DE112005002574T5

DE112005002574T5 - Verfahren und System zur virtuellen Endoskopie mit Führung für die Biopsie

Info

Publication number: DE112005002574T5
Application number: DE112005002574T
Authority: DE
Inventors: Bernhard Geiger; Guido Weiner
Original assignee: Siemens Corporate Research Inc
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: WO2006045045A3; US7536216B2; WO2006045045A2; US20060084860A1; DE112005002574B4

Abstract

Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend:
Beschaffen eines Abbildungsdatensatzes, der eine außerhalb einer Lumenwand befindliche Läsion enthält, von einem Patienten;
Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz;
Ziehen planarer Konturen um die Läsionen in den MPRs;
Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion aus den Konturen;
Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zu dem Beginn und dem Ende der Läsion;
Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Lumen;
Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das genannte Endoskop in einem Lumen eines gegebenen Durchmessers;
Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften;
Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das endoluminale Bild einen optimalen Biopsieeinführpunkt angibt; und
Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.

Description

Kreuzbezug auf verwandte Anmeldungen Priorität
Hierdurch wird spezieller Bezug genommen auf die provisorische Anmeldung in den USA Nr. 60/619,809 (Anwaltsakte Nr. 2004P17743 US) mit dem Titel "Virtual Endoscopy with Visible Extra-Luminal Structures for Biopsy Guidance", eingereicht am 18. Oktober 2004 im Namen von Bernhard Geiger und Guido Weiner, den Erfindern in der vorliegenden Anmeldung, und von der die Vorzüge der Priorität beansprucht werden und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der virtuellen Endoskopie und insbesondere auf die virtuelle Endoskopie mit Führung für Biopsie-Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Die transbronchiale Nadelaspiration (TBNA) ist ein Verfahren, das eine Biopsienadel verwendet, um Gewebsproben aus den Lungenbereichen eines Patienten zum Zwecke der Prüfung und verwandter Prozeduren zu erlangen. Während der TBNA werden die Richtung der Einführung und die Auswahl eines Biopsieortes für die Nadel im Allgemeinen durch einen Lungenfacharzt bestimmt, und typischerweise geschieht dieses auf der Grundlage von Bildern, die man mittels Computertomographie (CT) erhält. Als solche ist die TBNA ein routinemäßig angewendeter und relativ sicherer Eingriff für die Diagnose und Einstufung von Hilus-Läsionen, was Läsionen sind, die sich auf Lymphknoten der Lunge beziehen. Diese haben gewöhnlich die Form von Knötchen. Die Genauigkeit der Prozedur liegt nahe bei 100%, was bedeutet, dass nahezu alle Knötchen, die als solche durch die Prozedur identifiziert werden, tatsächlich solche Knötchen sind. Hierzu wird auf den Aufsatz von T. Win et al. hingewiesen, mit dem Titel "The role of transbranchial needle aspiration in the diagnosis of bronchogenic carcinoma", Resp Care, Juni 2003; 48(6) Seiten 602–605.
Verschiedentlich wird berichtet, dass die Genauigkeit der Prozedur zwischen 47% und 73% liegt, was den Prozentsatz an Knötchen bedeutet, die als solche mittels der Prozedur aus dem Satz wirklich existierender Knötchen gefunden und identifiziert werden. Siehe hierzu die Veröffentlichungen von M. Patelli et al., mit dem Titel "Role of fiberoscopic transbronchial needle aspiration in the staging on N2 disease due to non-small cell lung cancer", Ann Thoracic Surg., 2002; 73 Seiten 407–411; H. B. Xie et al., mit dem Titel "Bronchoscopy Guided Transtracheal and Transbronchial Fine Needle Aspiration Biopsy: A 5-year institutional review of 111 cases" in Diagn. Cytopathol. 2002; 27(5) Seiten 276–281, und E. M. Harrow et al., mit dem Titel "The utility of transbronchial needle aspiration in the staging of bronchogenic carninoma" in Am J Respiratory Crit Care Med 2000; 161, Seiten 601–607.
Die Gründe für falsche Negative umfassen ungenügende Gewebsproben, nicht relevante Gewebsproben und an falschen Stellen ausgeführte Biopsien. Im Allgemeinen wird die Biopsie von innerhalb der Luftwegewand in Richtung nach Außen ausgeführt, und typischerweise kann man die Lymphknoten von der Innenseite des Luftkanals aus nicht sehen.
In einer Pilotstudie verwendeten McAdams et al. die virtuelle Bronchoskopie, um die Ausrichtung von TBNA durch Anzeige der Zielvolumina zu verbessern. Die Studie wurde unter Verwendung einer Einzelscheiben-Spiralcomputertomographie durchgeführt. Die Patienten wurden einer Thorax-Computertomographie mit 10mm Scheibendicke unterworfen. Zusätzliche 3–5mm dicke Scheiben erhielt man von Patienten mit Mediastinal- oder Hi lus-Läsionen, die dann für die virtuelle Bronchoskopie verwendet wurden. Das Mediastinum ist der Ort im Brustkorb zwischen den Pleurasäcken der Lungen, der alle inneren Organe des Brustkorbs mit Ausnahme der Lungen und des Brust- und Rippenfells enthält.
Von relevanten Positionen wurden Schnappschüsse aufgenommen und zusammen mit den axialen CT-Bildern während der Bronchoskopie angezeigt. Die zum Berechnen der virtuellen Endoskopie erforderliche Zeit war 20–35 Minuten, das Markieren der Ziele erforderte 5 Minuten und das Erstellen des Films erforderte weitere 30–60 Minuten. Die Autoren berichten über eine Genauigkeit von 88%, sie verglichen die Ergebnisse jedoch nicht mit der traditionellen Prozedur. Siehe hierzu die Veröffentlichung von H.P. McAdams et al., mit dem Titel "Virtual bronchoscopy for directing transbronchial needle aspiration of hilar and mediastianal lymph nodes: a pilot study" in AJR 1998; 170, Seiten 1361–1364.
In einer weiteren Studie erstellen Hopper et al. eine virtuelle Endoskopie mit markierten Zielvolumina aus 3mm-CT-Bildern. TBNA wurde nur virtuell ausgeführt auf der Grundlage nur von axialer CT oder virtueller Bronchoskopie mit überlagerten Zielvolumina. Die Autoren beschreiben eine höhere Erfolgsrate; die Studie basiert jedoch nicht auf klinischen Daten. Siehe hierzu die Veröffentlichung von K.D. Hopper et al. mit dem Titel "Transbronchial biopsy with virtual CT bronchoscopy and nodal highlighting", in Radiology, 2001; 221, Seiten 531–536.
Zur Erforschung eines interessierenden Bereiches muss jedoch typischerweise der Endabschnitt des Endoskops um einen annähernd rechten Winkel gebogen werden, sodass die Spitze des Endoskops dem interessierenden Bereich, im Allgemeinen der geprüften Läsion, gegenübersteht. Dieses wird erreicht, indem das Endoskop so vorgeschoben wird, dass es an der Seite der dem interessierenden Bereich gegenüberliegenden Wand klemmt, bis die erforderliche Ausrichtung erreicht ist.
In einer typischen bekannten Prozedur wird das Endoskop bis zu einem Bezugspunkt eingeschoben, beispielsweise nach unten gegen die an der Gabelung der Luftröhre nach innen vorspringende Leiste, und die Einführbezugstiefe des betreffenden Endoskops wird an einer Skala am Endoskop abgelesen. Das Endoskop wird dann herausgezogen, bis die Skala zeigt, dass das Ende des Endoskops nun an dem Punkt sein sollte, wo der Lymphknoten wahrscheinlich liegt, auf der Grundlage einer Abbildung. Das jeweilige Herausziehen sollte jedoch etwas weniger erfolgen, um der Länge Rechnung zu tragen, die für das rechtwinklige Abbiegen erforderlich ist, um es dem Endoskopende zu ermöglichen, auf die Seitenwand zu zielen. Das Endoskop wird dann eingeschoben, um es gegen die Wand abzuwinkeln und es dorthin auszurichten, wo der Lymphknoten vermutet wird. Es ist ein gewisses Vermuten und Schätzen erforderlich, speziell im Hinblick auf den Winkel, um den der Endabschnitt des Endoskops abgebogen werden muss. Bei diesen Schätzungen können Fehler auftreten, was zur Folge hat, dass die Biopsie das gewünschte Ziel nicht erreicht.
Übersicht über die Erfindung
Obgleich die vorangehenden Ergebnisse tendenziell angeben, dass eine virtuelle Bronchoskopie TBNA verbessern kann, wird hier doch erkannt, dass dennoch die angegebenen Verfahren für den klinischen routinemäßigen Einsatz zu zeitaufwändig sind.
Es wird hier weiterhin erkannt, dass die CT-Daten mehr Information über diejenigen hinausgehend enthält, die bei den bekannten Verfahren ausgewertet werden.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann die in den CT-Daten enthaltene Information dazu ausgenutzt werden, die Auswahl der Biopsiestellen zu verbessern, um die Ausbeute und die Genauigkeit zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erfindung den routinemäßigen Einsatz virtueller Bronchoskopie in einem klinischen Arbeitsablauf, um die Ausbeute von TBNA, einschließlich Werkzeugen zur Auswertung in den CT-Daten enthaltener relevanter Information, zu steigern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen die Beschaffung eines Bilddatensatzes von einem Patienten, wobei eine Läsion außerhalb einer Lumenwand dargestellt wird; Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens der Läsion; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D-Volumens und der maximalen Abbiegung zum Projizieren eines Endoluminalbildes der Läsion zum Anzeigen eines optimalen Biopsieeinführpunktes.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Volumen: Beschaffen eines Bilddatensatzes von einem Patienten, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand enthält; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz; Ziehen planarer Konturen um die Läsionen in den MPRs; Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens der Läsion aus den Konturen; Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zum Beginn und zum Ende der Läsion; Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Lumen; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das Endoskop in einem Lumen eines gegebenen Durchmessers; Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften; Projizieren eines Endoluminalbildes der Läsion auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das Endoluminalbild einen optimalen Biopsieeinführpunkt angibt; und Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Ableitens von Projektionskriterien das Ableiten eines Satzes von Oberflächennormalen zu der Lumenwand und das Ändern der entsprechenden Winkel der Normalen auf der Grundlage des 3-D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften, um einen Satz modifizierter Normalen zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Projizierens eines Endoluminalbildes der Läsion die Verwendung des Satzes modifizierter Normalen, um das Endoluminalbild zu definieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Projizierens eines Endoluminalbildes einen Schritt des Angebens der entsprechenden Tiefen der Läsion darauf, die jeweiligen Punkten auf dem Luminalbild entsprechen.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Angebens entsprechender Tiefen einen Schritt der Bestimmung der entsprechenden Tiefen längs entsprechender der Sätze modifizierter Normalen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Projizierens eines Endoluminalbildes einen Schritt des Angebens der entsprechenden Tiefen der Läsion darauf, die jeweiligen Punkten auf dem Endoluminalbild entsprechen.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Angebens der entsprechenden Tiefen der Läsion entweder (a) das Schattieren des Bildes zur Angabe von Tiefe, oder (b) das Farbcodieren des Bildes zur Angabe von Tiefe.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren einen Schritt des Ausgebens von Information über den Drehwinkel des virtuellen Endoskops.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren einen Schritt des Ausführens einer realen Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, umfassend das Identifizieren des Bezugspunktes, die Verwendung der korrigierten Werte und der entsprechenden Tiefen zum Einsetzen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren einen Schritt des Ausrichtens der Biopsienadel längs einer entsprechenden modifizierten Normalen an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren einen Schritt der Durchführung einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich der Identifizierung des Bezugspunktes, der Verwendung der korrigierten Werte, der Information über den Drehwinkel und die entsprechenden Tiefen für das Einführen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, bei dem von einem Patienten ein Bilddatensatz erfasst wird, wird ein Datensatz der Bronchialluftröhre beschafft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen: die Beschaffung eines Bilddatensatzes von einem Patienten, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand hat; das Erstellen eines Bildes aus dem Datensatz; das Ziehen planarer Konturen um die Läsion; das Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens der Läsion; das Erhalten von Daten über die maximalen Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und das Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D Volumens und der maximalen Biegung für die Projektion eines endoluminalen Bildes der Läsion, wobei ein optimaler Biopsieeinführpunkt angezeigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur virtuellen Endoskopie in einem Volumen: ein Gerät zum Beschaffen eines Bilddatensatzes von einem Patienten, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand hat; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz; das Ziehen planarer Konturen um die Läsion; eine Vorrichtung zum Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens der Läsion; eine Vorrichtung zum Erhalten von Daten über die maximalen Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und eine Vorrichtung zum Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion, wobei ein optimaler Biopsieeinführpunkt angezeigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Volumen: Beschaffen eines Datensatzes von einem Patienten unter Verwendung einer Abbildungstechnik, wie beispielsweise CT oder MRI; das Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz, enthaltend zweidimensionale (2D) Sektionen; das Anzeigen einer virtuellen endoskopischen Darstellung unter Verwendung des Datensatzes; das Ziehen planarer Konturen um die Läsionen in den MPRs; das Berechnen eines 3-D-Volumens aus den planaren Konturen; das Anzeigen des 3-D-Volumens in einer endoluminalen Ansicht; das Auswählen eines Bezugspunktes; die Verwendung von Software zur Anzeige der Distanzen zwischen dem Bezugspunkt zu den Start- und Endpunkten einer Läsion und einer virtuellen Endoskopposition; die Verwendung von Software zur Anzeige des maximalen Biegewinkels eines Endoskopes in einem ausgewählten Einführbereich, einer korrigierten Distanz zu dem Bezugspunkt nach dem Biegen und zur Projektion eines Einführpunktes auf die endoluminale Wand in dem ausgewählten Einführbereich, und optional zur Anzeige von Rotationsinformation; und das Führen eines echten Endoskops in einem Patienten zu dem Einführpunkt unter Verwendung von Information von der virtuellen Bronchoskopie.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Rechnerprogrammprodukt ein durch einen Rechner verwendbares Medium, auf dem eine Rechnerprogrammlogik für Programmcode zur Ausführung eines Verfahrens zur virtuellen Endoskopie in einem Volumen aufgezeichnet ist, umfassend: Beschaffen eines Bilddatensatzes von einem Patienten, der eine Läsion außerhalb einer Volumenwand hat; das Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens der Läsion; das Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und das Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D-Volumens und der maximalen Biegung zur Projektion eines endoluminalen Bildes der Läsion, wobei ein optimaler Biopsieeinführpunkt angezeigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Hohlraum: Beschaffen eines Bilddatensatzes von dem Hohlraum, der ein interessierendes Merkmal außerhalb einer Hohlraumwand hat; das Ziehen von Konturen um das Merkmal; das Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens des Merkmals aus den Konturen; das Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zu dem Start und dem Ende des Merkmals; das Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Hohlraum; das Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das Endoskop entsprechend den Hohlraumabmessungen; das Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D-Volumens, der Hohlraumdimensionen und der maximalen Biegeeigenschaften; das Projizieren eines endoluminalen Bildes des Merkmals auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das endoluminale Bild einen optimalen Zugriffspunkt anzeigt; und das Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Hohlraum: das Beschaffen eines Bilddatensatzes, der ein interessierendes Merkmal außerhalb einer Wand des Hohlraums hat; das Ableiten eines dreidimensionalen (3-D) Volumens des interessierenden Merkmals; das Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und das Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3-D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes des interessierenden Merkmals.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen gegeben wird.
1 zeigt ein Arbeitsflussdiagramm in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Flussdiagramm für virtuelle Bronchoskopie gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Flussdiagramm für Positionsmessungen bei virtueller Bronchoskopie gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein nicht notwendigerweise maßstabsgerechtes Schaubild der Zeichnungsprojektion einer dreidimensionalen Läsion gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Bildprojektion auf eine Luftröhrenwand, wobei der maximal mögliche Biegewinkel für ein gegebenes Endoskop berücksichtigt wird;
6 zeigt nicht notwendigerweise maßstabsgerechte Schemata, die Messungen auf einen Bezugspunkt mit und ohne Endoskopbiegung zeigen, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das die Benutzung eines Rechners bei der Ausführung des Verfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung wird auf DICOM-Bilder Bezug genommen. DICOM bedeutet "Digital Imaging and Communications in Medicine", was ein Protokoll ist, das für medizinische Bilder verwendet wird und das im Allgemeinen die Kompatibilität zwischen unterschiedlichen medizinischen Abbildungsvorrichtungen erleichtert.
Von einem Abbildungssystem, wie CT oder MRI, werden Daten beschafft. Das System liest DICOM-Bilder und zeigt "transparente" virtuelle Bronchoskopie-Bilder an, die Strukturen hinter der Lumenwand zeigen. Virtuelle Bronchoskopie ist in Echtzeit möglich und kann gleichzeitig mit der wirklichen Bronchoskopie verwendet werden. Die Segmentation der Lymphknoten kann auf der Grundlage von injiziertem Kontrastmaterial ausgeführt werden, oder ohne Kontrastmaterial im Falle von Lymphknoten, die in einem nicht-Kontrast-CT-Satz sichtbar sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befinden sich zwei Darstellungen vor dem Bronchoskopisten, im Wesentlichen Seite an Seite: eine virtuelle Darstellung, die aus Bildinformation vom Patienten abgeleitet ist, oder eine echte oder wirkliche endoskopische Ansicht, die man von einem Endoskop erhält, das in den Patienten eingeführt ist.
Es werden multiplanare Reformationen (MPR), die zweidimensionale (2D) Schnitte enthalten, erzeugt, und die Software zeigt axiale, koronale und sagittale Darstellungen der Daten. Für eine Beschreibung der multiplanaren Reformation wird beispielsweise auf Rogalla et al., "Virtual Endoskopy and Related 3D Techniques", Springer-Verlag 2001, 2002, Seiten 50 ff verwiesen. Koronal bezieht sich auf die Frontebene, die durch die Längsachse des Körpers verläuft, und sagittal bezieht sich auf die Mittelebene des Körpers oder jede dazu parallele Ebene.
Gemäß der Erfindung können Objekte, die auf den MPR-Bildern beispielsweise von Hand gezeichnet sind, in der virtuellen endoskopischen Darstellung gesehen werden, mit unterschiedlicher Schattierung je nach Distanz von der Lumenwand. Weiterhin können die simulierten optischen Eigenschaften des virtuellen Endoskops, beispielsweise der Betrachtungswinkel der virtuellen Kamera am Ende des Endoskops, eingestellt werden, um den Betrachtungswinkel des echten Endoskops zu erreichen, damit die reellen und virtuellen endoskopischen Darstellungen korrespondieren. Die Hinterwand des Lumens wird unten im Bild angezeigt, was die richtige Orientierung erleichtert. Distanzen und Winkel können gemessen werden, zusätzlich zur rein visuellen Information. Der mit dem Endoskop umgehende Arzt kann anatomische Merkmale spezifizieren, beispielsweise die Carina trachea oder andere Merkmale, wie Bezugspunkte, von denen die Distanz zum Nadeleinführpunkt berechnet wird. Der mit dem Endoskop umgehende Arzt zieht Konturen entsprechend dem Läsionsbild auf dem MPR-Bild. Alternativ kann er mit dem Anzeichnen der Läsionen und der Einstellung der Bezugspunkte später beginnen.
Ein dreidimensionales (3D) Volumen wird dann aus den planaren Konturen berechnet. Der maximale Biegewinkel und die damit einhergehende Verkürzung der Endoskoplänge werden in der virtuellen Endoskopie berechnet. Normale auf die Wand in Nachbarschaft der Läsion werden modifiziert, indem deren Winkel entsprechend der Information über die Biegeeigenschaften des Bronchoskops und des Lumendurchmessers im interessierenden Umfang abgelenkt werden, um sie mit der Läsionsmasse zu über schneiden und eine Projektion des Einführpunktes auf die Endoluminalwand als Zielpunkt für die Biopsienadel zu ermöglichen. Dieses ist dem Modifizieren des Projektionswinkels der Läsion auf die Lumenwand äquivalent, wie später beschrieben wird. Auf der Grundlage eines sowohl in der virtuellen als auch in der echten Bronchoskopie identifizierbaren Merkmals und der Einführtiefeninformation, die man von der virtuellen Bronchoskopie erhält, wird der entsprechende Zielpunkt in der echten Bronchoskopie identifiziert und zur Ausrichtung und Einführung der Biopsienadel in der gewünschten Tiefe zur Biopsie verwendet. Die Aufnahme von Gewebe durch die Nadel liefert dann die Biopsieprobe.
Kurz gesagt, umfasst ein Verfahren gemäß der Erfindung Folgendes:
Beschaffen eines Datensatzes von einem Patienten unter Verwendung einer Abbildungstechnik, wie beispielsweise CT oder MRI;
Anzeigen eines virtuellen endoskopischen Bildes unter Verwendung des Datensatzes;
Ziehen planarer Konturen um Läsionen in den MPRs;
Berechnen eines 3D-Volumens aus den planaren Konturen;
Anzeigen des 3D-Volumens in einer endoluminalen Ansicht;
Auswählen eines Bezugspunktes;
Verwenden von Software zur Anzeige der Distanzen zwischen dem Bezugspunkt zu den Start- und Endpunkten einer Läsion und zu
einer virtuellen Endoskopposition;
Verwenden von Software zur Anzeige des maximalen Biegewinkels des Endoskops in einem ausgewählten Einführbereich, der kor rigierten Distanz zu dem Bezugspunkt nach dem Biegen, und zur Projektion eines Einführpunktes auf das endoluminale Bild, und gegebenenfalls zur Anzeige von Drehinformation; und
Führen des echten Endoskops in einem Patienten zu dem Einführpunkt unter Verwendung von Information von der virtuellen Bronchoskopie.
1 zeigt eine Übersicht über die Schritte einer beispielhaften Ausführungsform gemäß dem Verfahren der Erfindung. Die Schritte 2, 4, 6 und 8 beziehen sich auf virtuelle Schritte, die an einem Datensatz ausgeführt werden, der zu einem früheren Zeitpunkt durch Abbildungsprozeduren abgeleitet wurde. Schritt 10 bezieht sich auf Prozeduren, die die Verwendung eines echten Endoskops an einem Patienten in Person beinhalten. Im Schritt 2 werden Bilddaten von einem Patienten beschafft, beispielsweise unter Verwendung einer rechnerunterstützten Tomographie (CT) oder Magnetresonanz-(MR) Abbildung oder anderer Techniken. Im Schritt 4 werden erkannte Läsionen in zweidimensionalen (2D) Bildern definiert, die wie oben beschrieben erstellt werden. Die Läsionserkennung kann durch einen Radiologen ausgeführt und in geeigneter Weise als Markierungen in den 2D-Bildern unter Verwendung bekannter Techniken eingegeben werden. Um die Läsionen werden Konturen in dem MPR gezogen, aus denen ein 3D-Volumen berechnet und in der endoluminalen Ansicht dargestellt werden, mit unterschiedlicher Schattierung oder Färbung in Abhängigkeit von der Distanz zur Wand. Im Allgemeinen wird die Läsion oben an der Wand unter Verwendung von Vermischung eingezeichnet, sodass die Wand transparent erscheint. Es sind auch automatisierte und halbautomatische Techniken möglich. Im Schritt 6 wird die dreidimensionale (3-D) Gestalt der Läsionen abgeleitet, beispielsweise durch Verwendung einer Technik, wie es die "Wolkenbildung" ist, die die Delaunay-Triangulation verwendet.
Im Schritt 8 wird eine virtuelle Bronchoskopie ausgeführt, in der eine Position und eine Ausrichtung für das virtuelle Endoskop in der Luftröhre definiert werden, wobei die Ausrichtung der Mittenachse des echten Endoskops entspricht. Die Anfangsposition des virtuellen Endoskops kann auf dem MPR unter Verwendung der Rechnermaus ausgewählt werden, oder sie kann automatisch in der Luftröhre berechnet werden. Typischerweise sind diese in der obersten Ebene der Luftröhre definiert, gefolgt von einem "Durchfliegen" oder "Hinabfliegen" entsprechend bekannter Techniken.
Es wird dann unter Verwendung einer Technik, wie beispielsweise Raycasting, eine perspektivische virtuelle Ansicht erzeugt. Das virtuelle Gesichtsfeld, das dem Gesichtsfeld des echten Endoskops entspricht, kann dann ausgewählt werden.
Ein Projektionsbild der dreidimensionalen Läsion wird dann auf die virtuelle Wand der Luftröhre oder des Luftkanals "virtuell projiziert", sodass die Wand als virtuell transparent dargestellt wird, wie oben angemerkt, sodass die Läsion, die außerhalb der Wand liegt "durch" die virtuelle Wand hindurch gesehen werden kann. Die Projektion kann entsprechend unterschiedlicher Verfahren sein. Beispielsweise zeigt 4A eine perspektivische Projektion A einer Läsion B auf die Wand, was eine perspektivische Ansicht aus der Endoskopposition bei C simuliert. Dieses wird anhand von 4 weiter beschrieben. Schritt 10 in 1 umfasst das Ausführen einer echten Bronchoskopie an einem wirklichen Patienten zusammen mit einer Ansicht der Bilder, die aus der virtuellen Bronchoskopie in Schritt 8 und den zugehörigen Messungen folgen, wie hier später beschrieben wird.
Es ist anzumerken, dass die echte Bronchoskopie nach der virtuellen ausgeführt werden kann, wobei Information von der virtuellen verwendet wird, einschließlich Messwerten, Screenshots, Filmen usw., oder parallel dazu ausgeführt wer den kann, um virtuelle und echte Ansichten miteinander zu vergleichen.
Die 4A, 4B und 4C zeigen jeweils eine perspektivische Projektion, die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht ist, und zwar eine orthogonale Projektion auf eine Luftröhrenwand und eine Projektion auf eine Luftröhrenwand unter Berücksichtigung der maximal möglichen Biegung des Endoskops, in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
4A zeigt eine schematische Darstellung einer Luftröhre 28A und 28B mit einem darin angeordneten Endoskop 32. Ein Scheitel 29 stellt einen Rücken dar, der den Ort bestimmt, wo sich die Luftröhre in zwei Zweige teilt. Der Winkel oder das Gesichtsfeld des Endoskops 32 ist durch die Grenzlinien 34A und 34B dargestellt. Eine Läsion im Gesichtsfeld wird durch eine Masse 30 dargestellt. Es wird eine Anzeige 31A auf der Innenseite der Luftröhrenwand erzeugt, beispielsweise durch Verwendung einer abweichenden Oberflächenfärbung, an Punkten, wo Strahlen 27 von der Läsion 30 zum Endoskop 32 die Luftröhrenwand in einer perspektivischen Projektion schneiden, um eine Anzeige der Läsion zu liefern, die einen Zusammenhang mit der Läsion außerhalb der Wand hat.
Während eine solche Technik eine gewisse Information zum Einführen einer Biopsienadel liefern kann, ist sie doch für die Auswahl eines Einführpunktes und der Einführrichtung für die Biopsienadel nicht optimal. Beispielsweise liegt das Bild 31A nicht dicht bei der Läsion 3, und die beiden sind in einer perspektivischen Projektionsart so miteinander verwandt, dass die Einführung einer Biopsienadel von der Innenseite der Luftröhre im Allgemeinen nicht gleich oder einfach in die Läsion 30 geführt wird.
4B zeigt eine weitere Technik, die eine Orthogonalprojektion auf die Luftröhrenwand verwendet. Oberflächennormale werden von der Wand der Luftröhre aufgerichtet. Einige der Normalen schneiden die Läsionenmasse, und wenn dieses geschieht, wird eine Anzeige geliefert, beispielsweise durch Ändern der Farbe des Bereichs auf der Innenseite der virtuellen Wand, von dem aus sich die schneidenden Normalen erstrecken. In dem in 4B gezeigten Beispiel wird die dunkelste Farbe dazu verwendet, den dickeren Teil der Läsion anzuzeigen, der für die Nadeleinführung bevorzugt ist, während der Rest der Läsion durch eine zweite, hellere Farbe gezeigt wird.
Während diese Technik eine Verbesserung gegenüber der zuvor beschriebenen Perspektivtechnik zur Herstellung einer Führung für die Einführung einer Biopsienadel ist, berücksichtigt sie doch nicht die Änderungen der Ansicht, die aus dem zuvor erwähnten Biegen der Endoskopspitze resultieren, wobei deren Achse normal oder nahezu normal zur Wandoberfläche ist. Weiterhin wird, wie in 4B angedeutet, die Biopsiemasse nicht notwendigerweise auf einer Hauptachse parallel zur Luftröhrenwand ausgerichtet sein, wodurch die Wahrscheinlichkeit vermindert wird, dass eine Biopsienadel nahe der Mitte des Bildes 31B eingeführt wird, um den dicksten Teil der Läsion zu treffen, wie typischerweise erwünscht ist, um eine bessere Biopsieprobe zu erhalten.
4C zeigt ein Projektionsverfahren in einer Ausführungsform gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wo das auf die Wand projizierte Bild unter Berücksichtigung der Biegung des Endoskops erstellt wird. Tatsächlich sind die ursprünglichen Oberflächennormalen um einen Winkel in Übereinstimmung mit der Biegung des Endoskopendes entsprechend dem Biegewinkel geneigt, wie für das echte Endoskop bekannt ist. Es ist anzumerken, dass das resultierende projizierte Bild derart ist, dass typischerweise eine größere Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine Biopsienadel längs der Richtung der geneigten Oberflächennormalen beim Treffen eines dickeren Teils der Läsion eingeführt wird, mit den sich daraus ergebenden Vorteilen, eine gültige Biopsieprobe zu erhalten.
In allgemeiner Übereinstimmung mit dem in 1 gezeigten Umriss wird nun das Verfahren der vorliegenden Erfindung in größerem Detail beschrieben. Wie sich aus 2 ergibt, in der sich alle der Schritte 12–18 auf die virtuelle Bronchoskopie beziehen, umfasst gemäß Schritt 12 die virtuelle Bronchoskopie das Bestimmen einer Position und einer Ausrichtung für das virtuelle Endoskop in der Luftröhre. Die Anfangsposition des virtuellen Endoskops kann auf dem MPR unter Verwendung der Rechnermaus ausgewählt werden, oder sie kann automatisch in der Luftröhre berechnet werden. Die Läsion ist oben auf die Wand unter Verwendung einer Mischtechnik gezeichnet, sodass die Wand als transparent erscheint.
Eine Perspektivansicht der Luftröhrenwand (Schritt 14) und eine Projektion der dreidimensionalen (3D) Läsion werden wie in Schritt 16 gezeichnet. In Abhängigkeit von dem erzielten Ergebnis wird dann die virtuelle Endoskopposition soweit notwendig modifiziert, wie in Schritt 18.
In 3 beziehen sich die Schritte 20 und 22 auf die virtuelle Bronchoskopie und die Schritte 24 und 26 auf die echte Endoskopie an einem echten Patienten. Bezug nehmend auf die virtuelle endoskopische Prozedur und auf die Schritte 20 und 22 in 3 wird ein Bezugspunkt im Datensatz definiert, der sowohl in den virtuellen als auch den echten endoskopischen Prozeduren identifizierbar ist. Dieses ist typischerweise der Scheitel oder Sattel am Verzweigungspunkt der Luftröhre. Die Distanz von diesem Bezugspunkt zum virtuellen Endoskop wird dann ermittelt und angezeigt, was in 4C als "d" dargestellt ist. Der Bezugspunkt wird dem MPR oder in der virtuellen Ansicht interaktiv definiert, indem mit einer Rechnermaus geklickt wird.
Die echte Bronchoskopie an einem wirklichen Patienten kann gleichzeitig mit der virtuellen Bronchoskopie ausgeführt wer den, oder sie kann mit dieser aufeinander folgend ausgeführt werden.
Bei der echten Bronchoskopie, Schritt 10 in 1, führt der die Bronchoskopie ausführende Arzt das Bronchoskop ein und berührt mit dem Ende des (echten) Bronchoskops den Punkt im (echten) Patienten, der den Bezugspunkt in der virtuellen Endoskopie, in diesem Fall der genannte Sattel, entspricht.
Typischerweise wird nach dem Einführen das Bronchoskop dann um die Distanz d zurückgezogen, wie am Mund oder der Nase des Patienten gemessen wird. Typischerweise wird eine solche Bronchoskopie durch die Nase des Patienten hindurch ausgeführt.
In 5 beziehen sich alle der Schritte 40–46 auf den Datensatz der virtuellen Bronchoskopie. Unter Verwendung von Daten aus der virtuellen Bronchoskopie wird der Innendurchmesser des Lumen der Luftröhre aus dem virtuellen Bilddatensatz bestimmt, der dem Niveau oder der Höhe der betrachteten Läsion entspricht (Schritt 40 in 5). Der Winkel, um den das Bronchoskop gebogen werden kann, hängt von diesem Innendurchmesser ab. Unter Verwendung dieser Information zusammen mit Information, die sich auf den speziellen Typ des in Gebrauch befindlichen Bronchoskops bezieht, wird der maximale Biegewinkel des Bronchoskops bestimmt (Schritt 42 in 5). In 5 wird im Schritt 44 der Bildprojektionswinkel dann modifiziert und eingestellt, um diesem Biegewinkel Rechnung zu tragen, indem die Oberflächennormalen um eine entsprechende Größe geneigt werden, um einen modifizierten Projektionswinkel zu erhalten, wie in 4C gezeigt ist. Wenn der maximale Biegewinkel α ≤ 90° ist, dann kann diese Projektion erhalten werden, indem die Oberflächennormalen um (90 – α)° um die Normale auf die Ebene gedreht werden, die durch die Oberflächennormale und die Endoskopachse bestimmt ist. Unter Verwendung des modifizierten Projektionswinkels wird die Läsion dann auf die Lumenwand projiziert, wie im Schritt 46 in 5 gezeigt.
6A zeigt den Messwert d, wie er aus dem virtuellen Bronchoskopiedatensatz erhalten wird. Er kann auch optisch verglichen werden. 6B zeigt den Messwert d', der die Distanz zwischen dem Sattel und dem Endoskop ist, nachdem es gebogen worden ist, um der betrachteten Fläche gegenüber zu stehen.
In der echten bronchoskopischen Prozedur wird auf der Grundlage des projizierten Bildes in der virtuellen Bronchoskopie, wie es von der Innenseite der transparenten virtuellen Wand erscheint, die Biopsienadel dann eingeführt, um eine Probe zu erhalten.
Wenn beispielsweise der maximale Biegewinkel 90° ist, dann wird die Läsion auf die Oberfläche unter Verwendung eines Projektionswinkels von 90° projiziert, d.h. orthogonal, und so fort für andere Winkel. Eine am Projektionsort der Läsion unter diesem gleichen Winkel eingeführte Biopsienadel wird daher die Läsion treffen.
Für jedes unterschiedliche Endoskopmodell kann der maximale Biegewinkel aus der Tabelle verwandter Bezugsergebnisse bestimmt werden, oder er kann unter Verwendung eines Modells auf der Grundlage eines Verfahrens bestimmt werden, wie beispielsweise von Kukuk et al. beschrieben, siehe Markus Kukuk, B. Geiger, "Registration of real and virtual endoscopy – a model and image based approach", Medicine Meets Virtual Reality 2000, Newport Beach, CA, 20.-24. Januar 2000, IOS Press, Seiten 168–174.
Die vorliegende Erfindung ist anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden, wie sie bei der Endoskopie im Allgemeinen und bei der Bronchoskopie im Besonderen angewendet werden. Die Erfindung ist auch in zahlreichen alternati ven Umgebungen anwendbar, seien sie am Menschen oder nicht am Menschen, bei denen geeignete Hohlräume mit einem geeigneten Ausmaß an Steifigkeit vorhanden sind, wie beispielsweise einem Sinushohlraum, sodass eine Korrespondenz zwischen präoperativen Daten und dem betreffenden Patienten gefunden werden kann.
Die Erfindung ist mit geeigneten kleineren Modifikationen, die erforderlich sein können, auch industriell anwendbar, wie beispielsweise bei der Inspektion tubusförmiger Hohlräume von Leitungen, von Abwasserrohren usw., für die Zeichnungen oder Blaupausen oder andere Daten verfügbar sind.
Wie man erkennt, ist daran gedacht, die vorliegende Erfindung unter Einsatz und Anwendung eines programmierten Digitalrechners auszuführen. 7 zeigt in einer grundlegenden schematischen Form einen Digitalrechner, der für eine Zweiweg-Datenübertragung mit einer Eingabevorrichtung, einer Ausgabevorrichtung und einer Speichervorrichtung zum Speichern eines Programms und anderer Daten verbunden ist. Die Eingabevorrichtung ist in weitem Sinne als eine Vorrichtung zum Erstellen eines geeigneten Bildes oder geeigneter Bilder zur Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet. Beispielsweise kann die Eingabe von einer Abbildungsvorrichtung sein, wie beispielsweise eine Vorrichtung, die in ein CATS-CAN, ein Röntgengerät, eine MRI oder andere Vorrichtung eingebaut ist, oder ein gespeichertes Bild sein, oder sie kann von der Verbindung mit einem weiteren Rechner oder einer weiteren Vorrichtung über eine direkte Verbindung, einen modulierten Infrarotstrahl, eine Funkleitung, Drahtleitung, Facsimile oder Satellit oder beispielsweise über das World Wide Web oder Internet oder jede andere geeignete Quelle solcher Daten stammen. Die Ausgabevorrichtung kann eine Anzeigevorrichtung vom Rechnertyp sein, die jede geeignete Einrichtung, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlbildröhre, eine Plasmaanzeige, eine LCD-Anzeige usw. verwendet, oder sie kann oder kann nicht eine Vorrichtung enthalten, um ein Bild ab zugeben und kann eine Speichervorrichtung zum Speichern eines Bildes für die weitere Verarbeitung oder zum Betrachten oder zum Auswerten, je nach Bedarf, enthalten, oder sie kann eine Verbindung oder Kopplung verwenden, einschließlich solcher, die oben unter Bezugnahme auf die Eingabevorrichtung beschrieben wurden. Der Prozessor ist mit einem Programm betriebsfähig, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist, um die Schritte der Erfindung auszuführen. Ein solcher programmierter Rechner kann leicht über Kommunikationsmedien, eine Funkverbindung, das Internet usw. für die Bilddatenbeschaffung und -übertragung angeschlossen sein.
Die Erfindung kann wenigstens teilweise leicht in einer Softwarespeichervorrichtung ausgeführt sein und in dieser Form als Softwareprodukt verpackt sein. Dieses kann in Form eines Rechnerprogrammprodukts sein, das ein durch einen Rechner verwendbares Medium enthält, in dem die Rechnerprogrammlogik als Programmcode zur Ausführung der Bildverarbeitung unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung aufgezeichnet ist.
Während die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht doch der Fachmann, an den sich die Erfindung wendet, dass zahlreiche Substitutionen, Änderungen und Modifikationen im Detail vorgenommen werden können, die hier nicht explizit beschrieben sind und die durchgeführt werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend Beschaffen eines Abbildungsdatensatzes, der eine außerhalb einer Lumenwand befindliche Läsion enthält, von einem Patienten; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz; Ziehen planarer Konturen um die Läsionen in den MPRs; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion aus den Konturen; Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zu dem Beginn und dem Ende der Läsion; Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Lumen; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das genannte Endoskop in einem Lumen eines gegebenen Durchmessers; Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften; Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das endoluminale Bild einen optimalen Biopsieeinführpunkt angibt; und Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.

Claims

Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend: Beschaffen eines Abbildungsdatensatzes, der eine außerhalb einer Lumenwand befindliche Läsion enthält, von einem Patienten; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz; Ziehen planarer Konturen um die Läsionen in den MPRs; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion aus den Konturen; Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zu dem Beginn und dem Ende der Läsion; Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Lumen; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das genannte Endoskop in einem Lumen eines gegebenen Durchmessers; Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften; Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das endoluminale Bild einen optimalen Biopsieeinführpunkt angibt; und Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Ableitens von Projektionsdaten das Ableiten eines Satzes Oberflächennormalen auf die Lumenwand und das Ändern der jeweiligen Winkel der Normalen auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften umfasst, um einen Satz modifizierter Normalen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes der Läsion die Verwendung des Satzes modifizierter Normalen zur Definition des endoluminalen Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der entsprechenden Tiefen der Läsion darauf, die entsprechenden Punkten auf dem endoluminalen Bild entsprechen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Anzeigens entsprechender Tiefen einen Schritt des Bestimmens der jeweiligen Tiefen längs entsprechender des Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen der Läsion darauf entsprechend jeweiligen Punkten auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen der Läsion umfasst: (a) Schattieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe, oder (b) Farbcodieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe.
Verfahren nach Anspruch 7, enthaltend einen Schritt des Anzeigens von Information über den Drehwinkel des virtuellen Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 7, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte und der jeweiligen Tiefen zum Einführen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 7, enthaltend einen Schritt des Ausrichtens der Biopsienadel längs einer entsprechenden modifizierten Normalen an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 8, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, enthaltend das Identifizieren des Bezugspunktes, das Verwenden der korrigierten Werte, der Information über den Drehwinkel und der jeweiligen Tiefen zum Einführen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Beschaffens eines Bilddatensatzes von einem Patienten das Beschaffen eines Datensatzes der Bronchialluftwege umfasst.
Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend: Beschaffen eines Bilddatensatzes, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand zeigt, von einem Patienten; Ziehen planarer Konturen um die Läsion; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion, das einen optimalen Biopsieeinführpunkt anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Ableitens von Projektionskriterien das Ableiten eines Satzes von Normalen auf die Lumenwand und das Ändern der jeweiligen Winkel der Normalen auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Lumendurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften zum Erhalten eines Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes der Läsion das Verwenden des Satzes modifizierter Normalen zur Definition des endoluminalen Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen der Läsion darauf entsprechend jeweiliger Punkte auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Anzeigens jeweiliger Tiefen einen Schritt des Bestimmens der jeweiligen Tiefen längs jeweiliger des Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen der Läsion darauf entsprechend jeweiliger Punkte auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen der Läsion umfasst: (a) Schattieren des Bildes zur Angabe von Tiefe, oder (b) Farbcodieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe.
Verfahren nach Anspruch 19, enthaltend einen Schritt des Ausgebens von Information über den Drehwinkel des virtuellen Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 19, enthaltend: Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zum Beginn und zum Ende der Läsion; und Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Lumen.
Verfahren nach Anspruch 21, umfassend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Benutzens der korrigierten Werte und der jeweiligen Tiefen für das Einführen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 22, umfassend einen Schritt des Ausrichtens der Biopsienadel längs einer jeweiligen modifizierten Normalen an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 21, umfassend einen Schritt des Benutzens eines Endoskops, das die Eigenschaften des virtuellen Endoskops hat.
Verfahren nach Anspruch 22, umfassend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte, der Information über den Drehwinkel und der jeweiligen Tiefen für das Einführen einer Biopsienadel an dem optimalen Biopsieeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Beschaffens eines Bilddatensatzes von einem Patienten das Beschaffen eines Datensatzes der Bronchialluftwege enthält.
System zur virtuellen Endoskopie in einem Volumen, enthaltend: eine Einrichtung zum Beschaffen eines Bilddatensatzes, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand zeigt, von einem Patienten; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz; Ziehen planarer Konturen um die Läsion; eine Einrichtung zum Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion; eine Einrichtung zum Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und eine Einrichtung zum Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion, das einen optimalen Biopsieeinführpunkt angibt.
Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend: Beschaffen eines Datensatzes von einem Patienten unter Verwendung einer Abbildungstechnik, wie beispielsweise CT oder MRI; Erzeugen multiplanarer Reformationen (MPRs) von dem Datensatz, die zweidimensionale (2D) Schnitte haben; Anzeigen einer virtuellen endoskopischen Darstellung unter Verwendung des Datensatzes; Ziehen planarer Konturen um Läsionen in den MPRs; Berechnen eines 3D-Volumens aus den planaren Konturen; Anzeigen des 3D-Volumens in einer endoluminalen Ansicht; Auswählen eines Bezugspunktes; Verwenden von Software zur Anzeige der Distanzen zwischen dem Bezugspunkt zu den Beginn- und Endpunkten einer Läsion und einer virtuellen Endoskopposition; Verwenden von Software zur Anzeige des maximalen Biegewinkels eines Endoskops in einem ausgewählten Einführbereich, einer korrigierten Distanz zu dem Bezugspunkt nach dem Biegen und zur Projektion eines Einführpunktes auf der endoluminalen Wand in dem ausgewählten Einführbereich und gegebenenfalls zur Anzeige von Drehinformation; und Führen eines echten Endoskops in einem Patienten zu dem Einführpunkt unter Verwendung von Information von der virtuellen Bronchoskopie.
Rechnerprogrammprodukt, enthaltend ein von einem Rechner verwendbares Medium mit einer darauf aufgezeichneten Rechnerprogrammlogik für Programmcode zur Ausführen eines Verfahrens zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, umfassend: Beschaffen eines Bilddatensatzes, der eine Läsion außerhalb einer Lumenwand zeigt, von einem Patienten; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion, das einen optimalen Biopsieeinführpunkt anzeigt.
Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Hohlraum, umfassend: Beschaffen eines Bilddatensatzes, der ein interessierendes Merkmal außerhalb einer Hohlraumwand enthält, von dem Hohlraum; Ziehen von Konturen um dieses Merkmal; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens des genannten Merkmals aus den Konturen; Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zu dem Beginn und dem Ende dieses Merkmals; Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Hohlraum; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für das Endoskop entsprechend den Hohlraumabmessungen; Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens, der Hohlraumabmessungen und der maximalen Biegeeigenschaften; Projizieren eines endoluminalen Bildes des Merkmals auf der Grundlage der Projektionskriterien, wobei das endoluminale Bild einen optimalen Zugangspunkt anzeigt; und Ableiten korrigierter Werte für die vorgenannten Distanzen, die den maximalen Biegeeigenschaften Rechnung tragen.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Ableitens von Projektionskriterien das Ableiten eines Satzes Oberflächennormalen auf die Hohlraumwand und das Ändern der jeweiligen Winkel der Normalen auf der Grundlage des 3D-Volumens, der Hohlraumabmessungen und der maximalen Biegeeigenschaften umfasst, um einen Satz modifizierter Normalen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes des Merkmales das Verwenden des Satzes modifizierter Normalen zur Bestimmung des endoluminalen Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des Merkmals darauf entsprechend jeweiligen Punkten auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Schritt des Anzeigens jeweiliger Tiefen einen Schritt des Bestimmens der jeweiligen Tiefen längs entsprechender des Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des Merkmals darauf entsprechend jeweiligen Punkten auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des Merkmals enthält: (a) Schattieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe, oder (b) Farbcodieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe.
Verfahren nach Anspruch 36, enthaltend einen Schritt des Ausgebens von Information über den Drehwinkel des virtuellen Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 36, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte und jeweiligen Tiefen für das Einsetzen eines Werkzeugs an dem optimalen Einführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 38, enthaltend einen Schritt des Ausrichtens des Werkzeugs längs einer jeweiligen modifizierten Normalen an dem optimalen Einführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 37, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte, der Information über den Drehwinkel und der jeweiligen Tiefen für das Einführen eines Werkzeugs an dem optimalen Einführpunkt.
Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Hohlraum, umfassend: Beschaffen eines Bilddatensatzes, der ein interessierendes Merkmal außerhalb einer Wand des Hohlraums zeigt; Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens des interessierenden Merkmals; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und Ableiten von Projektionskriterien auf der Grundlage des 3D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes des interessierenden Merkmals.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des Ableitens von Projektionskriterien das Ableiten eines Satzes Normalen auf die Lumenwand und das Ändern der jeweiligen Winkel der Normalen auf der Grundlage des 3D-Volumens, des Hohlraumdurchmessers und der maximalen Biegeeigenschaften zum Erhalten eines Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes des interessierenden Merkmals das Verwenden des Satzes modifizierter Normalen zur Definition des endoluminalen Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des interessierenden Merkmals darauf entsprechend jeweiliger Punkte auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, bei dem der Schritt des Anzeigens jeweiliger Tiefen einen Schritt des Bestimmens der jeweiligen Tiefen längs entsprechender des Satzes modifizierter Normalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, bei dem der Schritt des Projizierens eines endoluminalen Bildes einen Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des interessierenden Merkmals darauf entsprechend jeweiliger Punkte auf dem endoluminalen Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, bei dem der Schritt des Anzeigens der jeweiligen Tiefen des interessierenden Merkmales umfasst: (a) Schattieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe; (b) Farbcodieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe; oder (c) Schattieren und Farbcodieren des Bildes zur Anzeige von Tiefe.
Verfahren nach Anspruch 47, enthaltend einen Schritt des Ausgebens von Information über den Drehwinkel des virtuellen Endoskops.
Verfahren nach Anspruch 47, enthaltend: Bestimmen von Distanzen von einem Bezugspunkt zum Beginn und zum Ende des interessierenden Merkmals; und Bestimmen der Distanz von dem Bezugspunkt zu einem virtuellen Endoskop in dem Volumen.
Verfahren nach Anspruch 49, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte und der jeweiligen Tiefen für das Einführen eines Werkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 50, enthaltend einen Schritt des Ausrichtens des Werkzeugs längs einer jeweiligen modifizierten Normalen an den optimalen Einführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 49, enthaltend einen Schritt des Verwendens eines Endoskops, das die Eigenschaften des virtuellen Endoskops hat.
Verfahren nach Anspruch 49, enthaltend einen Schritt des Ausführens einer echten Endoskopie unter Verwendung von Information von der virtuellen Endoskopie, einschließlich des Identifizierens des Bezugspunktes, des Verwendens der korrigierten Werte, der Information über den Drehwinkel und der jeweiligen Tiefen zum Einführen eines Werkzeugs an dem optimalen Werkzeugeinführpunkt.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des Beschaffens eines Bilddatensatzes das Beschaffen des Datensatzes des Hohlraums umfasst.
Verfahren zur virtuellen Endoskopie in einem Lumen, enthaltend: Ableiten eines dreidimensionalen (3D) Volumens der Läsion; Erhalten von Daten über maximale Biegeeigenschaften für ein gegebenes Endoskop; und Ableiten von Projektionsdaten auf der Grundlage des 3D-Volumens und der maximalen Biegung zum Projizieren eines endoluminalen Bildes der Läsion, das einen optimalen Biopsieeinführpunkt anzeigt.