WO2012028670A1 - Verfahren zur erstellung einer aufnahme aus einem 3d-volumen - Google Patents

Verfahren zur erstellung einer aufnahme aus einem 3d-volumen Download PDF

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WO2012028670A1
WO2012028670A1 PCT/EP2011/065065 EP2011065065W WO2012028670A1 WO 2012028670 A1 WO2012028670 A1 WO 2012028670A1 EP 2011065065 W EP2011065065 W EP 2011065065W WO 2012028670 A1 WO2012028670 A1 WO 2012028670A1
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teeth
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Johannes Ulrici
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Sirona Dental Systems Gmbh
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T11/008Specific post-processing after tomographic reconstruction, e.g. voxelisation, metal artifact correction
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    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
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    • G06T2210/00Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/41Medical

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a recording from a 3D volume with volumetric image data of a mandibular arch and of teeth.
  • DE 101 08 295 A1 discloses a method and an arrangement for identifying objects, in particular teeth, based on a digitized X-ray image, using image processing hardware. gorithms are bounded by segmentation and / or edge detection ion contained in the object areas and linked with parameters of the X-ray device and possibly the patient to specific parameters computationally.
  • a method is disclosed in which the determination of the objects takes place manually or automatically, wherein in one step the object is selected for which further information is to be stored, retrieved or deleted, and in a further step a reference in relation to the object to determine the information that is presented based on this reference.
  • the image data of the digitized X-ray image are computer-aided, the methods of edge finding and segmentation applied and grouped the edges and segments determined by means of the so-called cluster formation.
  • the patent US 5,179,579 discloses a method for displaying intraoral radiographs.
  • the intraoral radiographs are recorded, digitized and combined with a symbol of a part of the anatomy of which the
  • X-ray taken is displayed.
  • the images of the anatomical areas are displayed on a screen with the respective symbol according to their normal anatomical arrangement.
  • the symbol is used by the user to select the respective radiograph of an area of the anatomy.
  • a symbol a reduced image of the dentition, a row of teeth or the individual teeth can be used.
  • US 6,190,042 B1 discloses a device for improved intraoral radiographs.
  • the device includes a bite block, a guide bar, a target ring and an additional ring.
  • the bite block holds a film holder that is perpendicular to the top of the bite block.
  • the guide rod is connected to the bite block.
  • a disadvantage of the aforementioned devices and methods of the prior art is that to create the intraoral recording an expensive device must be positioned and fixed in the patient's mouth, this device usually has a bite block for fixation, and as a recording means an X-ray film or a digital x-ray sensor is arranged on this device in the oral cavity of the patient.
  • the positioning of this device is made more difficult by the fact that the patient, when biting, alters the relative position of the device to the upper jaw and that the distance of the receiving element from the teeth is unknown.
  • DE 10 2008 008 733 A1 discloses a method for producing a slice recording, wherein a digital 3D volume which has X-ray absorption values, in particular a dental X-ray
  • Panoramahichtaufnähme is generated, wherein the 3D volume as the object to be recorded virtually irradiated with a virtual X-ray source and the virtual resulting image is recorded with a virtual detector.
  • the virtu- Both the X-ray source and the virtual detector are virtually moved past the object to be formed to form a sharp layer with a blur proportion.
  • the width of the virtual detector, the fanning of the virtual fan beam and the simulated rotational speed of the virtual X-ray source and the virtual detector is variable to influence the thickness and the position of the recorded sharp layer.
  • a fixed subregion is selected from the 3D volume, the extent of which corresponds to the sharp layer, wherein a panoramic image is generated in a virtual irradiation of the subregion perpendicular to the course of the subregion.
  • a drawback of this method is that the virtual panoramic image, in contrast to intraoral projection images, represents a distorted image of the entire mandibular arch, thereby making the diagnosis of certain findings difficult.
  • the object of this invention is therefore to produce a two-dimensional projection recording at a defined recording volume.
  • An object of the present invention is a method for creating a virtual dental recording from a 3D volume with volumetric image data. From the 3D volume, a partial volume is first determined. For this sub-volume, a virtual projection image is generated from a specific transmission direction by computer-aided billing of the volumetric image data in this through-beam direction.
  • the 3D volume may be a three-dimensional x-ray taken using any three-dimensional x-ray imaging technique, such as DVT or CT, and where the volumetric image data may consist of voxels with x-ray absorption values.
  • the 3D volume may also be recorded by other imaging techniques such as MRI.
  • the 3D volume can be from the entire mandibular arch with teeth or part of it.
  • the volumetric image data of the 3D volume may be constructed from voxels, vector elements or a combination of voxels and vector elements.
  • the volumetric image data may also consist of point clouds containing vector elements.
  • a specific partial volume with an arbitrary base area and a specific depth in the direction of transmission is selected.
  • a virtual projection image is generated by offsetting the volumetric image data, such as voxels or vector elements, in the transmission direction for this selected partial volume. This creates a virtual projection image of the selected partial volume, which corresponds to an intraoral X-ray of a specific area of the mandibular arch.
  • the offsetting of the volumetric image data in the transmission direction can take place, for example, by summation of the individual volumetric image data arranged one behind the other, such as voxels or vector elements, in the transmission direction.
  • the calculation of the volumetric image data can also be done by integration after the application of a specific function to the voxels arranged in the transmission direction.
  • a specific function may be applied to the volumetric image data to convert the volumetric image data to To weight beam direction so that certain significant for the evaluation areas, such as caries-infected areas are highlighted and other unimportant for the evaluation areas, such as a filling, less weighted.
  • a function can for example be applied to the gray values of the individual elements of the volumetric image data.
  • the 3D volume may consist of voxels that represent volume elements of the recorded object.
  • Any 3D three-dimensional dental image can be used as 3D volume, such as a three-dimensional X-ray image, namely a DVT image or a CT image with voxels containing X-ray absorption values in the form of gray values, or an MRI image with voxels, the volumes - Represent elements of the recorded tissue.
  • the SD volume can also be a three-dimensional ultrasound image.
  • the volumetric image data can be summed in the transmission direction, the virtual transmission direction being parallel over the entire base surface or being formed in the form of a conical fan as an extension of virtual X-rays of a virtual X-ray source.
  • the base can be designed arbitrarily, for example in the form of a circle, a rectangle or a fixed outline of the object to be recorded.
  • the sub-volume may also have any other geometric basic shape, such as a tetrahedron, or the shape of a segmented sub-volume.
  • An optimal projection image is taken with a base area in the form of a rectangle in a parallel passage. Beam direction generated so that the selected sub-volume has the shape of a cuboid.
  • the projection image should correspond in size to the size of a conventional Intraoralaufhähme with dental films, namely with a width between 15 mm and 30 mm and a height between 25 mm and 40 mm.
  • the projection images such as intraoral X-ray images of specific areas, can be generated from the already existing three-dimensional image data of the 3D volume.
  • a further advantage is that the partial volume can be precisely determined by the user with computer assistance and, for example, intraoral X-ray recordings of individual teeth can be generated.
  • the subvolume can be chosen such that a region of the 3D volume of interest, such as a fill, is virtually cut out to compute a projection image without the clipped region.
  • a region of the 3D volume of interest such as a fill
  • a secondary caries which lies under the filling, be diagnosed.
  • This excision of special structures can be performed on fillings, dentin layers, enamel structures, etc., which can be virtually cut out after appropriate segmentation.
  • the 3D volume with volumetric image data can be a three-dimensional X-ray image with X-ray absorption values.
  • the virtual projection image corresponds to a two-dimensional x-ray image in a specific one
  • the calculation of the volumetric image data by summation of the successively arranged volumetric image data, such as voxels or vector elements, take place along the transmission direction.
  • each pixel of the projection image can be calculated by summing the voxels in the direction of transmission with respect to the gray values.
  • the calculation of the volumetric image data by integration after the application of a specific function to the arranged in the direction of radiation elements of the volumetric image data can be done.
  • This function can be designed so that certain areas are hidden or attenuated and areas that are important for the diagnosis are weighted more heavily.
  • the determination of the partial volume can be done manually or computer-aided automatically.
  • the partial volume may be determined manually by a user using input means.
  • the definition of the partial volume can also be carried out automatically by computer and computer software for processing image data using conventional image processing methods, such as identification or segmentation of specific sub-objects, such as teeth or jawbones.
  • the partial volume can be determined automatically based on a segmented sub-object, wherein the outer contour of the sub-volume is determined according to an outer contour of the segmented sub-object.
  • a conventional pattern recognition method can be used for segmentation.
  • a volume comprises only the part object that is to be diagnosed, so that the adjacent tissue, such as the gum and the jawbone, is disregarded and thereby the diagnosis is facilitated.
  • the partial volume in its outer contour can be manually set so that it corresponds to the outer contour of a characteristic sub-object.
  • the user can specify the outer contour of the sub-volume manually using input means according to the outer shape of the sub-object to be diagnosed, such as a tooth or a tooth group.
  • the teeth and / or the mandibular arch can first be identified from the 3D volume. Subsequently, the position and the orientation of the teeth and / or the mandibular arch in the 3D volume is determined in order to determine the partial volume and the transmission direction for generating the virtual projection image.
  • the identification of the teeth and jawbone from the 3D volume can be either computer-aided or manual by a user using input devices such as a mouse and keyboard, and using a display means such as a monitor.
  • Automatic identification or segmentation uses conventional pattern recognition methods in which objects are segmented and searched for relationships between the objects.
  • Pattern recognition may include the following steps, namely pre-processing processing, feature extraction, feature reduction, and classification of features. Preprocessing removes unwanted or irrelevant components of the image data.
  • feature extraction certain features are extracted from the image data by comparison with known patterns of a database, such as a database of characteristic teeth.
  • the automatic comparison is performed using transformation functions and scaling, whereby a comparison factor is calculated by calculating a variance between a pattern of the image data and an expected pattern from the database.
  • the feature reduction checks which characteristics are relevant for class separation and which can be omitted.
  • the patterns of teeth and mandibular arch obtained are relevant to this procedure, and the other features obtained may be disregarded.
  • the main recognized features such as teeth and characteristic shapes of the mandibular arch, are subdivided into related classes, such as incisors, molars, tooth roots and jawbones.
  • the partial volume in the form of a prism with an arbitrary base area and a certain thickness in the transmission direction can be determined.
  • the sub-volume can be computer-assisted automatically determined by certain detected objects, such as teeth or groups of teeth, or manually entered by the user.
  • a footprint is defined and then determines the thickness in the transmission direction.
  • There- by a geometric prism is formed, wherein the transmission direction can be arranged perpendicular to the base.
  • the partial volume can be determined so that certain objects, such as teeth or teeth groups or certain parts of the jawbone, are arranged in the partial volume.
  • the partial volume can be limited only to the object to be recorded, so that other objects, such as a patient's cheek, which are arranged in front of or behind the object to be photographed in the transmission direction, are not contained in the partial volume and thus not as disturbing artifacts appear in the computed projection image.
  • the virtual projection image can be stored in a user software for the management of dental X-ray images as an intraoral recording.
  • a virtual projection recording in a transmission direction which is aligned perpendicular to the course of the mandibular arch lingual or palatal and whose sub-volume includes certain teeth, corresponds to a Intraoralaufnähme and can be stored as such in an existing user software.
  • the calculated projection image like a conventional intraoral recording, can be used for diagnosis.
  • the virtual projection image can be displayed by means of a display device as a virtual intraoral image.
  • the virtual projection image can be viewed by means of a display device, such as a computer screen existing user software, such as a conventional intraoral recording.
  • a plurality of projection images of different partial volumes with different transmission directions can be generated according to a predetermined scheme.
  • sub-volumes can be designed arbitrarily. They may have different thicknesses with a selected base area or in their outer contour corresponding to a segmented partial object, such as a tooth or a
  • Tooth group to be fixed.
  • the projection images produced can also be displayed in a specific arrangement relative to one another by means of the display device.
  • the series of virtual intraoral recordings may be made according to a conventional scheme as shown in US Pat. No. 5,179,579 in FIGS. 5A to 5S and disclosed in the pertinent portions of the specification.
  • the individual virtual intraoral images of the series may comprise single or multiple teeth.
  • a virtual intraoral acquisition of multiple teeth allows the diagnosis of areas between the teeth.
  • Intraoral sensors is an exact Order of the virtual sub-volumes possible, so that in a series of images, the sub-volumes can be arranged without gaps to each other and thus improve the diagnostic options.
  • each sub-volume may include image data having volumetric image data of a single tooth or group of teeth of the mandibular arch to produce separate projection images of the individual teeth or groups of teeth.
  • the partial volume may include only portions of teeth, such as half a tooth.
  • the partial volume can also include one tooth and two tooth spaces.
  • a transmission direction in the palatal direction towards the palate or in the lingual direction toward the tongue can be determined for each subvolume, the individual subvolumes adjoining one another without gaps or partially overlapping, so that a series of projection images of the entire mandibular arch is produced.
  • the transmission direction of the projection images produced corresponds to the usual orientation of intraoral recordings, so that the series produced, such as a series of conventional intraoral recordings, can be used for diagnosis.
  • a transmission direction in the occlusal direction along a tooth axis can be defined for each subvolume, wherein the individual subvolumes adjoin one another without gaps or are partially overlapped. Lapping, so that a series of occlusal projection images of the entire mandibular arch is generated.
  • an automatic arrangement of the virtual projection images generated from the 3D volume can take place as a complete detection of the teeth arranged in the oral cavity.
  • the virtual projection image can correspond to an intraoral image generated with an intraoral recording device consisting of an X-ray emitter and an image receptor, such as an intraoral sensor.
  • the projection image corresponds to a conventional intraoral acquisition of a section of the maxillary sinus.
  • the virtual projection image can also be generated with the transmission direction along the mandibular arch for individual teeth.
  • Such projection images can be advantageous for the diagnosis of certain findings in the space between the teeth at the approximal surfaces.
  • the 3D volume can be recorded by means of digital volume tomography (DVT), by means of computed tomography (CT), by means of a three-dimensional ultrasound method or by means of magnetic resonance tomography (MRT).
  • DVD digital volume tomography
  • CT computed tomography
  • MRT magnetic resonance tomography
  • Intraoralaufnähme such as scattering, radiator properties, X-ray spectrum or the relative arrangement of the detector to the radiator, flow.
  • these factors may be computer-aided simulated or retrieved from a database of factors for different arrangements, taking into account different physical conditions.
  • certain system characteristics of a conventional intraoral image such as a detector efficiency, a detector characteristic or a plurality of detector characteristics and / or a detector sensitivity in different detectors, can be simulated, the type of detector such as one Memory film system, dental films of different sensitivity or a digital intraoral sensor, can be virtually selected.
  • system characteristics of specific types of detectors can be simulated to mimic a conventional intraoral recording with this type of detector as closely as possible.
  • the selection of the type of detector may be made virtually by the user using input means.
  • Fig. 1 is a sketch of a 3D volume with selected
  • FIG. 2 is a sketch of a generated projection shot from a partial volume
  • FIG. 3 shows a sketch of an arrangement of several projection images of the entire oral cavity of a patient
  • Fig. 4A is a sketch of a partial volume with parallel
  • 4B is a sketch of an alternative partial volume in
  • 4C is a sketch of an alternative partial volume with a trapezoidal base
  • FIG. 5 shows a sketch of a scheme with several selected sub-volumes
  • FIG. 6 is a sketch of a portion of the 3D volume that includes a single molar
  • Fig. 7 is a sketch of an alternative section, which comprises a filling between two molars.
  • FIG. 1 shows a sketch of a 3D volume 1 which was recorded by means of digital volume tomography, abbreviated DVT, or by means of computer tomography, abbreviated CT.
  • the 3D volume 1 consists of voxels with specific X-ray absorption values.
  • the 3D volume comprises several structures, such as the anterior incisors 2, the lateral molars 3 and the upper mandibular arch 4, the lower mandibular arch 5, the upper jawbone 6 and the lower jawbone 7.
  • the 3D volume 1 is in user software shown on a computer screen, not shown.
  • the 3D volume can be moved and rotated as required to change the viewing direction of the display.
  • a virtual partial volume 8 having a specific base area 9 and a specific thickness 10 is determined in a transmission direction 11.
  • the determination of the sub-volume can be automatically computer-aided or manually determined by a user.
  • the individual teeth are recognized and classified by means of a conventional method for pattern recognition, wherein the partial volume is determined so that certain areas of the mandibular arch are covered by this partial volume.
  • the user can first define the base area 9 by means of input means and then the
  • the specified sub-volume 8 is particularly marked in the user software in Relation to 3D volume 1 shown.
  • the second partial volume 12 with the base 13 and the thickness 14, the third partial volume 15 with the base 16 and the thickness 17 and the fourth partial volume 18 with the base 19 and the thickness 20 are set accordingly.
  • the thickness 10, 14, 17, 20 is aligned in a direction of radiation perpendicular to the course 21 of the lower row of teeth in the palatal direction towards the palate or in the lingual direction towards the tongue is arranged.
  • the individual sub-volumes 8, 12, 15 and 18 close to each other without gaps.
  • a two-dimensional virtual projection image is generated using an algorithm from the selected partial volume by summation of the X-ray absorption values in the transmission direction, which corresponds to a conventional intraoral recording of the respective region of the dental arch within the partial volume.
  • the shape of the sub-volumes 8, 12, 15 and 18 corresponds to a prism having a base area 9, 13, 16, 19 and the thickness 10, 14, 17 and 20.
  • the generated projection image is recorded as a virtual intraoral recording in a database of conventional user software stored.
  • FIG. 2 shows a sketch of a generated projection image 30 from the fourth partial volume 18 of the posterior molars of the lower mandibular arch 5.
  • the virtual projection image 30 corresponds to a conventional intraoral image and is displayed in the user software by means of a computer screen and correspondingly in a da - filed for intended database.
  • FIG. 3 shows a sketch of an arrangement 40 of several projection images of the entire oral cavity of the patient from the lower mandibular arch 5 and from the upper mandibular arch 6 from FIG. 1.
  • the generated projection 30 from FIG. 2 can be seen.
  • the remaining projection receivers 41 were correspondingly formed from the further partial volumes 8, 12, 15 shown in FIG. 1, as well as from others
  • Partial volumes of the upper mandibular arch 6 generated which are not shown in Fig. 1.
  • the partial volumes for generating the projection exposures 30, 41 from FIG. 3 are partially overlapping.
  • the arrangement 40 of generated intraoral receptacles 30, 41 shown in FIG. 3 was produced according to a predetermined pattern, namely after the so-called "fill mouth series", in German "complete tooth status".
  • the projection images 30, 41 can also be produced according to any other scheme.
  • the generation of projection receptacles in the direction of the course 21 of the lower mandibular arch or of the upper mandibular arch 6 is likewise possible, so that the areas between the teeth are imaged on such a projection photograph.
  • FIG. 4A shows a partial volume 18 which includes a molar 3 completely and two adjacent teeth in part, wherein the base 19 is formed in the shape of a circle and the thickness 20 is set so that the molars 3 are completely covered by the partial volume 18.
  • a summation is made along the virtual transmission direction, which is represented by virtual parallel rays 50.
  • FIG. 4B shows the partial volume 18, as in FIG. 4A, with the difference that the beams 50 in the form of a conical fan are arranged starting from a virtual X-ray source 51, wherein the fixed base 19 is a rectangle.
  • FIG. 4C shows a further alternative embodiment of the partial volume 18 with a trapezoidal base 19, wherein the transmission direction is represented by parallel beams 50.
  • FIG. 5 shows a diagram of a lower mandibular arch 5 from the top view with the selected sub-volumes 18, 15, 12, 8 of FIG. 1 and further sub-volumes 60, which are arranged in the transmission direction 11, perpendicular to the course 21 of Lower jaw arch 5 is aligned.
  • the individual projection images are generated, the summation takes place along the parallel virtual rays as shown in FIG. 4A or FIG. 4C.
  • the individual sub-volumes 18, 15, 12, 8 are selected to overlap, so that parts of the jawbone 5 are encompassed both by a subvolume and by its adjacent subvolume and thus in the projection images generated from these adjacent subvolumes the same part of the mandibular arch 5 can be seen.
  • FIG. 6 shows a schematic of a section of the 3D volume 1, which has a single molar 3 of the lower
  • Kieferbogens 5 includes.
  • the molar 3 consists of a tooth root 70 and a tooth crown 71, which is provided with a filling 72.
  • the tooth root 70 is arranged in the jaw bone 73.
  • the gingiva 74 is located on the jaw bone 73.
  • On the back 75 of the filling 72 a secondary caries 76 has arisen, which is to be diagnosed.
  • a partial volume 77 is automatically determined by the user or computer-assisted, with the partial volume 77 comprising the dental crown 71 and the interfering partial object, namely the filling 72, being virtually cut out.
  • the remaining sub-objects of interest to the diagnosis such as tooth root 70, gingiva 74, jawbone 73, also became omitted in the determination of the partial volume 77.
  • the virtual transmission direction 11 of the volume 77 runs along a tooth axis 78 in the occlusal direction perpendicular to the occlusal surface 79.
  • the fact that the filling 72 has been virtually cut out enables the secondary caries 76 to be better diagnosed on the basis of the projection image which is generated from the partial volume 77 in the transmission direction 11 .
  • the precipitation of the filling can also be done by means of a specific function. Such a function is structured in such a way that the regions which are unimportant for an evaluation, such as a filling, are masked out or attenuated and areas which are significant for an evaluation, such as caries-affected areas, are displayed to a greater extent.
  • FIG. 7 shows a schematic of a section of the 3D volume 1 as in FIG. 6, with the difference that the filling 72 is arranged between two molars 3 and that the irradiation direction 11 is aligned in the lingual direction perpendicular to the profile 21 of the mandibular arch 5 ,
  • FIG. 7 shows a sectional plane 80 which divides the two molars 3 in the center.
  • the partial volume 81 is formed by the cutting plane 80 and the outer contour 82 of the rear side of the molars 3.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer virtuellen dentalen Aufnahme aus einem 3D-Volumen (1) mit volumetrischen Bilddaten. Aus dem 3D-Volumen (1) wird zunächst ein Teilvolumen (8, 12, 15, 18) festgelegt und anschließend für dieses Teilvolumen (8, 12, 15, 18) eine virtuelle Projektionsaufnahme (30, 41) aus einer bestimmten Durchstrahlrichtung (11) durch computergestützte Verrechnung der volumetrischen Bilddaten in dieser Durchstrahlrichtung (11) erzeugt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erstellung einer Aufnahme aus einem 3D-
Volumen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Aufnahme aus einem 3D-Volumen mit volumetrischen Bilddaten von einem Kieferbogen und von Zähnen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Er- Stellung einer virtuellen dreidimensionalen Röntgenaufnahme bekannt. Bei der so genannten digitalen Volumentomographie (DVT) werden ein Strahler und ein Sensor, die durch eine Achse miteinander verbunden sind, in einer definierten Ebene um den Kopf des Patienten bewegt. Aus verschiedenen Po- sitionen in dieser Umlaufbahn werden Projektionsaufnahmen erzeugt und im nächsten Schritt aus diesen Projektionsaufnahmen anschließend ein dreidimensionales Volumen berechnet. Das 3D-Volumen kann dann in einer Benut zerSoftware auf einem Bildschirm dargestellt werden. Bei einer so genannten Computertomografie (CT) beruht die Bildgebung auf einer kontinuierlichen Aufnahme der Projektion aus unterschiedlichen Richtungen. In der Regel setzen sich die berechneten 3D-Rekonstruktionen aus Einzelschnitten nach dem Schnittbildverfahren zusammen, die quer durch das Objekt verlau- fen. Auf diese Weise kann für jedes Volumenelement des Objekts, so genannte Voxel, der Röntgenabsorptionswert ermittelt werden.
In der DE 101 08 295 AI ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Identifikation von Objekten, insbesondere von Zäh- nen, offenbart, basierend auf einer digitalisierten Röntgenaufnahme, bei unter Verwendung von Bildverarbeitungsal- gorithmen durch Segmentierung und/oder Kantendetekt ion im Objekt enthaltene Bereiche eingegrenzt und mit Parametern des Röntgengeräts sowie ggf. der Patienten zu spezifischen Parametern rechnerisch verknüpft werden. Darüber hinaus ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Bestimmung der Objekte manuell oder automatisch erfolgt, wobei in einem Schritt das Objekt ausgewählt wird, für das weitere Informationen gespeichert, abgerufen oder gelöscht werden sollen, und in einem weiteren Schritt eine Referenz in Relation zum Objekt abgelegt wird, um anhand dieser Referenz die Informationen zu bestimmen, die dargestellt werden.
Auf die Bilddaten der digitalisierten Röntgenaufnahme werden computergestützt die Verfahren der Kantenfindung und der Segmentierung angewendet und die ermittelten Kanten und Segmente mittels der so genannten Cluster-Bildung gruppiert .
Das Patent US 5,179,579 offenbart ein Verfahren zur Darstellung von intraoralen Röntgenaufnahmen. Die intraoralen Röntgenaufnahmen werden erfasst, digitalisiert und zusammen mit einem Symbol eines Teils der Anatomie, von der die
Röntgenaufnahme aufgenommen wird, angezeigt. Die Aufnahmen der anatomischen Bereiche werden mit dem jeweiligen Symbol nach ihrer normalen anatomischen Anordnung auf einem Bildschirm angezeigt. Das Symbol wird durch den Benutzer ver- wendet, um die jeweilige Röntgenaufnahme eines Bereiches der Anatomie auszuwählen. Als Symbol kann auch ein verkleinertes Bild des Gebisses, einer Zahnreihe oder der einzelnen Zähne verwendet werden.
In der US 6,190,042 Bl ist eine Vorrichtung für verbesserte intraorale Röntgenaufnahmen offenbart. Die Vorrichtung beinhaltet einen Aufbissblock, eine Führungsstange, einen Zielring und einen zusätzlichen Ring. Der Aufbissblock ent- hält einen Filmhalter, der senkrecht zu der Oberseite des Aufbissblocks angeordnet ist. Die Führungsstange ist dabei mit dem Aufbissblock verbunden. Mittels der Vorrichtung wird ein vorgegebener Abstand zwischen dem Film im Filmhal- ter und dem äußeren Ring gewährleistet.
Ein Nachteil der genannten Vorrichtungen und Verfahren aus dem Stand der Technik ist, dass zur Erstellung der intraoralen Aufnahme eine aufwändige Vorrichtung im Mund des Patienten positioniert und fixiert werden muss, wobei diese Vorrichtung zur Fixierung meist einen Aufbissblock aufweist, und als Aufnahmemittel ein Röntgenfilm oder ein digitaler Röntgensensor an dieser Vorrichtung im Mundraum des Patienten angeordnet ist. Die Positionierung dieser Vorrichtung wird dadurch erschwert, dass der Patient beim Auf- beißen die relative Position der Vorrichtung zum Oberkiefer verändert und dass der Abstand des Aufnahmeelements von den Zähnen unbekannt ist.
Bei einer Serie von mehreren intraoralen Aufnahmen kann es vorkommen, dass durch die ungenaue Positionierung Lücken zwischen den einzelnen Aufnahmen entstehen und dadurch der Mundraum des Patienten nicht vollständig aufgenommen wird.
Darüber hinaus ist das Aufnahmevolumen der intraoralen Aufnahmen bezogen auf die Zähne in der Aufnahmerichtung nicht bekannt .
In der DE 10 2008 008 733 AI ist ein Verfahren zur Erstellung einer Schichtaufnahme offenbart, wobei aus einem digitalen 3D-Volumen, das Röntgenstrahlenabsorptionswerte aufweist, insbesondere eine dentale Röntgen-
Panoramaschichtaufnähme erzeugt wird, wobei das 3D-Volumen als aufzunehmendes Objekt mit einer virtuellen Röntgenquelle virtuell durchstrahlt und das virtuelle entstehende Bild mit einem virtuellen Detektor aufgenommen wird. Die virtu- eile Röntgenquelle und der virtuelle Detektor werden unter Ausbildung einer scharfen Schicht mit einem Verwischungsanteil an dem aufzunehmenden Objekt virtuell vorbeibewegt. Die Breite des virtuellen Detektors, die Auffächerung des virtuellen Strahlenfächers und die simulierte Umlaufgeschwindigkeit der virtuellen Röntgenquelle und des virtuellen Detektors ist veränderbar, um die Dicke sowie die Position der aufgenommen scharfen Schicht zu beeinflussen. In einer Ausführungsform wird aus dem 3D-Volumen ein festge- legter Teilbereich ausgewählt, dessen Ausdehnung der scharfen Schicht entspricht, wobei bei einer virtuellen Durchstrahlung des Teilbereichs senkrecht zum Verlauf des Teilbereichs eine Panoramaaufnahme erzeugt wird.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die vir- tuell erzeugte Panoramaaufnahme im Gegensatz zu intraoralen Projektionsaufnahmen ein verzerrtes Bild des gesamten Kieferbogens darstellt und dadurch die Diagnose bestimmter Befunde erschwert wird.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht daher darin, eine zweidimensionale Projektionsaufnahme bei einem definierten Aufnahmevolumen zu erzeugen.
Darstellung der Erfindung
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erstellung einer virtuellen dentalen Aufnahme aus einem 3D-Volumen mit volumetrischen Bilddaten. Aus dem 3D-Volumen wird zunächst ein Teilvolumen festgelegt. Für dieses Teilvolumen wird eine virtuelle Projektionsaufnahme aus einer bestimmten Durchstrahlrichtung durch computergestützte Verrechnung der volumetrischen Bilddaten in dieser Durch- Strahlrichtung erzeugt. Das 3D-Volumen kann eine dreidimensionale Röntgenaufnahme sein, die mittels eines beliebigen dreidimensionalen Röntgenaufnahmeverfahrens, wie DVT oder CT, erzeugt worden ist und wobei die volumetrischen Bilddaten aus Voxeln mit Rönt- genabsorptionswerten bestehen können. Das 3D-Volumen kann auch mittels anderer bildgebender Verfahren, wie MRT, aufgenommen sein. Das 3D-Volumen kann vom gesamten Kieferbogen mit Zähnen oder von einem Teil davon vorliegen. Die volumetrischen Bilddaten des 3D-Volumens können aus Voxeln, Vektorelementen oder aus einer Kombination von Voxeln und Vektorelementen aufgebaut sein. Die volumetrischen Bilddaten können auch aus Punktwolken bestehen, die Vektorelemente enthalten. Aus diesem 3D-Volumen wird ein bestimmtes Teilvolumen mit einer beliebigen Grundfläche und einer be- stimmten Tiefe in der Durchstrahlrichtung ausgewählt. In einem weiteren Schritt wird für dieses ausgewählte Teilvolumen eine virtuelle Projektionsaufnahme durch Verrechnung der volumetrischen Bilddaten, wie Voxel oder Vektorelemente, in Durchstrahlrichtung erzeugt. Dadurch entsteht eine virtuelle Projektionsaufnahme des ausgewählten Teilvolumens, die einer intraoralen Röntgenaufnahme eines bestimmten Bereichs des Kieferbogens entspricht. Die Verrechnung der Volumetrischen Bilddaten in Durchstrahlrichtung kann beispielsweise durch Summation der einzelnen hintereinander angeordneten volumetrischen Bilddaten, wie Voxel oder Vektorelemente, in Durchstrahlrichtung erfolgen. Die Verrechnung der volumetrischen Bilddaten kann auch durch Integration nach der Anwendung einer bestimmten Funktion auf die in Durchstrahlrichtung angeordneten Voxel erfolgen.
Vor der Verrechnung der volumetrischen Bilddaten kann eine bestimmte Funktion auf die volumetrischen Bilddaten angewendet werden, um die volumetrischen Bilddaten in Durch- Strahlrichtung so zu gewichten, dass bestimmte für die Auswertung wesentliche Bereiche, wie beispielsweise mit Karies befallene Bereiche, hervorgehoben werden und andere für die Auswertung unwesentliche Bereiche, wie beispielsweise eine Füllung, weniger gewichtet werden. Eine solche Funktion kann beispielsweise auf die Grauwerte der einzelnen Elemente der volumetrischen Bilddaten angewendet werden.
Das 3D-Volumen kann aus Voxeln bestehen, die Volumenelemente des aufgenommenen Objekts repräsentieren. Als 3D-Volumen kann dabei jede beliebige dreidimensionale dentale Aufnahme verwendet werden, wie eine dreidimensionale Röntgenaufnahme, nämlich eine DVT-Aufnahme oder eine CT-Aufnahme mit Voxeln, die Röntgenabsorptionswerte in Form von Grauwerten enthalten, oder eine MRT-Aufnahme mit Voxeln, die Volumen- elemente des aufgenommenen Gewebes repräsentieren. Das SD- Volumen kann auch eine dreidimensionale Ultraschallaufnahme sein .
Bei der Erzeugung der Projektionsaufnahme können die volumetrischen Bilddaten durch Summation in der Durchstrahl- richtung erfolgen, wobei die virtuelle Durchstrahlrichtung über die gesamte Grundfläche parallel ist oder in Form eines konischen Fächers als Verlängerung von virtuellen Röntgenstrahlen einer virtuellen Röntgenquelle gebildet ist. Die Grundfläche kann dabei beliebig gestaltet sein, bei- spielsweise in Form eines Kreises, eines Rechtecks oder eines festgelegten Umrisses des aufzunehmenden Objekts.
Das Teilvolumen kann auch eine andere beliebige geometrische Grundform, wie einen Tetraeder, oder die Form eines segmentierten Teilvolumens haben.
Eine optimale Projektionsaufnahme wird mit einer Grundfläche in Form eines Rechtecks in einer parallelen Durch- Strahlrichtung erzeugt, so dass das ausgewählte Teilvolumen die Form eines Quaders hat.
Die Projektionsaufnahme sollte in ihren Abmessungen der Größe einer herkömmlichen Intraoralaufnähme mit Zahnfilmen entsprechen, nämlich mit einer Breite zwischen 15 mm und 30 mm und einer Höhe zwischen 25 mm und 40 mm.
Ein Vorteil ist, dass zur Erzeugung der Projektionsaufnahmen der Patient nicht nochmals bestrahlt werden muss. Die Projektionsaufnahmen, wie intraorale Röntgenaufnahmen be- stimmter Bereiche, können aus den bereits vorhandenen dreidimensionalen Bilddaten des 3D-Volumens erzeugt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Teilvolumen computergestützt durch den Benutzer genau festgelegt werden kann und beispielsweise intraorale Röntgenaufnahmen einzelner Zähne erzeugt werden können.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Teilvolumen so gewählt werden kann, dass ein Gebiet des 3D-Volumens von Interesse, wie eine Füllung, virtuell ausgeschnitten wird, um eine Projektionsaufnahme ohne den ausgeschnittenen Be- reich zu berechnen. Dadurch kann beispielsweise eine Sekundärkaries, die unter der Füllung liegt, diagnostiziert werden. Dieses Herausschneiden spezieller Strukturen lässt sich bei Füllungen, Dentinschichten, Zahnschmel z strukturen etc. durchführen, die nach einer entsprechenden Segmentie- rung virtuell ausgeschnitten werden können.
Vorteilhafterweise kann das 3D-Volumen mit volumetrischen Bilddaten eine dreidimensionale Röntgenaufnahme mit Rönt- genabsorptionswerten sein.
Dadurch entspricht die virtuelle Projektionsaufnahme einer zweidimensionalen Röntgenaufnahme in einer bestimmten
Durchstrahlrichtung . Vorteilhafterweise kann die Verrechnung der volumetrischen Bilddaten durch Summation der hintereinander angeordneten volumetrischen Bilddaten, wie Voxel oder Vektorelemente, entlang der Durchstrahlrichtung erfolgen.
Dadurch kann beispielsweise jedes Pixel der Projekt ionsauf- nahme durch Summation der Voxel in Durchstrahlrichtung bezüglich der Grauwerte berechnet werden.
Vorteilhafterweise kann die Verrechnung der volumetrischen Bilddaten durch Integration nach der Anwendung einer be- stimmten Funktion auf die in Durchstrahlrichtung angeordneten Elemente der volumetrischen Bilddaten erfolgen.
Dies eine weitere Alternative zur Verrechnung der volumetrischen Bilddaten und erlaubt eine unterschiedliche Gewichtung der Elemente nach einer bestimmten Funktion. Diese Funktion kann so gestaltet sein, dass bestimmte Bereiche ausgeblendet beziehungsweise abgeschwächt werden und für die Diagnose wesentlichen Bereiche stärker gewichtet werden .
Vorteilhafterweise kann die Festlegung des Teilvolumens ma- nuell oder computergestützt automatisch erfolgen.
Das Teilvolumen kann manuell durch einen Benutzer unter Verwendung von Eingabemitteln bestimmt werden. Die Festlegung des Teilvolumens kann auch computergestützt automatisch mittels eines Computers und einer Software zur Verar- beitung von Bilddaten unter Verwendung herkömmlicher Bildbearbeitungsverfahren, wie Identifizierung beziehungsweise Segmentierung bestimmter Teilobjekte, wie Zähne oder Kieferknochen, erfolgen.
Vorteilhafterweise kann das Teilvolumen automatisch anhand eines segmentierten Teilobjekts festgelegt werden, wobei die Außenkontur des Teilvolumens entsprechend einer Außenkontur des segmentierten Teilobjekts festgelegt wird.
Zur Segmentierung kann ein herkömmliches Verfahren zur Mustererkennung verwendet werden. Dadurch umfasst ein Volumen nur das Teilobjekt, das diagnostiziert werden soll, so dass das benachbarte Gewebe, wie das Zahnfleisch und der Kieferknochen, unberücksichtigt bleibt und dadurch die Diagnose erleichtert wird.
Vorteilhafterweise kann das Teilvolumen in seiner Außenkon- tur manuell so festgelegt werden, dass es der Außenkontur eines charakteristischen Teilobjekts entspricht.
Dadurch kann der Benutzer unter Verwendung von Eingabemitteln die Außenkontur des Teilvolumens manuell entsprechend der Außenform des zu diagnostizierenden Teilobjekts, wie eines Zahns oder einer Zahngruppe, festlegen.
Vorteilhafterweise können aus dem 3D-Volumen zunächst die Zähne und/oder der Kieferbogen identifiziert werden. Anschließend wird die Lage und die Orientierung der Zähne und/oder des Kieferbogens im 3D-Volumen bestimmt, um das Teilvolumen und die Durchstrahlrichtung zur Erzeugung der virtuellen Projektionsaufnahme festzulegen.
Die Identifizierung der Zähne und des Kieferbogens aus dem 3D-Volumen kann entweder automatisch computergestützt oder manuell durch einen Benutzer unter Verwendung von Eingabe- mittein, wie einer Maus und Tastatur, und unter Verwendung eines Anzeigemittels, wie eines Monitors, erfolgen. Bei der automatischen Identifizierung beziehungsweise Segmentierung werden übliche Verfahren zur Mustererkennung verwendet, bei denen Objekte segmentiert werden, und nach Zusammenhängen zwischen den Objekten gesucht wird. Die Mustererkennung kann die folgenden Schritte umfassen, nämlich die Vorverar- beitung, die Merkmalsgewinnung, die Merkmalsreduktion, und die Klassifizierung der Merkmale. Bei der Vorverarbeitung werden unerwünschte oder irrelevante Bestandteile der Bilddaten entfernt. Bei der Merkmalsgewinnung werden bestimmte Merkmale aus den Bilddaten durch Vergleich mit bekannten Mustern einer Datenbank, wie einer Datenbank von charakteristischen Zähnen, gewonnen. Der automatische Vergleich erfolgt unter Anwendung von Transformationsfunktionen und Skalierung, wobei durch Berechnung einer Varianz zwischen einem Muster aus den Bilddaten und einem erwarteten Muster aus der Datenbank ein Vergleichsfaktor berechnet wird. Bei der Merkmalsreduktion wird geprüft, welche Merkmale für die Klassentrennung relevant sind und welche weggelassen werden können. Insbesondere die gewonnenen Muster von Zähnen und des Kieferbogens sind für dieses Verfahren relevant, wobei die übrigen gewonnenen Merkmale unbeachtet bleiben können. Im letzten Schritt der Klassifizierung werden die wesentlichen erkannten Merkmale, wie Zähne und charakteristische Formgestaltungen des Kieferbogens, in zusammengehörige Klassen, wie Schneidezähne, Backenzähne, Zahnwurzeln und Kieferknochen, unterteilt.
Bei der Merkmalsgewinnung kommen bekannte Verfahren, wie die Rasteranalyse, Cluster-Analyse und Pattern-Matching zur Anwendung .
Vorteilhafterweise kann das Teilvolumen in Form eines Prismas mit einer beliebigen Grundfläche und einer bestimmten Dicke in Durchstrahlrichtung festgelegt werden.
Das Teilvolumen kann computergestützt automatisch anhand bestimmter erkannter Objekte, wie Zähne oder Zähnegruppen, festgelegt werden oder manuell durch den Benutzer eingegeben werden. Zunächst wird eine Grundfläche definiert und anschließend die Dicke in Durchstrahlrichtung bestimmt. Da- durch wird ein geometrisches Prisma gebildet, wobei die Durchstrahlrichtung senkrecht auf der Grundfläche angeordnet sein kann.
Dadurch kann das Teilvolumen so festgelegt werden, dass be- stimmte Objekte, wie Zähne oder Zähnegruppen bzw. bestimmte Teile des Kieferknochens, im Teilvolumen angeordnet sind. Durch das Festlegen der Dicke kann das Teilvolumen nur auf das aufzunehmende Objekt begrenzt werden, so dass andere Objekte, wie eine Wange eines Patienten, die vor oder hin- ter dem aufzunehmenden Objekt in Durchstrahlrichtung angeordnet sind, nicht im Teilvolumen enthalten sind und damit nicht als störende Artefakte in der berechneten Projektionsaufnahme auftauchen.
Vorteilhafterweise kann die virtuelle Projektionsaufnahme in einer Benutzersoftware für die Verwaltung von dentalen Röntgenbildern als eine Intraoralaufnähme abgelegt werden.
Eine virtuelle Projektionsaufnahme in einer Durchstrahlrichtung, die senkrecht zum Verlauf des Kieferbogens lingual bzw. palatinal ausgerichtet ist und dessen Teilvolumen bestimmte Zähne umfasst, entspricht einer Intraoralaufnähme und kann als solche in einer vorhandenen Benutzersoftware abgelegt werden.
Dadurch kann die berechnete Projektionsaufnahme, wie eine herkömmliche Intraoralaufnähme , zur Diagnose verwendet wer- den.
Vorteilhafterweise kann die virtuelle Projektionsaufnahme mittels einer Anzeigevorrichtung als eine virtuelle Intraoralaufnähme dargestellt werden.
Dadurch kann die virtuelle Projektionsaufnahme mittels ei- ner Anzeigevorrichtung, wie eines Computerbildschirms, in einer vorhandenen Benutzersoftware, wie eine herkömmliche Intraoralaufnähme , dargestellt werden.
Vorteilhafterweise können mehrere Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Teilvolumina mit unterschiedlichen Durch- Strahlrichtungen nach einem vorgegebenen Schema erzeugt werden .
Diese Teilvolumina können beliebig gestaltet sein. Sie können unterschiedliche Dicken mit einer ausgewählten Grundfläche aufweisen oder in ihrer Außenkontur entsprechend ei- nem segmentierten Teilobjekt, wie einem Zahn oder einer
Zahngruppe, festgelegt sein. Die erzeugten Projektionsaufnahmen können auch in einer bestimmten Anordnung zueinander mittels der Anzeigevorrichtung dargestellt werden.
Dadurch kann eine Serie von mehreren virtuellen Intraora- laufnahmen vom ganzen Mundraum des Patienten erzeugt werden .
Die Serie der virtuellen Intraoralaufnahmen kann nach einem herkömmlichen Schema erzeugt werden, wie sie im Patent US 5,179,579 in Fig. 5A bis 5S gezeigt ist und in den dazuge- hörigen Teilen der Beschreibung offenbart ist.
Die einzelnen virtuellen Intraoralaufnahmen der Serie können einzelne oder mehrere Zähne umfassen. Eine virtuelle Intraoralaufnähme von mehreren Zähnen ermöglicht die Diagnose auch von Bereichen zwischen den Zähnen.
Dadurch können Intraoralaufnahmen der einzelnen Zähne oder von Zahngruppen erzeugt werden, um eine verbesserte Diagnose zu ermöglichen. Dadurch wird eine Serie von Intraora- laufnahmen des ganzen Mundraums des Patienten (vollständiger Zahnstatus) erzeugt. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Intraoralaufnahmen, die mittels eines Films oder eines
Intraoralsensors durchgeführt werden, ist eine exakte An- Ordnung der virtuellen Teilvolumina möglich, so dass bei einer Serie von Aufnahmen die Teilvolumina lückenlos zueinander angeordnet werden können und damit die Diagnosemöglichkeiten verbessert werden.
Vorteilhafterweise kann jedes Teilvolumen Bilddaten mit vo- lumetrischen Bilddaten eines einzelnen Zahns oder einer Zahngruppe des Kieferbogens umfassen, um separate Projektionsaufnahmen der einzelnen Zähne oder von einzelnen Zahngruppen zu erzeugen.
Dadurch kann eine Serie von Projektionsaufnahmen der einzelnen Zähne beider Kieferbögen erzeugt werden.
Das Teilvolumen kann auch nur Teilbereiche von Zähnen, wie einem halben Zahn umfassen. Das Teilvolumen kann auch einen Zahn und zwei Zahnlücken umfassen.
Vorteilhafterweise kann für jedes Teilvolumen eine Durchstrahlrichtung in palatinaler Richtung zum Gaumen hin beziehungsweise in lingualer Richtung zur Zunge hin festgelegt werden, wobei die einzelnen Teilvolumina aneinander lückenlos anschließen oder sich teilweise überlappen, so dass eine Serie von Projektionsaufnahmen des gesamten Kieferbogens erzeugt wird.
Dadurch entspricht die Durchstrahlrichtung der erzeugten Projektionsaufnahmen der üblichen Orientierung von intraoralen Aufnahmen, so dass die erzeugte Serie, wie eine Serie von herkömmlichen intraoralen Aufnahmen, zur Diagnose verwendet werden kann.
Vorteilhafterweise kann für jedes Teilvolumen eine Durchstrahlrichtung in okklusaler Richtung entlang einer Zahnachse festgelegt werden, wobei die einzelnen Teilvolumina aneinander lückenlos anschließen oder sich teilweise über- läppen, so dass eine Serie von okklusalen Projektionsaufnahmen des gesamten Kieferbogens erzeugt wird.
Dadurch wird die Diagnose aus okklusaler Richtung der Zähne des gesamten Kieferbogens ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann eine automatische Anordnung der aus dem 3D-Volumen erzeugten virtuellen Projektionsaufnahmen als eine vollständige Erfassung der in der Mundhöhle angeordneten Zähne erfolgen.
Dadurch kann eine Serie von Intraoralaufnahmen (vollständi- ger Zahnstatus; füll mouth series) zur vollständigen Erfassung der Mundhöhle des Patienten erzeugt werden.
Vorteilhafterweise kann die virtuelle Projektionsaufnahme einer mit einer intraoralen Aufnahmevorrichtung bestehend aus einem Röntgenstrahler und einem Bildempfänger, wie ei- nem Intraoralsensor , erzeugten Intraoralaufnähme entsprechen .
Bei einer Durchstrahlrichtung senkrecht zur Ausrichtung des Kieferbogens entspricht die Projektionsaufnahme einer herkömmlichen Intraoralaufnähme eines Abschnitts des Kieferbo- gens . Die virtuelle Projektionsaufnahme kann auch mit der Durchstrahlrichtung entlang des Kieferbogens für einzelne Zähne erzeugt werden. Solche Projektionsaufnahmen können für die Diagnose bestimmter Befunde im Zwischenraum der Zähne an den approximalen Flächen vorteilhaft sein.
Vorteilhafterweise kann das 3D-Volumen mittels der digitalen Volumentomographie (DVT), mittels der Computertomographie (CT), mittels eines dreidimensionalen Ultraschallverfahrens oder mittels Magnetresonanztomographie (MRT) aufgenommen sein.
Dadurch wird ein 3D-Volumen mit einer hohen Auflösung bei hoher Aufnahmequalität erzeugt. Vorteilhafterweise können in die Erzeugung der virtuellen Projektionsaufnahme für das festgelegte Teilvolumen bestimmte physikalische Bedingungen einer herkömmlichen
Intraoralaufnähme , wie Streuung, Strahlereigenschaften, Röntgenspektrum oder die relative Anordnung des Detektors zum Strahler, einfließen.
Diese Faktoren können beispielsweise, computergestützt simuliert werden oder aus einer Datenbank mit Faktoren für unterschiedliche Anordnungen unter Berücksichtigung unter- schiedlicher physikalischer Bedingungen abgerufen werden.
Dadurch wird eine herkömmliche Intraoralaufnähme bezüglich der physikalischen Bedingungen nachgebildet, um eine Diagnose auf herkömmliche Art und Weise zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise können bei der Festlegung des Teilvolu- mens bestimmte störende Teilobjekte, wie beispielsweise
Füllungen oder Kieferknochen, aus dem Teilvolumen herausgeschnitten werden oder mit einer geringeren Gewichtung bei der Verrechnung der volumetrischen Bilddaten berücksichtigt werden, um die Untersuchung der vom Teilvolumen umfassten Teilobjekte, wie Zähnen, beispielsweise auf Sekundärkaries hin zu verbessern.
Dadurch kann insbesondere Sekundärkaries, der meist zwischen der Füllung und der Zahnsubstanz angeordnet ist, besser diagnostiziert werden.
Vorteilhafterweise können bei der Erzeugung der virtuellen Projektionsaufnahme für das festgelegte Teilvolumen bestimmte Systemcharakteristika einer herkömmlichen Intraora- laufnahme, wie eine Detektoreffizienz, eine Detektorkennlinie beziehungsweise mehrere Detektorkennlinien und/oder ei- ne Detektorempfindlichkeit bei unterschiedlichen Detektoren, simuliert werden, wobei die Art des Detektors, wie ein Speicherfoliensystem, Zahnfilme unterschiedlicher Empfindlichkeit oder ein digitaler Intraoralsensor , virtuell ausgewählt werden können.
Diese Systemcharakteristika können auch aus einer Datenbank für unterschiedliche Bilddaten abgerufen werden.
Dadurch können Systemcharakteristika bestimmter Detektorarten simuliert werden, um eine herkömmliche Intraoralaufnähme mit dieser Detektorart möglichst genau nachzuahmen. Die Auswahl der Detektorart kann virtuell durch den Benutzer unter Verwendung von Eingabemitteln erfolgen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
Fig. 1 eine Skizze eines 3D-Volumens mit ausgewählten
Teilvolumina;;
Fig. 2 eine Skizze einer erzeugten Projektionsaufnahme aus einem Teilvolumen;
Fig. 3 eine Skizze einer Anordnung von mehreren Projekti onsaufnahmen des gesamten Mundraums eines Patienten;
Fig. 4A eine Skizze eines Teilvolumens mit parallelen
Strahlen ;
Fig. 4B eine Skizze eines alternativen Teilvolumens in
Form eines kegelförmigen Fächers;
Fig. 4C eine Skizze eines alternativen Teilvolumens mit einer trapezförmigen Grundfläche;
Fig. 5 eine Skizze eines Schemas mit mehreren ausgewählten Teilvolumina; Fig. 6 eine Skizze eines Ausschnitts des 3D-Volumens, das einen einzelnen Backenzahn umfasst;
Fig. 7 eine Skizze eines alternativen Ausschnitts, das eine Füllung zwischen zwei Backenzähnen umfasst.
Ausführungsbeispiele
Die Fig. 1 zeigt eine Skizze eines 3D-Volumens 1, das mittels der digitalen Volumentomografie, abgekürzt DVT, oder mittels der Computertomografie, abgekürzt CT, aufgenommen wurde. Das 3D-Volumen 1 besteht aus Voxeln mit bestimmten Röntgenabsorptionswerten . Das 3D-Volumen umfasst mehrere Strukturen, wie die vorderen Schneidezähne 2, die seitlichen Backenzähne 3 und den oberen Kieferbogen 4, den unteren Kieferbogen 5, den oberen Kieferknochen 6 sowie den un- teren Kieferknochen 7. Das 3D-Volumen 1 ist in einer Benutzersoftware auf einem nicht gezeigten Computerbildschirm dargestellt. Das 3D-Volumen lässt sich beliebig verschieben und drehen, um die Blickrichtung der Anzeige zu verändern. Im ersten Schritt des Verfahrens wird ein virtuelles Teil- volumen 8 mit einer bestimmten Grundfläche 9 und einer bestimmten Dicke 10 in einer Durchstrahlrichtung 11 festgelegt. Die Festlegung des Teilvolumens kann automatisch computergestützt oder manuell durch einen Benutzer festgelegt werden. Bei der automatischen Festlegung werden mittels ei- nes herkömmlichen Verfahrens zur Mustererkennung die einzelnen Zähne erkannt und klassifiziert, wobei das Teilvolumen so festgelegt wird, dass bestimmte Bereiche des Kieferbogens von diesem Teilvolumen umfasst sind. Bei der manuellen Festlegung kann der Benutzer zunächst mittels Eingabe- mittein die Grundfläche 9 definieren und anschließend die
Dicke des Teilvolumens bestimmen. Das festgelegte Teilvolumen 8 wird in der Benutzersoftware besonders markiert in Relation zum 3D-Volumen 1 dargestellt. Das zweite Teilvolumen 12 mit der Grundfläche 13 und der Dicke 14, das dritte Teilvolumen 15 mit der Grundfläche 16 und der Dicke 17 sowie das vierte Teilvolumen 18 mit der Grundfläche 19 und der Dicke 20 werden entsprechend festgelegt. Bei der Festlegung der Teilvolumina 8, 12, 15 und 18 ist die Dicke 10, 14, 17, 20 in eine Durchstrahlrichtung ausgerichtet, die senkrecht zum Verlauf 21 der unteren Zahnreihe in palatina- ler Richtung zum Gaumen hin bzw. in lingualer Richtung zur Zunge hin angeordnet ist. Die einzelnen Teilvolumina 8, 12, 15 und 18 schließen sich lückenlos aneinander an. Im zweiten Schritt des erfinderischen Verfahrens wird computergestützt unter Verwendung eines Algorithmus aus dem ausgewählten Teilvolumen durch Summation der Röntgenabsorptions- werte in der Durchstrahlrichtung eine zweidimensionale virtuelle Projektionsaufnahme erzeugt, die einer herkömmlichen Intraoralaufnähme des jeweiligen Bereichs des Kieferbogens innerhalb des Teilvolumens entspricht. Die Form der Teilvolumina 8, 12, 15 und 18 entspricht einem Prisma mit einer Grundfläche 9, 13, 16, 19 und der Dicke 10, 14, 17 und 20. Die erzeugte Projektionsaufnahme wird als eine virtuelle Intraoralaufnähme in einer Datenbank einer herkömmlichen Benut zerSoftware abgelegt.
Die Fig. 2 zeigt eine Skizze einer erzeugten Projektions- aufnähme 30 aus dem vierten Teilvolumen 18 der hinteren Backenzähne des unteren Kieferbogens 5. Die virtuelle Projektionsaufnahme 30 entspricht einer herkömmlichen Intraora- laufnahme und wird in der Benutzersoftware mittels eines Computerbildschirms angezeigt und entsprechend in einer da- für vorgesehenen Datenbank abgelegt.
Die Fig. 3 zeigt eine Skizze einer Anordnung 40 von mehreren Projektionsaufnahmen des gesamten Mundraums des Patien- ten vom unteren Kieferbogen 5 und vom oberen Kieferbogen 6 aus Fig. 1. Unten links ist die erzeugte Projektionsaufnahme 30 aus Fig. 2 zu sehen. Die übrigen Projektionsaufnahmen 41 wurden entsprechend aus den weiteren Teilvolumina 8, 12, 15, die in Fig. 1 dargestellt sind, sowie aus weiteren
Teilvolumina des oberen Kieferbogens 6 erzeugt, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Die Teilvolumina zur Erzeugung der Projektionsaufnahmen 30, 41 aus Fig. 3 sind teilweise überlappend. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung 40 von er- zeugten Intraoralaufnahmen 30, 41 wurden nach einem vorgegebenen Schema erzeugt, nämlich nach dem so genannten „füll mouth series", auf Deutsch „vollständiger Zahnstatus". Die Projektionsaufnahmen 30, 41 können auch nach einem anderen beliebigen Schema erzeugt werden. Die Erzeugung von Projek- tionsaufnahmen in Richtung des Verlaufs 21 des unteren Kieferbogens bzw. des oberen Kieferbogens 6 ist ebenfalls möglich, so dass die Bereiche zwischen den Zähnen auf einer solchen Projektionsaufnahme abgebildet werden.
Die Fig. 4A zeigt ein Teilvolumen 18, das einen Backenzahn 3 vollständig und zwei Nachbarzähne zum Teil umfasst, wobei die Grundfläche 19 in Form eines Kreises ausgebildet ist und die Dicke 20 so festgelegt ist, dass die Backenzähne 3 vollständig vom Teilvolumen 18 erfasst sind. Bei der Erzeugung der Projektionsaufnahme aus dem Teilvolumen 18 er- folgt eine Summation entlang der virtuellen Durchstrahlrichtung, die durch virtuelle parallele Strahlen 50 dargestellt ist.
Die Fig. 4B zeigt das Teilvolumen 18, wie in Fig. 4A, mit dem Unterschied, dass die Strahlen 50 in Form eines kegel- förmigen Fächers ausgehend von einer virtuellen Röntgenquelle 51 angeordnet sind, wobei die festgelegte Grundfläche 19 ein Rechteck ist. Die Fig. 4C zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des Teilvolumens 18 mit einer trapezförmigen Grundfläche 19, wobei die Durchstrahlrichtung durch parallele Strahlen 50 dargestellt ist.
Die Fig. 5 zeigt ein Schema eines unteren Kieferbogens 5 aus der Sicht von oben mit den ausgewählten Teilvolumina 18, 15, 12, 8 aus Fig. 1 und weiterer Teilvolumina 60, die in die Durchstrahlrichtung 11 angeordnet sind, die senkrecht zum Verlauf 21 des Unterkieferbogens 5 ausgerichtet ist. Bei der Erzeugung der einzelnen Projektionsaufnahmen erfolgt die Summation wie in Fig. 4A oder Fig. 4C dargestellt entlang der parallelen virtuellen Strahlen. Im Unterschied zu Fig. 1 sind die einzelnen Teilvolumina 18, 15, 12, 8 überlappend ausgewählt, so dass Teile des Kieferbo- gens 5 sowohl von einem Teilvolumen als auch von seinem benachbarten Teilvolumen umfasst sind und damit in den aus diesen benachbarten Teilvolumina erzeugten Projektionsaufnahmen derselbe Teil des Kieferbogens 5 zu sehen ist.
Die Fig. 6 zeigt ein Schema eines Ausschnitts des 3D- Volumens 1, das einen einzelnen Backenzahn 3 des unteren
Kieferbogens 5 umfasst. Der Backenzahn 3 besteht aus einer Zahnwurzel 70 und eine Zahnkrone 71, die mit einer Füllung 72 versehen ist. Die Zahnwurzel 70 ist im Kieferknochen 73 angeordnet. Auf dem Kieferknochen 73 liegt die Gingiva 74 auf. Auf der Rückseite 75 der Füllung 72 ist eine Sekundärkaries 76 entstanden, die zu diagnostizieren ist. Ein Teilvolumen 77 ist durch den Benutzer oder computergestützt automatisch festgelegt, wobei das Teilvolumen 77 die Zahnkrone 71 umfasst und das störende Teilobjekt, nämlich die Fül- lung 72, virtuell herausgeschnitten ist. Die übrigen für die Diagnose unwichtigen Teilobjekte, wie die Zahnwurzel 70, die Gingiva 74, der Kieferknochen 73, wurden ebenfalls bei der Festlegung des Teilvolumens 77 weggelassen. Die virtuelle Durchstrahlrichtung 11 des Volumens 77 verläuft entlang einer Zahnachse 78 in okklusaler Richtung senkrecht zur Okklusalfläche 79. Dadurch dass die Füllung 72 virtuell herausgeschnitten wurde lässt sich anhand der Projektionsaufnahme, die aus dem Teilvolumen 77 in Durchstrahlrichtung 11 erzeugt wird, die Sekundärkaries 76 besser diagnostizieren. Das Ausscheiden der Füllung kann auch mittels einer bestimmten Funktion erfolgen. Eine solche Funktion so ges- taltet, dass die für eine Auswertung unwesentliche Bereiche, wie eine Füllung, ausblendet beziehungsweise abschwächt und für eine Auswertung wesentliche Bereiche, wie mit Karies befallen Bereiche, verstärkt dargestellt werden.
Die Fig. 7 zeigt ein Schema eines Ausschnitts des 3D- Volumens 1 wie in Fig. 6 mit dem Unterschied, dass die Füllung 72 zwischen zwei Backenzähnen 3 angeordnet ist und dass die Durchstrahlrichtung 11 in lingualer Richtung senkrecht zum Verlauf 21 des Kieferbogens 5 ausgerichtet ist. In Fig. 7 ist eine Schnittebene 80 dargestellt, die mittig die beiden Backenzähne 3 teilt. Das Teilvolumen 81 ist durch Schnittebene 80 und die Außenkontur 82 der hinteren Seite der Backenzähne 3 gebildet. Dadurch wird die Diagnose von Sekundärkaries 78 auf der Rückseite der Füllung 72 anhand der aus dem Teilvolumen 81 in Durchstahlrichtung 11 erzeugten Projektionsaufnahme verbessert. Bezugs zeichenliste
1 3D-Volumen
2 vordere Schneidezähne
3 seitliche Backenzähne
4 oberer Kieferbogen
5 unterer Kieferbogen
6 oberer Kieferknochen
7 unterer Kieferknochen
8 virtuelles Teilvolumen
9 Grundfläche
10 Dicke
11 Durchstrahlrichtung
12 zweites Teilvolumen
13 Grundfläche
14 Dicke
15 drittes Teilvolumen
16 Grundfläche
17 Dicke
18 viertes Teilvolumen
19 Grundfläche
20 Dicke
21 Verlauf
30 Projektionsaufnahme
40 Anordnung
41 Projektionsaufnahme 50 Strahlen
60 weitere Teilvolumina

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Erstellung einer virtuellen dentalen Aufnahme (30, 41) aus einem 3D-Volumen (1) mit volumetrischen Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem
3D-Volumen (1) ein Teilvolumen (8, 12, 15, 18) festgelegt wird und dass für dieses Teilvolumen (8, 12, 15, 18) eine virtuelle Projektionsaufnahme (30, 41) aus einer bestimmten Durchstrahlrichtung (11) durch computergestützte Verrechnung der volumetrischen Bilddaten in dieser Durchstrahlrichtung (11) erzeugt wird, wobei bei der Festlegung des Teilvolumens (77) bestimmte störende Teilobjekte aus dem Teilvolumen (77) unter Anwendung eines Segmentierungsverfahrens herausgeschnitten werden oder mit einer geringeren Gewichtung bei der Verrechnung der volumetrischen Bilddaten berücksichtigt werden, um die Untersuchung der vom Teilvolumen (77) um- fassten Teilobjekte zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Volumen (1) mit volumetrischen Bilddaten eine dreidimensionale Röntgenaufnahme (1) mit Röntgenabsorp- tionswerten ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrechnung der volumetrischen Bilddaten durch Summation der hintereinander angeordneten Elemente der volumetrischen Bilddaten entlang der Durchstrahlrichtung (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verrechnung der volumetrischen Bilddaten eine bestimmte Funktion auf die volumetrischen Bilddaten in Durchstrahlrichtung angewendet wird, wobei diese Funktion so gestaltet ist, dass bestimmte für die Auswertung wesentlichen Bereiche her- vorgehoben werden und andere für die Auswertung unwesentlichen Bereiche weniger gewichtet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung des Teilvolumens (8, 12, 15, 18) computergestützt automatisch erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen automatisch anhand eines segmentierten Teilobjekts (2, 3) festgelegt wird, wobei die Außenkontur des Teilvolumens entsprechend einer Außenkontur des segmentierten Teilobjekts festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen manuell in seiner Außenkontur so festgelegt wird, dass es der Außenkontur eines charakteristischen Teilobjekts entspricht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem 3D-Volumen (1) zunächst die Zähne (2, 3) und/oder der Kieferbogen (6, 7) identifiziert werden, wobei die Lage und die Orientierung der Zähne (2, 3) und/oder des Kieferbogens (6, 7) im 3D- Volumen (1) bestimmt wird, um das Teilvolumen (8, 12, 15, 18) und die Durchstrahlrichtung (11) zur Erzeugung der virtuellen Projektionsaufnahme (30, 41) festzulegen .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen (8, 12, 15, 18) mit einer beliebig festgelegten Grundfläche (9, 13, 16, 19) und einer bestimmten Dicke (10, 13, 17, 19) in Durchstrahlrichtung (11) festgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Projektionsaufnahme (30, 41) in einer Benutzersoftware für die Verwaltung von dentalen Röntgenbildern als eine Intraoralaufnähme abgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Projektionsaufnahme
(30, 41) mittels einer Anzeigevorrichtung als eine Intraoralaufnähme dargestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Projektionsaufnahmen (30, 41) aus unterschiedlichen Teilvolumina (8, 12, 15, 18) mit unterschiedlichen Durchstrahlrichtungen (11) nach einem vorgegebenen Schema erzeugt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilvolumen (8, 12, 15, 18) Bilddaten mit volumetrischen Bilddaten eines einzelnen Zahns oder einer Zahngruppe des Kieferbogens (6, 7) umfasst, um separate Projektionsaufnahmen (30, 41) der einzelnen Zähne (2, 3) oder von einzelnen Zahngruppen zu erzeugen.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Teilvolumen (8, 12, 15, 18) eine Durchstrahlrichtung (11) in palatinaler Richtung zum Gaumen hin beziehungsweise in lingualer Richtung zur Zunge hin festgelegt wird, wobei die einzelnen Teilvolumina (8, 12, 15, 18) aneinander lückenlos anschließen oder sich teilweise überlappen, so dass eine Serie von Projektionsaufnahmen (30, 41) des gesamten Kieferbogens (6, 7) erzeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Teilvolumen eine Durchstrahlrichtung (11) in okklusaler Richtung entlang einer Zahnachse
(78) festgelegt wird, wobei die einzelnen Teilvolumina (8, 12, 15, 18) aneinander lückenlos anschließen oder sich teilweise überlappen, so dass eine Serie von okklusalen Projektionsaufnahmen des gesamten Kieferbogens (6, 7) erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Anordnung der aus dem 3D-Volumen (1) erzeugten virtuellen Projektionsaufnahmen (30, 41) als eine vollständige Erfassung der in der Mundhöhle angeordneten Zähne (2, 3) erfolgt, 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Projektionsaufnahme (30, 41) einer herkömmlichen mit einer intraoralen Aufnahmevorrichtung bestehend aus einem Röntgenstrahler und einem Bildempfänger, wie einem Intraoralsensor , er- zeugten Intraoralaufnähme entspricht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Volumen (1) mittels der digitalen Volumentomographie (DVT), mittels der Computertomographie (CT), mittels eines dreidimensionalen Ult- raschallverfahrens oder mittels Magnetresonanztomographie (MRT) aufgenommen ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Erzeugung der virtuellen Projektionsaufnahme (30, 41) für das festgelegte Teil- volumen bestimmte physikalische Bedingungen einer herkömmlichen Intraoralaufnähme , nämlich Streuung, Strahlereigenschaften, oder eine relative Anordnung des Detektors zum Strahler, einfließen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der virtuellen
Projektionsaufnahme (30, 41) für das festgelegte Teil- volumen (8, 12, 15, 18) bestimmte Systemcharakteristika einer herkömmlichen Intraoralaufnähme , wie eine Detektoreffizienz, eine Detektorkennlinie und/oder eine Detektorempfindlichkeit bei unterschiedlichen Detektoren, simuliert werden, wobei die Art des Detektors, wie ein
Speicherfoliensystem, Zahnfilme unterschiedlicher Empfindlichkeit oder ein digitaler Intraoralsensor , virtuell ausgewählt werden kann.
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