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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auswertungsverfahren für eine Anzahl von zweidimensional ortsaufgelösten Projektionsbildern eines örtlich dreidimensionalen Objekts.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einem Rechner unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch den Rechner bewirkt, dass der Rechner ein derartiges Auswertungsverfahren ausführt.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Rechner, der mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass er im Betrieb ein derartiges Programmierverfahren ausführt.
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Die oben genannten Gegenstände sind allgemein bekannt.
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Beispielsweise ist es bekannt, anhand einer Vielzahl von zweidimensionalen Projektionsbildern, die unter verschiedenen Angulationen erfasst werden, einen dreidimensionalen Volumendatensatz des Objekts zu ermitteln. Diese Vorgehensweise ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht von Bedeutung.
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Ein weiteres Beispiel besteht in der Rückabbildung der Projektionsbilder in einen gegebenen Volumendatensatz unter Auflösung der sich ergebenden Zweideutigkeiten. Diese Vorgehensweise wird insbesondere in Verbindung mit der Zuordnung des Blutflusses ergriffen. Rein beispielhaft wird auf die
US 6,823,204 B2 und die
US 6,442,235 B2 verwiesen.
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In Verbindung mit der Zuordnung des Blutflusses sind auch wahrscheinlichkeitsbasierte Ansätze bekannt. Rein beispielhaft wird auf die
US 2008/243435 A1 verwiesen.
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Die Medizin ist immer mehr bemüht, operative Eingriffe minimal invasiv durchzuführen. Typische Anwendungsgebiete minimal invasiver operativer Eingriffe sind Gefäßerkrankungen wie beispielsweise Aneurysmen (Gefäßausbeulungen), Stenosen (Gefäßverengungen) oder aterio-venöse Kurzschlüsse (AVM). Im Rahmen der Diagnose solcher Erkrankungen und teilweise auch im Rahmen von deren Therapie werden dreidimensional bildgebende Verfahren eingesetzt, beispielsweise CT und Magnetresonanztomographie.
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Die minimal invasiven Eingriffe erfolgen oftmals unter Verwendung eines Katheters oder eines Führungsdrahtes (nachfolgend allgemein als langgestreckte Struktur bezeichnet). Die langgestreckte Struktur wird in der Leistengegend eingeführt und von dort aus zu ihrem Einsatzort navigiert. Das Navigieren erfolgt im Stand der Technik unter Zuhilfenahme von zweidimensional ortsaufgelösten Röntgenaufnahmen (= Projektionsbilder im Sinne der vorliegenden Erfindung). Die Röntgenaufnahmen werden mittels einer C-Bogen-Röntgenanlage aufgenommen. Da ein derartiger Eingriff oftmals erhebliche Zeit benötigt (teilweise über eine Stunde), ist es von Bedeutung, die Strahlenbelastung für den Patienten und für das medizinische Personal so gering wie möglich zu halten. Es ist daher unzumutbar, immer und immer wieder einen 3D-Scan durchzuführen und das Objekt einschließlich der langgestreckten Struktur jeweils neu zu rekonstruieren.
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Auf Grund der nur zweidimensional gegebenen Information wird weiterhin die Navigation der langgestreckten Struktur durch Überdeckungen und Mehrdeutigkeiten erschwert. Die intellektuelle Auflösung der Überdeckungen und Mehrdeutigkeiten erfordert von dem behandelnden Arzt viel Erfahrung und gute anatomische Kenntnisse. Trotz aller Kenntnisse kann es jedoch geschehen, dass ein Projektionsbild intellektuell nicht mehr aufgelöst werden kann. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, die Röntgenanordnung an einer anderen Angulation zu positionieren und die Mehrdeutigkeiten durch eine weitere Aufnahme aus dem neuen Blickwinkel aufzulösen. Insbesondere bei stark verzweigten Gefäßsystemen mit vielen Überdeckungen, wie sie beispielsweise im Gehirnbereich auftreten, verlängern solche Neuausrichtungen die Operationszeit erheblich. Weiterhin führen sie zu einer vergrößerten Strahlenbelastung des Patienten und des an dem Eingriff beteiligten medizinischen Personals.
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In immer mehr Krankenhäusern werden sogenannte Biplan-C-Bogen-Anlagen verwendet. Mittels derartiger Anlagen ist es möglich, simultan Röntgenaufnahmen aus zwei verschiedenen Angulationen zu erstellen. Dadurch wird die Anzahl der Neuausrichtungen bei Mehrdeutigkeiten deutlich reduziert. Trotzdem liefert auch eine Biplan-Anlage nur zweidimensionale Bilder, welche für eine dreidimensionale Navigation verwendet werden. Die Orientierungsprobleme bleiben also weiterhin bestehen.
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Wesentlich angenehmer und intuitiver wäre eine Darstellung der langgestreckten Struktur im Dreidimensionalen, beispielsweise in einem bereits vorhandenen dreidimensionalen Volumendatensatz des Objekts. Der Arzt könnte in diesem Fall Mehrdeutigkeiten und Überdeckungen sehr schnell und effizient durch Rotation der 3D-Darstellung auflösen. Hierzu ist jedoch essentiell, dass die Darstellung der langgestreckten Struktur im Dreidimensionalen korrekt und aktuell ist. Die Ermittlung der Lage der langgestreckten Struktur muss also zuverlässig und schnell sein.
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Aus der
US 2007/189457 A1 ist bekannt, mit Hilfe von zweidimensionalen Röntgenaufnahmen die dreidimensionale Position der Spitze eines Katheters zu schätzen und im dreidimensionalen Datensatz des Patienten darzustellen. Zur Ermittlung der Spitze des Katheters wird ein Partikelfilter verwendet. Für das Verfahren der
US 2007/189457 A1 ist es notwendig, dass in den zweidimensionalen Röntgenaufnahmen die Katheterspitze segmentiert wird. Dies erfolgt bei der
US 2007/189457 A1 manuell. Dadurch ist ein Echtzeiteinsatz ausgeschlossen. Außerdem ist die erforderliche Rechenzeit des Verfahrens der
US 2007/189457 A1 zu hoch, um einen Echtzeiteinsatz während eines operativen Eingriffs zu ermöglichen.
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Ein im Wesentlichen gleich gelagerter Offenbarungsgehalt ist der Studienarbeit „3-D-Verfolgung eines Katheters im Gefäßsystem eines Patienten aus 2-D-Röntgenbildern” von D. Gohlke, Friedrich-Schiller-Universität Jena und Siemens Medical Solutions (Forchheim), aus dem Jahr 2006 zu entnehmen.
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Aus dem Fachaufsatz „Three-Dimensional Motion Tracking of Coronary Arteries in Biplane Cineangiograms” von G. Shechter et al., veröffentlicht in IEEE Transactions an Medical Imaging, Vol. 22, Nr. 4, April 2003, Seiten 493 bis 503 ist bekannt, anhand von mittels einer Biplan-Röntgenanlage erfassten Angiographieszenen ein dreidimensionales Modell der Koronararterien zu verzerren, so dass sich zu jedem Zeitpunkt eine möglichst gute Übereinstimmung des verzerrten Modells zu den zum jeweiligen Zeitpunkt erfassten Röntgenbildern ergibt. Bei der Ermittlung der jeweiligen Verzerrung werden zusätzlich Beschränkungen bezüglich Längenänderungen der Koronararterien und der räumlichen Regelmäßigkeit der Bewegung der Koronararterien berücksichtigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer eine langgestreckte Struktur wie beispielsweise ein Katheter in einem örtlich dreidimensionalen Objekt schnell und zuverlässig mittels jeweils eines korrespondierenden, örtlich nur zweidimensionalen Projektionsbildes lokalisiert werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Auswertungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Auswertungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm gelöst, das Maschinencode aufweist, der von einem Rechner unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch den Rechner bewirkt, dass der Rechner ein erfindungsgemäßes Auswertungsverfahren ausführt. Das Computerprogramm kann auf einem Datenträger in maschinenlesbarer Form gespeichert sein.
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Schließlich wird die Aufgabe durch einen Rechner gelöst, der mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass er im Betrieb ein derartiges Auswertungsverfahren ausführt.
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Erfindungsgemäß ist im Rahmen des Auswertungsverfahrens vorgesehen,
- – dass ein Rechner für jedes Projektionsbild anhand einer für das jeweilige Projektionsbild gegebenen jeweiligen anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung einer langgestreckten Struktur in dem örtlich dreidimensionalen Objekt und des jeweiligen Projektionsbildes eine jeweilige resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung der langgestreckten Struktur in dem örtlich dreidimensionalen Objekt ermittelt,
- – dass sowohl die jeweiligen anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen als auch die jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen dreidimensional ortsaufgelöst sind,
- – dass der Rechner für die Projektionsbilder anhand der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung dreidimensional ortsaufgelöst einen jeweiligen Anwesenheitsverlauf der langgestreckten Struktur in dem örtlich dreidimensionalen Objekt ermittelt und den jeweiligen ermittelten Anwesenheitsverlauf in einer Darstellung des örtlich dreidimensionalen Objekts anzeigt,
- – dass der Rechner zum Ermitteln des jeweiligen Anwesenheitsverlaufs
– einen Anwesenheitsverlauf ansetzt,
– für den angesetzten Anwesenheitsverlauf den Wert einer Kostenfunktion ermittelt, in welche die Länge des angesetzten Anwesenheitsverlaufs, die Wahrscheinlichkeiten gemäß der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung über den angesetzten Anwesenheitsverlauf und die Krümmungen des angesetzten Anwesenheitsverlaufs eingehen,
– den angesetzten Anwesenheitsverlauf variiert, so dass der Wert der Kostenfunktion maximal wird, und
– den angesetzten Anwesenheitsverlauf mit dem maximalen Wert der Kostenfunktion als jeweiligen Anwesenheitsverlauf übernimmt.
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Die Projektionsbilder sind in der Regel Röntgenbilder. Ausnahmsweise können es auch andere Durchleuchtungsbilder sein. In der Regel sind weiterhin die Röntgenbilder DSA-Bilder (DSA = digitale Subtraktionsangiographie).
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Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen definieren für jeden Ort eine jeweilige Wahrscheinlichkeit, dass ein Teil der langgestreckten Struktur sich an diesem Ort aufhält. Minimal sind die einzelnen Wahrscheinlichkeiten gemäß der Wahrscheinlichkeitsverteilung in der Regel größer als Null. Das Integral der Wahrscheinlichkeitsverteilung über das Volumen ist normiert. In der Regel können die einzelnen Wahrscheinlichkeiten eine Vielzahl von Werten aufweisen. Insbesondere sind die Werte nicht binär.
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Im Gegensatz zu den Wahrscheinlichkeitsverteilungen ist der Anwesenheitsverlauf binär: An einer bestimmten Stelle des Objekts wird auf „langgestreckte Struktur ist vorhanden” oder auf „langgestreckte Struktur ist nicht vorhanden” erkannt. Zwischenstufen sind ausgeschlossen.
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In der Regel bilden die Projektionsbilder eine zeitliche Sequenz. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Rechner bezüglich jedes Paares unmittelbar aufeinander folgender Projektionsbilder die resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung des zeitlich früheren Projektionsbildes als anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung des zeitlich späteren Projektionsbildes verwendet.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Rechner für jedes Projektionsbild den jeweiligen ermittelten Anwesenheitsverlauf in das jeweilige Projektionsbild einblendet. Dadurch kann der Anwender sofort verifizieren, ob der ermittelte Anwesenheitsverlauf korrekt ist.
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Der jeweilige ermittelte Anwesenheitsverlauf kann prinzipiell beliebiger Natur sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der jeweilige ermittelte Anwesenheitsverlauf aus einer Sequenz von Abschnitten besteht, wobei jeder Abschnitt durch eine Anzahl von Parametern einer für alle Abschnitte einheitlichen parametrierbaren Funktion definiert ist. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich eine reduzierte Komplexität beim Ermitteln des Anwesenheitsverlaufs. Als parametrierbare Funktion können beispielsweise die einzelnen Linien eines Polygonzugs oder Splines vorgegebener Komplexität verwendet werden, insbesondere kubische B-Splines.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kostenfunktion die Form K = aA + bB + cC + xX aufweist, wobei
- K
- die Kostenfunktion ist,
- a, b und c
- von Null verschiedene Wichtungsfaktoren sind und x ein weiterer Wichtungsfaktor ist,
- A
- ein von der Länge des angesetzten Anwesenheitsverlaufs abhängiger Einflussfaktor ist,
- B
- ein von den Wahrscheinlichkeiten gemäß der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung über den angesetzten Anwesenheitsverlauf abhängiger Einflussfaktor ist,
- C
- ein von den Krümmungen des angesetzten Anwesenheitsverlaufs abhängiger Einflussfaktor ist und
- X
- ein weiterer Einflussfaktor ist.
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Der letzte Term xX dient im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „stille Reserve”. Denn auf Grund des Umstandes, dass der zugehörige weitere Wichtungsfaktor x den Wert Null aufweisen kann, ist es möglich, dass der letzte Term keinen Beitrag zur Kostenfunktion liefert. Die gewählte Formulierung soll jedoch die Möglichkeit offen halten, dass zusätzlich zu den Beiträgen durch die Einflussfaktoren A, B und C weitere Einflussfaktoren X berücksichtigt werden können, falls sich dies als sinnvoll erweisen sollte.
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Es ist möglich, dass die Wichtungsfaktoren – insbesondere die von Null verschiedenen Wichtungsfaktoren – fest vorgegeben sind. Es ist alternativ möglich, dass sie von einem Anwender vorgebbar sind, insbesondere interaktiv änderbar sind.
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Zum Ermitteln des von den Wahrscheinlichkeiten gemäß der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung über den angesetzten Anwesenheitsverlauf abhängigen Einflussfaktors ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Integral einer Wahrscheinlichkeitsfunktion über den angesetzten Anwesenheitsverlauf gebildet wird, wobei die Wahrscheinlichkeitsfunktion von der Wahrscheinlichkeit des jeweiligen Ortes gemäß der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung abhängt.
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Als Wahrscheinlichkeitsfunktion kann im einfachsten Fall die Wahrscheinlichkeit selbst herangezogen werden. Noch besser ist es, als Wahrscheinlichkeitsfunktion einen Logarithmus der Wahrscheinlichkeit zu verwenden. Diese Vorgehensweise weist insbesondere den Vorteil auf, dass bei sehr kleinen Wahrscheinlichkeiten der Logarithmus gegen minus unendlich strebt und so auf einfache Weise sehr unwahrscheinliche Verläufe verworfen werden.
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Zum Ermitteln des von den Krümmungen des angesetzten Anwesenheitsverlaufs abhängigen Einflussfaktors ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Integral einer Krümmungsfunktion über den angesetzten Anwesenheitsverlauf gebildet wird, wobei die Krümmungsfunktion vom Betrag der Krümmung des angesetzten Anwesenheitsverlaufs am jeweiligen Ort abhängt.
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Die Krümmungsfunktion kann beispielsweise der Betrag der Krümmung selbst oder dessen Quadrat sein.
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In der Regel ist vorgesehen, dass der Rechner für jedes Projektionsbild zum Ermitteln der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung zusätzlich zur jeweiligen anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung und dem jeweiligen Projektionsbild weitere Informationen über mögliche Aufenthaltsorte der langgestreckten Struktur in dem örtlich dreidimensionalen Objekt und/oder über das örtlich dreidimensionale Objekt berücksichtigt. Durch diese Vorgehensweise vereinfacht sich die Ermittlung der korrekten Wahrscheinlichkeitsverteilung erheblich.
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Beispielsweise ist es möglich, dass die weiteren Informationen (mindestens) ein simultan zum jeweiligen Projektionsbild erfasstes weiteres Projektionsbild des Objekts umfassen. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn eine Biplan-Röntgenanlage zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist – alternativ oder zusätzlich zur Verwendung weiterer, simultan erfasster Projektionsbilder des Objekts – vorgesehen, dass die weiteren Informationen einen dreidimensional ortsaufgelösten Verlauf eines Gefäßsystems umfassen, wobei das Gefäßsystem mit dem Objekt identisch ist. Insbesondere ist in diesem Fall die plausible Annahme möglich, dass die langgestreckte Struktur das Gefäßsystem nicht verlässt. Die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung kann daher für alle Orte, die außerhalb des Gefäßsystems liegen, auf Null bzw. auf einen sehr kleinen Wert gesetzt werden.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Rechner für jedes Projektionsbild zum Ermitteln der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung anhand der jeweiligen anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung und einer dreidimensional definierten Übergangswahrscheinlichkeit eine jeweilige dreidimensional ortsaufgelöste vorläufige Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelt und die jeweilige resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Wichten der Wahrscheinlichkeiten gemäß der jeweiligen vorläufigen Wahrscheinlichkeitsverteilung mit den korrespondierenden Wahrscheinlichkeiten gemäß einer zweidimensional ortsaufgelösten Bildwahrscheinlichkeitsverteilung ermittelt, die der Rechner anhand des jeweiligen Projektionsbilder ermittelt.
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Die zweidimensionale Bildwahrscheinlichkeitsverteilung ist – analog zu den dreidimensionalen Wahrscheinlichkeitsverteilungen – dafür charakteristisch, ob sich an den jeweiligen Orten des Projektionsbildes ein Teil der langgestreckten Struktur befindet oder nicht. Der Minimalwert der Wahrscheinlichkeiten gemäß der Bildwahrscheinlichkeitsverteilung ist größer Null. Das Integral über das Projektionsbild ist normiert. Es ist eine Vielzahl von Werten möglich, also nicht nur binär ja oder nein.
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Auch die Übergangswahrscheinlichkeit kann eine Vielzahl von Werten aufweisen. Das Integral über das Volumen ist auf Eins normiert. In der Regel liegt der Minimalwert oberhalb von Null. In der Regel ist die dreidimensional ortsaufgelöste Übergangswahrscheinlichkeit eine monoton – insbesondere streng monoton – fallende Funktion des Abstandes jeweils zweier Orte.
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Wenn Informationen über das Gefäßsystem als solches nicht gegeben sind, wird als Abstand vorzugsweise der euklidische Abstand herangezogen. In der Regel sind jedoch Informationen über das Gefäßsystem gegeben. In diesem Fall ist der Abstand vorzugsweise auf einen Pfad innerhalb des Gefäßsystems bezogen. Durch diesen Umstand wird weiterhin Orten außerhalb des Gefäßsystems eine Übergangswahrscheinlichkeit von Null (oder nahezu Null) zugeordnet. Denn es existiert kein Pfad und damit auch kein sinnvoller Abstand von einem Ort des Gefäßsystems zu einem Ort außerhalb des Gefäßsystems.
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Der Abstand zweier Orte des Gefäßsystems voneinander kann vom Rechner beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass er
- – anhand einer ersten Tabelle für die beiden Orte jeweils mindestens einen nächsten Knotenpunkt und maximal zwei nächste Knotenpunkte ermittelt,
- – die Abstände der beiden Orte von ihren nächsten Knotenpunkten ermittelt, anhand einer zweiten Tabelle die Abstände der Knotenpunkte voneinander ermittelt und
- – anhand der Abstände der beiden Orte von ihren nächsten Knotenpunkten und der Knotenpunkte voneinander den Abstand der beiden Orte voneinander ermittelt,
Die Knotenpunkte umfassen zumindest alle Verzweigungen des Gefäßsystems.
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Vorzugsweise ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Rechner für jedes Projektionsbild im Rahmen des Ermittelns der jeweiligen zweidimensional ortsaufgelösten Bildwahrscheinlichkeitsverteilung die jeweilige Bildwahrscheinlichkeit an einem Ort des jeweiligen Projektionsbildes anhand der Bilddatenwerte des jeweiligen Projektionsbildes, die in einem Auswertungskern um den jeweiligen Ort des jeweiligen Projektionsbildes herum liegen, und einer abstandsabhängigen Wichtungsfunktion ermittelt.
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Beispielsweise kann der Rechner für jedes Projektionsbild im Rahmen des Ermittelns der jeweiligen zweidimensional ortsaufgelösten Bildwahrscheinlichkeitsverteilung das jeweilige Projektionsbild mit einem Faltungskern falten. Der Faltungskern kann alternativ fest vorgegeben oder vom Anwender – auch interaktiv – änderbar sein.
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Bevorzugt ist jedoch, dass der Rechner im Rahmen des Ermittelns der Bildwahrscheinlichkeit eines jeweiligen Ortes die Einflüsse der in dem Auswertungskern liegenden Orte auf den jeweiligen Ort ermittelt und als Bildwahrscheinlichkeit des jeweiligen Ortes das Maximum der Einflüsse heranzieht.
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Der Rechner kann die anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen im Prinzip auf beliebige Weise ansetzen. Vorzugsweise jedoch setzt der Rechner die anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen als Partikeldarstellungen an. In diesem Fall ermittelt der Rechner die jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen unter Verwendung eines Partikelfilters. Partikeldarstellungen und Partikelfilter sind als solche bekannt. Rein beispielhaft wird auf den Fachaufsatz „A Tutorial an Particle Filters for Online Nonlinear/Non-Gaussian Bayesian Tracking” von M. S. Arulampalam et al., IEEE Transactions an Signal Processing, Bd. 50, Nr. 2, 2002, Seiten 174 bis 188 verwiesen. Partikeldarstellungen und Partikelfilterungen weisen den Vorteil auf, dass sie gegenüber anderen Darstellungen einen deutlich reduzierten Rechenaufwand erfordern.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 ein Blockschaltbild einer Auswertungsanordnung,
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2 ein Ablaufdiagramm,
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3 ein Gefäßsystem,
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4 bis 7 Ablaufdiagramme,
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8 eine Übergangswahrscheinlichkeit,
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9 einen Ausschnitt eines Gefäßsystems und
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10 und 11 Ablaufdiagramme.
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Gemäß 1 ist ein Rechner 1 mit einem Computerprogramm 2 programmiert, so dass er im Betrieb das Computerprogramm 2 abarbeitet. Das Computerprogramm 2 kann dem Rechner 1 beispielsweise über eine (nicht dargestellte) Rechner-Rechner-Verbindung zugeführt worden sein, beispielsweise das World Wide Web. Alternativ ist es möglich, dass das Computerprogramm 2 auf einem Datenträger 3 in maschinenlesbarer Form (insbesondere in elektronischer Form) gespeichert ist und dem Rechner 1 über den Datenträger 3 zugeführt wird. Der Datenträger 3 kann insbesondere ein mobiler Datenträger 3 sein. Dargestellt ist in 1 – rein beispielhaft – eine Ausgestaltung des Datenträgers 3 als USB-Memorystick. Alternativ könnte der Datenträger 3 beispielsweise als CD-ROM oder als SD-Speicherkarte ausgebildet sein.
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Das Computerprogramm 2 weist Maschinencode 4 auf. Der Maschinencode 4 ist von dem Rechner 1 unmittelbar abarbeitbar. Das Abarbeiten des Maschinencodes 4 durch den Rechner 1 bewirkt, dass der Rechner 1 ein Auswertungsverfahren ausführt, das nachfolgend in Verbindung mit den weiteren Figuren detailliert beschrieben wird.
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Gemäß 2 definiert der Rechner 1 in einem Schritt S1 eine anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a. Die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a ist dreidimensional ortsaufgelöst. Sie gibt für jeden Ort eines örtlich dreidimensionalen Objekts 5 – beispielsweise eines Gefäßsystems 5, wie es in 3 dargestellt ist – eine Wahrscheinlichkeit w dafür an, dass sich an dem jeweiligen Ort des Objekts 5 ein Teil einer langgestreckten Struktur 6 befindet. Bei der langgestreckten Struktur 6 kann es sich beispielsweise um einen Katheter oder um einen Führungsdraht handeln.
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Da bei der Ausführung des Schrittes S1 in der Regel noch keine tatsächliche Information über den tatsächlichen Ort der langgestreckten Struktur 6 bekannt ist, wird im Rahmen des Schrittes S1 in der Regel eine Gleichverteilung angesetzt. Unabhängig davon, ob eine Gleichverteilung angesetzt wird oder eine andere Verteilung angesetzt wird, ist das Integral der anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a über das Objekt 5 auf Eins normiert.
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Die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a kann auf verschiedene Art und Weise angesetzt werden. Bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Rechner die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a als Partikeldarstellung ansetzt.
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In einem Schritt S2 nimmt der Rechner 1 ein zweidimensional ortsaufgelöstes Projektionsbild P des Objekts 5 entgegen. Das Projektionsbild P kann beispielsweise ein Röntgenbild sein, das mittels einer Röntgenanlage 7 zu einem Zeitpunkt t erfasst wurde. Prinzipiell kann hierbei das Röntgenbild P so verarbeitet werden, wie es von der Röntgenanlage 7 erfasst wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Röntgenbild P jedoch um ein DSA-Bild. Die Verwendung von DSA-Bildern führt zu erheblich besseren Ergebnissen.
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In einem Schritt S3 ermittelt der Rechner 1 anhand des im Schritt S2 entgegen genommenen Projektionsbildes P eine zweidimensional ortsaufgelöste Bildwahrscheinlichkeitsverteilung W2. In einem Schritt S4 ermittelt der Rechner 1 anhand der anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a und der Bildwahrscheinlichkeitsverteilung W2 eine resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r. Insbesondere in dem Fall, dass der Rechner 1 die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a als Partikeldarstellung angesetzt hat, ermittelt der Rechner 1 die resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r im Rahmen des Schrittes S4 unter Verwendung eines Partikelfilters.
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Auch die resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r ist dreidimensional ortsaufgelöst. Sie gibt für jeden Ort des Objekts 5 eine Wahrscheinlichkeit dafür an, dass sich an dem jeweiligen Ort ein Teil der langgestreckten Struktur 6 befindet. Der Unterschied zur anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a besteht darin, dass bei der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r zusätzlich zur anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a die Informationen über die tatsächliche Lage der langgestreckten Struktur 6 berücksichtigt sind, die auf Grund des Projektionsbildes P gegeben sind.
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In einem Schritt S5 ermittelt der Rechner 1 anhand der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r einen Anwesenheitsverlauf V der langgestreckten Struktur 6 in dem Objekt 5. Auch der Anwesenheitsverlauf V ist dreidimensional ortsaufgelöst. Er gibt an, wo innerhalb des Objekts 5 sich die langgestreckte Struktur 6 befindet. Der Anwesenheitsverlauf V ist für jeden Ort des Objekts 5 binär (beispielsweise Null = an diesem Ort befindet sich kein Teil der langgestreckten Struktur 6 und Eins = an diesem Ort befindet sich ein Teil der langgestreckten Struktur 6). Der Anwesenheitsverlauf V ist ferner in sich zusammenhängend. Zwei beliebige Orte, die Teil der langgestreckten Struktur 6 gemäß dem Anwesenheitsverlauf V sind, sind daher über eine Folge von Orten miteinander verbunden, die jeweils unmittelbar aneinander angrenzen und alle ebenfalls Teil der langgestreckten Struktur 6 gemäß dem ermittelten Anwesenheitsverlauf V sind.
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Die langgestreckte Struktur 6 gemäß dem ermittelten Anwesenheitsverlauf V weist weiterhin eine endliche Länge S0 auf. Sie hat genau einen Anfang und ein Ende. Ferner existieren für jeden Ort der langgestreckten Struktur 6 gemäß dem ermittelten Anwesenheitsverlauf V, der zwischen dem Anfang und dem Ende liegt, genau zwei – nicht mehr und nicht weniger – unmittelbar benachbarte Orte, die ebenfalls Teil der langgestreckten Struktur 6 gemäß dem ermittelten Anwesenheitsverlauf V sind. Der Anwesenheitsverlauf V spaltet sich also nicht auf. Ein Beispiel eines möglichen Anwesenheitsverlaufs V ist in 3 gestrichelt eingezeichnet.
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In einem Schritt S6 ermittelt der Rechner 1 eine Darstellung des örtlich dreidimensionalen Objekts 5 und gibt diese Darstellung an einen Anwender 8 aus, beispielsweise über ein Sichtgerät 9. In dieser Darstellung zeigt der Rechner 1 den ermittelten Anwesenheitsverlauf V an. Beispielsweise kann der Rechner 1 eine entsprechende Einblendung vornehmen.
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Die Darstellung von Schritt S6 wird stets vorgenommen. Vorzugsweise ist zusätzlich ein Schritt S7 vorhanden. Im Schritt S7 projiziert der Rechner 1 den ermittelten Anwesenheitsverlauf V in das Projektionsbild P und blendet die rechnerisch ermittelte Projektion des Anwesenheitsverlaufs V in das Projektionsbild P ein. Auf Grund des Schrittes S7 ist es für den Anwender 8 ohne weiteres möglich, die Qualität des ermittelten Anwesenheitsverlaufs V, also dessen Übereinstimmung mit dem Projektionsbild P, zu beurteilen.
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Es ist möglich, die bisher beschriebene Vorgehensweise nur für ein einziges Projektionsbild P auszuführen. In der Regel wird die Vorgehensweise von 2 jedoch für mehrere Projektionsbilder P durchgeführt. Wenn die Projektionsbilder P (ausnahmsweise) unkorreliert sind, werden die Schritte S1 bis S6 und gegebenenfalls auch S7 für jedes Projektionsbild P separat abgearbeitet. In der Regel bilden die Projektionsbilder P jedoch eine zeitliche Sequenz. In diesem Fall sind zusätzlich zu den Schritten S1 bis S6 und S7 weitere Schritte S8 und S9 vorhanden.
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Im Schritt S8 überprüft der Rechner 1, ob bereits für alle Projektionsbilder P der entsprechende Anwesenheitsverlauf V ermittelt worden ist. Wenn dies der Fall ist, ist das Verfahren von 2 beendet. Anderenfalls geht der Rechner 1 zum Schritt S9 über.
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Im Schritt S9 setzt der Rechner 1 die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a gleich der zuvor ermittelten resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r. Dadurch wird erreicht, dass der Rechner 1 als anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a des nächsten Projektionsbildes P die resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r des soeben bearbeiteten Projektionsbildes P verwendet. Vom Schritt S9 aus geht der Rechner 1 zum Schritt S2 zurück, in dem der Rechner 1 das nächste Projektionsbild P entgegen nimmt.
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Im Rahmen der nunmehr beschriebenen Vorgehensweise wird bei jedem Durchlauf der Schritte S2 bis S7 somit als anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a die resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r des vorherigen Durchlaufs angesetzt. Dies ist zulässig, da sich die tatsächliche Lage der langgestreckten Struktur 6 von Projektionsbild P zu Projektionsbild P in aller Regel nur wenig ändert. Dadurch ergibt sich bereits nach wenigen Projektionsbildern P eine sehr gute Konvergenz der ermittelten resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r zur tatsächlichen Lage der langgestreckten Struktur 6.
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Im Rahmen der Ermittlung des Anwesenheitsverlaufs V (siehe den Schritt S5 von 2) setzt der Rechner 1 zunächst gemäß 4 in einem Schritt S11 einen Anwesenheitsverlauf V an. In einem Schritt S12 ermittelt der Rechner 1 für den angesetzten Anwesenheitsverlauf V den Wert einer Kostenfunktion K. In die Kostenfunktion K gehen ein
- – die Länge S0 des Anwesenheitsverlaufs V,
- – die Wahrscheinlichkeiten w der Orte, die entlang des Anwesenheitsverlaufs V liegen, und
- – die Krümmungen, die der Anwesenheitsverlauf V aufweist.
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Vorzugsweise geht die Länge S0 des Anwesenheitsverlaufs V positiv in die Kostenfunktion K ein, damit der Anwesenheitsverlauf V möglichst lang wird. Vorzugsweise gehen weiterhin die Wahrscheinlichkeiten w der Orte, die entlang des Anwesenheitsverlaufs V liegen, ebenfalls positiv in die Kostenfunktion K ein, damit der Anwesenheitsverlauf V eine hohe resultierende Wahrscheinlichkeit aufweist. Vorzugsweise gehen jedoch die Krümmungen des Anwesenheitsverlaufs V in die Kostenfunktion K negativ ein, damit der Anwesenheitsverlauf V möglichst glatt und gerade ist. Dieser Sachverhalt ist im Schritt S12 durch die Vorzeichen der Wichtungsfaktoren a, b und c dargestellt.
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In einem Schritt S13 variiert der Rechner 1 den Anwesenheitsverlauf V, so dass der Wert der Kostenfunktion K maximal wird. Entsprechende Ermittlungsverfahren sind Fachleuten als solche bekannt. Rein beispielhaft wird auf den Optimierungsalgorithmus von Powell verwiesen, der beispielsweise in dem Fachaufsatz „An efficient method for finding the minimum of a function of several variables without calculating derivatives” von M. M. D. Powell, veröffentlicht in The Computer Journal 7 (2), 1964, Seiten 155–162, beschrieben ist. Der so ermittelte Anwesenheitsverlauf V wird im weiteren Verlauf der 2, also im Rahmen der Schritte S6 und S7, verwendet.
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Der Anwesenheitsverlauf V kann prinzipiell beliebig sein. Vorzugsweise besteht der Anwesenheitsverlauf V aus einer Sequenz von Abschnitten, wobei jeder Abschnitt durch eine Anzahl von Parametern einer für alle Abschnitte einheitlich parametrierbaren Funktion definiert ist. Beispielsweise können die einzelnen Abschnitte die einzelnen Linien eines Polygonzuges sein. Alternativ können die einzelnen Abschnitte jeweils als Spline einer vorbestimmten Komplexität ausgebildet sein.
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Auch die Kostenfunktion K kann prinzipiell beliebig sein, sofern sie die oben genannten Kriterien erfüllt. Beispielsweise kann sie die Form aufweisen, die im Schritt S12 von 4 angegeben ist. a, b, c und x sind bei der Formel gemäß dem Schritt S12 Wichtungsfaktoren. Die Wichtungsfaktoren a und b sind größer als Null, der Wichtungsfaktor c ist kleiner als Null. Der Wichtungsfaktor x kann einen beliebigen Wert aufweisen. Insbesondere kann er gleich Null, größer als Null oder kleiner als Null sein.
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A ist ein Einflussfaktor, der von der Länge S0 des jeweiligen Anwesenheitsverlaufs V abhängig ist. Im einfachsten Fall handelt es sich um die Länge S0 selbst oder eine positive Potenz der Länge S0. Die Potenz kann ganzzahlig sein (beispielsweise die zweite oder dritte Potenz) oder unganzzahlig sein (beispielsweise die Wurzel oder die 1,5te Potenz der Länge S0).
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B ist ein Einflussfaktor, der von den Wahrscheinlichkeiten w gemäß der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r über den jeweiligen Anwesenheitsverlauf V abhängig ist. Im einfachsten Fall handelt es sich um das Integral der Wahrscheinlichkeiten w selbst. Alternativ kann es sich – siehe 5 – um das Integral einer geeigneten Funktion fB der Wahrscheinlichkeiten w handeln, nachfolgend Wahrscheinlichkeitsfunktion genannt. Die Wahrscheinlichkeitsfunktion fB hängt in diesem Fall von der Wahrscheinlichkeit w des jeweiligen Ortes gemäß der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r ab. Besonders bevorzugt ist, dass es sich bei der Wahrscheinlichkeitsfunktion fB um einen Logarithmus handelt, insbesondere den natürlichen Logarithmus.
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C ist ein Einflussfaktor, der von den Krümmungen des jeweiligen Anwesenheitsverlaufs V abhängt. Beispielsweise kann der Einflussfaktor C gemäß 5 das Integral einer Krümmungsfunktion fC über den jeweiligen Anwesenheitsverlauf V gebildet werden. Die Krümmungsfunktion fC hängt in diesem Fall vom Betrag der Krümmung des jeweiligen Anwesenheitsverlaufs V an dem jeweiligen Ort ab. Bei der Krümmungsfunktion fC kann es sich insbesondere um den Betrag der Krümmung selbst oder um das Quadrat des Betrages der Krümmung handeln.
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Der Einflussfaktor X ist sozusagen eine stille Reserve, da es selbstverständlich möglich ist, in der Kostenfunktion K auch andere Einflüsse mit zu berücksichtigen.
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Die Wichtungsfaktoren a, b und c (und gegebenenfalls auch x) können fest vorgegeben sein. Sie können betragsmäßig den gleichen Wert oder voneinander verschiedene Werte aufweisen. Vorzugsweise sind die Wichtungsfaktoren a, b und c (und gegebenenfalls auch x) vom Anwender 8 vorgebbar, insbesondere interaktiv vorgebbar.
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In der Regel berücksichtigt der Rechner 1 für jedes Projektionsbild P zum Ermitteln der jeweiligen resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r nicht nur die jeweilige anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a und das jeweilige Projektionsbild P, sondern zusätzlich weitere Informationen über mögliche Aufenthaltsorte der langgestreckten Struktur 6 in dem örtlich dreidimensionalen Objekt 5 und/oder über das örtlich dreidimensionale Objekt 5 selbst. Beispielsweise kann die Röntgenanlage 7 als Biplan-Anlage ausgebildet sein, so dass simultan zu den Projektionsbildern P aus einer anderen Angulation jeweils ein weiteres Projektionsbild P' erfasst werden kann. In diesem Fall kann die Vorgehensweise von 2 entsprechend 6 ausgestaltet werden.
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6 baut auf 2 auf. 6 enthält daher ebenfalls die Schritte S1 bis S9. Zusätzlich umfasst die Vorgehensweise von 6 die Schritte S16 und S17.
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Die Schritte S1 bis S9 wurden obenstehend bereits in Verbindung mit 2 erläutert. Hierzu sind daher keine weitergehenden Ausführungen erforderlich. Im Schritt S16 nimmt der Rechner 1 das jeweilige weitere Projektionsbild P' entgegen. Das weitere Projektionsbild P' entspricht von Ansatz her dem Projektionsbild P, das in Verbindung mit dem Schritt S2 erwähnt wurde. Das Projektionsbild P' des Schrittes S16 zeigt das Objekt 5 jedoch unter einer anderen Angulation als das Projektionsbild P des Schrittes S2. Im Schritt S17 modifiziert der Rechner 1 unter Berücksichtigung des weiteren Projektionsbildes P' die anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a. Der Schritt S17 entspricht im Wesentlichen bezüglich des weiteren Projektionsbildes P' des Schrittes S16 der Abfolge der Schritte S3, S4 und S9.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, ist das Objekt 5 in der Regel ein Gefäßsystem 5. Es ist daher möglich – und zwar sowohl alternativ als auch zusätzlich zu den Modifikationen gemäß 6 –, dass die weiteren Informationen einen dreidimensional ortsaufgelösten Verlauf des Gefäßsystems 5 umfassen. In diesem Fall wird die Vorgehensweise von 2 gemäß 7 zumindest durch einen Schritt S21, vorzugsweise auch durch einen Schritt S22 ergänzt.
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Im Schritt S21 nimmt der Rechner 1 einen Volumendatensatz 10 entgegen. Im Volumendatensatz 10 ist das Objekt 5 (= das Gefäßsystem 5) segmentiert. Dadurch ist der Rechner 1 in der Lage, Orten außerhalb des Gefäßsystems 5 im Rahmen der anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a sehr niedrige Wahrscheinlichkeiten (im Extremfall Null) zuzuordnen.
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Im Schritt S22 ermittelt der Rechner 1 eine Übergangswahrscheinlichkeit w'. Die Übergangswahrscheinlichkeit w' ist eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich an einem bestimmten Ort des Objekts 5 ein Teil der langgestreckten Struktur 6 befindet, wenn sich im Rahmen der unmittelbar vorhergehenden Iteration an einem anderen Ort des Objekts 5 ein Teil der langgestreckten Struktur 6 befunden hat. Die Übergangswahrscheinlichkeit w' ist dreidimensional definiert. In der Regel handelt es sich bei der Übergangswahrscheinlichkeit w' gemäß
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8 um eine monoton – insbesondere streng monoton – fallende Funktion des Abstands d jeweils zweier Orte. Beispielsweise kann es sich um eine Gauss-Kurve oder um eine ähnliche Glockenkurve handeln. Die Breite der Glockenkurve kann interaktiv einstellbar sein. Weiterhin kann die Glockenkurve gegebenenfalls ortsabhängig sein, d. h. von dem bestimmten Ort, dessen Wahrscheinlichkeit ermittelt werden soll, abhängen.
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Wie in 7 dargestellt, ist der Schritt S4 von 2 vorzugsweise in Form von zwei Schritten S26 und S27 implementiert. Im Schritt S26 ermittelt der Rechner 1 für jeden Ort die jeweilige Wahrscheinlichkeit w gemäß einer vorläufigen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3v durch Integration des Produkts der Wahrscheinlichkeit w gemäß der anfänglichen Wahrscheinlichkeitsverteilung W3a und der Übergangswahrscheinlichkeit w'. Integriert wird über das Volumen. Die vorläufige Wahrscheinlichkeitsverteilung W3v wichtet der Rechner 1 im Schritt S27 mit der Bildwahrscheinlichkeitsverteilung W2, die er im Schritt S3 von 2 für das jeweils betrachtete Projektionsbild P ermittelt hat. Das Ergebnis des Schrittes S27 entspricht der resultierenden Wahrscheinlichkeitsverteilung W3r.
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Es ist möglich, den Abstand d euklidisch zu ermitteln. Eine derartige Ermittlung ist sinnvoll insbesondere dann, wenn keine Informationen über das Gefäßsystem 5 als solches vorliegen. Wenn das Gefäßsystem 5 hingegen gegeben ist, ist der Abstand d vorzugsweise auf einen Pfad innerhalb des Gefäßsystems 5 bezogen. Dies ist schematisch in 9 dargestellt.
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Zur Ermittlung des Abstands d existieren in diesem Fall verschiedene Möglichkeiten. Bevorzugt ist, dass der Rechner 1 den Abstand d zweier Orte des Gefäßsystems 5 dadurch ermittelt, dass er zunächst anhand einer ersten Tabelle, die rechnerintern gespeichert ist, für die beiden Orte jeweils einen nächsten Knotenpunkt (Ausnahmefall) oder zwei nächste Knotenpunkte (Regelfall) ermittelt. Sodann entnimmt der Rechner 1 einer zweiten Tabelle, die ebenfalls rechnerintern gespeichert ist, die Abstände der möglichen Knotenpunktkombinationen voneinander. Weiterhin ermittelt der Rechner die Abstände der beiden Orte von ihren nächsten Knotenpunkten. Anhand der nunmehr gegebenen Informationen, also der Abstände der beiden Orte von ihren nächsten Knotenpunkten und der jeweils nächsten Knotenpunkte voneinander, ermittelt der Rechner 1 den Abstand der beiden Orte voneinander. Die in den Tabellen enthaltenen Knotenpunkte bzw. Knotenpunktkombinationen umfassen zumindest alle Verzweigungen des Gefäßsystems 5.
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Zur Ermittlung der zweidimensional ortsaufgelösten Bildwahrscheinlichkeit W2 existieren ebenfalls verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise ermittelt der Rechner 1 gemäß 10 in einem Schritt S31 für einen bestimmten Ort des betrachteten Projektionsbildes P diejenigen Orte des betrachteten Projektionsbildes P, die in einem vorbestimmten Auswertungskern um den bestimmten Ort herum liegen. Für jeden der innerhalb des Auswertungskerns gelegenen Orte ermittelt der Rechner 1 sodann in einem Schritt S32 den Einfluss der Bilddatenwerte der im Auswertungskern liegenden Orte des betrachteten Projektionsbildes P auf den bestimmten Ort. Er berücksichtigt hierbei eine abstandsabhängige Wichtungsfunktion. In einem Schritt S33 ermittelt der Rechner 1 schließlich anhand der zuvor ermittelten Einflüsse für den bestimmten Ort dessen lokale Bildwahrscheinlichkeit.
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Beispielsweise ist es möglich, dass der Rechner 1 zum Ermitteln der Bildwahrscheinlichkeit W2 das jeweilige Projektionsbild P mit einem Faltungskern faltet. Der Faltungskern kann hierbei fest vorgegeben sein. Alternativ kann er vom Anwender 8 änderbar sein, sogar interaktiv änderbar. In der Regel ist der Faltungskern eine Glockenkurve.
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Vorzugsweise jedoch ist der Schritt S33 entsprechend 11 ausgestaltet. Gemäß 11 ermittelt der Rechner 1 für jeden bestimmten Ort des betrachteten Projektionsbildes P die Einflüsse der in dem Auswertungskern für diesen Ort liegenden Orte auf diesen Ort. Als Bildwahrscheinlichkeit für diesen Ort zieht er dann das Maximum der Einflüsse heran. Diese Vorgehensweise ist ähnlich einer Faltung. Im Unterschied zu einer Faltung werden die einzelnen Einflüsse aber nicht summiert (bzw. integriert) sondern nur das Maximum wird verwertet. Diese Vorgehensweise ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil es möglich ist, dass verschiedene Teile der langgestreckten Struktur 6 auf denselben Ort des zweidimensional ortsaufgelösten Projektionsbildes P abgebildet werden.
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Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere arbeitet sie robust und zuverlässig. Dies gilt trotz der Rauscheinflüsse und der Artefakte, die in den Projektionsbildern P enthalten sein können. Weiterhin ist das Verfahren echtzeitfähig. In Versuchen konnten 10 bis 15 Projektionsbilder P pro Sekunde verarbeitet werden. Weiterhin ist trotz Verwendung nur der Projektionsbilder P – also auch ohne Biplan-Anlage – eine schnelle und korrekte Konvergenz erreichbar. Etwaige Mehrdeutigkeiten, die sich durch die Rückabbildung der zweidimensional ortsaufgelösten Projektionsbilder P in das Dreidimensionale ergeben, können schnell aufgelöst werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird der Arzt in erheblicher Weise bei der Navigation unterstützt. Denn erfindungsgemäß kann er nunmehr direkt im dreidimensionalen Volumen navigieren. Er ist nicht auf eine Navigation in den zweidimensionalen Projektionsbildern P beschränkt. Dadurch kann er erheblich intuitiver vorgehen. Dies beschleunigt operative Eingriffe. Sowohl der Arzt als auch das andere medizinische Personal als auch der Patient werden entlastet (physisch, psychisch und auch bezüglich der Strahlungsdosis). Weiterhin ist für das erfindungsgemäße Verfahren keinerlei Spezialhardware nötig. Es werden weder spezielle Katheter noch besondere Sensoren benötigt. Die Installation und Verwendung des Verfahrens erfordern keine zusätzlichen Kosten gegenüber dem derzeitigen Vorgehen. Weiterhin wird im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren nicht nur die Katheterspitze dargestellt. Vielmehr wird der Katheter über seine komplette Länge dargestellt. Hierfür ist im Stand der Technik kein vergleichbares Verfahren bekannt.
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Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rechner
- 2
- Computerprogramm
- 3
- Datenträger
- 4
- Maschinencode
- 5
- Objekt/Gefäßsystem
- 6
- langgestreckte Struktur
- 7
- Röntgenanlage
- 8
- Anwender
- 9
- Sichtgerät
- 10
- Volumendatensatz
- a, b, c, x
- Wichtungsfaktoren
- A, B, C, X
- Einflussfaktoren
- d
- Abstand
- fB, fC
- Funktionen
- K
- Kostenfunktion
- P, P'
- Projektionsbilder
- S0
- Länge
- S1 bis S33
- Schritte
- t
- Zeitpunkt
- V
- Anwesenheitsverlauf
- w
- Wahrscheinlichkeiten
- w'
- Übergangswahrscheinlichkeit
- W2
- Bildwahrscheinlichkeitsverteilung
- W3a
- anfängliche Wahrscheinlichkeitsverteilung
- W3r
- resultierende Wahrscheinlichkeitsverteilung
- W3v
- vorläufige Wahrscheinlichkeitsverteilung