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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Rekonstruieren zweidimensionaler Schnittbilder aus einem drei-
oder vierdimensionalen Bilddatensatz, der durch medizinische Bildgebung
erfasst wird. Im Besonderen betrifft die Erfindung das Rekonstruieren
solcher zweidimensionaler Schnittbilder von einer Kammer des Herzens,
wie dem linken Ventrikel.
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Medizinische
Bildgebungsverfahren, wie Ultraschall, Magnet-Resonanz-Darstellung, Computertomographie
oder Positronen-Emissions-Tomographie,
stellen oft die Möglichkeit
bereit, dreidimensionale Bilddatensätze von bestimmten Bereichen
des Körpers
zu erfassen. Bei beweglichen Organen, wie dem Herzen, den Hauptschlagadern
oder anderen Organen, die der Herz- oder Atembewegung unterliegen,
ermöglichen
viele medizinische Bildgebungsverfahren die Erfassung dynamischer
vierdimensionaler Bilddatensätze,
die dreidimensionale Bildinformationen des Objekts zu verschiedenen
Zeitpunkten enthalten (z. B. das sich bewegende Herz).
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Beim
Betrachten und Beurteilen der erfassten Volumendaten greifen jedoch
die meisten praktischen Ärzte
wieder auf zweidimensionale Bilder zurück, da sie verwendet werden,
um eine Diagnose auf der Basis bestimmter zweidimensionaler Ansichten
zu bilden. Zum Beispiel wird im Falle des Herzens die Untersuchung
unter Verwendung spezifisch ausgerichteter Schnitte durch die Herzkammern
durchgeführt,
wie zum Beispiel die Vierkammeransicht, die Zweikammeransicht, Ansichten
in der Längsachse und
Ansichten in der kurzen Achse. Die Längsachse erstreckt sich von
der Herzspitze zu der Herzbasis, während die Ansichten in der
kurzen Achse zu den Ansichten in der Längsachse senkrecht sind.
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Ein
Verfahren nach dem Stand der Technik zum Beurteilen von Anomalien
in dem linken Ventrikel besteht darin, eine Reihe von Ansichten
in der kurzen Achse durch den linken Ventrikel aus vierdimensionalen
dynamischen Bilddatensätzen,
die durch Ultraschall erfasst wurden, zu rekonstruieren. Bei anderen
Anwendungen, wie zum Beispiel Magnet-Resonanz-Darstellung, können die
Ansichten in der kurzen Achse direkt von dem Herzen erfasst werden.
In beiden Fällen
wird die Beurteilung der Lebensfähigkeit
der Ventrikelwand durch die Bewegung des Herzens beträchtlich
verkompliziert. Da die Schnittebenen in der kurzen Achse im Raum
festgelegt bleiben, während
sich das Herz durch sie hindurch bewegt, ist der Teil der Ventrikelwand,
der in einer bestimmten Ansicht in der kurzen Achse sichtbar ist,
im Zeitverlauf nicht konstant. Somit kann eine offensichtliche Wölbung oder
Schwellung in der Ventrikelwand einfach durch die Bewegung eines
unterschiedlichen Teils des Herzens in das Sichtfeld verursacht
werden.
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Des
Weiteren ist die Längsachse
eine gerade Linie, wobei die Ansichten in der kurzen Achse senkrecht
dazu sind. Eine gerade Linie passt jedoch nicht gut zu der Form
der Herzkammern, im Besonderen des linken Ventrikels, da diese oft
keine geraden Ellipsen sind, sondern zu der Spitze hin „bananenförmig" sind. Daher weisen
die herkömmlich
erzeugten Ansichten in der kurzen Achse oft einen ungünstigen
Winkel zu der Myokardwand auf. Diese Situation wird durch den Umstand
verschlimmert, dass die Ventrikel während der Kontraktion oft komplizierte Translations-
und Drehbewegungen ausführen.
Daher können
Bewegungen der Herzkammer fälschlicherweise
als pathologische Veränderungen
an dem Herzen gedeutet werden.
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WO 01/37219 offenbart ein
Verfahren zum Berechnen zweidimensionaler Bilder aus einem dreidimensionalen
oder volumetrischen Bilddatensatz eines röhrenförmigen Körpers, im Besonderen eines Blutgefäßes. Das
Verfahren umfasst das Definieren einer Längsachse, die eine kurvenförmige Achse sein
kann, durch den röhrenförmigen Körper und
das Berechnen von Ebenen, die zu der Längsachse orthogonal sind.
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Leighton,
R. F., et al., Left Ventricular Function from Computer Processed
Magnetic Resonance Images, Proceedings of the Computers in Cardiology Meeting,
Jerusalem, 22. bis 29. September 1989, Seite 203 bis 206, offenbart
ein Verfahren zum Erfassen von Bildern in der kurzen Achse von dem
Herzen durch Magnet-Resonanz. Eine gerade Längsachse des linken Ventrikels
wird von Hand durch die Ventrikelspitze und den Mittelpunkt der
Aortenklappe gezogen. Es werden dann mehrere Bildschnitte erfasst, die
gleichmäßig entlang
der Längsachse
beabstandet und orthogonal zu dieser sind. Dieselben Bildschnitte
werden für
mehrere Zeitframes während
eines Herzschlags erfasst.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen zweidimensionaler
Schnittbilder aus einem vierdimensionalen medizinischen Bilddatensatz
bereitzustellen, das eine Darstellung des Objekts, die die spezifische
Anatomie des abgebildeten Objekts berücksichtigt, ermöglicht und
bei dynamischen Bildern ermöglicht,
das derselbe Bereich des Objekts in einer Reihe von Schnittbildern,
die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden, dargestellt
werden kann.
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Um
diese Aufgaben zu erfüllen,
stellt die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Rekonstruieren
von Schnittbildern aus einem vierdimensionalen Bilddatensatz eines
Objekts mit einem von Wänden
umgebenen Innenraum, insbesondere einer Kammer des Herzens, bereit,
das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Definieren
einer anatomischen Längsachse durch
das Objekt derartig, dass die Länge und/oder
die Form der anatomischen Längsachse an
die Länge
und/oder die Form des Objekts angepasst ist bzw. sind,
- b) Definieren einer Reihe von Schnittpunkten verteilt entlang
der anatomischen Längsachse,
- c) Definieren einer Reihe von Schnittebenen, wobei jede Ebene
einen Schnittpunkt auf der anatomischen Längsachse schneidet und wobei
die anatomische Längsachse
nicht in den Schnittebenen enthalten ist, und
- d) Berechnen von Schnittbildern entsprechend den Schnittebenen
aus dem Bilddatensatz.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung, die eine Berechnungseinrichtung umfasst, die zum
Durchführen
der vorgenannten Verfahrensschritte angepasst ist. Weitere Ausführungen
werden in der folgenden Beschreibung offengelegt und in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Somit
ist im Gegensatz zu den Verfahren nach dem Stand der Technik die
Längsachse
durch das Objekt oder den Ventrikel nicht notwendigerweise eine
gerade Linie, sondern ist an die Länge und die Form des abgebildeten
Objekts angepasst. Im Falle des Herzventrikels bedeutet dies, dass
die Längsachse
gekrümmt
sein kann, um der Ventrikelform an der Spitze zu folgen. Die so
angepasste Längsachse
wird hierin im Folgenden als „anatomische
Längsachse" bezeichnet. Im Falle
eines dynamischen Datensatzes kann die anatomische Längsachse
zu jedem Zeitpunkt eine unterschiedliche Form und Länge aufweisen.
Insbesondere die Länge,
aber möglicherweise
die Krümmung,
der anatomischen Längsachse
variieren im Lauf des Herzzyklus.
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Die
Schnittebenen, die zum Beispiel Ansichten in der kurzen Achse darstellen,
werden dann in Bezug auf die anatomische Längsachse definiert. Somit sind
außerdem
die Schnittebenen an die Anatomie des abgebildeten Objekts angepasst
und im Falle eines dynamischen Bilddatensatzes ist ihre Position
im Raum nicht festgelegt.
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Im
Kontext dieser Anmeldung muss sich der Begriff „anatomische Längsachse" nicht notwendigerweise
auf eine Längsachse
des Objekts beziehen, sondern kann sich außerdem auf eine kurze Achse
des Objekts in Abhängigkeit
von seiner bestimmten Form und Symmetrie beziehen.
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Die
Schnittpunkte, die die Positionen der Schnittebenen bestimmen, können entweder
vorgegeben sein oder können
durch den Benutzer gewählt werden.
Im letzten Fall kann für
den Benutzer eine Längsachsenansicht
des Objekts dargestellt werden, auf der die Position der anatomischen
Längsachse und
die entlang der Achse beabstandeten Schnittpunkte sichtbar gemacht
werden können.
Der Benutzer erhält
dann die Möglichkeit,
die Schnittpunkte entlang der anatomischen Längsachse zu versetzen, um zum
Beispiel die Schnittebenen zu einem pathologischen Bereich hin zu
verschieben, den er genauer untersuchen möchte. Vorzugsweise schneidet jede
Schnittebene die Achse ungefähr
in einem rechten Winkel, auch wenn außerdem in Abhängigkeit von
der Konfiguration des abgebildeten Objekts andere Winkel möglich sind.
Wenn die Schnittebenen nicht planar sind, wie im Folgenden beschrieben, können sie
derartig ausgerichtet sein, dass die Tangenten der anatomischen
Längsachse
und der Schnittebenen an dem Schnittpunkt einen rechten Winkel miteinander
bilden.
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Nach
einer weiteren Ausführung
sind die Schnittebenen nicht notwendigerweise planare Ebenen, sondern
können
derartig gebogen oder gekrümmt
sein, dass sie die Wände
des Objekts in einem rechten Winkel schneiden. Dies hat den Vorteil, dass
die Dicke der Wand, z. B. der Myokardwand, nicht durch schiefes
Schneiden durch die Wand verzerrt wird. Daher entsprechen die Schnittbilder,
die zum Schluss von dem Benutzer betrachtet werden, nicht notwendigerweise
planaren Ebenen durch das Objekt.
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Bei
dynamischen Datensätzen,
die aus mehreren dreidimensionalen Bilddatensätzen bestehen, die verschiedenen
Zeitframes entsprechen, wie z. B. verschiedene Zeitpunkte des Herzzyklus, wird
die anatomische Längsachse
vorzugsweise für
jeden Zeitframe neu definiert, so dass die Länge und/oder Form der Längsachse
im Zeitverlauf variabel sein kann bzw. sein können. Dadurch kann man erreichen,
dass die Positionen der Schnittbilder im Zeitverlauf variabel sind
und sich mit der Bewegung des Objekts verschieben. Nach einer bevorzugten
Ausführung
erfolgt dies, indem die relative Verteilung der Schnittpunkte entlang
der anatomischen Längsachse über verschiedene
Zeitframes konstant gehalten wird. Mit anderen Worten variieren
die absoluten Abstände
zwischen den Schnittpunkten im Zeitverlauf im Verhältnis zu
der Länge
der anatomischen Längsachse.
Wenn die Schnittebenen zu der anatomischen Längsachse senkrecht sind, variiert
außerdem
ihre Ausrichtung in dem Datensatz mit der Krümmung der Achse im Zeitverlauf.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein anderes Verfahren nach
Anspruch 6 zum Rekonstruieren zweidimensionaler Bilder aus einem vierdimensionalen
Bilddatensatz eines Objekts bereitgestellt, das die folgenden Schritte
umfasst:
- a) Definieren einer anatomischen Längsachse durch
das Objekt derartig, dass die Länge und/oder
die Form der anatomischen Längsachse an
die Länge
und/oder die Form des Objekts angepasst ist bzw. sind,
- b) Definieren einer gekrümmten
Längsebene
parallel zu der anatomischen Längsachse,
- c) Berechnen eines Längsbildes
entsprechend der gekrümmten
Längsebene.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Vorrichtung, die eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen
von Längsbildern
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen
der Längsbilder,
die vorzugsweise auf einen planaren Bildschirm oder eine planare
Anzeigefläche projiziert
werden, umfasst.
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Somit
kann außerdem
aus der anatomischen Längsachse,
die wie oben beschrieben definiert ist, ein Längsbild rekonstruiert werden,
das, im Falle des Herzens, einer Ansicht in der Längsachse
entspricht. Da jedoch die erfindungsgemäße anatomische Längsachse
gekrümmt,
gebogen oder anderweitig an die Form des Objekts angepasst sein
kann, könnte
das Längsbild
nicht einer planaren Ebene, sondern einer gekrümmten Ebene entsprechen, die
in wenigstens eine Richtung gekrümmt
ist. Wenn ein solches Längsbild
auf einem Anzeigebildschirm betrachtet wird, wird es „geglättet" oder auf eine Weise angezeigt,
dass das 3D-Erscheinungsbild
durch ein 3D-Darstellungsverfahren (z. B. 3D-Rendering) berechnet wird.
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Eine
nützliche
Anwendung der oben beschriebenen Verfahren wird darin bestehen,
sowohl Längsbilder
(die Ansichten in der Langsachse entsprechen) als auch Schnittbilder
(die Ansichten in der kurzen Achse entsprechen) auf einem Anzeigebildschirm
darzustellen. Eine solche Darstellung kann zur Bewertung einer Belastungs-Echo-Untersuchung verwendet
werden, wobei die Darstellung den Vergleich von Bildern ermöglicht,
die in verschiedenen Zeitframes in dem Herzzyklus oder in verschiedenen Belastungssituationen
(z. B. Ruhephase oder Spitzenphase) aufgenommen wurden. Am stärksten wird bevorzugt,
dass die Ansichten in der kurzen Achse, die demselben Schnittpunkt
entlang der anatomischen Längsachse
zu verschiedenen Zeitpunkten ent sprechen (die nicht notwendigerweise
demselben Punkt im Raum entsprechen), untereinander gezeigt werden,
um dem Benutzer das Verfolgen der Kontraktion eines bestimmten Bereichs
der Ventrikelwand zu ermöglichen.
Alternativ können
diese Bilder im Filmmodus angezeigt werden.
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Die
Länge und
Form der anatomischen Längsachse
kann für
jeden dreidimensionalen Bilddatensatz des Objekts durch eine geeignete
Einrichtung, vorzugsweise vollautomatisch, bestimmt werden. Nach
einer Ausführung
wird die anatomische Längsachse
definiert, indem zuerst ihre zwei Endpunkte bestimmt werden, worauf
die automatische Berechnung des Weges der anatomischen Längsachse
zwischen den Endpunkten folgt. Die Endpunkte einer Längsachse
durch den linken Ventrikel können
die Spitze und der Mittelpunkt der Mitralklappe sein. Diese Endpunkte
können
entweder automatisch bestimmt werden oder können durch den Benutzer definiert
werden. Der Weg der anatomischen Längsachse zwischen den Endpunkten
kann dann durch eine geeignete Einrichtung berechnet werden, die
das Erfassen der Form des Objekts ermöglicht, wie zum Beispiel durch
Berücksichtigen
des Schwerpunkts des Innenraums in dem Objekt.
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Der
drei- oder vierdimensionale Bilddatensatz kann durch ein medizinisches
Bildgebungsverfahren erfasst werden, wie zum Beispiel Ultraschall, Magnet-Resonanz-Darstellung,
Computertomographie, Positronen-Emissions-Tomographie oder Infrarot-Bildgebung. Am stärksten wird
die Verwendung eines Ultraschalldatensatzes bevorzugt, da Ultraschall
die für
die dynamische Beurteilung des Herzens erforderliche zeitliche Auflösung bereitstellt.
In diesem Fall ist ein dreidimensionaler Datensatz oft nicht kartesisch,
sondern kann kreisförmige
zylindrische oder kugelförmige
Polarkoordinaten entsprechend den von einer Ultraschallsonde ausgesendeten
Ultraschallstrahlen verwenden.
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Die
Erfindung stellt außerdem
ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen Programmcode enthält und bei
Betrieb auf einem Computer den Computer zum Durchführen des
oben beschriebenen Verfahrens veranlassen kann.
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Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung werden nun in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Die Zeichnungen zeigen Bilder des linken Ventrikels,
wobei jedoch die Erfindung in gleichem Maße auf ein anderes Objekt in dem
menschlichen oder tierischen Körper,
das auf geeignete Weise durch eine Achse definiert werden kann,
wie ein Blutgefäß, ein Teil
des Darms, der rechte Ventrikel, der linke oder rechte Vorhof und
andere Organe, angewendet werden kann.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Länge der anatomischen Längsachse
im Vergleich zu der Zeit zeigt.
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2 zeigt eine schematische Ansicht in der Längsachse
und eine Zweikammeransicht eines Ventrikels und die Position der
anatomischen Längsachse
und Schnittpunkte darin.
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3 zeigt
eine ähnliche
Ansicht wie in 2, wobei aber außerdem die
Form der Schnittebenen gezeigt wird.
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4 ist
ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Anzeige von Längsachsenansichten; Zweikammeransichten,
Vierkammeransichten und Ansichten in der kurzen Achse, die nach
einer Ausführung
des Verfahrens der Erfindung erzielt wurden.
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5 zeigt
eine Längsachsenansicht
gemäß 2 und 3, eine
jeweilige Ansicht des Längsbildes,
das aus der anatomischen Achse erzielt wurde, und das „geglättete" Längsbild.
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6 ist
eine schematische Vierkammeransicht eines Herzens, die die herkömmliche
gerade Längsachse
zeigt.
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7 ist
eine schematische Vierkammeransicht eines Herzens, die eine anatomische
Längsachse
zeigt.
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8 ist
eine schematische Darstellung einer Ultraschallvorrichtung und einer
Bildrekonstruktionsvorrichtung.
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Zuerst
wird Bezug auf 6 genommen, die einen Schnitt
durch das Herz in der sogenannten Vierkammeransicht zeigt, der alle
vier Kammern des Herzens schneidet, d. h. den linken Ventrikel 8,
den linken Vorhof 9, den rechten Vorhof 10 und
den rechten Ventrikel 11. Außerdem sind die Aorta 18 und
die Lungenarterie 20 sichtbar. Wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, fließt
das Blut von dem linken Vorhof durch die Mitralklappe 14 in
den linken Ventrikel und wird von dort durch die Aortenklappe in
die Aorta 18 gepumpt. Der linke Ventrikel 8 ist
von Wänden 12 umgeben,
die eine innere Schicht 16, das Endokardium, enthalten.
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In 6 wird
außerdem
eine herkömmliche Längsachse 19 gezeigt.
Ihre Endpunkte A, B sind die Spitze 17 einerseits und der
Mittelpunkt der Mitralklappe 14 andererseits. Nach dem Stand
der Technik wurde eine gerade starre Linie zwischen diesen zwei Punkten
gezogen und Schnittbilder wurden senkrecht zu dieser Linie aufgenommen.
Wie jedoch aus 6 ersichtlich ist, weist der
linke Ventrikel eine Form auf, die sich vielmehr von einem Ellipsoid
unterscheidet und in dem Bereich der Spitze in einem „bananenförmigen" konisch zulaufenden
Ende endet. Daher ist eine gerade Linie nicht die geeignetste geometrische
Form der Längsachse.
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Daher
wird bei einem Beispiel der Erfindung die Längsachse an die Form des linken
Ventrikels angepasst, um eine „anatomische
Längsachse" zu bilden. Dies
schließt
eine gerade Linie nicht aus, sondern schließt andere Formen ein. Wie in 7 gezeigt
wird, erstreckt sich die anatomische Längsachse 20 immer
noch zwischen den Punkten A und B, wobei jedoch dazwischen drei
zusätzliche
Punkte C1, C2, C3 definiert wurden, die der Krümmung des linken Ventrikels
folgen. Diese Punkte können
entweder durch den Benutzer definiert werden oder können automatisch
berechnet werden, wie im Folgenden beschrieben. Zwischen diesen
Punkten kann dann die anatomische Längsachse durch Interpolation
berechnet werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Verfahren zum Berechnen der anatomische Längsachse
wird eine gerade Linie 19 zwischen den zwei Endpunkten
A, B (siehe 6) definiert. Dann wird an einer
vorgegebenen Position entlang der geraden Linie eine Ebene S senkrecht
zu der geraden Linie 19 definiert. Diese Ebene S schneidet
die Ventrikelwände.
Aus einem Schnittbild entsprechend dieser Ebene S kann das Endokardium,
d. h. die Innenhaut der Ventrikelwand, durch Konturenerfassungsverfahren,
die nach dem Stand der Technik bekannt sind, automatisch erkannt werden.
Aus diesem Querschnitt des Ventrikelraums kann der Schwerpunkt berechnet
werden und als ein neuer Schnittpunkt C3 der anatomischen Längsachse
durch diese bestimmte Ebene eingestellt werden. Dieser Schritt kann
an verschiedenen Positionen entlang der Längsachse wiederholt werden,
bis eine ausreichende Anzahl von Punkten C1, C2, C3, ... berechnet
wurde, um eine anatomische Längsachse durch
diese Punkte zu interpolieren.
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1 demonstriert
einen weiteren Aspekt der anatomischen Längsachse, der ihre Varianz
im Zeitverlauf ist. 1 zeigt mehrere schematische Zweikammeransichten
des linken Ventrikels zu verschiedenen Zeiten während des Herzzyklus. Wie aus der
Figur ersichtlich ist, variieren die Länge und/oder die Form der Längsachse 20 im
Zeitverlauf beträchtlich.
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Wie
in 1 gezeigt wird, kann die anatomische Längsachse
im Zeitverlauf variabel, aber gerade (statt gekrümmt) sein oder sie kann an
die Form des Ventrikels angepasst, aber nicht im Zeitverlauf variabel
sein (zum Beispiel bei einem statischen dreidimensionalen Datensatz)
oder sie kann sowohl im Zeitverlauf variabel als auch im Raum gekrümmt sein.
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2 demonstriert, wie die Schnittbilder
aus der anatomischen Längsachse 20 erzielt
werden können.
Die anatomische Längsachse 20 wird
auf einer herkömmlichen
Ansicht in der Längsachse
gezeigt, die auf der Anzeigeeinheit einer Ultraschallvorrichtung
angezeigt werden kann. Um die Ansichten in der kurzen Achse zu rekonstruieren,
wird zuerst eine Anzahl von Schnittpunkten P1, P2, P3, ... auf der anatomischen
Längsachse
definiert. In dem Beispiel sind die Schnittpunkte mit gleichem Abstand
entlang der Längsachse
beabstandet. Die Schnittpunkte können
jedoch auf eine andere Weise verteilt sein, wie zum Beispiel in
der Nähe
der Spitze enger als an der Basis oder umgekehrt. Alternativ kann
dem Benutzer ermöglicht
werden, die Schnittpunkte entlang der anatomischen Längsachse
zu einem bestimmten Bereich von Interesse hin zu verschieben. Wenn
die Schnittpunkte definiert wurden, werden die Schnittebenen 1,
2, 3, 4, 5, 6 durch die Schnittpunkte P1, P2, P3, ... senkrecht
zu der anatomischen Längsachse platziert.
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Nach
einer Alternative werden Ansichten in der kurzen Achse berechnet,
die den Schnittebenen 1 bis 6 entsprechen. Die Ansichten werden
unter Verwendung wohlbekannter Interpolationsverfahren aus dem drei-
oder vierdimensionalen Bilddatensatz rekonstruiert. Dies kann erfolgen,
indem ein Gitter mit einer vorgegebenen Anzahl von Punkten in der
Ebene jeder Schnittebene definiert wird und ein Bild-Grauwert für jeden
Punkt aus den naheliegendsten Pixeln in dem drei- oder vierdimensionalen
Bilddatensatz berechnet wird. Dies kann die Verwendung von Filtern
im Raum, z. B. 2×2×2 Voxel
oder 4×4×4 Voxel,
beinhalten, die zu jedem Punkt auf dem Schnittbild beitragen. Die
so rekonstruierten Ansichten in der kurzen Achse können dann
auf einem Monitor angezeigt werden oder ausgedruckt werden, um von
einem Doktor betrachtet zu werden.
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Gemäß der anderen
Alternative werden die Ansichten in der kurzen Achse nicht entlang
den planaren Schnittebenen 1 bis 6, sondern aus Ebenen aufgenommen,
die die anatomische Längsachse
an denselben Schnittpunkten P1, P2, P3, ... schneiden, die aber
gebogen sind, um die Ventrikelwände
in einem rechten Winkel zu schneiden, wie in 3 gezeigt. 3 zeigt
die Position dieser gebogenen Schnittebenen S1, S2, S3 als fette
Linien sowohl in einer Ansicht in der Längsachse als auch in einer Zweikammeransicht.
Vorzugsweise wird die gebogene Form der Schnittebenen S1, S2, S3
berechnet, indem zuerst die Position der Ventrikelwände in jedem dreidimensionalen
Datensatz durch bekannte Schwellenwert- oder Oberflächenerfassungsverfahren
erfasst wird. Mit der Kenntnis der Form der Ventrikelwand können die
Schnittebenen automatisch nach oben gekrümmt werden, um senkrecht auf
die Wand zu treffen. Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, können die
Schnittebenen S1, S2, S3 eine konische Form oder alternativ eine
kugelförmige
oder ellipsoidische Form aufweisen.
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Sobald
die Krümmung
der Schnittebenen bestimmt wurde, werden die Schnittbilder oder
Bilder in der kurzen Achse, die diesen Ebenen entsprechen, durch
Interpolation aus den jeweiligen drei- oder vierdimensionalen Datensätzen berechnet,
wie oben beschrieben. Um den Strukturen im Zeitverlauf zu folgen,
wird z. B. ein Voxel-Verfolgungsverfahren angewendet, um die anatomische
Längsachse
und die entsprechende kurze Achse im Zeitverlauf zu berechnen.
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Ein
mögliches
Anzeigeverfahren der Ansichten in der kurzen Achse, die mit dem
vorgenannten Verfahren bestimmt wurden, und anderer Ansichten wird
in 4 gezeigt. Die vier Spalten zeigen Längsachsenansichten,
Zweikammeransichten, Vierkammeransichten bzw. die Ansichten in der
kurzen Achse. In den horizontalen Zeilen werden diese Ansichten
in verschiedenen Zeitframes in dem Herzzyklus oder in verschiedenen
Belastungs-Echo-Phasen,
wie Ruhe- oder Spitzenphase, gezeigt. Der Betrachter kann daher
die Bewegung des Herzmuskels durch den Herzzyklus oder die verschiedenen
Belastungsphasen verfolgen und vergleichen.
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Eine
Ausführung
des zweiten Aspekts der Erfindung, die alternativ oder zusätzlich zu
dem ersten Aspekt ausgeführt
werden kann, wird in 5 gezeigt. Die erste Zeichnung
von 5 zeigt eine Längsachsenansicht
mit einer anatomischen Längsachse 20,
die wie oben beschrieben erzielt wurde. An Stelle von Ebenen senkrecht
zu der anatomischen Längsachse 20 wird
jedoch nun eine Ebene parallel zu der anatomischen Längsachse
definiert. Diese Ebene ist auf dieselbe Weise wie die anatomische Längsachse
gekrümmt,
wie in der Perspektivansicht der zweiten Zeichnung gezeigt. Diese
Längsebene 36 ist
in der Form an die Form des linken Ventrikels angepasst und kann
außerdem
als die Basis genommen werden, um ein Bild durch Interpolation aus
dem drei- oder vierdimensionalen Datensatz zu rekonstruieren. Wenn
ein solches Bild auf einem Monitor angezeigt wird, wird es „geglättet", wie in der letzten
Zeichnung von 5 gezeigt.
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Die
oben beschriebenen Rekonstruktionsverfahren können durch einen Computer,
wie ein PC, eine Arbeitsstation oder eine medizinische Bildgebungseinheit,
ausgeführt
werden. Nach einer bevorzugten Ausführung ist eine solche Verarbeitungsvorrichtung
mit einer Ultraschalleinheit 22 verbunden oder in diese
integriert, wie in 8 gezeigt. 8 ist eine
schematische Darstellung einer Ultraschalleinheit und einer Verarbeitungsvorrichtung,
die zum Ausführen
des vorgenannten Verfahrens angepasst ist. Ultraschallbilddaten
werden unter Verwendung des Ultraschallkopfes 24 von einem
Patienten 28 erfasst. Die Ultraschalldaten werden zu der
Ultraschalleinheit 22 gesendet, die drei- oder vierdimensionale Bilddatensätze aus
den Ultraschalldaten rekonstruiert. Beim Erfassen dynamischer Bilder
kann eine EKG-Vorrichtung 26 verwendet werden, um während der
Ultraschallerfassung ein Elektrokardiogramm aufzunehmen, das verwendet
wird, um die Bilddaten zu spezifischen Zeitframes in dem Herzzyklus
in Bezug zu setzen. Die erfassten Brei- oder vierdimensionalen Datensätze können dann
durch die Rekon struktionsvorrichtung 30, wie ein Computer,
verarbeitet werden. Die Vorrichtung 30 enthält Datenspeicher- und
Verarbeitungseinrichtungen und ist mit einer Anzeigevorrichtung 34,
wie z. B. ein Monitor, und wahlweise mit einer Tastatur 32 und
einer Maus und/oder einem Trackball 38 verbunden.
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Vorzugsweise
wird die Anzeigevorrichtung 34 zuerst verwendet, um eine
herkömmliche
Längsachsenansicht
des abgebildeten Objekts anzuzeigen, auf der die Position der automatisch
berechneten anatomischen Längsachse 20 gezeigt
und wahlweise durch den Benutzer geändert werden kann. Sobald der
Benutzer die Länge,
die Form und die Position der anatomischen Längsachse 20 genehmigt hat,
berechnet die Rekonstruktionsvorrichtung 30 die Position
der Schnittpunkte P1, P2, P3, die ebenfalls auf dem Monitor 34 angezeigt
werden kann. Wahlweise kann der Benutzer die Maus und/oder den Trackball 38 verwenden,
um die Position der Schnittpunkte zu ändern, wie oben beschrieben.
In dem nächsten
Schritt definiert die Rekonstruktionsvorrichtung 30 eine
Reihe von Schnittebenen entsprechend den Schnittpunkten. Wahlweise
können
außerdem die
Position und die Ausrichtung dieser Schnittebenen auf eine ähnliche
Weise wie bei 3 auf dem Monitor 34 angezeigt
werden, um von dem Benutzer genehmigt zu werden. Zum Schluss berechnet
die Rekonstruktionsvorrichtung 30 die anatomischen Bilder
in der kurzen Achse entsprechend den Schnittebenen und zeigt diese
Bilder auf dem Monitor 34 an.
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Die
Rekonstruktionsvorrichtung 30 kann in die Ultraschalleinheit 22 integriert
sein.
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Änderungen
und/oder Modifizierungen können
an dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung durchgeführt werden,
ohne von dem Umfang der Erfindung selbst abzuweichen.