 kann eine Mehrzahl von Pixeln umfassen. Die Pixel jeder Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 sind dabei in einer zweidimensionalen Pixelmatrix angeordnet. Jedem Pixel ist dabei ein Pixelwert zugeordnet. Der Pixelwert beschreibt dabei wenigstens eine Eigenschaft des auf das entsprechende Pixel projizierten Bereiches des Untersuchungsobjektes UOBJ bzw. des ersten bzw. des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2.
Beim Bereitstellen der wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 können die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 insbesondere direkt von dem erfassenden System, insbesondere von dem Röntgensystem, bereitgestellt werden. Alternativ können die wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 von einer Datenbank bereitgestellt werden, in der die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 hinterlegt sind. Die Datenbank kann dabei insbesondere eine lokale Datenbank sein. Alternativ kann die Datenbank in einem Cloud-System bzw. Cloud-Server hinterlegt sein. Die Datenbank kann beispielsweise ein Bildarchivierungs- und Kommunikations-System (eng.: picture archive and communication system, Akronym: PACS) sein.
In einem Verfahrensschritt eines Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 wird das erste Objekt OBJ-1 in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 segmentiert. Dabei werden erste zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 erstellt bzw. bestimmt. Insbesondere kann für jede der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 eine erste zweidimensionale Objektmaske 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt werden. Somit ist jeder ersten zweidimensionalen Objektmaske 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 eine Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 zugeordnet. Dabei umfasst eine erste zweidimensionale Objektmaske 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 genauso viele Pixel wie die zugeordnete Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2. Somit ist jedem der Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ein Pixel der zugeordneten Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 zugeordnet. Beim Segmentieren SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 werden die Pixel bestimmt, die in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das erste Objekt OBJ-1 abbilden. Den diesen Pixeln entsprechenden Pixeln in den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 wird ein Pixelwert von eins zugeordnet. Allen anderen Pixeln der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 wird ein Pixelwert von null zugeordnet. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann die Zuordnung von Null und Eins vertauscht sein.
In einem Verfahrensschritt eines Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2 wird das zweite Objekt OBJ-2 in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 segmentiert. Dabei wird das zweite Objekt OBJ-2 analog wie oben für das erste Objekt OBJ-1 beschrieben segmentiert. Dabei werden zweite zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt. Die zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 sind analog zu den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ausgebildet. Dabei kann insbesondere ebenfalls jeder zweiten zweidimensionalen Objektmaske 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 eine Erkundungsansicht zugeordnet sein.
In einem Verfahrensschritt eines Bestimmens DET-1 einer ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 des ersten Objektes OBJ-1 wird die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 des ersten Objektes OBJ-1 in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt. Die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 beschreibt dabei eine räumliche Ausdehnung bzw. Form des ersten Objektes OBJ-1. Insbesondere beschreibt die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 des ersten Objektes OBJ-1 die räumliche Ausdehnung des ersten Objektes OBJ-1 in einem in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 abgebildeten Sichtfeld.
Insbesondere kann dabei die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 eine Mehrzahl von Voxeln umfassen, die in einer dreidimensionalen Voxelmatrix angeordnet sind. Jedem Voxel ist dabei ein Voxelwert zugeordnet. Den Voxeln, die das erste Objekt OBJ-1 abbilden, kann ein Voxelwert von eins zugeordnet sein. Allen anderen Voxeln kann ein Voxelwert von null zugeordnet sein. In alternativen Ausführungen der Erfindung kann die Zuordnung der Werte Null und Eins vertauscht sein.
In einem Verfahrensschritt eines Bestimmens DET-2 einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 des zweiten Objektes OBJ-2 wird die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJ-2 in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt. Die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 wird dabei analog zu der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 bestimmt. Mit anderen Worten besteht zwischen der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 und dem zweiten Objekt OBJ-2 sowie den zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 derselbe Zusammenhang wie zwischen der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 und dem ersten Objekt OBJ-1 sowie den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21.
In einem Verfahrensschritt eines Bestimmens DET-3 einer Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 wird die Überlagerung OVL der beiden Objekte OBJ-1, OBJ-2 für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie bestimmt. Die Überlagerung OVL wird dabei in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2 bestimmt. Die Überlagerung OVL wird dabei aus projektiven Überlagerungen des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in fiktiven Projektionsaufnahmen, die sich aus der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie ergeben, bestimmt. Dabei werden durch eine simulierte Projektion der ersten und zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2 aus Sicht der wenigstens einen Aufnahmetrajektorien fiktive Projektionsaufnahmen bestimmt. Insbesondere kann auf diese Weise mehr als eine fiktive Projektionsaufnahme für die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie bestimmt werden. Die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie gibt dabei eine Richtung der Projektion bzw. die Winkel relativ zu dem ersten und dem zweiten Objekt OBJ-1, OBJ-2 an, aus denen Projektionsaufnahmen aus Sicht der Aufnahmetrajektorie erstellt werden können. In jeder dieser fiktiven Projektionsaufnahmen kann ein Grad bzw. ein Anteil der projektiven Überlagerung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt OBJ-1, OBJ-2 bestimmt werden. Insbesondere kann jede der fiktiven Projektionsaufnahmen eine Mehrzahl von Pixeln umfassen, die in einer zweidimensionalen Pixelmatrix angeordnet sind. Insbesondere kann in jeder der fiktiven Projektionsaufnahmen die Anzahl der Pixel, die eine projektive Überlagerung von dem ersten und dem zweiten Objekt OBJ-1, OBJ-2 abbilden, bestimmt werden. Die Überlagerung OVL, die für die wenigstens eine Aufnahmetrajektorie bestimmt wird, kann die Summe der Pixel der projektiven Überlagerungen der einzelnen fiktiven Projektionsaufnahmen sein. Insbesondere kann diese Summe durch eine Division durch die Anzahl der fiktiven Projektionsaufnahmen, für die die projektive Überlagerung bestimmt wurde, normiert werden. Alternativ kann beispielsweise ein mittlerer Grad der projektiven Überlagerungen aus den fiktiven Projektionsaufnahmen als Überlagerung OVL bestimmt werden. Mit anderen Worten kann ein Mittelwert des Anteils der projektiven Überlagerung in den jeweiligen fiktiven Projektionsbildern als Überlagerung OVL der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie bestimmt werden.
In optionalen Ausführungen der Erfindung ist die Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes von der Lagerung des Untersuchungsobjektes UOBJ abhängig. Die Aufnahmetrajektorie beschreibt Winkel bzw. Aufnahmewinkel bzw. Blickrichtungen relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ, aus welchen Projektionsaufnahmen zum Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes erfasst werden sollen. Dafür muss das Bildgebungssystem zum Erfassen der Projektionsbilder, insbesondere das Röntgensystem, bestimmte Positionen relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ einnehmen.
Diese Positionen werden durch Abfahren der Aufnahmetrajektorie eingenommen. Dafür kann das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, durch eine angepasste Bewegung die Aufnahmetrajektorie abfahren. Alternativ oder zusätzlich kann das Untersuchungsobjekt UOBJ entsprechend relativ zu dem Bildgebungssystem, insbesondere dem Röntgensystem, positioniert bzw. gelagert werden. Insbesondere kann durch das geeignete Lagern des Untersuchungsobjektes UOBJ erreicht werden, dass das Bildgebungssystem immer eine feste Bewegung abfahren kann bzw. nur kleine Abweichungen von der festen Bewegung zulassen kann. Dass dann relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ tatsächlich die gewünschte Aufnahmetrajektorie abgefahren wird, kann dann durch die geeignete Lagerung des Untersuchungsobjektes UOBJ relativ zu dem Bildgebungssystem, insbesondere dem Röntgensystem, sichergestellt werden.
Für die geeignete Lagerung kann das Untersuchungsobjekt in optionalen Ausführungen der Erfindung auf einer Lagerungsvorrichtung fixiert sein. Beispielsweise kann das Untersuchungsobjekt ein Kopf eines Menschen sein. Dann kann der Kopf beim Abfahren der Aufnahmetrajektorie in einer Kopfschale fixiert sein. Mit der Kopfschale kann eine Neigung und/oder Drehung des Kopfes relativ zu dem erfassenden Bildgebungssystem, insbesondere dem Röntgensystem, eingestellt und festgelegt werden.
In optionalen Ausführungen der Erfindung basiert das Segmentieren SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 und das Segmentieren SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2 auf einer Schwellwertbildung. Dafür kann für das erste Objekt OBJ-1 ein erster Zahlenbereich bzw. Wertebereich festgelegt werden. Für das zweite Objekt OBJ-2 kann ein zweiter Zahlenbereich bzw. Wertebereich festgelegt werden. Der erste und der zweite Zahlenbereich können dabei disjunkt sein. Alternativ können der erste und der zweite Zahlenbereich teilweise überlappen. Beim Segmentieren SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 werden alle Pixel in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, deren Pixelwerte innerhalb des ersten Zahlenbereiches liegen dem ersten Objekt OBJ-1 zugeordnet. Diese Pixel bilden somit in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das segmentierte erste Objekt OBJ-1 aus. Wie oben beschrieben entspricht jedem Pixel der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 ein Pixel der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21. Dann kann denjenigen Pixeln, die in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 dem ersten Objekt zugeordnet wurden, in den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ein Pixelwert von eins zugeordnet werden. Allen anderen Pixeln der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 kann ein Pixelwert von null zugeordnet werden. Alternativ können die Pixelwerte von null und eins vertauscht sein. Analog können die zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 in Bezug auf den zweiten Zahlenbereich bestimmt werden.
In einer optionalen Ausführung der Erfindung wird die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 beim Bestimmen DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 mittels einer ungewichteten Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt. Mit anderen Worten werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ungewichtet in einen dreidimensionalen Raum „zurückgeschmiert“, um die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 zu bestimmen. Die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 wird analog mittels ungewichteter Rückprojektion der zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 bestimmt.
In optionalen Ausführungen der Erfindung wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 mittels einer Segmentierung, insbesondere mittels einer Schwellwertbildung, aus den rückprojizierten ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt. Mit anderen Worten werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 zunächst mittels einer ungewichteten Rückprojektion in den dreidimensionalen Raum zurückprojiziert. Dabei können Verschmierungen auftreten. Diese Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 wird anschließend segmentiert, um die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 aus der Rückprojektion zu bestimmen. Auf diese Weise können die Verschmierungen entfernt werden. Die Rückprojektion wird dabei durch die rückprojizierten ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 abgebildet. Das Segmentieren der Rückprojektion kann insbesondere auf einer Schwellwertbildung basieren. Dafür kann ein Schwellwert definiert werden. Die Rückprojektion kann dabei eine Mehrzahl von Voxeln umfassen, die in einer dreidimensionalen Voxelmatrix angeordnet sind. Abhängig von der ungewichteten Rückprojektion ist jedem dieser Voxel ein Voxelwert zugeordnet. Die Voxel, deren Voxelwert größer oder gleich dem Schwellwert sind, werden als dem ersten Objekt OBJ-1 in der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 zugehörig segmentiert. Alle anderen Voxel können als nicht dem Objekt zugehörig segmentiert werden. Alternativ können die Voxel, deren Voxelwert unterhalb des Schwellwertes liegen, als dem ersten Objekt OBJ-1 zugehörig segmentiert werden. Alternativ kann das Segmentieren der rückprojizierten zweidimensionalen Objektmasken durch Anwenden einer trainierten Funktion auf die ersten zweidimensionalen Objektmasken erfolgen. Die trainierte Funktion kann darauf trainiert sein, Objekte mit einer bestimmten Form zu erkennen und zu segmentieren, auch wenn sie unter Umständen nicht vollständig und/oder überlagert abgebildet sind. Auf diese Weise kann die trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, eine abgebildete Form des ersten Objektes OBJ-1 gemäß der tatsächlichen Form zu korrigieren. Die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 kann analog durch Segmentierung der rückprojizierten ersten zweidimensionalen Objektmasken bzw. der Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt werden.
In optionalen Ausführungen der Erfindung werden in dem Verfahrensschritt des Bereitstellens PROV-1 der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 genau zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 bereitgestellt. Damit werden jeweils auch genau zwei erste zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 und genau zwei zweite zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausführung der Erfindung liegt ein Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 zwischen 45° und 135°. Insbesondere ist der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 90°. Der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 wird durch den Winkel beschrieben, der durch die Winkel bzw. Aufnahmewinkel bzw. Blickwinkel bzw. Blickrichtungen der beiden Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 auf das Untersuchungsobjekt UOBJ aufgespannt wird.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Die Verfahrensschritte des Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1, des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2, des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 und des Bestimmens DET-3 der Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 sind analog zu der Beschreibung zu 1 ausgebildet.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-3 der Überlagerung OVL für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie die Überlagerung OVL für mehr als eine Aufnahmetrajektorie bestimmt. Dabei gibt jede der Aufnahmetrajektorie eine Mehrzahl von Winkeln relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ an, aus welchen fiktive Projektionsaufnahmen bestimmt werden können.
In einem Verfahrensschritt eines Bestimmens DET-4 einer optimalen Aufnahmetrajektorie wird die optimale Aufnahmetrajektorie aus den Aufnahmetrajektorien bestimmt, für die jeweils zuvor die Überlagerung OVL bestimmt wurde. Als die optimale Aufnahmetrajektorie wird dabei diejenige Aufnahmetrajektorie bestimmt, deren Überlagerung OVL minimal ist. Mit anderen Worten ist die optimale Aufnahmetrajektorie diejenige Aufnahmetrajektorie, für die die kleinste bzw. geringste Überlagerung OVL bestimmt werden konnte.
In einem Verfahrensschritt eines Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes wird das dreidimensionale medizinische Bild in Abhängigkeit der optimalen Aufnahmetrajektorie erfasst. Dabei wird durch Abfahren der optimalen Aufnahmetrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ das dreidimensionale medizinische Bild erfasst. Die optimale Aufnahmetrajektorie kann dabei durch eine angepasste Bewegung des Bildgebungssystems, insbesondere des Röntgensystems, und/oder durch eine geeignete Lagerung des Untersuchungsobjektes UOBJ eingestellt bzw. abgefahren werden.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Die Verfahrensschritte des Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1, des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2, des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 und des Bestimmens DET-3 der Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 sind analog zu der Beschreibung zu 1 ausgebildet. Die Verfahrensschritte des Bestimmens DET-4 der optimalen Aufnahmetrajektorie und des Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes sind gemäß der Beschreibung zu 2 ausgebildet.
Wie gemäß 1 bereits beschrieben, kann das Untersuchungsobjekt UOBJ mittels einer Lagerungsvorrichtung gelagert bzw. fixiert sein. Das Untersuchungsobjekt ist durch die Lagerung dabei relativ zu dem Bildgebungssystem, insbesondere relativ zu dem Röntgensystem, fixiert.
Wie oben beschrieben kann die Lagerungsvorrichtung insbesondere eine Kopfschale sein, die dazu ausgebildet ist, den Kopf eines Patienten aufzunehmen. Dabei ist der Kopf des Patienten das Untersuchungsobjekt UOBJ. Das erste und das zweite Objekt sind dabei in dem Kopf angeordnet. Die Kopfschale ist dazu ausgebildet, eine Drehung und/oder Neigung des Kopfes einzustellen.
Die Lagerungsvorrichtung kann dabei automatisiert ansteuerbar sein. Auf diese Weise kann die Lagerung des Untersuchungsobjektes UOBJ automatisch angepasst werden.
In einem Verfahrensschritt eines Lagerns POS des Untersuchungsobjektes UOBJ wird das Untersuchungsobjekt UOBJ relativ zu dem Bildgebungssystem, insbesondere relativ zu dem Röntgensystem, entsprechend der optimalen Aufnahmetrajektorie gelagert. Dabei wird die Lagerungsvorrichtung automatisiert in Abhängigkeit von der optimalen Aufnahmetrajektorie angesteuert, sodass das Untersuchungsobjekt UOBJ entsprechend der Lagerung für die optimale Aufnahmetrajektorie gelagert ist.
Insbesondere kann das Lagern POS des Untersuchungsobjektes UOBJ derart angepasst werden, dass das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem eine Standardtrajektorie abfahren kann. Dabei wird das Untersuchungsobjekt UOBJ derart gelagert, dass die Standardtrajektorie relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ der optimalen Aufnahmetrajektorie entspricht.
Alternativ kann zusätzlich zu dem Lagern die Bewegung des Bildgebungssystems, insbesondere des Röntgensystems, also die von dem Bildgebungssystem abgefahrene Trajektorie an die Lagerung des Untersuchungsobjektes UOBJ angepasst werden. Auf diese Weise kann aus der Kombination der Lagerung und der angepassten Bewegung des Bildgebungssystems erreicht werden, dass das Bildgebungssystem die optimale Aufnahmetrajektorie um das Untersuchungsobjekt UOBJ herum abfährt.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Die Verfahrensschritte des Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1, des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2, des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 und des Bestimmens DET-3 der Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 sind analog zu der Beschreibung zu 1 ausgebildet. Die Verfahrensschritte des Bestimmens DET-4 der optimalen Aufnahmetrajektorie und des Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes sind gemäß der Beschreibung zu 2 ausgebildet. Der Verfahrensschritt des Lagerns POS des Untersuchungsobjektes UOBJ kann gemäß der Beschreibung zu 3 ausgebildet sein.
Der Verfahrensschritt des Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes umfasst einen Verfahrensschritt eines Erfassens REC-2 einer Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes UOBJ entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie. Dabei werden durch die optimale Aufnahmetrajektorie die Winkel bzw. Aufnahmewinkel bzw. Blickwinkel relativ zu dem Untersuchungsobjekt UOBJ begrenzt, aus welchen eine Projektionsaufnahme erfasst werden kann.
Dabei werden wenigstens zwei Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Winkeln erfasst. Insbesondere können alle Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Winkeln erfasst werden.
Insbesondere kann während des Abfahrens der Aufnahmetrajektorie in regelmäßigen Abständen eine Projektionsaufnahme erfasst werden. Der Ausdruck „regelmäßige Abstände“ kann sich dabei auf eine zeitliche und/oder räumliche Regelmäßigkeit beziehen. Insbesondere können in regelmäßigen Winkelschritten Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes UOBJ erfasst werden. Mit anderen Worten kann sich das Bildgebungssystem, insbesondere das Röntgensystem, entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie zwischen dem Erfassen von zwei Projektionsaufnahmen um einen bestimmten Winkelschritt fortbewegen.
Der Verfahrensschritt des Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes umfasst außerdem einen Verfahrensschritt eines Rekonstruierens RECO des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der Mehrzahl von Projektionsaufnahmen. Dabei kann das dreidimensionale medizinische Bild mit einem bekannten Rekonstruktionsalgorithmus rekonstruiert werden. Beispielsweise kann das dreidimensionale medizinische Bild basierend auf den zweidimensionalen Projektionsbildern mittels einer gefilterten Rückprojektion rekonstruiert werden.
Optional kann eine Metallartefaktkorrektur beim Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Metallartefaktkorrektur, wie in Meyer, Esther, et al. „Normalized metal artifact reduction (NMAR) in computed tomography.“ Medical physics 37.10 (2010): 5482-5493 beschrieben, durchgeführt werden.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Die Verfahrensschritte des Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1, des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2, des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 und des Bestimmens DET-3 der Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 sind analog zu der Beschreibung zu 1 ausgebildet. Die Verfahrensschritte des Bestimmens DET-4 der optimalen Aufnahmetrajektorie und des Erfassens REC-1 des dreidimensionalen medizinischen Bildes sind gemäß der Beschreibung zu 2 ausgebildet. Der Verfahrensschritt des Lagerns POS des Untersuchungsobjektes UOBJ kann gemäß der Beschreibung zu 3 ausgebildet sein. Die Verfahrensschritte des Erfassens REC-2 einer Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen und des Rekonstruierens RECO des dreidimensionalen medizinischen Bildes sind gemäß der Beschreibung zu 4 ausgebildet.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst der Verfahrensschritt des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 einen Verfahrensschritt eines Anwendens APP-1 einer ersten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2. Dabei werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt. Die ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 sind dabei wie bezüglich 1 beschrieben ausgebildet. Die erste trainierte Funktion ist dabei trainiert, das erste Objekt OBJ-1 in den Erkundungsansichten zu segmentieren.
Insbesondere kann die erste trainierte Funktion basierend auf den Pixelwerten der Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das erste Objekt OBJ-1 ähnlich wie bei einer Schwellwertbildung segmentieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste trainierte Funktion speziell zum Segmentieren des ersten Objektes OBJ-1 ausgebildet sein. Dafür kann die erste trainierte Funktion auf die Form bzw. auf die räumliche Ausdehnung des ersten Objektes OBJ-1 trainiert sein. Das erste Objekt OBJ-1 kann in diesem Fall eine typische Form aufweisen, die alle ersten Objekte OBJ-1 in dieser Anwendung aufweisen. Die erste trainierte Funktion kann darauf trainiert sein, genau diese Form zu erkennen und zu segmentieren. Dabei kann die erste trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, das erste Objekt OBJ-1 auch dann vollständig zu segmentieren, wenn es in wenigstens einer Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 nur teilweise abgebildet ist oder von einem anderen Objekt oder einem Artefakt überlagert ist. Mit anderen Worten kann die erste trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, die Form des abgebildeten ersten Objektes OBJ-1 zu korrigieren. Mit anderen Worten kann die erste trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, das erste Objekt OBJ-1 in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 auch dann in seiner kompletten Form zu segmentieren, wenn in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 auf Grund einer Überlagerung nur ein Teil des ersten Objektes OBJ-1 korrekt abgebildet ist.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst der Verfahrensschritt des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2 einen Verfahrensschritt eines Anwendens APP-2 einer zweiten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2. Dabei ist die zweite trainierte Funktion analog zu der Beschreibung zu der ersten trainierten Funktion lediglich in Bezug auf das zweite Objekt OBJ-2 ausgebildet. Insbesondere kann die zweite trainierte Funktion dazu ausgebildet sein, eine typische Form des zweiten Objektes OBJ-2 zu erkennen und zu segmentieren.
In Ausführungen der Erfindung kann auch nur einer der Verfahrensschritte des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 und des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2 durch Anwenden APP-1, APP-2 einer der trainierten Funktion ausgeführt werden.
6 zeigt schematisch einen Datenstrom beim Ausführen des ersten Ausführungsbeispiels eines computerimplementierten Verfahrens zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1. OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild.
Es ist wenigstens ein Teil eines beispielhaften Datenstroms beim Ausführen des in den 1 bis 5 beschriebenen Verfahrens dargestellt.
In den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, die in dem Verfahrensschritt des Bereitstellens PROV-1 von wenigstens zwei Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 bereitgestellt werden, ist das Untersuchungsobjekt UOBJ abgebildet, in welchem das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel ist das Untersuchungsobjekt UOBJ der Kopf eines Patienten. Das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 sind in dem Untersuchungsobjekt UOBJ, also in dem Kopf, angeordnet. Gemäß der beispielshaften Darstellung ist das erste Objekt OBJ-1 ein Coiling-Paket, welches isotrop, also richtungsunabhängig, ausgebildet ist. Das zweite Objekt OBJ-2 ist ein Stent, dessen Abbildung in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 von dem ersten Objekt OBJ-1 wenigstens teilweise überlagert wird. Zur besseren Darstellung sind das erste und das zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 hervorgehoben.
In dem Verfahrensschritt des Segmentierens SEG-1 des ersten Objektes OBJ-1 wird das erste Objekt OBJ-1 in den Erkundungsansichten wie in den 1 bis 5 beschrieben segmentiert. Dabei werden die ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt. In den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ist den Pixeln, die in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 das erste Objekt OBJ-1 abbilden bzw. in denen das erste Objekt OBJ-1 ohne Überlagerung abgebildet würde, ein Pixelwert von eins zugeordnet. Allen anderen Pixeln der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 ist ein Pixelwert von null zugeordnet.
Analog werden in dem Verfahrensschritt des Segmentierens SEG-2 des zweiten Objektes OBJ-2 das zweite Objekt OBJ-2 in den Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2 segmentiert. Dabei werden die zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt. Die zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 sind analog zu den ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 lediglich in Bezug auf das zweite Objekt OBJ-2 ausgebildet.
In Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-1 der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 des ersten Objektes OBJ-1 bestimmt. Insbesondere kann die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 durch eine ungewichtete Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21 bestimmt werden. Außerdem kann zusätzlich, wie gemäß 1 beschrieben, eine Segmentierung, insbesondere eine Schwellwertbildung, zum Bestimmen der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 durchgeführt werden. Die erste dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-1 beschreibt dabei die Form bzw. räumliche Ausdehnung des ersten Objektes OBJ-1, sowie seine Lage im Raum.
Analog wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-2 der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-2 die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt. Die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 kann dabei analog zu der ersten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1 bestimmt werden. Die zweite dreidimensionale Objektmaske 3D-OBJM-2 beschreibt dann die Form bzw. räumliche Ausdehnung des zweiten Objektes OBJ-2, sowie die Lage des zweiten Objektes OBJ-2 im Raum.
In Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske 3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2 wird in dem Verfahrensschritt des Bestimmens DET-3 die Überlagerung OVL des ersten und des zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie bestimmt. Insbesondere kann die Überlagerung OVL für eine Mehrzahl von Aufnahmetrajektorien bestimmt werden. Dafür werden für jede der Aufnahmetrajektorien fiktive Projektionsaufnahmen aus durch die Aufnahmetrajektorie vorgegebenen Winkeln relativ zu dem ersten und dem zweiten Objekt OBJ-1, OBJ-2 simuliert. In den fiktiven Projektionsaufnahmen kann dann für die verschiedenen Aufnahmetrajektorien jeweils die Überlagerung OVL, wie gemäß 1 beschrieben, bestimmt werden. Die projektiven Überlagerungen für verschiedene fiktive Projektionsaufnahmen sind hier beispielhaft in dem Raster durch verschiedene Grautöne dargestellt. Die Aufnahmetrajektorie, für die die Überlagerung OVL im Vergleich am geringsten ist, kann als optimale Aufnahmetrajektorie bestimmt werden.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines computerimplementierten Trainingsverfahrens zum Bereitstellen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion.
Im Folgenden wird das Trainingsverfahren sowohl für die erste als auch für die zweite trainierte Funktion gemeinsam beschrieben, da die beiden Funktion analog trainiert werden. Die erste Funktion wird lediglich in Bezug auf das erste Objekt OBJ-1 und die daraus resultierenden Daten trainiert, während die zweite Funktion in Bezug auf das zweite Objekt OBJ-2 und die daraus resultierenden Daten trainiert wird.
In einem Verfahrensschritt eines Empfangens TREC-11 werden erste Eingangsdaten bzw. eines Empfangens TREC-21 werden zweite Eingangsdaten empfangen. Dabei umfassen die ersten und die zweiten Eingangsdaten Erkundungsansichten IMG-1, IMG-2, die, wie bezüglich 1 beschrieben, ausgebildet sind. Insbesondere bilden die ersten Eingangsdaten wenigstens das erste Objekt OBJ-1 ab und die zweiten Eingangsdaten bilden wenigstens das zweite Objekt OBJ-2 ab.
In einem Verfahrensschritt eines Empfangens TREC-12 werden die ersten Ausgangsdaten empfangen bzw. eines Empfangens TREC-22 werden die zweiten Ausgangsdaten empfangen. Die ersten Ausgangsdaten umfassen dabei erste zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21. Die zweite Ausgangsdaten umfassen dabei zweite zweidimensionale Objektmasken 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22. Die ersten und zweiten zweidimensionalen Objektmasken 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21, 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 sind dabei gemäß der Beschreibung zu 1 ausgebildet. Insbesondere ist jeder Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 eine erste bzw. zweite zweidimensionale Objektmaske 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21, 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 zugeordnet.
Insbesondere kann für jede Erkundungsansicht IMG-1, IMG-2 der ersten bzw. zweiten Eingangsdaten manuell durch einen Experten jeweils eine erste und eine zweite zweidimensionale Objektmaske 2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21, 2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22 bestimmt werden. Insbesondere kann der Experte dafür das erste bzw. zweite Objekt OBJ-1, OBJ-2 in den Erkundungsansichten segmentieren. Mit anderen Worten segmentiert der Experte zum Erstellen der ersten Ausgangsdaten in den ersten Eingangsdaten das erste Objekt OBJ-1 und zum Erstellen der zweiten Ausgangsdaten in den ersten Eingangsdaten das zweite Objekt OBJ-2. Der Experte kann beispielsweise ein Mediziner, insbesondere ein Radiologe, sein.
In einem Verfahrensschritt eines Trainierens TRAIN-1 wird eine erste Funktion basierend auf den ersten Eingangsdaten und den ersten Ausgangsdaten trainiert, bzw. eines Trainierens TRAIN-2 wird eine zweite Funktion basierend auf den zweiten Eingangsdaten und den zweiten Ausgangsdaten trainiert.
Dabei wird die erste bzw. zweite Funktion auf die ersten bzw. zweiten Eingangsdaten angewendet. Dabei werden jeweils entsprechend erste bzw. zweite bestimmte Ausgangsdaten bestimmt. Diese derart bestimmten ersten bzw. zweiten bestimmten Ausgangsdaten werden mit den zuvor empfangenen ersten bzw. zweiten Ausgangsdaten verglichen. Basierend auf diesem Vergleich wird wenigstens ein Parameter der ersten bzw. zweiten Funktion derart angepasst, dass bei einem erneuten Anwenden der ersten bzw. zweiten Funktion auf die ersten bzw. zweiten Eingangsdaten die derart bestimmten ersten bzw. zweiten Ausgangsdaten besser mit den empfangenen ersten bzw. zweiten Ausgangsdaten übereinstimmen. Auf diese Weise wird durch iteratives Anpassen des wenigstens einen Parameters die erste bzw. zweite Funktion trainiert und somit die erste bzw. zweite trainierte Funktion bestimmt.
Das Anpassen kann iterativ so lange wiederholt werden, bis ein Abbruchkriterium erreicht ist. Das Abbruchkriterium kann beispielsweise ein Überschreiten einer maximalen, vordefinierten Anzahl von Iterationen und/oder ein Unterschreiten einer maximalen, vordefinierten Abweichung zwischen den bestimmten und dem empfangenen ersten bzw. zweiten Ausgangsdaten etc. sein.
In einem Verfahrensschritt eines Bereitstellens TPROV-1 wird die erste trainierte Funktion bereitgestellt bzw. eines Bereitstellens TPROV-2 wird die zweite trainierte Funktion bereitgestellt. Dabei wird die erste bzw. zweite trainierte Funktion insbesondere derart bereitgestellt, dass sie für das gemäß 5 beschriebene Verfahren angewendet bzw. verwendete werden kann.
8 zeigt ein Bestimmungssystem SYS zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild, 9 zeigt ein erstes bzw. zweites Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 zum Bereitstellen einer ersten und/oder zweiten trainierten Funktion.
Das dargestellte Bestimmungssystem SYS zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen einer ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild ist dazu ausgebildet ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen einer ersten und eines zweiten Objektes OBJ-1, OBJ-2 in einem dreidimensionalen medizinischen Bild auszuführen. Das dargestellte erste bzw. zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 ist dazu ausgebildet ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen der ersten und/oder zweiten trainierten Funktion auszuführen. Dabei sind das erste und das zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 analog zueinander ausgebildet. Das Bestimmungssystem SYS umfasst eine Schnittstelle SYS.IF, eine Recheneinheit SYS.CU und eine Speichereinheit SYS.MU. Das erste bzw. zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 umfasst eine erste bzw. zweite Trainingsschnittstelle TSYS-1.IF, TSYS-2.IF, eine erste bzw. zweite Trainingsrecheneinheit TSYS-1.CU, TSYS-2.CU und eine erste bzw. zweite Trainingsspeichereinheit TSYS-1.MU, TSYS-2.MU.
Das Bestimmungssystem SYS und/oder das erste bzw. zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 kann insbesondere ein Computer, ein Mikrocontroller oder ein integrierter Schaltkreis (integrated circuit, IC) sein. Alternativ kann das Bestimmungssystem SYS und/oder das erste bzw. zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 ein reales oder virtuelles Computer-Netzwerk sein (eine technische Bezeichnung für ein reales Computer-Netzwerk ist „Cluster“, eine technische Bezeichnung für ein virtuelles Computer-Netzwerk ist „Cloud“). Das Bestimmungssystem SYS und/oder das erste bzw. zweite Trainingssystem TSYS-1, TSYS-2 kann als virtuelles System ausgebildet sein, welches auf einem Computer oder einem realen Computer-Netzwerk oder einem virtuellen Computer-Netzwerk ausgeführt wird (eine technische Bezeichnung ist „Virtualization“).
Die Schnittstelle SYS.IF und/oder die erste bzw. zweite Trainingsschnittstelle TSYS-1.IF, TSYS-2.IF kann eine Hardware- oder Software-Schnittstelle sein (beispielsweise ein PCI bus, USB oder Firewire). Die Recheneinheit SYS.CU und/oder die erste bzw. zweite Trainingsrecheneinheit TSYS-1.CU, TSYS-2.CU kann Hardware und/oder Software-Bestandteile umfassen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen sogenannten FPGA (Field Programmable Gate Way). Die Speichereinheit SYS.MU und/oder die erste bzw. zweite Trainingsspeichereinheit TSYS-1.MU, TSYS-2.MU kann als nicht permanent arbeitender Arbeitsspeicher (Random Access Memory, RAM) oder als permanenter Massenspeicher (Festplatte, USB-Stick, SD-Karte, Solid State Disk (SSD)) ausgebildet sein.
Die Schnittstelle SYS.IF und/oder die erste bzw. zweite Trainingsschnittstelle TSYS-1.IF, TSYS-2.IF kann insbesondere eine Mehrzahl an Sub-Schnittstellen umfassen, die unterschiedliche Verfahrensschritte des jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen. Mit anderen Worten kann die Schnittstelle SYS.IF und/oder die erste bzw. zweite Trainingsschnittstelle TSYS-1.IF, TSYS-2.IF als eine Mehrzahl an Schnittstellen SYS.IF und/oder ersten bzw. zweiten Trainingsschnittstellen TSYS-1.IF, TSYS-2.IF ausgebildet sein. Die Recheneinheit SYS.CU und/oder die erste bzw. zweite Trainingsrecheneinheit TSYS-1.CU, TSYS-2.CU kann insbesondere eine Mehrzahl an Sub- Recheneinheiten umfassen, die unterschiedliche Verfahrensschritte des jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen. Mit anderen Worten kann die Recheneinheit SYS.CU und/oder die erste bzw. zweite Trainingsrecheneinheit TSYS-1.CU, TSYS-2.CU als eine Mehrzahl an Recheneinheiten SYS.CU und/oder ersten bzw. zweiten Trainingsrecheneinheiten TSYS-1.CU, TSYS-2.CU ausgebildet sein.
Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale miteinander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) in einem dreidimensionalen medizinischen Bild, wobei das erste und das zweite Objekt (OBJ-1, OBJ-2) in einem Untersuchungsobjekt (UOBJ) angeordnet sind, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Bereitstellen (PROV-1) von wenigstens zwei Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2), wobei die Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) das erste und das zweite Objekt (OBJ-1, OBJ-2) aus verschiedenen Winkeln abbilden, - Segmentieren (SEG-1) des ersten Objektes (OBJ-1) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei erste zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJKM-21) bestimmt werden, - Segmentieren (SEG-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei zweite zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) bestimmt werden, - Bestimmen (DET-1) einer ersten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1) des ersten Objektes (OBJ-1) in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJKM-21), - Bestimmen (DET-2) einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJKM-22), - Bestimmen (DET-3) einer Überlagerung (OVL) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2), wobei die Überlagerung (OVL) aus projektiven Überlagerungen des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) in fiktiven Projektionsaufnahmen, die sich aus der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie ergeben, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das dreidimensionale medizinische Bild und die wenigstens zwei Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) mittels eines Röntgensystems erfasst und bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein erster Absorptionskoeffizient des ersten Objektes (OBJ-1) größer ist als ein zweiter Absorptionskoeffizient des zweiten Objektes (OBJ-2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmetrajektorie von einer Lagerung des Untersuchungsobjektes (UOBJ) abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verfahrensschritt des Bestimmens (DET-3) einer Überlagerung (OVL) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) für mehr als eine Aufnahmetrajektorie durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren außerdem folgende Verfahrensschritte umfasst: - Bestimmen (DET-4) einer optimalen Aufnahmetrajektorie, wobei die optimale Aufnahmetrajektorie diejenige Aufnahmetrajektorie ist, für die die geringste Überlagerung (OVL) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) bestimmt wurde, - Erfassen (REC-1) des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der optimalen Aufnahmetrajektorie.
Verfahren nach Anspruch 6 in Kombination mit Anspruch 4, wobei das Untersuchungsobjekt (UOBJ) mittels einer Lagerungsvorrichtung gelagert wird, wobei das Verfahren vor dem Erfassen (REC-1) des dreidimensionalen Bildes außerdem folgenden Verfahrensschritt umfasst: - Lagern (POS) des Untersuchungsobjektes (UOBJ) entsprechend der optimalen Aufnahmetrajektorie, wobei die Lagerungsvorrichtung automatisiert in Abhängigkeit von der optimalen Aufnahmetrajektorie angesteuert wird, sodass das Untersuchungsobjekt (UOBJ) entsprechend der Lagerung für die optimale Aufnahmetrajektorie gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem Verfahrensschritt des Erfassens (REC-1) des dreidimensionalen medizinischen Bildes das dreidimensionale medizinische Bild mit einem Röntgensystem erfasst wird, wobei das Röntgensystem beim Erfassen (REC-1) des dreidimensionalen medizinischen Bildes die optimale Aufnahmetrajektorie abfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Verfahrensschritt des Erfassens (REC-1) des dreidimensionalen medizinischen Bildes folgende Verfahrensschritte umfasst: - Erfassen (REC-2) einer Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen des Untersuchungsobjektes (UOBJ) entlang der optimalen Aufnahmetrajektorie, wobei wenigstens zwei zweidimensionale Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Winkel erfasst werden, - Rekonstruieren (RECO) des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der Mehrzahl von zweidimensionalen Projektionsaufnahmen, wobei optional eine Metallartefaktkorrektur beim Rekonstruieren des dreidimensionalen medizinischen Bildes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verfahrensschritte des Segmentierens (SEG-1) des ersten Objektes (OBJ-1) und des Segmentierens (SEG-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) auf einer Schwellwertbildung basieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verfahrensschritt des Segmentierens (SEG-1) des ersten Objektes (OBJ-1) folgenden Verfahrensschritt umfasst: - Anwenden (APP-1) einer ersten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei die ersten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21) bestimmt werden, und/oder wobei der Verfahrensschritt des Segmentierens (SEG-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) folgenden Verfahrensschritt umfasst: - Anwenden (APP-2) einer zweiten trainierten Funktion auf die Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2), wobei die zweiten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen (DET-1) der ersten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1) die erste dreidimensionale Objektmaske (3D-OBJM-1) mittels einer ungewichteten Rückprojektion der ersten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21) bestimmt wird, und/oder wobei beim Bestimmen (DET-2) der zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-2) die zweite dreidimensionale Objektmaske (3D-OBJM-2) mittels einer ungewichteten Rückprojektion der zweiten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei in dem Verfahrensschritt des Bestimmens (DET-1) der ersten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1) die erste dreidimensionale Objektmaske (3D-OBJM-1) mittels einer Segmentierung, insbesondere einer Schwellwertbildung, der rückprojizierten ersten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt wird, und/oder wobei in dem Verfahrensschritt des Bestimmens (DET-2) der zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-2) die zweite dreidimensionale Objektmaske (3D-OBJM-2) mittels einer Segmentierung, insbesondere einer Schwellwertbildung, der rückprojizierten zweiten zweidimensionalen Objektmasken bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Objekt (OBJ-1) ein Coiling-Paket ist, und/oder wobei das zweite Objekt (OBJ-2) ein Stent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei genau zwei Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) zwischen 45° und 135° liegt, wobei der Winkel zwischen den beiden Erkundungsansichten insbesondere 90° ist.
Bestimmungssystem (SYS) zum Festlegen einer Aufnahmetrajektorie zum Erfassen eines ersten und eines zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) in einem dreidimensionalen medizinischen Bild, wobei das erste und das zweite Objekt (OBJ-1, OBJ-2) in einem Untersuchungsobjekt (UOBJ) angeordnet sind, wobei das Bestimmungssystem (SYS) eine Schnittstelle (SYS.IF) und eine Recheneinheit (SYS.CU) umfasst, dabei ist die Schnittstelle (SYS.IF) zum Bereitstellen (PROV-1) von wenigstens zwei Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) ausgebildet, wobei die Erkundungsansichten (IMG-1, IMG_-2) das erste und das zweite Objekt (OBJ-1, OBJ-2) aus verschiedenen Winkeln abbilden, dabei ist die Recheneinheit (SYS.CU) zum Segmentieren (SEG-1) des ersten Objektes (OBJ-1) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) ausgebildet, wobei erste zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21) bestimmt werden, dabei ist die Recheneinheit (SYS.CU) außerdem zum Segmentieren (SEG-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) in den Erkundungsansichten (IMG-1, IMG-2) ausgebildet, wobei zweite zweidimensionale Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) bestimmt werden, dabei ist die Recheneinheit (SYS.CU) außerdem zum Bestimmen (DET-1) einer ersten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1) des ersten Objektes (OBJ-1) in Abhängigkeit der ersten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-11, 2D-OBJM-21) ausgebildet, dabei ist die Recheneinheit (SYS.CU) außerdem zum Bestimmen (DET-2) einer zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-2) des zweiten Objektes (OBJ-2) in Abhängigkeit der zweiten zweidimensionalen Objektmasken (2D-OBJM-12, 2D-OBJM-22) ausgebildet, dabei ist die Recheneinheit (SYS.CU) zum Bestimmen (DET-3) einer Überlagerung (OVL) des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) für wenigstens eine Aufnahmetrajektorie zum Erfassen des dreidimensionalen medizinischen Bildes in Abhängigkeit der ersten und der zweiten dreidimensionalen Objektmaske (3D-OBJM-1, 3D-OBJM-2) ausgebildet, wobei die Überlagerung (OBL) aus projektiven Überlagerungen des ersten und des zweiten Objektes (OBJ-1, OBJ-2) in fiktiven Projektionsaufnahmen, die sich aus der wenigstens einen Aufnahmetrajektorie ergeben, bestimmt wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher (SYS.CU) eines Bestimmungssystems (SYS) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bestimmungssystem (SYS) ausgeführt werden.
Computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Bestimmungssystem (SYS) lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Bestimmungssystem (SYS) ausgeführt werden.