EP1552477A2 - Interaktive virtuelle endoskopie - Google Patents

Interaktive virtuelle endoskopie

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Publication number
EP1552477A2
EP1552477A2 EP03773638A EP03773638A EP1552477A2 EP 1552477 A2 EP1552477 A2 EP 1552477A2 EP 03773638 A EP03773638 A EP 03773638A EP 03773638 A EP03773638 A EP 03773638A EP 1552477 A2 EP1552477 A2 EP 1552477A2
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EP
European Patent Office
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view
representations
representation
marked
image area
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03773638A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg-Friedemann Dr. Rust
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1552477A2 publication Critical patent/EP1552477A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2210/00—Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/41—Medical
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2219/00—Indexing scheme for manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T2219/028—Multiple view windows (top-side-front-sagittal-orthogonal)

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a three-dimensional image data record, the three-dimensional image data record being processed into a data record for two-dimensional image reproduction. It can be used in particular in the field of virtual endoscopy (e.g. colonoscopy). Furthermore, the invention relates to devices for performing the required calculations and / or for reproducing the representations.
  • colonoscopy The reflection of the large intestine (colon) with an endoscope is referred to in medicine as colonoscopy, the endoscopes specially developed for this purpose as colonoscopes.
  • a colonoscope comprises an optical system, which is usually connected to a screen to enable a doctor to make a diagnosis.
  • the introduction of the colonoscope into the intestinal area is perceived as uncomfortable or even painful by many patients, and there is always the risk, particularly in the case of inflammation of the intestinal wall, that the colonoscope will pierce the intestinal wall.
  • two-dimensional image data corresponds to each of these cuts. These sets are computer-aided converted into a three-dimensional image data set. In turn, two-dimensional image data can be calculated from the three-dimensional image data set that are independent of the cutting orientation during the actual measurement, for example at an angle to it.
  • the two- and three-dimensional image data are generally reproduced on two-dimensional display devices (monitor, photo, etc.), namely as sectional images (ie all the image points shown originate from a sectional plane) or as quasi-three-dimensional images that give a spatial impression of the like Communicate in a manner similar to conventional photography (the image points shown do not originate from any level).
  • a three-dimensional image data record is processed for an image reproduction in at least two different representations and a reproduction of the at least two different representations is realized, an image region depicted in one of the representations being markable and for the at least one further representation the relative position of the marked image area is calculated and displayed.
  • image data for (at least) a sectional view and image data for (at least) a spatial view can be extracted from the three-dimensional data record determined by means of virtual colonoscopy, of which the former is (are) more suitable for detecting an anomaly, while the latter better appeals to the spatial imagination (speak to). Since it can hardly be predicted from the outset which of the views is most suitable for diagnosis, a more reliable diagnosis can be made by using different views, in particular also several different sectional views and several different spatial views.
  • the anomalous area in this illustration can e.g. marked with a mouse click, a marking polygon, or other marking methods. After marking, it is automatically calculated where the marked area in the further display or how it is relative to the further display.
  • the area marked in the first representation is also visibly depicted in the second representation, this can be indicated, for example, by a solid border, a solid circumference, etc. of the corresponding image section in the second representation.
  • this can be indicated, for example, by a dashed line.
  • This also has the advantage that several doctors, for example with different experience, but especially those from different specialist areas (e.g. radiologists and gastroenterologists), whose standard work views are often different, can communicate more precisely with each other, since the risk of misunderstandable diagnoses or interpretations is reduced. In effect, this leads to improved cooperation between the doctors and to better and ultimately ultimately cheaper treatment.
  • the marking has a certain geometric shape, it is advantageous if it is deformed for the further representations in accordance with the changed viewing directions, so that the viewer is given a perspective impression.
  • the method according to the invention can only be carried out with sectional views or with spatial representations.
  • the at least one sectional view preferably comprises an axial view and / or a frontal view and / or a sagittal view and / or a Oblique view, and the at least one spatial view a wall view (mucous membrane view) and / or an intraluminal view.
  • the at least two different representations comprise a topogram view (which is described in more detail with reference to the attached figure), which gives an optimal overview of the area examined and for which computer-aided methods exist for which Visualize the intestinal course automatically.
  • a position can be marked in the displayed bowel course at which an anomaly is suspected or which is to be examined for other reasons, whereupon the correspondingly marked area or its relative position are shown in the further representations or in the other representations.
  • an anomaly found in another representation and marked there can be displayed on the course of the intestine shown in the topogram, and thus helpful information for diagnosis / therapy can be provided.
  • the other representations can be changed in an advantageous further development such that the image area marked in one representation is also represented in the other representations.
  • the section planes can be automatically placed so that the marked anomaly is also visually recognizable in them, for example, so that the anomaly has a maximum cross-sectional area in them.
  • the marking is carried out manually, for example using an input device such as a computer mouse, a computer keyboard, by touching the screen (touchpad), etc.
  • the depicted image area can be marked using automatic structure and / or texture recognition methods take place, which can recognize these in an image based on the special characteristics of anomalies.
  • a further development of the method is advantageous, in which the three-dimensional image data record of the tubular body is processed and at least one of the representations is a wall view with a viewing direction, which is parallel and / or anti-parallel to the curvature vector at the maximum curvature of the center line of the tubular body.
  • Such a center line can usually be used for a tube-like body.
  • the “maximum curvature” can be an absolutely maximum curvature in the mathematical sense, but is usually the locally maximum curvature (local maximum) in the mathematical sense, that is to say a point at which the curvature vector is shorter than in the immediate vicinity.
  • the method described above is extremely helpful for the examination of tubular bodies that do not extend straight along a spatial direction, but are curved (possibly several times).
  • the center line of such a body represents a curved line in space.
  • the method yields at least one of the following wall views: the wall view of the region of the inner surface of the tubular body that is most curved in the longitudinal direction and / or the opposite wall view.
  • these are, for example, the stretched and / or compressed wall sections on which the material is particularly stressed and which are therefore particularly susceptible to defects.
  • the intestine or blood vessels there are areas of severe curvature up to kinked sections where diseases not only occur preferentially, but are also particularly difficult to detect using conventional methods.
  • the method according to the invention can also be used in conventional colonoscopy, since an ultrasound head on a conventional colonoscope also delivers comparable 3D data sets.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a computer program product which can be read out by a computer or implemented in a computer, and for carrying out steps (a) processing a three-dimensional image data record for image reproduction in at least two different representations, and ( d) Calculate the relative position of the marked image area for the at least one further representation.
  • the computer program product processes the three-dimensional image data record for a reproduction of the images derived from the three-dimensional image data record in different representations.
  • a marking subsequently made in one of the representations is processed in such a way that a relative position of the marking is calculated for the other representations and the corresponding image data are modified taking into account the calculated values, so that the relative position of the marking can be shown in the other representations.
  • an image processing and image reproduction system with at least one device, for example a monitor, for the image reproduction of a three-dimensional image data record in at least two different representations; a device, for example a computer mouse, to mark an image area shown in one of the representations in this representation, a device to determine the relative position of the one To display the marked image area for the at least one further representation.
  • a device for example a monitor
  • a device for example a computer mouse
  • the computer program product described above is preferably implemented in the device for calculating the relative position of the image area marked in the one representation for the at least one further representation.
  • Fig. 1 shows four two-dimensional views, from left to right in order:
  • an axial view or “axial view” corresponding to a section perpendicular to the longitudinal axis of the body
  • the sectional planes of the three sectional images 1, 2, 3 are perpendicular to one another.
  • the orientation of the oblique view 4 is arbitrary. Your surface normal is expediently placed in accordance with an axis or preferred direction of an organ to be examined.
  • the two-dimensional sectional image 4 is calculated from the created three-dimensional data record, which in turn was created from the large number of two-dimensional measurement data records.
  • the representations 5 to 8 are not sectional views, but give a spatial impression and thus an overview of the examined body region.
  • the representations 4 and 5 are called wall views. These images result from the fact that the intestinal tube is virtually cut open parallel to the longitudinal axis and the pictures are taken with virtual cameras that are aligned perpendicular to the longitudinal axis. terior Wall View “5 and” Posterior Wall View “6 and, depending on whether it is an opposite or posterior image of the intestinal wall.
  • the two views 7 and 8 of FIG. 1 are the representations familiar to an internist. Together with the experience of the internist, they convey a certain spatial idea of the area to be examined or treated.
  • the intraluminal view or “intralumional view” 7 corresponds to the image of the inside of the intestinal tube obtained with a conventional colonoscopy, with the difference that it was created with a virtual colonoscope.
  • topogram view or “topogram view” 8 corresponds in appearance to a conventional x-ray image, but was also created from the three-dimensional data set of the tomography method.
  • the serpentine line shown in the figure is a virtual path through the large intestine, which is automatically carried out by a Computer is generated.
  • the examining doctor notices any pathological change (anomaly) in the intestinal mucosa in one of the images, he can select the corresponding area in this image with a click of the mouse and receives the corresponding position in all other images, namely in the sectional views (two-dimensional nal images), as well as in the spatial representations (quasi-three-dimensional images).
  • the internist who may need to treat the finding, knows which part of the tissue (e.g. an intestinal fold) the finding is hidden behind.
  • the views "Intraluminal” and “Topogram” that these are the representations that internists usually deal with, and which - as far as overview and clarity are concerned - by far the best of spatial orientation serve. Together with a marking on the topogram, the internist can immediately recognize the location.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes, wobei der dreidimensionale Bilddatensatz in einen Datensatz für eine zweidimensionale Bildwiedergabe verarbeitet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung der erforderlichen Berechnungen und/oder zur Wiedergabe der Darstellungen. Die Erfindung eignet sich besonders gut für medizinische Anwendungen der Endoskopie, insbesondere der virtuellen Koloskopie.

Description

Interaktive virtuelle Endoskopie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes, wobei der dreidimensionale Bilddatensatz in einen Datensatz für eine zweidimensionale Bildwiedergabe verarbeitet wird. Sie lässt sich insbesondere auf dem Gebiet der virtuellen Endoskopie (z.B. Koloskopie) einsetzen. Des weiteren betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung der erforderlichen Berechnungen und/oder zur Wiedergabe der Darstellungen.
Stand der Technik
Die Spiegelung des Dickdarms (Kolon) mit einem Endoskop wird in der Medizin als Koloskopie bezeichnet, die hierfür speziell entwickelten Endoskope als Koloskope. Ein solches Koloskop umfasst ein optisches System, das i.d.R. mit einem Bild- schirm verbunden ist, um einem Arzt eine Diagnose zu ermöglichen. Die Einführung des Koloskops in den Darmbereich wird von vielen Patienten als unangenehm oder gar schmerzhaft empfunden, und es besteht immer die Gefahr, insbesondere bei Entzündungen der Darmwand, dass mit dem Koloskop die Darmwand durchstoßen wird.
Als Alternative wurde daher die virtuelle Koloskopie entwickelt, bei der kein materielles Koloskop mehr in den Körper des Patienten eingeführt werden muss. Stattdessen werden anstelle von Koloskopen die Methoden und Apparate der Computertomographie/Kernspintomographie verwendet, um Messdaten aufzunehmen und diese Daten optisch darzustellen. Die Entwicklung der virtuellen Koloskopie wurde maßgeblich dadurch unterstützt, dass die Durchführung von aufwendigen Bildverarbeitungsverfahren wegen der hohen Rechenleistung neuerer Computer mittlerweile problemlos möglich ist.
Für die virtuelle Koloskopie wird eine große Zahl von parallelen Schnitten ortsaufgelöst mit einer Tomographieeinrichtung aufgenommen. Jedem dieser Schnitte entspricht ein Satz zweidimensionaler Bilddaten. Diese Sätze werden rechnergestützt in einen dreidimensionalen Bilddatensatz umgewandelt. Aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz können wiederum zweidimensionale Bilddaten berechnet werden, die unabhängig von der Schnittausrichtung bei der eigentlichen Messung sind, z.B. schräg dazu. Die zwei- und dreidimensionalen Bilddaten werden in der Regel auf zweidimensionalen Wiedergabeeinrichtungen (Monitor, Foto, etc) wiedergegeben, und zwar als Schnittbilder (d.h. alle abgebildeten Bildpunkte ent- stammen einer Schnittebene) oder als quasi-dreidimensionale Bilder, die einen räumlichen Eindruck auf ähnliche Weise vermitteln, wie eine herkömmliche Foto- graphie (die abgebildeten Bildpunkte entstammen keiner Ebene).
Es ist hierzu zu bemerken, dass a priori keine Festlegungen gemacht werden kön- nen, welche der Ansichten für eine möglichst aussagekräftige Diagnose am besten geeignet ist. Obwohl die räumlichen (quasi-dreidimensionalen) Darstellungen wegen des vermittelten räumlichen Eindrucks sehr anschaulich sind und dadurch hilfreich für die Orientierung sind, können aber gerade in diesen Darstellungen Krankheitsbefunde wie Läsionen etc. durch Gewebe (z.B. eine Darmfalte) verdeckt wer- den und dadurch nicht sichtbar sein. In Schnittbildern kommen dagegen solche Verdeckungen nicht vor, allerdings sind sie bei der Ausführung einer Behandlung, die für gewöhnlich eine Koordination in drei Raumrichtungen erfordert, wenig hilfreich.
Beschreibung der Erfindung
Angesichts der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen die geschilderten Nachteile der virtuellen Koloskopie vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren von Anspruch 1 , durch das Computerprogrammprodukt von Anspruch 8 und das Bildverarbeitungs- und Bildwiedergabesystem mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Wiewohl die Erfindung speziell für die Bedürfnisse der virtuellen Koloskopie entwickelt wurde und im Hinblick auf dieses Anwendungsgebiet beschrieben wird, versteht sich von selbst, dass sich die Grundgedanken der Erfindung auf jeden beliebigen dreidimensionalen Datensatz anwenden lassen. Mögliche weitere Anwen- dungsgebiete in der Medizin sind alle Arten der virtuellen Endoskopie, andere Tomographieverfahren, Ultraschalluntersuchungsmethoden, Röntgenuntersuchungen mit Tracerstoffen, etc. Mögliche Einsatzgebiete außerhalb der Medizin umfassen atmosphärische Untersuchungen (z.B. Meteorologie, Klimatologie), Seismologie, Erkundung von Rohstofflagerstätten (Erz-/Kohle-/Erdöl-/Erdgas-Vorkommen, etc.), Materialprüfung, etc.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein dreidimensionaler Bilddatensatz für eine Bildwiedergabe in wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen verarbei- tet und eine Wiedergabe der wenigstens zwei, unterschiedlichen Darstellungen rea- - lisiert, wobei ein in einer der Darstellungen abgebildeter Bildbereich markierbar ist, und für die wenigstens eine weitere Darstellung die Relativlage des markierten Bildbereichs berechnet und in der Darstellung angezeigt wird.
So können beispielsweise aus dem mittels virtueller Koloskopie ermittelten dreidimensionalen Datensatz Bilddaten für (wenigstens) eine Schnittansicht und Bilddaten für (wenigstens) eine räumliche Ansicht extrahiert werden, von denen erstere zum Nachweis einer Anomalie geeigneter ist (sind), während letztere das räumliche Vorstellungsvermögen besser anspricht (ansprechen). Da von vornherein kaum vorhergesagt werden kann, welche der Ansichten zur Diagnose am geeignetsten ist, kann durch die Verwendung unterschiedlicher Ansichten, insbesondere auch mehrerer unterschiedlicher Schnittansichten und mehrerer unterschiedlicher räumlicher Ansichten eine zuverlässigere Diagnose getroffen werden.
Wenn eine der Ansichten eine solche Anomalie aufweist, so kann der anomale Bereich in dieser Darstellung z.B. mittels eines Mausklicks, eines Markierungspolygons, oder anderer Markierungsverfahren markiert werden. Nach dem Markieren wird automatisch berechnet, wo der markierte Bereich in der weiteren Darstellung bzw. wie er relativ zu der weiteren Darstellung liegt.
Ist der in der ersten Darstellung markierte Bereich auch in der zweiten Darstellung sichtbar abgebildet, so kann dies beispielsweise durch eine durchgezogene Umrandung, einen durchgezogenen Umkreis, etc. des entsprechenden Bildausschnitts in der zweiten Darstellung angezeigt werden. Ist der Bereich dagegen in der zwei- ten Darstellung durch Körpergewebe verdeckt oder liegt er im Fall von Schnittbildern oberhalb oder unterhalb der abgebildeten Ebene, so kann dies beispielsweise durch eine strichlinierte Markierung angezeigt werden. Dies hat ferner den Vorteile, dass mehrere Ärzte, beispielsweise mit unterschiedlicher Erfahrung, insbesondere aber solche aus unterschiedlichen Fachbereichen (z.B. Radiologen und Gastroenterologen), deren Standardarbeitsansichten oft verschieden sind, präziser miteinander kommunizieren können, da die Gefahr missverständlicher Diagnosen oder Interpretationen verringert wird. In den Auswirkungen führt dies zu verbesserter Zusammenarbeit zwischen den Ärzten und zu einer besseren und damit im Endef- fekt auch zu einer kostengünstigeren Behandlung.
Hat die Markierung eine bestimmte geometrische Form, so ist es vorteilhaft, wenn diese für die weiteren Darstellungen entsprechend der geänderten Blickrichtungen deformiert wird, so dass dem Betrachter ein perspektivischer Eindruck vermittelt wird.
Was oben für eine weitere oder eine zweite Darstellung erläutert wurde, läßt sich natürlich auf eine Vielzahl von weiteren Darstellungen erweitern. Die verschiedenen Darstellungen können beispielsweise gleichzeitig mit ein- und derselben Wie- dergabeeinrichtung (z.B. Monitor) wiedergegeben werden, wobei alle im gleichen Format oder gemäß ihrer Signifikanz unterschiedlich groß wiedergegeben werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausschließlich mit Schnittansichten oder mit räumlichen Darstellungen durchgeführt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen aber besonders dann voll zur Geltung, bei der wenigstens eine Darstellung eine Schnittansicht ist und wenigstens eine Darstellung eine räumliche Ansicht ist, da diese Darstellungen - was ihre jeweiligen Vor- und Nachteile anbelangt - gewissermaßen komplementär sind.
Vorzugsweise umfassen die wenigstens eine Schnittansicht eine axiale Ansicht und/oder eine frontale Ansicht und/oder eine sagittale Ansicht und/oder eine Schrägansicht, und die wenigstens eine räumliche Ansicht eine Wandansicht (Schleimhautansicht) und/oder eine Intraluminalansicht. Dies sind spezielle, den Fachleuten auf diesem Gebiet in der Regel vertraute Ansichten, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher beschrieben werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen eine Topogramm-Ansicht (die unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher beschrieben wird), die einen optimalen Überblick über den untersuchten Bereich gibt und für die rechnergestütz- te Verfahren existieren, um den Darmverlauf automatisch zu visualisieren.
Dadurch kann im dargestellten Darmverlauf eine Position markiert werden, an dem eine Anomalie vermutet wird oder der aus anderen Gründen untersucht werden soll, worauf der entsprechend markierte Bereich bzw. seine Relativlage in der wei- teren Darstellungen bzw. in den übrigen Darstellungen angezeigt werden.
Umgekehrt kann eine in einer anderen Darstellung gefundene und dort markierte Anomalie am im Topogramm wiedergegebenen Darmverlauf angezeigt werden und so eine hilfreiche Information für eine Diagnose/Therapie bereitgestellt werden.
Wird in einer der Darstellungen eine Anomalie gefunden und markiert, so können in einer vorteilhaften Weiterbildung die übrigen Darstellungen so geändert werden, dass der in der einen Darstellung markierte Bildbereich in den übrigen Darstellungen ebenfalls abgebildet wird. Beispielsweise können für die (übrigen) Schnittan- sichten die Schnittebenen automatisch so gelegt werden, dass in ihnen die markierte Anomalie ebenfalls visuell erkennbar ist, beispielsweise so, dass in ihnen die Anomalie eine maximale Querschnittsfläche besitzt.
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Markierung manuell, beispielsweise über ein Eingabegerät wie einer Computer-Maus, einer Computer-Tastatur, durch Bildschirmberührung (Touchpad), etc. Alternativ oder ergänzend dazu kann das Markieren des abgebildeten Bildbereichs über automatisches Struktur- und/oder Texturerkennungsverfahren erfolgen, die anhand der speziellen Charakteristiken von Anomalien diese in einem Bild erkennen können. Zur Untersuchung von schlauchartigen Körpern, wie Röhren und anderen Leitungen, Blutgefäßen, insbesondere auch zur Endoskopie, ist eine Weiterbildung des Verfahrens vorteilhaft, bei dem der dreidimensionale Bilddatensatz des schlauchar- tigen Körpers verarbeitet wird und wenigstens eine der Darstellungen eine Wandansicht mit einer Blickrichtung ist, die parallel und/oder antiparallel zum Krümmungsvektor an der maximalen Krümmung der Mittellinie des schlauchartigen Körpers ist.
Eine derartige Mittellinie kann für einen schlauchartigen Körper i.d.R. auch dann noch definiert werden, wenn die Querschnitte des Körpers von der idealen Kreisform abweichen, wobei die Berechnung der einzelnen Punkte, die die Mittellinie definieren, derjenigen von Schwerpunkten entspricht.
Die „maximale Krümmung" kann eine im mathematischen Sinne absolut maximale Krümmung sein, ist in der Regel aber jeweils die im mathematischen Sinne lokal maximale Krümmung (lokales Maximum), also eine Stelle, an der der Krümmungsvektor kürzer ist als in der unmittelbaren Umgebung.
Das oben beschriebene Verfahren ist äußerst hilfreich zur Untersuchung von schlauchartigen Körpern, die sich nicht gerade entlang einer Raumrichtung erstrecken, sondern (u.U. mehrfach) gekrümmt sind. Die Mittellinie eines solchen Körpers stellt eine gekrümmte Linie im Raum dar.
Bei gekrümmten schlauchartigen Köφem ergibt das Verfahren wenigstens eine der folgenden Wandansichten: die Wandansicht des Bereichs der inneren Oberfläche des schlauchartigen Körpers, der in Längsrichtung am stärksten gekrümmt ist, und/oder die gegenüberliegende Wandansicht. Bei gebogenen Rohren sind dies die beispielsweise die gedehnten und/oder gestauchten Wandabschnitte, an denen das Material besonders belastet ist und die daher besonders anfällig für Defekte sind. Beim Darm oder Blutgefäßen sind solche Bereiche starker Krümmung bis hin zu Knicken Abschnitte, an denen Erkrankungen nicht nur bevorzugt auftreten, sondern mit herkömmlichen Verfahren auch besonders schwer zu entdecken sind. Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und dessen bevorzugte Weiterbildungen lassen sich besonders gut auf dem Gebiet der virtuellen Endoskopie, insbesondere der virtuellen Koloskopie (aber auch in benachbarten Bereichen wie virtueller Bronchioskopie, Intestinoskopie, NHN-Endoskopie, Ventrikel- Endoskopie), einsetzen. Durch die interaktive Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Darstellungen können die komplementären Vorteile verschiedener Darstellungen genutzt werden und somit die für jede spezielle Darstellung spezifischen Nachteile umgangen werden.
Es ist beispielsweise auch ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in der konventionellen Koloskopie möglich, da auch ein Ultraschallkopf an einem konventionellen Koloskop vergleichbare 3D-Datensätze liefert.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Computerpro- grammprodukt gelöst, das durch einen Computer auslesbar bzw. in einem Computer implementierbar ist, und zum Ausführen der Schritte (a) Verarbeiten eines dreidimensionalen Bilddatensatzes für eine Bildwiedergabe in wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen, und (d) Berechnen für die wenigstens eine weitere Darstellung die Relativlage des markierten Bildbereichs.
Das Computerprogrammprodukt verarbeitet den dreidimensionalen Bilddatensatz für eine Wiedergabe der vom dreidimensionalen Bilddatensatz abgeleiteten Bilder in unterschiedlichen Darstellungen. Eine in einer der Darstellungen nachträglich angebrachte Markierung wird so verarbeitet, dass eine Relativlage der Markierung für die übrigen Darstellungen berechnet und die entsprechenden Bilddaten unter Berücksichtigung der berechneten Werte modifiziert werden, so dass die Relativlage der Markierung in den übrigen Darstellungen eingeblendet werden kann.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Bildverarbeitungs- und Bildwiedergabe- System mit wenigstens einer Einrichtung, beispielsweise einen Monitor, zur bildlichen Wiedergabe eines dreidimensionalen Bilddatensatzes in wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen; einer Einrichtung, beispielsweise einer Computermaus, um einen in einer der Darstellungen abgebildeten Bildbereich in dieser Darstellung zu markieren, einer Einrichtung, um die relative Lage des in der einen Darstellung markierten Bildbereichs für die wenigstens eine weitere Darstellung zu berechnen.
Vorzugsweise ist in der Einrichtung zum Berechnen der relativen Lage des in der einen Darstellung markierten Bildbereichs für die wenigstens eine weitere Darstellung das oben beschriebenen Computerprogrammprodukt implementiert.
Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand eines besonders be- vorzugten Ausführungsbeispiels. unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben.
Fig. 1 zeigt die nützlichsten Ansichten aus der virtuellen Kolloskopie gemeinsam in eine Benutzeroberfläche integriert
Für spezielle Ansichten haben sich spezielle englischsprachige Bezeichnungen eingebürgert, die nachfolgend erläutert werden:
Die obere Reihe in Fig. 1 zeigt vier zweidimensionale Ansichten, und zwar von links nach rechts der Reihe nach:
- eine axiale Ansicht oder „Axial View" 1, entsprechend einen Schnitt senkrecht zur Körperlängsachse,
- eine frontale Ansicht oder „Frontal View" 2, - eine seitliche Ansicht oder „Sagittal View" 3, und
- eine schräge Ansicht oder „Oblique View" 4.
Die Schnittebenen der drei Schnittbilder 1 , 2, 3 stehen senkrecht zueinander. Die Orientierung der schrägen Ansicht 4 ist beliebig. Ihre Flächennormale wird zweck- mäßigerweise entsprechend einer Achse oder Vorzugsrichtung eines zu untersuchenden Organs gelegt. Das zweidimensionale Schnittbild 4 wird aus dem erstellten dreidimensionalen Datensatz berechnet, der wiederum aus der Vielzahl der zweidimensionalen Messdatensätzen erstellt wurde.
Die Darstellungen 5 bis 8 sind keine Schnittansichten, sondern vermitteln einen räumlichen Eindruck und damit eine Übersicht über die untersuchte Körperregion.
Die Darstellungen 4 und 5 werden Wandansichten oder „Wall Views" genannt. Diese Bilder entstehen dadurch, dass das Darmrohr virtuell parallel zur Längsachse aufgeschnitten wird und die Aufnahmen mit virtuellen Kameras gemacht werden, die senkrecht zur Längsachse ausgerichtet sind. Man unterscheidet zwischen „An- terior Wall View" 5 und „Posterior Wall View" 6 und, je nachdem, ob es sich um eine gegenüberliegende oder rückseitige Aufnahme der Darmwand handelt.
Die beiden Ansichten 7 und 8 von Fig. 1 sind die für einen Internisten gewohnten Darstellungen. Zusammen mit der Erfahrung des Internisten vermitteln sie eine gewisse räumliche Vorstellung vom zu untersuchenden bzw. behandelnden Bereich.
Die intraluminale Ansicht oder „Intralumional View" 7 entspricht dem mit einer konventionellen Darmspieglung erhaltenen Bild vom Inneren des Darmrohrs, mit dem Unterschied, dass es mit einem virtuellen Koloskop erstellt wurde.
Die Topogramm-Ansicht oder „Topogram View" 8 schließlich entspricht vom Aus- sehen her einer herkömmlichen Röntgenaufnahme, wurde aber ebenfalls aus dem dreidimensionalen Datensatz des Tomographieverfahrens erstellt. Die in der Figur ersichtliche Schlangenlinie ist ein virtueller Weg durch den Dickdarm, der automatisch durch einen Computer generiert wird.
Fällt dem untersuchenden Arzt in einem der Bilder eine etwaige krankhafte Veränderung (Anomalie) an der Darmschleimhaut auf, so kann er in diesem Bild per Mausklick den entsprechenden Bereich auswählen und erhält in allen anderen Bildern die entsprechende Position, und zwar in den Schnittansichten (zweidimensio- nalen Bildern), als auch in den räumlichen Darstellungen (quasi-dreidimensionalen Bildern).
In letzteren erscheint eine Markierung, wenn die Anomalie, z.B. eine Läsion, für die virtuelle Kamera sichtbar ist, und eine gestrichelte Markierung, wenn sie für die virtuelle Kamera nicht sichtbar ist. So weiß der Internist, der den Befund eventuell behandeln muss, hinter welchem Gewebeteil (z.B. einer Darmfalte) der Befund verborgen ist. Besondere Bedeutung kommt den Ansichten „Intraluminal" bzw. „To- pogram" zu, das dies die Darstellungen sind, mit denen Internisten in der Regel zu tun haben, und die auch - was Überblick und Anschaulichkeit anbelangt - bei weitem am besten der räumlichen Orientierung dienen. Zusammen mit einer Markierung am Topogramm kann der Internist sofort die Lokalisation erkennen.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Verfahren zur Verarbeitung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes, wobei:
(a) der dreidimensionale Bilddatensatz für eine Bildwiedergabe in wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen verarbeitet wird,
(b) eine Wiedergabe der wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen erfolgt,
(c) ein in einer der Darstellungen abgebildeter Bildbereich markierbar ist,
(d) für die wenigstens eine weitere Darstellung die Relativlage des markierten Bildbereichs berechnet wird, und
(e) die Relativlage des markierten Bildbereichs in der wenigstens einen weiteren Darstellung angezeigt wird.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem wenigstens eine Darstellung eine Schnittansicht ist und wenigstens eine Darstellung eine räumliche Ansicht ist.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem:
die wenigstens eine Schnittansicht eine axiale Ansicht und/oder eine frontale Ansicht und/oder eine sagittale Ansicht und/oder eine Schrägansicht umfasst,
die wenigstens eine räumliche Ansicht eine Wandansicht und/oder eine Intraluminalansicht umfasst.
4. Ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem wenigstens eine der Darstellungen eine Topogramm-Ansicht ist.
5. Ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die wenigstens eine weitere Darstellung so geändert wird, dass der in der einen Darstellung markierte Bildbereich in der wenigstens einen weiteren Darstellung ebenfalls abgebildet wird.
6. Ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem das Markieren des abgebildeten Bildbereichs manuell und/oder mittels eines
Struktur- und/oder Texturerkennungsverfahrens durchgeführt wird.
7. Ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei:
der dreidimensionale Bilddatensatz eines schlauchartigen Köφers verarbeitet wird, und
wenigstens eine der Darstellungen eine Wandansicht mit einer Blickrichtung ist, die parallel und/oder antiparallel zum Krümmungsvektor an der maximalen Krümmung der Mittellinie des schlauchartigen Körpers ist.
8. Ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Anwendung in der virtuellen Endoskopie, insbesondere der virtuellen Koloskopie.
9. Ein Computerprogrammprodukt, das durch einen Computer auslesbar bzw. in einem Computer implementierbar ist, und zum Ausführen der Schritte (a) und (d) des Verfahrens von Anspruch 1 ausgebildet ist.
10. Ein Bildverarbeitungs- und Bildwiedergabesystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem Ansprüche 1 bis 8, umfassend: wenigstens eine Einrichtung zur bildlichen Wiedergabe eines dreidimensionalen Bilddatensatzes in wenigstens zwei unterschiedlichen Darstellungen,
eine Einrichtung, um einen in einer der Darstellungen abgebildeten
Bildbereich in dieser Darstellung zu markieren,
eine Einrichtung, um die relative Lage des in der einen Darstellung markierten Bildbereichs für die wenigstens eine weitere Darstellung zu berechnen.
11. Ein Bildverarbeitungs- und Bildwiedergabesystem nach Anspruch 10, mit einem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9.
EP03773638A 2002-10-04 2003-10-06 Interaktive virtuelle endoskopie Withdrawn EP1552477A2 (de)

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