NL1024858C2 - Werkwijze en systeem voor luchtwegmeting. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en systeem voor luchtwegmeting.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een systeem voor het bewerken van medische beeldgegevens om behulpzaam te zijn bij de detectie en diagnose van ziekten en meer in het bijzonder op een werkwijze en een systeem voor het detecteren van long-5 ziekte in van een röntgenstralingscomputertomografie(CT)systeem verkregen medische beelden.

Een röntgenstraling-radiografisch systeem is het meer algemeen gebruikte diagnostische gereedschap, dat bruikbaar is met het doel longziekten in mensen te detecteren. Longziekten, zoals bron-10 chitis, emfyseem en longkanker, zijn ook detecteerbaar in borstra-diografen en CT. CT-systemen verschaffen echter in het algemeen meer dan 80 afzonderlijke beelden voor een enkele CT-aftasting, waardoor deze een aanzienlijke hoeveelheid informatie aan een radioloog verschaffen voor gebruik bij het interpreteren van de beelden 15 en het detecteren van verdachte gebieden, die een ziekte kunnen aangeven.

Verdachte gebieden zijn gedefinieerd als de gebieden, waarvan een geoefende radioloog zou aanbevelen om deze via daaropvolgende diagnostische beeldvorming, biopsie, functionele longtesten of an-20 dere methoden te volgen. Het door een enkele CT-aftasting gepresenteerde aanzienlijke volume gegevens betekent een tijdrovend proces voor radiologen. Conventioneel longkankeronderzoek brengt in het algemeen een handmatige interpretatie van de 80 of meer beelden door de radioloog met zich mee. Vermoeidheid is daarom een aanzien-25 lijke factor, die de gevoeligheid en specifiekheid van de menselijke uitlezing beïnvloedt. Bij andere ziekten, zoals emfyseem, is het voor een radioloog moeilijk om de mate van voortgang van de ziekte te classificeren door slechts naar de CT-beelden te kijken.

Chronische obstructieve longziekte (COPD) wordt geïdentifi-30 ceerd op basis van symptomen, bevattende hoesten, fluitende ademhaling en kortademigheid (dyspnoe). COPD omvat een aantal ademhalingsziekten, waarvan de meest prominente longemfyseem en chronische bronchitis zijn. COPD beïnvloedt grote luchtwegen, kleine luchtwegen en parenchymateus in patiënten. De ziekten worden ty- 1024858 - 2 - pisch veroorzaakt door roken en luchtvervuiling en zijn verbonden met genetische aanleg, die alfa-anti-elastasegebrek veroorzaakt.

Longemfyseem of luchtruimtedestructie, is het meest prominente kenmerk van parenchymateusverandering in COPD-patiënten. Longem-5 fyseem is het resultaat van het verlies aan elasticiteit van long-weefsel. Er zijn vier typen longemfyseem: centrilobular, panlobular of panacinar, distaai acinar of paraseptal en onregelmatig. De eerste twee typen dragen bij aan het grootste deel van emfysematische COPD. De classificatie is gebaseerd op de anatomische verdeling van 10 luchtruimtedestructie in een lob, welke lob een cluster van acini is. Op dit moment kan longemfyseem slechts geclassificeerd worden door middel van autopsie. Longemfyseem wordt typisch gediagnosticeerd door middel van macroscopische fysiologische responsies, medische beeldvorming en anatomisch autopsieonderzoek.

15 Chronische bronchitis veroorzaakt anatomische luchtwegvernau- wing, hetgeen de longfunctie vermindert. Luchtwegmodificatie begint typisch met irritatie als gevolg van roken en/of luchtverontreiniging en kan door biologische infectie veroorzaakt/verergerd worden. Chronische bronchitis is klinisch gedefinieerd door middel van aanhoudende 20 hoest en slijmproductie gedurende meer dan drie maanden in een periode van twee jaar. Chronische bronchitis kan geclassificeerd worden in eenvoudige chronische bronchitis, obstructieve bronchitis en chronische astmatische bronchitis. Bij eenvoudige chronische bronchitis wordt geen slijm geproduceerd. Chronische astmatische bronchitis 25 brengt hyperactiviteit van de luchtwegen met zich mee. Bij obstructieve chronische bronchitis wordt de luchtstroom als gevolg van luchtwegmodificatie belemmerd. Chronische bronchitis wordt tegenwoordig onderzocht onder gebruikmaking van Reid-index autopsie. Een CT met hoge resolutie kan het bepalen van chronische bronchitis onder gebruikma-30 king van Reid-index in vivo mogelijk maken.

Een dwarsdoorsnedegebied van een bronchiewand is' een sleutelin-dicator bij de diagnose en bepaling van het stadium van COPD. Het uit medische beelden (bijvoorbeeld CT) bepalen van een dwarsdoorsnedegebied van een luchtweg zal artsen in staat stellen om ziektevoortgang 35 te volgen en klinische onderzoeken te versnellen. Bronchiedoorgangen doen zich in CT-beelden voor als kleine donkere gebieden, die door heldere gebieden worden omringd. Het donkere gebied is het lumen, terwijl het heldere gebied is samengesteld uit de bronchiewand en daaraan vastzittende of grenzende bloedvaten. Bij het bepalen van het dwars- 1 0 2 4 8 o 8 - 3 - doorsnedegebied van de luchtwegwand dient men de dikte van de daaraan vastzittende of grenzende bloedvaten niet op te nemen.

Indien de luchtweg wordt geïsoleerd zonder daaraan vastzittende of grenzende bloedvaten, kan de luchtweg onder gebruikmaking van een 5 verscheidenheid aan standaard beeldbewerkings- en computerkijktechnie-ken worden bepaald. Wanneer de afgeheelde luchtweg daaraan vastzitten-de of grenzende bloedvaten heeft, was een voorbeeld van een traditionele aanpak het handmatig selecteren van een straal vanuit het centrum van het lumen, die door de luchtwegwand gaat in een punt, waarin zich 10 geen bloedvaten bevinden. De maat van de wanddikte langs deze enkele straal wordt gebruikt om het dwarsdoorsnedegebied van de luchtweg te schatten.

Voor het meten van luchtwegen is een robuuste werkwijze en een robuust systeem vereist om het diagnostiseren en volgen van verschil-15 lende ziekten van COPD mogelijk te maken.

Volgens een eerste aspect is een werkwijze voor het meten van buisvormige anatomische structuren, bijvoorbeeld longluchtwegen, verschaft en deze werkwijze omvat het door middel van ten minste één seg-mentatieproces isoleren van een gegeven van belang zijnde buisvormige 20 structuur en het bepalen van ten minste één kenmerk van de van belang zijnde structuur.

Volgens een tweede aspect is een systeem voor het meten van longluchtwegen onder gebruikmaking van verworven beeldgegevens verschaft. Het systeem omvat een beeldvormingsinrichting voor het verwer-25 ven van de beeldgegevens en een met de beeldvormingsinrichting verbonden beeldbewerkingsinrichting. De beelbewerkingsinrichting is ingericht voor het door middel van ten minste één segmentatieproces isoleren van een gegeven van belang zijnde luchtweg, het doen passen van een inwendige ellips bij een inwendige grens van de gegeven luchtweg 30 en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van de luchtweg- structuur onder gebruikmaking van statistische technieken in een gegeven punt in de luchtweg, en is verder ingericht voor het genereren van metingen van de gegeven luchtweg onder gebruikmaking van de inwendige en uitwendige ellipsen.

35 De kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving van de uitvinding, wanneer deze gelezen wordt in samenhang met de bijgevoegde tekeningen, waarin: 1024858 - 4 - fig. 1 een blokschemaillustratie van een medisch beeldvormings-systeem is, waarbij uitvoeringsvormen van de uitvinding toepasbaar zijn; en fig. 2 een blokschema en voorbeeldillustraties van werkwijzen, 5 die de uitvinding toepassen, zijn.

Er wordt nu verwezen naar fig. 1, waarin een algemeen blokschema van een systeem 100 voor ziektedetectie is weergegeven. Het systeem 100 bevat een beeldvormingsinrichting 110, die gekozen kan worden uit een aantal in de techniek bekende beeldvormingsinrichtingen voor het 10 genereren van een aantal beelden. Het meest gebruikelijk worden computertomografie (CT) - en magnetische-resonantiebeeldvormings(MCRI)systemen gebruikt om een aantal medische beelden te genereren.

Tijdens een CT-beeldvormingssessie is een patiënt in de beeldvormingsinrichting geplaatst en wordt deze patiënt aan een aantal 15 röntgenstralen blootgesteld, welke röntgenstralen met een reeks van röntgenstralingsdetectoren worden gemeten. Een bundel van röntgenstralen gaat door een bepaalde dunne dwarsdoorsnede of "plak" van de patiënt. De detectoren meten de hoeveelheid doorgelaten straling. Deze informatie wordt gebruikt om de stralingsverzwakkingscoëfficiënt voor 20 monsterpunten in het lichaam te berekenen. Op basis van de berekende röntgenstralingsverzwakkingscoëfficiënten wordt vervolgens een grijs-schaalbeeld geconstrueerd. De grijstinten in het beeld representeren de hoeveelheid röntgenstralingsabsorptie van elk punt in de plak. De tijdens een CT-sessie verkregen plakken kunnen gereconstrueerd worden 25 om een anatomisch juiste representatie van het van belang zijnde gebied binnen het lichaam, dat aan de röntgenstralen werd blootgesteld, te verschaffen.

Tijdens een MR-beeldvormingssessie is de patiënt in een door een grote magneet gegenereerd sterk magnetisch veld geplaatst. Geniag-30 netiseerde protonen in de patiënt, zoals waterstofatomen, lijnen zich uit met het door de magneet geproduceerde magnetische veld. Een bepaalde plak van de patiënt wordt blootgesteld aan radiogolven, die een oscillerend magnetisch veld loodrecht op het hoofdmagnetisch veld creëren. De plakken kunnen in elk door de arts of technicus (hierna de 35 "bediener" genoemd), die de beeldvormingssessie uitvoert, gekozen vlak worden genomen. De protonen in het lichaam van de patiënt absorberen eerst de radiogolven en zenden vervolgens de golven uit door uit uitlij ning met het veld te bewegen. Wanneer de protonen terugkeren naar hun oorspronkelijke toestand (voor excitatie) worden diagnostische

i n 2 a ft 5 R

- 5 - beelden op basis van de door het lichaam van de patiënt uitgezonden golven gecreëerd. Zoals bij CT-beeldplakken, kunnen de MR-beeldplakken gereconstrueerd worden om een totaalbeeld van het van belang zijnde lichaamsgebied te verschaffen. Delen van het lichaam, die een sterk 5 signaal produceren, worden als wit in een MR-beeld weergegeven, terwijl delen van het lichaam met de kleinste signalen als zwart worden weergegeven. Andere lichaamsdelen, die variërende signaalintensiteiten tussen hoog en laag hebben, worden als een grijstint weergegeven.

Zodra MR- of CT-beginbeelden zijn verkregen, worden de beelden 10 in het algemeen gesegmenteerd. Het segmentatieproces classificeert de pixels of voxels van een beeld in een bepaald aantal klassen, die homogeen zijn met betrekking tot een karakteristiek (bijv. intensiteit, textuur, enz.). In bijvoorbeeld een gesegmenteerd beeld van het brein, kan het materiaal van het brein in drie klassen gecategoriseerd wor-15 den: grijze materie, witte materie en cerebro-spinaalvloeistof. Individuele kleuren kunnen worden gebruikt om gebieden van elke klasse te markeren nadat de segmentatie is voltooid. Zodra het gesegmenteerde beeld is ontwikkeld, kunnen chirurgen de gesegmenteerde beelden gebruiken om chirurgische technieken te plannen.

20 Het creëren van een gesegmenteerd CT- of MR-beeld brengt in het algemeen verschillende stappen met zich mee. Een gegevensreeks wordt gecreëerd door middel van het verzamelen van CT- of MR-plakken van gegevens. Via het segmentatieproces wordt vervolgens een grijsschaal-waarde toegekend aan elk punt in de gegevensreeks. Aan elk type mate-25 riaal in de gegevens wordt een specifieke waarde toegekend en daardoor heeft elke verschijning van betreffend materiaal dezelfde grijsschaal-waarde. Bijvoorbeeld kunnen alle verschijningen van bot in een bepaald beeld in een bepaalde lichtgrijze tint optreden. Deze standaardkleuring maakt het voor het het beeld bekijkende individu mogelijk om de 30 in de beelden gerepresenteerde voorwerpen eenvoudig te onderkennen.

Fig. 1 toont een medisch beeldvormingssysteem 100, waarop uitvoeringsvormen van de uitvinding toepasbaar zijn. Het systeem bevat een beeldvormingsinrichting 110, een processor 120 en een koppelings-eenheid 130. De beeldvormingsinrichting 110 is ingericht om een aantal 35 beeldgegevensreeksen 240 te genereren en is bijvoorbeeld een computertomografie (CT) - of magnetische-resonantie(MR)scanner. In de context van CT of MR wordt het verwerven van beeldgegevens in het algemeen als "aftastingen" aangeduid. In een voorkeursuitvoeringsvorm worden de beelden verworven onder gebruikmaking van een CT-beeldvormingsinrich- 1024858 - 6 - ting. De processor 120 is ingericht om berekeningen volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding uit te voeren, welke berekeningen in detail onder verwijzing naar fig. 2 zullen worden beschreven. De processor 120 is ook ingericht om reken- en besturingsfuncties voor algemeen 5 bekende beelbewerkingstechnieken, zoals reconstructie, beeldgegevens-geheugenopslag, segmentatie en dergelijke, uit te voeren. De processor 120 kan een centrale verwerkingseenheid (CPU), zoals een enkele geïntegreerde schakeling, bijvoorbeeld een microprocessor, omvatten of kan elk geschikt aantal geïntegreerde-schakelingsinrichtingen en/of scha-10 kelingsplaten, die samenwerken om de functies van een centrale verwerkingseenheid te bewerkstelligen, omvatten. De processor 120 bevat desgewenst geheugen. Het geheugen in de processor 120 kan elk voor de vakman bekend type geheugen zijn. Deze typen omvatten dynamisch direct toegankelijk geheugen (DRAM), statisch RAM (SRAM), flitsgeheugen, 15 cachegeheugen, enz. Hoewel niet expliciet weergegeven in fig. 1, kan het geheugen een enkel-type geheugencomponent zijn of kan uit vele verschillende typen geheugencomponenten samengesteld zijn. De processor 120 is ook in staat om de in geheugen opgenomen programma's uit te voeren en in reactie op deze programma's of andere activiteiten, die 20 in de loop van beeldverwerving en beeldwaarneming kunnen optreden, te werken. Zoals hierin toegepast, verwijzen "ingericht om", "geconfigureerd" en dergelijke naar mechanische of structurele verbindingen tussen elementen om de elementen in staat te stellen samen te werken om een beschreven effect te verschaffen; deze termen verwijzen ook naar 25 werkingscapaciteiten van elektrische elementen, zoals analoge of digitale computers of toepassingsspecifieke inrichtingen (zoals een toe-passingsspecifieke geïntegreerde schakeling (ASIC)) die geprogrammeerd zijn om een reeks uit te voeren teneinde een uitgangssignaal in reactie op gegeven ingangssignalen te verschaffen.

30 De koppelingseenheid 130 is met de processor 120 verbonden en is ingericht om menselijke gebruikers in staat te stellen met het systeem 100 te communiceren. De processor 120 is verder ingericht om berekeningen uit te voeren, welke berekeningen op een coherente wijze aan de koppelingseenheid 130 worden overgedragen, zodat een menselijke 35 gebruiker in staat is om de overgedragen informatie te interpreteren. De overgedragen informatie kan beelden in 2D of 3D, kleuren- en grijs-schaalbeelden en tekstberichten met betrekking tot diagnose- en detec-tie-informatie bevatten. De koppelingseenheid 130 kan een personal computer, een beeldbewerkingsstation, een in de hand te houden beeld- 1024858 - 7 - weergave-eenheid of elk conventioneel beeldweergaveplatform, in het algemeen gegroepeerd als deel van een CT- of MRI-systeem, zijn.

Alle uit meerdere aftastingen van de patiënt verzamelde gegevens worden als één gegevensreeks opgevat. Elke gegevensreeks kan in 5 kleinere eenheden, pixels of voxels, worden onderverdeeld. Wanneer de gegevensreeks tweedimensioneel is, is het beeld opgebouwd uit eenheden, die pixels worden genoemd. Een pixel is een punt in een tweedi-mensionele ruimte, waarnaar onder gebruikmaking van tweedimensionele coördinaten, gewoonlijk x en y, verwezen kan worden. Elk pixel in een 10 beeld wordt omringd door acht andere pixels, waarbij de negen pixels een drie-bij-drie vierkant vormen. Deze acht andere pixels, die het centrale pixel omringen, worden als de acht verbonden buren van het centrale pixel beschouwd. Wanneer de gegevensreeks driedimensioneel is, wordt het beeld weergegeven in eenheden, die voxels worden ge-15 noemd. Een voxel is een punt in de driedimensionele ruimte, waarnaar onder gebruikmaking van driedimensionele coördinaten, gewoonlijk x, y en z, kan worden verwezen. Elk voxel wordt omringd door zesentwintig andere voxels. Deze zesentwintig voxels kunnen als de zesentwintig verbonden buren van het aanvankelijke voxel worden beschouwd.

20 Als deel van het verwerven van de beeldgegevens zal het voor de vakman duidelijk zijn, dat een geschikt patiëntaftastprotocol nodig is. Bijvoorbeeld vereisen borstonderzoeken onder gebruikmaking van CT of MRI typisch van de patiënt dat deze zijn adem inhoudt om bewegingsartefacten in de beeldgegevens als gevolg van ademhaling door de pa-25 tiënt te reduceren. Gewoonlijk worden CT- of MRI-onderzoeken uitgevoerd tijdens volledige inademing of volledige uitademing. Verder kunnen contrastmiddelen gebruikt worden om de röntgenstraling in bepaalde gebieden van het lichaam te verzwakken. Contrastmiddelen zijn behulpzaam bij het verbeteren van het onderscheid tussen weefsels, die door 30 de contrastmiddelen beïnvloed worden, en weefsels die niet beïnvloed worden. In het CT-beeld zal een CT-getalverschil tussen door contrastvloeistof beïnvloede en niet-beïnvloede weefsels groter dan normaal zijn. Contrastmiddelen worden oraal, intraveneus of rectaal aan de patiënt toegediend.

35 Zodra uit de hierboven beschreven beeldvormingswerkwijzen beeldgegevens verworven zijn, is de beeldprocessor 120 ingericht om bewerkingen uit te voeren teneinde dwarsdoorsnedegebieden van de bronchiewand volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding te meten, welke uitvoeringsvormen hieronder in detail worden beschreven. Zo- 1024858 - 8 - als in de inleiding werd beschreven, is een dwarsdoorsnedegebied van een bronchiewand een sleutelindicator bij de diagnose en vaststelling van het stadium van chronische obstructieve longziekte (COPD), in het bijzonder chronische bronchitis. Het meten van het 5 dwarsdoorsnedegebied van bronchiewanden, die als alternatief met "luchtwegen" zijn aangeduid, uit medische beelden (bijv. CT-beeldgege-vens) zullen artsen in staat stellen om voortgang van de ziekte te volgen en klinische onderzoeken te versnellen. Bronchiedoorgangen verschijnen in CT-beelden typisch als kleine donkere gebieden, die door 10 heldere gebieden worden omringd. Het donkere gebied is het lumen, terwijl het heldere gebied is samengesteld uit de bronchiewand en daaraan vastzittende of grenzende bloedvaten. Bij het meten van het dwarsdoorsnedegebied van de luchtwegwand is het noodzakelijk om de luchtwegen van de daaraan vastzittende of grenzende bloedvaten te isoleren, zodat 15 de diktemeting dergelijke bloedvaten niet omvat.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is een werkwijze voor het meten van een buisvormige structuur verschaft. Zoals hierin toegepast, verwijst de term een "buisvormige structuur" naar alle anatomische structuren, die door middel van een holle (met een inwendige dia-20 meter en een uitwendige diameter en een cirkelvormige of elliptische vorm, zoals bronchiewanden of luchtwegen, kunnen worden beschreven.

Het zal echter duidelijk zijn, dat de hierin beschreven meettechnieken ook ten goede kunnen komen aan het meten van andere anatomische structuren, zoals slagaders of andere hoofd- of belangrijke bloedvaten. Op 25 overeenkomstige wijze kunnen ook andere niet-anatomische buisvormige structuren voordeel halen uit de meettechnieken in industriële of niet-destructieve testomgevingen. Een werkwijze voor het meten van buisvormige anatomische structuren uit verworven beeldgegevens, omvat het door middel van ten minste één segmentatieproces isoleren van een 30 gegeven van belang zijnde buisvormige anatomische structuur en het meten van ten minste één kenmerk van de van belang zijnde structuur.

Onder verwijzing naar fig. 2, omvat de werkwijze voor het meten van de buisvormige anatomische structuren een eerste stap van het verwerven van beeldgegevens van de structuur door middel van de hierboven 35 beschreven beeldvormingsinrichtingen en -werkwijzen, bijvoorbeeld CT of MRI. De beeldgegevens worden gesegmenteerd in homogene gebieden, die zijn weergegeven in stappen 210, 220 en 230 (210 segmentatie door één van een verscheidenheid aan bekende technieken, 220 het detecteren van soortgelijke structuren door middel van bijvoorbeeld intensiteits- 1024858 - 9 - waarden en 230 het groeperen van dergelijke structuren) en de lucht-weglumens worden gedetecteerd. De meetstap 240 brengt allereerst het identificeren van het centrum van het lumen 250 met zich mee. Het centrum van het lumen kan geïdentificeerd worden zonder door de aanwezig-5 heid van bloedvaten te zijn beïnvloed.

In deze uitvoeringsvorm wordt nu het lokaliseren van het centrum van het lumen beschreven. Eerst doet het proces een inwendige ellips passen bij een inwendige grens van het lumen en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van het lumen in verschillende punten 10 langs de luchtweg. Later worden de ellipsmetingen gebruikt om kenmerken van de buisvormige structuur te meten. Het probleem is voorgelegd als het doen passen van twee concentrische ellipsen, die beperkt zijn tot het hebben van een centrum, dat overeenstemt met het centrum van het lumen. De inwendige ellips wordt passend gemaakt onder gebruikma-15 king van een M-schatter, aangezien de lumengrens weinig uitstulpingen langs zijn grens heeft. De uitstulpingsellips wordt passend gemaakt onder gebruikmaking van een combinatie van een robuuste schattingstechniek, muze genoemd, een bekende techniek, en een reeks van M-schatters. Muze wordt gebruikt om een cirkel te doen passen bij de 20 buitengrens van de luchtweg. Dit verschaft een robuuste schatting van de kleine as van de buitenste luchtweggrens en een robuuste schatting van de ruis in de posities van de uitwendige grens. Tezamen met deze robuuste schattingen, markeert Muze elk van de punten langs de uitwendige grens als instulpingen van de uitwendige luchtweggrens of zijnde 25 uitstulpingen van de luchtweggrens (bijvoorbeeld bloedvaten). De instulpingen van de Muze-cirkel worden vervolgens met een ellips onder gebruikmaking van een M-schatter passend gemaakt. De M-schatter wordt geselecteerd met de Muze-cirkel en de Muze-schatting van de schaal (ruis). De M-schatter wordt gebruikt om de parameters van de ellips te 30 berekenen, doch wordt niet gebruikt om een nieuwe schatting van de schaal (ruis) te berekenen. Zodra de M-schatter convergeert, wordt een nieuwe reeks van instulpingen van de ellips berekend uit de oorspronkelijke reeks van grenspunten (niet alleen de instulpingen van de Muze-cirkel) onder gebruikmaking van de Muze-schaal als een afstands-35 criterium. Aan een M-schatter wordt vervolgens deze nieuwe reeks van instulpingen gegeven en wordt met de voorgaande ellipsparameters en de Muze-schaalschatting geselecteerd. Deze tweede M-schatter schat opnieuw de ellips, doch niet opnieuw de schaal. Dit proces wordt herhaald totdat de instulpingsreeks en de ellipsaanpassing convergeren.

1024858 - 10 -

Door middel van het toepassen van het hierboven beschreven proces, is een robuuste werkwijze verschaft, waarin aangrenzende bloedvaten niet in de luchtwegmetingen zijn opgenomen.

Het behandelen van het centrumpunt van het lumen als invariant 5 reduceerde het ellipsaanpassingsprobleem van zes parameters tot vier. Hier worden de gegevens zodanig gecentreerd, dat het lumencentrum de oorspong is en de positionele parameters van de ellips niet geschat behoeven te worden. Het lumendetectiestadium identificeert donkere gebieden, die geheel omringd worden door heldere gebieden. Het centrum 10 van het heldere gebied wordt berekend en stralen 260 worden door het centrum van het lumen afgegeven. De stralen worden zodanig verdeeld, dat deze de lumengrens (inwendige wand) op een vast interval of vaste booglengte snijden. Voor elke straal worden twee doorsnijdingen geregistreerd: de doorsnijding van de lumengrens (inwendige wand) en 15 de doorsnijding van de luchtweg (uitwendige wand). De laatste snijpunten kunnen zich op de luchtwegwand bevinden of kunnen zich op aangrenzende vaten bevinden. Deze twee reeksen van snijpunten worden vervolgens gebruikt om ellipsen te doen passen. De gegevens worden geschaald om te passen binnen het eenheidsvierkant (-1,1) om de numerieke stabi-20 liteit te verbeteren. Muze wordt gebruikt om de kleine as van een ellips voor de uitwendige luchtweggrens (straal van de Muze-cirkel) op robuuste wijze te schatten en om de ruis in de posities van de uitwendige luchtweggrens op robuuste wijze te schatten. Muze identificeert ook een aanvankelijke reeks van instulpingen (punten behorende tot de 25 luchtweg in tegenstelling tot punten behorende tot bloedvaten). Het selecteren van een M-schatter met deze instulpingen, Muze-cirkel en Muze-schaal (en niet het schatten van de schaal met de M-schatter) weerhoudt de M-schatter van het verworden tot een kleinste-kwadraten-benadering van de gehele grens (luchtweg en bloedvaten). Gebruikmakend 30 van Muze om alleen een cirkel te schatten, reduceert het aantal parameters tot ruwweg 1. Dit versnelt aanzienlijk het schattingsproces. Iteratieve "bemachtiging" van een M-schatter op deze wijze maakt het mogelijk om deze schatter robuust en snel te houden. Het hierboven beschreven proces wordt iteratief uitgevoerd.

35 Zodra de inwendige en uitwendige grenzen door middel van het hierboven beschreven proces zijn bepaald, kan de wanddikte worden bepaald door het verschil van het gebied tussen de luchtweggrensellips en de lumengrensellips te nemen en wordt verschaft met subpixelnauw-keurigheid. De wanddiktemeting kan hierna worden gebruikt om een ge- 1 0248 58 - 11 - middelde wanddikte, wanddiktevariaties, volumemetingen, tweedimensio-nele (2D) gebiedsmetingen en volumegebiedsverdeling te berekenen, welke alle relevante metingen zijn voor het doel van diagnostisering en volging van de voortgang van verschillende ziekten en stadia van 5 COPD. Verder worden de isoleer- en meetstappen herhaald voor de beeldgegevens, die corresponderen met de lengte van de van belang zijnde structuur om de hierboven beschreven metingen voor de volle lengte van de structuur te genereren.

Zodra de hierboven beschreven bewerking voltooid is, kan de 10 werkwijze verder het genereren van een uitgangssignaal van het niveau en voortgang van de ziekte omvatten. Bijvoorbeeld kan het uitgangssignaal worden gebruikt voor het bepalen van het stadium van de gegeven ziekte in een patiënt, het meten van de reactie op therapie, fenotype-ring voor patiëntselectie om deel te nemen aan medicijnonderzoeken, 15 het meten van de stabiliteit van een anatomische structuur en het voorspellen van de veranderingssnelheid van de gegeven ziekte. Zoals hierin toegepast, verwijst de term "fenotypering" naar het waarnemen van fysieke of biochemische karakteristieken, zoals deze worden bepaald door genetische opbouw en omgevingsinvloeden, en om een speci-20 fieke erfelijke aanleg, zoals gestalte of bloedtype, op basis van de invloeden uit te drukken. Een fenotype is een individu of een groep van organismen, die een bepaald fenotype vertonen.

In een verdere uitvoeringsvorm is een systeem voor het meten van longluchtwegen onder gebruikmaking van verworven beeldgegevens 25 verschaft. Het systeem omvat een beeldvormingsinrichting voor het verwerven van de beeldgegevens en een met de beeldvormingsinrichting verbonden beelbewerkingsinrichting. De beelbewerkingsinrichting (120 van fig. 1) is ingericht voor het door middel van ten minste één segmenta-tieproces isoleren van een gegeven van belang zijnde luchtweg, het 30 doen passen van een inwendige ellips bij een inwendige grens van de gegeven luchtweg en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van de luchtwegstructuur onder gebruikmaking van statistische technieken in een gegeven punt in de luchtweg, en is verder ingericht voor het genereren van metingen van de gegeven luchtweg onder gebruikmaking van 35 de inwendige en uitwendige ellipsen. De metingen omvatten ten minste één van een gemiddelde wanddikte, wanddiktevariaties, volumemetingen, tweedimensionele (2D) gebiedsmetingen en volumegebiedsverdeling. De metingen worden gebruikt voor ten minste één van ziektediagnostisering en het volgen van ziektevoortgang, waarbij de ziekte chronische ob- i 024 8 o 8 - 12 - structieve longziekte of astma is. Het systeem bevat bij voorkeur een met de beeldbewerkingsinrichting verbonden weergave-inrichting (koppe-lingseenheid 130 van fig. 1) voor het rapporteren van de metingen aan een systeemgebruiker.

5 De in de voorgaande alinea's gepresenteerde uitvoeringsvormen van de uitvinding richten zich op het probleem van het lokaliseren van verdachte gebieden in CT-longaftastingen. Het zal duidelijk zijn, dat de meettechnieken direct overgebracht kunnen worden op andere beeld-vormingsmodaliteiten (bijvoorbeeld MRI, röntgenstraling, ultrageluid-10 scanner, positronemissietomografie(PET)scanner), waarin meting van in hoofdzaak buisvormige anatomische structuren vereist is om een bepaalde ziekte te volgen of te diagnostiseren.

Hoewel hierin voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn weergegeven en beschreven, zal het duidelijk zijn, dat dergelijke uit-15 voeringsvormen slechts bij wijze van voorbeeld zijn verschaft. Talrijke variaties, veranderingen en substituties binnen het kader van de uitvinding zullen voor de vakman duidelijk zijn. Er wordt dienovereenkomstig beoogd dat de uitvinding slechts door de gedachte en het kader van de bijgevoegde conclusies wordt beperkt.

1 024 8 5 8

Claims (20)

1. Werkwijze voor het bepalen van buisvormige anatomische structuren uit verworven beeldgegevens, omvattende: het door middel van ten minste één segmentatieproces isoleren (210, 220, 230) van een gegeven, van belang zijnde buisvormige ana-5 tomische structuur; het bepalen (240) van ten minste één kenmerk van de van belang zijnde structuur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het ten minste ene segmentatieproces het segmenteren (210), detecteren (220) en groe- 10 peren (230) van homogene gebieden binnen de verworven beeldgegevens omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de buisvormige anatomische structuren ten minste één van bronchiewanden, longluchtwe-gen, slagaders en hoofdbloedvaten zijn.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het kenmerk ten min ste één van een gemiddelde wanddikte, wanddiktevariaties, volumeme-tingen, tweedimensionele (2D) gebiedsmetingen en volumegebiedverde-ling omvat.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de bepalingsstap om- 20 vat: het doen passen van een inwendige ellips bij een inwendige grens van de gegeven buisvormige structuur en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van de gegeven buisvormige structuur onder gebruikmaking van statistische technieken; en 25 het bepalen van een dikte van de gegeven buisvormige structuur onder gebruikmaking van de inwendige en uitwendige ellipsen.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de beeldgegevens worden verworven onder gebruikmaking van ten minste één van een computertomografie (CT), magnetische-resonantiebeeldvorming (MRI), röntgen- 30 straling en ultrageluid.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de isolatie- en bepa-lingsstappen worden herhaald voor beeldgegevens, die corresponderen met een lengte van de gegeven buisvormige structuur, om metingen over de lengte van de gegeven buisvormige structuur te genereren.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de buisvormige struc turen tijdens niet-destructieve testen worden bepaald. • Γ) 9 /1 A ς A - 14 -

9. Werkwijze voor het meten van longluchtwegen uit verworven beeldgegevens, omvattende: het door middel van ten minste één segmentatieproces isoleren (210, 220, 230) van een gegeven van belang zijnde luchtweg; 5 het doen passen van een inwendige ellips bij een inwendige grens van de gegeven luchtweg en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van de luchtwegstructuur onder gebruikmaking van statistische technieken in een gegeven punt in de luchtweg; en het genereren (240) van metingen van de gegeven luchtweg onder 10 gebruikmaking van de inwendige en uitwendige ellipsen.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarin het ten minste ene segmentatieproces het segmenteren, detecteren en groeperen van homogene gebieden binnen de verworven beeldgegevens omvat.

11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarin de metingen ten min-15 ste één van een gemiddelde wanddikte, wanddiktevariaties, volumemetin- gen, tweedimensionele (2D) gebiedsmetingen en volumegebiedsverdeling omvat.

12. Werkwijze volgens conclusie 9, waarin de metingen voor ten minste één van ziektediagnose en het volgen van ziektevoortgang worden 20 gebruikt en waarin de ziekte chronische obstructieve longziekte is.

13. Werkwijze volgens conclusie 9, waarin de stappen van het isoleren, aanpassen en genereren van metingen worden herhaald voor beeldgegevens, die corresponderen met een lengte van de gegeven luchtweg om metingen over de lengte van de gegeven luchtweg te genereren.

14. Werkwijze volgens conclusie 9, verder omvattende het gene reren van een uitgangssignaal, waarin het uitgangssignaal voor ten minste één van het bepalen van het stadium van de gegeven ziekte in een patiënt, het meten van de reactie op therapie, fenomeentypering voor patiëntselectie om deel te nemen aan medicijnonderzoeken, het me-30 ten van de stabiliteit van een anatomische structuur en de voorspelling van de mate van verandering van de gegeven ziekte wordt gebruikt.

15. Systeem voor het meten van longluchtwegen onder gebruikmaking van verworven beeldgegevens, omvattende: een beeldvormingsinrichting (110) voor het verwerven van de 35 beeldgegevens; en een met de beeldvormingsinrichting verbonden beelbewerkingsin-richting (120), die is ingericht voor het door middel van ten minste één segmentatieproces isoleren van een gegeven van belang zijnde luchtweg, het doen passen van een inwendige ellips bij een inwendige T p,?a p - 15 - grens van de gegeven luchtweg en een uitwendige ellips bij een uitwendige grens van de luchtwegstructuur onder gebruikmaking van statistische technieken in een gegeven punt in de luchtweg, en die verder is ingericht voor het genereren van metingen van de gegeven luchtweg on-5 der gebruikmaking van de inwendige en uitwendige ellipsen.

16. Systeem volgens conclusie 15, waarin de metingen ten minste één van een gemiddelde wanddikte, wanddiktevariaties, volumemetingen, tweedimensionele (2D) gebiedsmetingen en volumegebiedsverdeling omvat.

17. Systeem volgens conclusie 15, waarin de metingen voor ten 10 minste één van ziektediagnose en het volgen van ziektevoortgang worden gebruikt en waarin de ziekte chronische obstructieve longziekte of astma is.

18. Systeem volgens conclusie 15, verder omvattende een met de beelbewerkingsinrichting verbonden wéergave-inrichting (240) voor 15 het aan een systeemgebruiker rapporteren van metingen.

19. Systeem volgens conclusie 15, waarin de beelbewerkingsinrichting verder is ingericht om een uitgangssignaal te genereren en waarin het uitgangssignaal voor ten minste één van het bepalen van het stadium van de gegeven ziekte in een patiënt, het meten van de reactie 20 op therapie, fenomeentypering voor patiëntselectie om deel te nemen aan medicijnonderzoeken, het meten van de stabiliteit van een anatomische structuur en de voorspelling van de mate van verandering van de gegeven ziekte wordt gebruikt.

20. Systeem volgens conclusie 15, waarin de beeldvormingsin-25 richting (110) ten minste één van een computertomografie(CT)inrichting, een magnetische-resonantiebeeldvormings(MRI)inrichting, een röntgenstralingsinrichting en een ultrageluidsinrichting is. 1024858