DE102009006414B3

DE102009006414B3 - Verfahren und Mittellinien-Ermittlungseinrichtung sowie Bildbearbeitungseinrichtung und Computerprogramm zur Ermittlung einer Mittellinie eines Abschnitts eines Hohlorgans

Info

Publication number: DE102009006414B3
Application number: DE102009006414A
Authority: DE
Inventors: Thomas Beck; Christina Biermann
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Mittellinie (13) eines Abschnitts eines Hohlorgans (1) in Bilddaten (BD), die seine räumliche Struktur repräsentieren. Es weist folgende Schritte auf: a) Festlegung (B) eines Startorts (5) innerhalb des Hohlorgans (1), b), Definition (G) einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen (3) vom Startort (5) aus, c) Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen (3) durch die Wand des Hohlorgans (1), d) Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse einer durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolke, e) Einpassung einer geometrischen Figur in das Innere des Hohlorgans (1) auf Basis der Hauptkomponentenanalyse, f) Ableitung eines Mittelpunkts (M, M, M, M) der geometrischen Figur und eines durch die Figur bestimmten neuen Startorts (5), g) rekursive Durchführung der Schritte c) bis f) auf Basis des jeweils neuen Startorts (5) bis zum Ende eines Ermittlungsbereichs, und h) Bildung der Mittellinie (13) auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte (M, M, M, M) der geometrischen Figuren. Außerdem betrifft die Erfindung eine für ein solches Verfahren ausgebildete Mittellinien-Ermittlungseinrichtung (23), eine zugehörige Bildbearbeitungseinrichtung sowie ein zugehöriges Computerprogramm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Mittellinien-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Mittellinie eines Abschnitts eines Hohlorgans in Bilddaten, die seine räumliche Struktur repräsentiert.
Die Ermittlung von Mittellinien von Hohlorganen stellt ein zentrales Versatzstück für die Analyse der Hohlorgane dar. So werden heute im sogenannten virtuellen Flug entlang einer Mittellinie Visualisierungen des Inneren von Hohlorganen, beispielsweise von Därmen oder Blutgefäßen, vorgenommen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die genau mittige Festlegung der Mittellinie innerhalb des Lumens des Hohlorgans. Dies ist besonders wichtig bei der Angiographie, beispielsweise der computertomographischen Angiographie (CTA), mit deren Hilfe es möglich ist, Deformationen bzw. Läsionen von Gefäßen, beispielsweise Stenosen oder Aneurysmen zu erkennen. Hierfür ist es nämlich notwendig, möglichst exakt die Maße des Lumens, also insbesondere die Querschnitte bzw. Radien der Gefäße exakt zu vermessen, so dass ein Behandler aus diesen Angaben Rückschlüsse über die Art und Schwere der Deformation bzw. Läsion ableiten kann. Für die genaue Vermessung ist es wiederum erforderlich, eine Messung der Ausdehnung des Lumens senkrecht zum Gefäßverlauf durchzuführen, da es sonst zu Fehlinterpretationen mit großer Tragweite kommen kann. Der Gefäßverlauf wird wiederum von der Mittellinie des Hohlorgans repräsentiert, die daher so exakt wie möglich ermittelt werden muss.
Derzeit werden die Mittellinien von Hohlorganen mit verschiedenen, graphenbasierten Verfahren ermittelt. Sie basieren meist auf dem A*- oder dem Dijkstra-Algorithmus, wobei die Bilddaten des Hohlorgans als Graph interpretiert werden und dabei Voxel als Knoten aufgefasst werden, in deren direkter dreidimensionaler Nachbarschaft sich sechs weitere Voxel befinden. Diese werden durch Kanten verbunden in den Graphen eingefügt. Mit Hilfe einer Kostenfunktion, basierend auf lokalen Grauwerten von CT-Bilddaten wird das Gewicht der einzelnen Kanten geschätzt und die Kosten zum Erreichen eines Zielpunkts werden auf Basis einer zugrunde liegenden Heuristik geschätzt.
Bei diesem Verfahren fließt kein Wissen über die Geometrie des Hohlorgans in die Betrachtung mit ein. Dadurch kann nicht zwischen unverzweigten und verzweigten Bereichen des Hohlorgans unterschieden werden. Zudem können im Rahmen des Verfahrens Fehlsegmentierungen auftreten, insbesondere dann, wenn das Hohlorgan in einem Bereich betrachtet wird, in dem andere Hohlorgane oder Knochenstrukturen in der Nähe liegen.
Die gatungsbildende DE 10 2006 058 908 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur medizinischen Bilddarstellung, das dazu dient, eine geeignete Gefäßprothese für ein Blutgefäß auszuwählen. Im Rahmen dessen wird eine Mittellinie bestimmt. Zur Einpassung der optimalen Gefäßprothese werden von der Mittellinie aus virtuelle Suchstrahlen ausgesendet, um Punkte in der Gefäßwand zu ermitteln, an denen die Prothese anliegt.
Dem weiteren Kreis des Standes der Technik zuzurechnen ist die DE 20 2008 003 517 U1 , die eine Vorrichtung zur Anzeige von Volumenanzeigen medizinischer Datensätze in unterschiedlichen Ansichten offenbart.
Die US 2008/0187199 A1 beschreibt eine Methode zur Gefäßbaummodellierung auf Basis einer Kostenfunktion.
Die US 2003/0056799 A1 betrifft ein Segmentierungsverfahren für Hohlorgane, in das entlang seiner Mittellinie geometrische Figuren eingepasst werden.
Im Artikel Hans, K., et al.: „Model-based Morphological Segmentation and Labeling of Coronary Angiograms”. In: IEEE Transactions an Medical Imaging, Vo. 18, Nr. 10, Oktober 1999, S. 1003–1015 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem aus Bilddaten einer Koronararterie Merkmale extrahiert werden, die eine Mittellinie der Arterie umfassen. Diese Merkmale werden mit einem Modell abgeglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative, verbesserte Möglichkeit zur Ermittlung einer Mittellinie von Abschnitten eines Hohlorgans bereitzustellen, die insbesondere möglichst exakt und/oder fehlerunanfällig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Mittellinien-Ermittlungseinrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst sowie durch ein zugehöriges Computerprogramm Anspruch 15.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art umfasst demgemäß folgende Schritte:

a) Festlegung eines Startorts innerhalb des, vorzugsweise tubulären, Hohlorgans. Dabei kann als Startort beispielsweise ein von einem Benutzer über eine Eingangsschnittstelle eingegebener Ort – etwa ein Saatpunkt, eine Linie oder eine Ebene – dienen. Dieser Startort kann vorzugsweise ggf. automatisch auf seine Eignung hin überprüft und nötigenfalls vor Durchführung der weiteren Schritte geeignet adaptiert werden, beispielsweise wenn ein Saatpunkt versehentlich außerhalb des Hohlorgans platziert wurde. Alternativ ist es auch möglich, dass eine Logikeinheit automa tisch den Startort selbstständig auf Basis von Erkennungsalgorithmen festlegt.
b) Definition einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen vom Startort aus. Vom Startort werden hierbei mehrere Suchstrahlen virtuell ”ausgesandt”, deren Richtungen vorzugsweise eine dreidimensionale Raumabdeckung ermöglichen und deren Länge besonders bevorzugt so gewählt ist, dass zumindest ihre Mehrzahl durch die Wand des Hohlorgans stößt. Dabei können die Längen der Suchstrahlen untereinander auch variieren. Im Folgenden wird daher die Definition dieser Suchstrahlen auch als ”Aussenden” bezeichnet.
c) Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen durch die Wand des Hohlorgans, vorzugsweise auf Basis einer Analyse der Voxel bzw. Pixel entlang der Suchstrahlen. Die Suchstrahlen, für die kein Durchstoßpunkt ermittelt werden kann (beispielsweise, weil sie im Wesentlichen parallel zum Hohlorganverlauf liegen) werden bevorzugt in der Folge außer Acht gelassen.
d) Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse einer durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolke.
e) Einpassung einer geometrischen Figur in das Innere des Hohlorgans auf Basis der Hauptkomponentenanalyse. Es wird also eine geeignete geometrische Figur gewählt, die in das Innere des Hohlorgans virtuell eingepasst wird. Die geometrische Figur kann quasi als Modell verstanden werden, das die Innengeometrie des Hohlorgans im Bereich um den Startort repräsentiert. Optimalerweise berührt sie das Hohlorgan an mindestens zwei Punkten im Raum, deren Abstand die größte Ausdehnung der Figur senkrecht zur Verlaufsrichtung des Organs darstellt. Damit ist sichergestellt, dass die Figur in ihrer Größe optimal an die Abmessungen des Hohlorgans angepasst ist. Von dieser geometrischen Figur wird ein Mittelpunkt ermittelt. Dieser wird vorzugsweise durch den Schwerpunkt der Figur in mindestens zwei Raumrichtungen, bevorzugt in alle drei Raumrichtungen definiert.
f) Ableitung eines Mittelpunkts der geometrischen Figur und eines durch die Figur bestimmten neuen Startorts. Dieser Mittelpunkt der geometrischen Figur stellt im Rahmen des Verfahrens bevorzugt einen Punkt auf der Mittellinie des Hohlorganabschnitts dar.
g) Rekursive Durchführung der Schritte c) bis f) auf Basis des jeweils neuen Startorts bis zum Ende eines Ermittlungsbereichs. Von der geometrischen Figur ausgehend wird hierzu vorzugsweise zusätzlich zum Mittelpunkt ein neuer Startort ermittelt, bevorzugt in Abhängigkeit von den Abmessungen und den Ausdehnungsrichtungen der Figur, von dem aus das Verfahren erneut durchgeführt wird, so lange bis ein Ende eines Ermittlungsbereichs des Hohlorgans erreicht ist. Ein solches Ende ist entweder das Ende des ganzen Hohlorganabschnitts oder das Ende eines unverzweigten Bereichs des Hohlorgans, da für die Ermittlung der Mittellinie in Verzweigungsbereichen andere bzw. zusätzliche Erkennungsmethoden notwendig sind.
h) Bildung der Mittellinie auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte der geometrischen Figuren. Dies kann vorzugsweise durch Verbinden der Mittelpunkte zur Mittellinie geschehen. Andere vorteilhafte Möglichkeiten werden später noch erläutert.

Ein Abschnitt eines Hohlorgans kann bei einer umfassenden Betrachtung das ganze Hohlorgan umfassen, er kann jedoch auch auf einen Teilbereich des Organs beschränkt sein. Dieser Teilbereich wird üblicherweise zwischen zwei, beispielsweise von einem Benutzer oder einer Erkennungslogik vorgegebenen Saatpunkten bzw. Saatregionen definiert.
Dieses modellbasierte Verfahren zur Mittellinienbestimmung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Exaktheit einer seits und eine einfache, da selektiv in den Bilddaten operierende Vorgehensweise aus: Statt alle Voxel bzw. Pixel eines Bilddatensatzes untersuchen zu müssen, werden die Wandabmessungen des Hohlorgans durch eine Auswahl-Analyse der Voxel bzw. Pixel entlang der Suchstrahlen repräsentativ ermittelt. Weisen diese Suchstrahlen eine definierte Länge auf, so ist die Anzahl der zu untersuchenden Pixel bzw. Voxel (wobei – wie auch im Folgenden – Pixel in einer zweidimensionalen Darstellung Voxel repräsentieren können) aufgrund der Anzahl der Suchstrahlen und ihrer festgelegten Länge genau begrenzt und vorteilhafterweise deutlich kleiner als bei Untersuchung aller Pixel in einem Umgebungsbereich gleicher Ausdehnung. Zur Exaktheit trägt neben den sehr genauen Methoden der Ermittlung der Wandabmessung und der Hauptkomponentenanalyse insbesondere die Einpassung der geometrischen Figur bei: Ihre Form, vorzugsweise eine in mindestens eine Raumrichtung, besonders bevorzugt in zwei und optimalerweise in alle drei Raumrichtungen symmetrische Form, gewährleistet eine optimale Repräsentierung der Innenform des Hohlorgans in dem Einpassungsbereich. Ihr Mittelpunkt kann von daher als ein Ort angesehen werden, der für das Lumen des Hohlorgans in diesem Bereich äußerst repräsentativ ist.
Eine erfindungsgemäße Mittellinien-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Mittellinie eines Abschnitts eines Hohlorgans umfasst erfindungsgemäß mindestens

– eine Eingangsschnittstelle für Bilddaten, die die räumliche Struktur eines Hohlorgans repräsentieren,
– eine Festlegungseinheit zur Festlegung von Startorten innerhalb des Hohlorgans,
– eine Suchstrahlen-Definitionseinheit zur Definition einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen von den Startorten aus,
– eine Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit zur Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen durch die Wand des Hohlorgans,
– eine Analyseeinheit zur Durchführung von Hauptkomponentenanalysen von durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolken,
– eine Einpassungseinheit zur Einpassung von geometrischen Figuren in das Innere des Hohlorgans auf Basis der jeweiligen Hauptkomponentenanalysen,
– eine Mittelpunkt-Ableitungseinheit zur Ableitung von Mittelpunkten der geometrischen Figuren, und
– eine Mittellinien-Bildungseinheit zur Bildung der Mittellinie auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte.

Die Eingangsschnittstelle und ggf. weitere zusätzliche Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Software-Module realisiert sein, beispielsweise wenn die Bilddaten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung einer anderen Bildbearbeitungseinheit oder dergleichen, übernommen werden können, oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle zusammengefasst sein.
Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Mittellinien-Ermittlungseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Festlegungseinheit, die Suchstrahlen-Definitionseinheit, die Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit, die Analyseeinheit, die Einpassungseinheit, die Mittelpunkt-Ableitungseinheit und die Verbindungseinheit ganz oder teilweise in Form von Software-Modulen auf einem Prozessor realisiert werden.
Bevorzugt ist die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung so ausgebildet, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren vollauto matisch selbsttätig durchführt. Sie kann jedoch auch halbautomatisch operieren, d. h. durch zusätzlichen Input von außen, beispielsweise aus weiteren Logikeinheiten, die ggf. mit Datenbanken verknüpft sind, oder durch manuelle Eingaben eines Bedieners, mit notwendigen Zusatzinformationen versorgt werden. Dieser Input kann beispielsweise die Festlegung des ersten Startorts betreffen. In diesem Falle kann im Speziellen die Festlegungseinheit eine Eingangsschnittstelle für externen Input umfassen, über die Informationen zum Startort bezogen werden können. Alternativ und/oder ergänzend kann die Festlegungseinheit als eine Erkennungseinheit mit einer eigenen Erkennungslogik zur Erkennung des Startorts ausgebildet sein. Dadurch kann unter anderem gewährleistet werden, dass die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte c) bis f) rekursiv durchgeführt werden können. Hierzu ist die Festlegungseinheit insbesondere bevorzugt so ausgebildet, dass sie aus Informationen zu, insbesondere über Form und/oder Größe und/oder Lage und/oder Ausrichtung, einer durch die Einpassungseinheit eingepassten geometrischen Figur einen neuen Startort ableitet.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm, das direkt in einem Prozessor einer programmierbaren Bildbearbeitungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm auf der Bildbearbeitungseinrichtung ausgeführt wird.
Außerdem umfasst die Erfindung eine Bildbearbeitungseinrichtung mit einer Bildausgabeeinrichtung und einer erfindungsgemäßen Ermittlungseinrichtung.
Weitere besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein.
Bevorzugt werden die Durchstoßpunkte auf Basis von mindestens einem lokalen Schwellenwert ermittelt, der mit dem Vorliegen einer Wand des Hohlorgans korrespondiert. Zur Ermittlung dieses lokalen Schwellenwertes wird dabei bevorzugt eine Histogramm-Analyse z. B. von Intensitätswerten von Pixeln bzw. Voxeln entlang der Suchstrahlen, die von einem gemeinsamen Startort abgeleitet sind, durchgeführt. Die Histogramm-Analyse umfasst vorteilhafterweise eine Schätzung der lokalen Schwellenwerte mittels einer Maximum-Likelihood-Methode. Mit Hilfe dieser Vorgehensweise können die Bilddaten einfach entlang der Suchstrahlen analysiert werden und auf Basis bewährter Schätzmethoden aus dem Grauwertprofil entlang des Suchstrahls die Durchstoßpunkte dort festgelegt werden, wo der lokale Schwellenwert jeweils erreicht werden.
Prinzipiell können verschiedene geometrische Figuren in das Innere des Hohlorgans eingepasst werden, wobei, wie erwähnt, symmetrische Figuren bevorzugt sind. Besonders bevorzugt wird dabei in jeder rekursiven Durchführung der Schritte c) bis f) dieselbe Art von geometrischer Figur, vorteilhafterweise in Übereinstimmung möglichst aller Parameterwerte außer der Größe verwendet. Somit kann vorab eine bestimmte geometrische Figur ausgewählt und nur mit einem Größenfaktor multipliziert jeweils in das Hohlorgan eingepasst werden. Dieser Größenfaktor bezieht sich vorzugsweise auf die Ausdehnung in alle Raumrichtungen, er kann jedoch auch aus zwei oder drei Richtungskomponenten-Teilfaktoren zusammengesetzt sein. Als besonders geeignet hat sich im Rahmen der Auseinandersetzung mit der erfindungsgemäßen Idee die Verwendung einer geometrischen Figur herausgestellt, die ein Ellipsoid umfasst, wobei sie bevorzugt nur aus einem Ellipsoid besteht. Ellipsoide lassen sich formmäßig besonders gut an die tubulare Struktur von Hohlorganen anformen und können durch ihre sich in zwei Richtungen sukzessive verjüngende Form auch in Bereichen des Hohlorgans eingebaut werden, die sich ebenfalls verjüngen, sei es aufgrund einer Verengung oder aufgrund einer Richtungsänderung des Hohlorgans.
Bei Verwendung eines Ellipsoids kann außerdem der neue Startort vorteilhafterweise dadurch abgeleitet werden, dass er entlang der Hauptachse des jeweiligen Ellipsoids in einem durch den Radius des Ellipsoids bestimmten Abstand, vorzugsweise seinem halben Radius, vom Mittelpunkt des Ellipsoids in einer Zielrichtung der zu ermittelnden Mittellinie gesetzt wird. Diese Zielrichtung ist die Richtung vom ersten Startort weg zu einem End-Betrachtungsort des Hohlorgan-Abschnitts, wobei die beiden genannten Orte die Abgrenzungen des Hohlorgan-Abschnitts definieren. Die Abstände zwischen den Ellipsoiden werden also in Abhängigkeit von ihren Mittelpunkten und ihren Radien bestimmt, wobei sich die Ellipsoide bevorzugt überlappen, weshalb beispielsweise die Wahl eines Abstands des nächsten Startorts vom Mittelpunkt eines Ellipsoids kleiner gleich dem Radius des Ellipsoids automatisch zu einer solchen Überlappung führt.
Bevorzugt wird der neue Startort unter Verwendung eines A*-Verfahrens abgeleitet. Besonders bevorzugt wird dabei als heuristische Annahme vorausgesetzt, dass die Gesamtheit aller Einzeldistanzen zwischen Startorten von dem ersten Startort bis zu einem End-Betrachtungsort des Hohlorgans größer oder gleich ist als bzw. wie die Euklidische Distanz zwischen dem ersten Startort und dem End-Betrachtungsort. Als End-Betrachtungsort ist dabei ein – analog zum ersten Startort – vorab eingegebener Ort zu verstehen, der neben dem ersten Startort die zweite Begrenzung des mit einer Mittellinie zu versehenden Abschnitts des Hohlorgans definiert. In der Praxis können der erste Startort und der End-Betrachtungsort beispielsweise als zwei Saatpunkte manuell eingegeben oder von der Erkennungseinrichtung ganz oder teilweise vorgegeben werden. Mit Hilfe des A*-Verfahrens und der oben genannten heuristischen Annahme ist es möglich, den wahrscheinlich kürzesten Weg durch das Hohlorgan in Richtung des End-Betrachtungsorts zu ermitteln. Die Annahme, dass die Euklidische Distanz geringer sein muss als die zusammenaddierten Einzeldistanzen zwischen den Startorten, dient der Verifizierung der Annahmen des Verfahrens.
Bevorzugt wird die Mittellinie durch Formen einer gekrümmten Kurve gebildet, auf oder an der alle abgeleiteten Mittelpunkte der geometrischen Figuren liegen. Sie kann also unter Verwendung der Mittelpunkte als Stützstellen eingepasst werden. Die gekrümmte Kurve bildet so in der Näherung die Mittellinie. Dabei ist davon auszugehen, dass die Genauigkeit der Näherung umso exakter ist, je näher die einzelnen Mittelpunkte beieinander liegen. Im Gegensatz zu einer aus geraden Strecken gebildeten Mittellinie in Form eines Polygonzugs mit Ecken an den Mittelpunkten stellt eine angeformte Kurve eine harmonische Linie dar, entlang derer besser – d. h. ohne unnötige Verwirrung der Orientierung eines Benutzers – navigiert werden kann und die zudem mit Sicherheit eine bessere Näherung der realen Mittellinie darstellt als der aus geraden Strecken gebildete Verlauf.
Bevorzugt werden von jedem Startort aus mindestens 72 radiale Suchstrahlen ausgesendet. Empirische Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass mit Hilfe dieser Anzahl von Suchstrahlen eine für Hohlorgane ausreichend repräsentative Punktwolke generiert werden kann. Dabei sind die Suchstrahlen bevorzugt so auszusenden, dass sie im Raum gleich verteilt sind. Zwischen ihnen liegt also im Raum jeweils der gleiche Raumwinkel, damit eine gleichmäßige Abdeckung in allen Dimensionen und Richtungen erreicht werden kann.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Festlegung eines Startorts eine Verifizierung mittels eines Verzweigungs-Erkennungsverfahrens umfasst, dass sich ein auf Basis der geometrischen Figur ermittelter potenzieller Startort außerhalb eines Verzweigungsbereichs des Hohlorgans befindet. Durch diese Vorab-Klärung kann sichergestellt werden, dass für Verzweigungsbereiche, in denen andere Verfahren besser geeignet sein könnten eine andere Ermittlungsmethode für die Mittellinie angewandt wird. Eine solche Methode kann besonders bevorzugt darin bestehen, dass der potenzielle Startort bei Erkennung eines Verzwei gungsbereichs in seinem Umfeld nicht als Startort verwendet wird und die Mittellinie stattdessen durch einen Verzweigungsmittelpunkt der Verzweigung und/oder durch einen neu ermittelten Anfangs-Mittelpunkt eines nach der Verzweigung liegenden Hohlorganstrangs geführt wird. Ein besonders geeignetes Verfahren zur Verzweigungsanalyse in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nachfolgend noch erläutert.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 Eine Darstellung aus mittels eines Computertomographieverfahrens gewonnenen Bilddaten, die einen Beckenbereich mit den knöchernen Strukturen eines Beckens und einem Teil einer Wirbelsäule zusammen mit einem Hohlorganabschnitt zeigt,
2 eine Schnittansicht durch ein Hohlorgan mit einem einzelnen Suchstrahl,
3 das Schwächungsprofil des Hohlorgans aus 2 entlang des Suchstrahls,
4 ein lokales Histogramm eines Hohlorganbereichs mit einer daran angeglichenen Verteilungskurve zur Ermittlung von Schwellenwerten,
5 eine schematische Darstellung eines Hohlorganabschnitts mit darin eingepassten geometrischen Figuren,
6 eine schematische Darstellung eines Hohlorganabschnitts mit darin eingepassten geometrischen Figuren in einem Verzweigungsbereich des Hohlorganabschnitts,
7 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens im Verzweigungsbereich unter Durchführung einer Verzweigungserkennung gemäß einer ersten Ausführungsform,
8 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens im Verzweigungsbereich unter Durchführung einer Verzweigungserkennung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
9 eine schematische Darstellung eines Regionen-Wachstums-Verfahrens in einem unverzweigten Bereich mit einer Ausbuchtung,
10 eine Darstellung aus mittels eines Computertomographieverfahrens gewonnenen Bilddaten eines solchen unverzweigten Bereichs mit einer Ausbuchtung,
11 eine Darstellung mit einem Hohlorganabschnitt aus Computertomographie-Bilddaten mit Markierungen eines Verzweigungsmittelpunkts und dreier Anfangsmittelpunkte der drei Hohlorganstränge im Bereich der Verzweigung,
12 eine Darstellung eines Hohlorganabschnitts aus Computertomographie-Bilddaten mit Markierungen seiner Mittellinie,
13 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Mittellinie, und
14 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bildbearbeitungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ermittlungseinrichtung.
Im Folgenden wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Mittellinie eines Hohlorgans kombiniert mit einem besonders geeigneten Verfahren zur Verzweigungserkennung des Hohlorgans erläutert.
1 zeigt eine Darstellung auf dem Bildschirm einer Befundungsstation einer Aufnahme eines menschlichen Beckenbereichs. Neben den Knochenstrukturen des Beckens und eines Teils der Wirbelsäule zeigt sie einen Abschnitt eines Hohlorgans 1, hier eines Blutgefäßes, dessen Mittellinie ermittelt werden soll. Es weist längere unverzweigte Bereiche auf und – etwa in der Bildmitte und im unteren Bildbereich – mehrere Verzweigungen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf Basis von Bilddaten des Blutgefäßes 1, die bevorzugt als Volumenbilddaten vorliegen, ein Startort 5, hier ein einzelner Saatpunkt innerhalb des Hohlorgans festgelegt, beispielsweise durch Eingabe eines Benutzers über eine Benutzerschnittstelle der Befundungsstation. Von diesem Saatpunkt 5 aus werden Suchstrahlen 3 in gleicher räumlicher Verteilung ausgesandt.
Ein einzelner solcher Suchstrahl 3 ist in 2 innerhalb eines Querschnitts eines Hohlorgans 1 gezeigt. Er durchmisst das Hohlorgan 1 und durchläuft dann das umliegende Gewebe, wobei auf beiden Seiten des Hohlorgans 1 entlang des Suchstrahls weitere Querschnitte von in diesem Bereich in etwa parallel zum Hohlorgan 1 verlaufenden Strukturen 7a, 7b liegen, die er ebenfalls durchdringt. Entlang des Suchstrahls 3 wird – in 3 dargestellt – ein Hounsfieldprofil erstellt. Es ist erkennbar, dass die Hounsfield-Werte des umgebenden Gewebes deutlich niedriger sind als die des Hohlorgans 1 und der Strukturen 7a, 7b.
In der Folge kann für alle entlang aller Suchstrahlen liegenden Pixel bzw. Voxel ein lokales Histogramm erstellt werden, das in 4 gezeigt ist. Die Kreuze zeigen jeweils die (auf der y-Achse aufgetragene) Menge der Voxel aller Suchstrahlen in absoluten Zahlen an, die eine bestimmte Grauwertintensität aufweisen, die in Hounsfield-Werten auf der x-Achse aufgetragen sind. Mit Hilfe einer Maximum-Likelihood-Methode wurde an das Histogramm eine von ihrer Form her geeignete Gauß-Kurve GK angepasst, die die Wert-Verteilungslogik des Histogramms repräsentiert. In Abhängigkeit von der Form der Gauß-Kurve GK, das heißt von ihrer Standardabweichung σ und ihrem Mittelwert μ wurden ein unterer und ein oberer Schwellenwert S_u und S_o abgeleitet. Diese Schwellenwerte S_u, S_o liegen an den Stellen Su = μ – 2·σ bzw So = μ + 2·σ.
Der Hounsfieldbereich zwischen den Schwellenwerten S_u, S_o definiert das Intervall (vgl. 3), in dem typischerweise Hounsfieldwerte des zu untersuchenden Hohlorgans liegen. Hounsfieldwerte außerhalb dieses Bereichs werden als nicht zum Hohlorgan gehörend betrachtet. Dies bedeutet, dass beide Schwellenwerte S_u, S_o die Hohlorganwand repräsentieren.
5 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Hohlorgans 1, in den sich gegenseitig überlappende geometrische Figuren, hier Ellipsoide 9, eingepasst sind. Die Form und Größe der Ellipsoide ergibt sich aus einer Hauptkomponentenanalyse einer Punktwolke von Durchstoßpunkten durch die Wand des Hohlorgans entlang der Suchstrahlen (vgl. 1). Diese Durchstoßpunkte wurden dort gesetzt, wo die Voxelwerte der jeweiligen Suchstrahlen den Hounsfieldbereich zwischen den Schwellenwerten S_u, S_o (vgl. 4) erstmals verlassen.
Jedes eingepasste Ellipsoid kann durch einen Radius r₁, r₂, ..., r_n und durch eine Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n charakterisiert werden. Entlang der jeweiligen Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels auch der nächste Startort in Form eines neuen Saatpunkts gesetzt – vorausgesetzt, der potenzielle Startort befindet sich nicht in einem Verzweigungsbereich. Der neue Saatpunkt liegt dann auf der je weiligen Hauptachse A₁, A₂, ..., A_n um die Hälfte des jeweiligen Radius r₁, r₂, ..., r_n versetzt in einer Verlaufsrichtung, in der eine Mittellinie des Hohlorganabschnitts ermittelt werden soll. Auf Basis des jeweiligen neuen Startorts wird durch rekursive Wiederholung des beschriebenen Verfahrens (vom Aussenden der Suchstrahlen bis zur Einpassung eines neuen Ellipsoids und der Ermittlung eines neuen Startorts) eine Reihe von Ellipsoiden in den Hohlorganabschnitt eingepasst, deren Mittelpunkte die Mittellinie des Hohlorganabschnitts definieren. So kann durch die Mittelpunkte beispielsweise eine gekrümmte Kurve gelegt werden, die die Mittellinie darstellt.
Eine Besonderheit ergibt sich bei der Ermittlung der Mittellinie beim Erreichen eines Verzweigungsbereichs V, wie er in 6 schematisch dargestellt ist. Dabei ist es zunächst notwendig, den Verzweigungsbereich V überhaupt zu erkennen, da die Rekonstruktion einer Mittellinie 13 nach dem bisher beschriebenen Verfahren in erster Linie für unverzweigte Hohlorgan-Bereiche geeignet ist. Außerdem wird für die Fortführung der Mittelinie 13 der Verzweigungsmittelpunkt 11 benötigt. Sowohl zur Erkennung des Verzweigungsbereichs V als auch zur Bestimmung des Verzweigungsmittelpunkts 11 dient das Verfahren, das anhand der 7 bis 9 näher erläutert wird.
In 7 ist schematisch eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung einer Verzweigungsstelle V dargestellt. Dieses Verfahren wird bevorzugt jedes Mal vor Durchführung der Hauptkomponentenanalyse und besonders bevorzugt bereits vor der Definition von Suchstrahlen von einem neuen Startort aus ausgeführt. Wird dabei keine Verzweigungsstelle erkannt, so wird weiter wie oben beschrieben, eine neue geometrische Figur in das Hohlorgan eingepasst.
Bei der erfindungsgemäßen Ermittlung einer Verzweigungsstelle wird, ausgehend von einem Startort, der hier wie zuvor beschrieben durch die Form des letzten Ellipsoids 9 bestimmt wird, ein Regionen-Wachstums-Verfahren durchgeführt. Anhand der zuvor bestimmten lokalen Schwellenwerte S_u, S_o die einen zum Organ zugeordneten Hounsfieldbereich definieren, werden Wachstumsschichten erster bis n-ter Ordnung innerhalb des Hohlorgans aufgebaut. Dabei wird in der vorliegenden Ausführungsform nach Durchführung des Wachstumsschritts die n-te Wachstumsschicht einer Zusammenhangsanalyse unterzogen. Eine Verzweigungsstelle V liegt gemäß dieser Analyse dann vor, wenn die äußerste Wachstumsschicht – in 7 die zwölfte Wachstumsschicht – nicht mehr vollständig zusammenhängend ist. Dagegen liegt im Untersuchungsbereich keine Verzweigung vor, wenn eine Anzahl äußerer Wachstumsschichten einer – beispielsweise in Abhängigkeit vom Radius des Ellipsoids 9, der als letztes bestimmt wurde, jeweils zusammenhängend sind. Die Wachstumstiefe richtet sich also bevorzugt nach dem Radius des vorhergehenden Ellipsoids 9 bzw. nach analog gewählten Maßvorgaben andersartiger geometrischer Figuren. Sie ist somit dynamisch – beispielsweise in Abhängigkeit vom Lumen des Hohlorgans – anpassbar.
In 8 ist eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung einer Verzweigungsstelle V dargestellt, die in ihrer Erkennungslogik weniger sensitiv ist, dafür aber auch weniger störungsanfällig. Hier werden statt der äußersten Wachstumsschicht mehrere äußere Wachstumsschichten – im vorliegenden Falle zwei Schichten – auf ihren Zusammenhang hin analysiert. Das Signal, dass eine Verzweigungsstelle V vorliegt, wird also erst dann generiert, wenn die beiden äußeren Schichten 11 und 12 nicht mehr zusammenhängen. Durch diese etwas gröbere Zusammenhangsanalyselogik kann vermieden werden, dass falsch positive Signale generiert werden, etwa, wenn das Hohlorgan nur eine Ein- oder Ausbuchtung hat, die bei einer sehr feinen Analyse fälschlicherweise als Verzweigungsstelle erkannt werden könnte.
9 und 10 dienen der Illustration der Notwendigkeit einer differenzierten Erkennungslogik von Verzweigungsbereichen. So zeigt 9 analog zu 8 ein Hohlorgan 1, in dem im Regionen-Wachstums-Verfahren Wachstumsschichten aufge baut wurden. Jedoch befindet sich statt des Verzweigungsbereichs V an in etwa derselben Stelle lediglich eine Ausbuchtung Y des Hohlorgans 1. Eine Zusammenhangsanalyse nur der äußersten Wachstumsschicht 12 würde für diese Ausbuchtung Y zu dem Fehlschluss führen, dass ein Verzweigungsbereich vorläge. Durch die gemeinsame Analyse der äußeren drei Wachstumsschichten 10 bis 12 hingegen kann dieser falsch positive Schluss vermieden werden.
Eine analoge Entsprechung im real durch Computertomographie aufgenommenen Bild ist in 10 gezeigt, in dem im oberen rechten Bildbereich ein Hohlorgan 1 wiederum eine Ausbuchtung Y aufweist.
Mit Hilfe der anhand der 7 und 8 beschriebenen Erkennungslogik für Verzweigungsstellen V können in der Folge auch der Verzweigungsmittelpunkt 11 und Anfangsmittelpunkte 15 von Hohlorgansträngen nach der Verzweigungsstelle V festgelegt werden, wie sie in 11 gezeigt sind. Vorzugsweise wird als Verzweigungsmittelpunkt der Schwerpunkt aller Wachstumsschichten verwendet, die bis zur Detektion der Verzweigung aufgebaut wurden, d. h. in den Beispielen der 7 und 8 den Schwerpunkt der Wachstumsschichten 1 bis 12. Dadurch, dass der Startort des Regionen-Wachstums-Verfahrens nicht beliebig weit von einer Verzweigungsstelle V entfernt platziert sein kann (sonst wäre es beispielsweise möglich, ein weiteres Ellipsoid in einen unverzweigten Bereich einzupassen), kann der Schwerpunkt näherungsweise den Verzweigungsmittelpunkt 11 der Verzweigungsstelle V repräsentieren.
Ähnliches ergibt sich für die Anfangsmittelpunkte 15. Sie bildet sich aus dem Schwerpunkt eines Clusters der Anzahl von äußeren Wachstumsschichten, wobei das Cluster aus solchen lokalen Teilen von Wachstumsschichten gebildet ist, die sich im Bereich des einzelnen Hohlorganstrangs befinden und die keine zusammenhängende Wachstumsschicht mehr im Rahmen des Regionen-Wachstums-Verfahrens bilden. Um im Bild der 7 und 8 zu bleiben, so würde der Verzweigungsmittelpunkt des nach rechts abgehenden Hohlorganstrangs in 7 durch den Schwerpunkt der beiden Voxel der Schicht 12 und in 8 durch den Schwerpunkt der vier Voxel der Schichten 11 und 12 in diesem Hohlorganstrang gebildet. Dies kann bedeuten, dass genau dieser Schwerpunkt als Anfangsmittelpunkt des Hohlorganstrangs verwendet wird oder als Ausgangsgröße zur genaueren Bestimmung des exakten Anfangsmittelpunkts, die dann wiederum im Rahmen des oben beschriebenen Verfahrens zur Mittellinienbestimmung mit Hilfe der Ellipsoide erfolgen kann. Mit anderen Worten: Ein wie beschrieben ermittelter Anfangsmittelpunkt eines Hohlorgans kann in der Folge wieder als Startort für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur weiteren Ermittlung der Mittellinie 13 dienen.
Im Endeffekt ergibt sich am Ende der Verfahren zur Mittellinienbestimmung bzw. zur Ermittlung von Verzweigungsstellen eines Abschnitts eines Hohlorgans 1 eine Mittellinie 13, wie sie in 12 dargestellt ist: Sie wird definiert durch Verzweigungsmittelpunkte 11 und durch Mittelpunkte M_x der Ellipsoide (in dieser Figur nicht dargestellt), an denen sie sich orientiert.
Zur genaueren Erläuterung zeigt 13 ein schematisches Ablaufdiagramm, in dem wesentliche Verfahrensschritte bei der Mittellinienbestimmung nochmals visualisiert sind:
Das Verfahren teilt sich in eine Initialisierungsphase U, eine Generierungsphase W zur Generierung eines Gefäßmodells und eine Nachverarbeitungsphase Z.
In der Initialisierungsphase U wird das Verfahren unter A gestartet. Zunächst wird bei einem Input B – manuell über eine Benutzerschnittstelle oder automatisch mit Hilfe einer Eingabelogik – ein Startort 5 (vgl. 1) eingegeben. In einer Abfrage C wird festgestellt, ob der Startort 5 geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens, also in erster Linie, ob er sich innerhalb des Hohlorganabschnitts befindet, aber auch, ob sich der Startort 5 in bzw. nahe einem Verzweigungsbereich befindet. Ist dies beides nicht der Fall (n), wird zu Schritt B zurückgesprungen, anderenfalls (j) kann weiterverfahren werden. Hierzu sind optional Schritte D und E möglich. In Schritt D wird eine ”künstliche” Verzweigungserkennung durchgeführt, die beispielsweise als Verfahren zur Verzweigungserkennung wie oben beschrieben realisiert sein kann. Es handelt sich um eine künstliche Verzweigungserkennung, weil entweder aufgrund einer vorherigen Abklärung bereits klar ist, dass keine reale Verzweigung vorliegt oder weil sonst bei Vorliegen einer realen Verzweigung mindestens drei Gefäßsegmente ermittelt werden könnten, in deren Richtungen sich das Hohlorgan erstreckt. Mit Hilfe dieser künstlichen Verzweigungserkennung D werden nämlich nur in Schritt E die Gefäßsegmente in beiden Haupterstreckungsrichtungen des Hohlorgans 1 ermittelt, entlang derer in der Folge der Mittellinienverlauf mit Hilfe eines A*-Verfahrens weiterermittelt werden kann.
In der Generierungsphase W wird zunächst in einem Auswahlschritt F dasjenige der Gefäßsegmente ausgewählt, entlang dessen Richtung vom Startort 5 aus die Mittellinie ermittelt werden soll. Bevorzugt erfolgt die Ermittlung der Mittellinie von zwei Seiten, d. h. von zwei Startorten 5 aus aufeinander zu, so dass insgesamt aus vier Gefäßsegmenten die beiden geeignetsten ausgewählt werden. Im Schritt G werden Suchstrahlen vom Startort 5 definiert und im Schritt H auf Basis der Intensitätswerte der Voxel aller Suchstrahlen die lokalen Schwellenwerte für den Bereich um den Startort 5 ermittelt. In Schritt J folgt dann eine Verzweigungserkennung mit Hilfe der oben näher erläuterten Methode unter Zuhilfenahme des Regionen-Wachstums-Verfahrens. In einer Abfrage K wird geklärt, ob eine solche Verzweigung vorliegt. Liegt eine Verzweigung vor (j) so wird diese in einem Schritt L näher bestimmt, ebenso wie in Schritt N die abzweigenden Hohlorganstränge. Dies schließt insbesondere die Ermittlung von Verzweigungsmittelpunkten 11 und Anfangsmittelpunkten 15 ein.
Liegt hingegen keine Verzweigung vor (n), so wird mit in einem Schritt M der nächste Punkt der Mittellinie ermittelt.
Dies erfolgt vorzugsweise unter Zuhilfenahme des Schritts P der Einpassung eines Ellipsoids in das Hohlorgan. In einer Abfrage Q wird ermittelt, ob die Untersuchung bereits am Ende des Hohlorganabschnitts angekommen ist. Wenn nein (n), so wird das Verfahren ab Schritt F rekursiv wiederholt, wenn ja (j), so erfolgt der Übergang in die Nachverarbeitung Z, in der in Schritt R die Mittellinie unter Zuhilfenahme der einzelnen Mittelpunkte der in den Hohlorganabschnitt eingepassten geometrischen Figuren (vgl. 5) und der Verzweigungsmittelpunkte 11 sowie ggf. der Anfangsmittelpunkte 15 der Hohlorganstränge extrahiert und in Schritt S optional nachbearbeitet wird, beispielsweise durch Interpolation der Stützstellen mit Hilfe einer gekrümmten Kurve an die geraden Verbindungen zwischen den einzelnen Mittelpunkten. Damit endet unter T das Verfahren.
14 zeigt in schematischer Blockdarstellung eine Bildbearbeitungseinrichtung 17 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23. Neben der Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23 weist die Bildbearbeitungseinrichtung 17 eine Bildaufbereitungseinheit 21 und eine Bildausgabeeinrichtung 19 auf.
In die Bildbearbeitungseinrichtung werden Ausgangsbilddaten ABD eingespeist und in der Bildaufbereitungseinheit 21 verarbeitet. Daraus resultierende Bilddaten BD, die im Übrigen auch Ausgangsbilddaten ABD umfassen können, werden sowohl in die Bildausgabeeinrichtung 19, beispielsweise einen Monitor einer Befundungsstation, und in die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung 23 eingespeist.
Die Mittellinien-Ermittlungseinrichtung weist neben einer Eingangsschnittstelle 25 folgende Komponenten auf: Eine Festlegungseinheit 27, eine Suchstrahlen-Definitionseinheit 29, eine Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit 31, eine Analyseeinheit 33, eine Einpassungseinheit 35, eine Mittelpunkt-Ableitungseinheit 37 und eine Mittellinien-Bildungseinheit 39.
Die Festlegungseinheit 27 legt Startorte 5 innerhalb eines Hohlorgans 1 fest. Sie kann als reine Input-Schnittstelle ausgebildet sein, über die Benutzereingaben und/oder Inputs aus anderen Logikeinheiten, ggf. verbunden mit DatenbankInformationen, eingespeist werden können, aber auch als eigenständige oder teilautomatische Logikeinheit. Ausgehend von den durch die Festlegungseinheit 27 festgelegten Startorten definiert die Suchstrahlen-Definitionseinheit 29 radiale Suchstrahlen 3. Die Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit 31 ermittelt die Durchstoßpunkte der Suchstrahlen 3 durch die Wand des Hohlorgans 1, und die Analyseeinheit 33 führt eine Hauptkomponentenanalyse von durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolken durch. Auf Basis der jeweiligen Hauptkomponentenanalyse passt die Einpassungseinheit 35 geometrische Figuren, also beispielsweise Ellipsoide, in das Innere des Hohlorgans 1 ein, von denen die Mittelpunkt-Ableitungseinheit 37 Mittelpunkte M₁, M₂, M₃ ableitet. Die Mittellinien-Bildungseinheit 39 bildet aus diesen Informationen die Mittellinie 13 auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte M₁, M₂, M₃ der geometrischen Figuren.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Vorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Mittellinie (13) eines Abschnitts eines Hohlorgans (1) in Bilddaten (BD), die seine räumliche Struktur repräsentieren, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Festlegung (B) eines Startorts (5) innerhalb des Hohlorgans (1), b) Definition (G) einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen (3) vom Startort (5) aus, c) Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen (3) durch die Wand des Hohlorgans (1), d) Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse einer durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolke, e) Einpassung einer geometrischen Figur in das Innere des Hohlorgans (1) auf Basis der Hauptkomponentenanalyse, f) Ableitung eines Mittelpunkts (M₁, M₂, M₃, M_x) der geometrischen Figur und eines durch die Figur bestimmten neuen Startorts (5), g) rekursive Durchführung der Schritte c) bis f) auf Basis des jeweils neuen Startorts (5) bis zum Ende eines Ermittlungsbereichs, und h) Bildung der Mittellinie (13) auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte (M₁, M₂, M₃, M_x) der geometrischen Figuren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstoßpunkte auf Basis von mindestens einem lokalen Schwellenwert (S_u, S_o) ermittelt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines lokalen Schwellenwerts (S_u, S_o) eine Histogramm-Analyse entlang der Suchstrahlen (3) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Histogramm-Analyse eine Schätzung des lokalen Schwellenwerts (S_u, S_o) mittels einer Maximum-Likelihood-Methode umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Figur ein Ellipsoid (9) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der neue Startort (5) dadurch abgeleitet wird, dass er entlang der Hauptachse (A₁, A₂) des jeweiligen Ellipsoids (9) in einem durch den Radius (r₁, r₂) des Ellipsoids (9) bestimmten Abstand vom Mittelpunkt (M₁, M₂, M₃, M_x) des Ellipsoids (9) in einer Zielrichtung der zu ermittelnden Mittellinie (13) gesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neue Startort (5) unter Verwendung eines A*-Verfahrens abgeleitet wird, bei welchem Verfahren als heuristische Annahme vorausgesetzt wird, dass die Gesamtheit aller Einzeldistanzen zwischen Startorten (5) von dem ersten Startort (5) bis zu einem End-Betrachtungsort des Hohlorgans (1) größer ist als die Euklidische Distanz zwischen dem ersten Startort (5) und dem End-Betrachtungsort.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (13) durch Formen einer gekrümmten Kurve gebildet wird, auf oder an der alle abgeleiteten Mittelpunkte (M₁, M₂, M₃, M_x) der geometrischen Figuren liegen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Startort (5) aus mindestens 72 radiale Suchstrahlen (3) ausgesendet werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suchstrahlen (3) im Raum gleich verteilt sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung (B) eines Startorts (5) eine Verifizierung mittels eines Verzweigungs-Erkennungsverfahrens umfasst, dass sich ein auf Basis der geometrischen Figur ermittelter potenzieller Startort außerhalb eines Verzweigungsbereichs (V) des Hohlorgans (1) befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der potenzielle Startort bei Erkennung eines Verzweigungsbereichs (V) in seinem Umfeld nicht als Startort (5) verwendet wird und die Mittellinie (13) durch einen Verzweigungsmittelpunkt (11) der Verzweigung und/oder durch einen neu ermittelten Anfangsmittelpunkt (15) eines nach der Verzweigung liegenden Hohlorganstrangs geführt wird.
Mittellinien-Ermittlungseinrichtung (23) zur Ermittlung einer Mittellinie (13) eines Abschnitts eines Hohlorgans (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, mindestens umfassend: – eine Eingangsschnittstelle (25) für Bilddaten (BD), die die räumliche Struktur eines Hohlorgans (1) repräsentieren, – eine Festlegungseinheit (27) zur Festlegung von Startorten (5) innerhalb des Hohlorgans (1), – eine Suchstrahlen-Definitionseinheit (29) zur Definition einer Mehrzahl radialer Suchstrahlen (3) von den Startorten (5) aus, – eine Durchstoßpunkt-Ermittlungseinheit (31) zur Ermittlung von Durchstoßpunkten der Suchstrahlen (3) durch die Wand des Hohlorgans (1), – eine Analyseeinheit (33) zur Durchführung von Hauptkomponentenanalysen von durch die Durchstoßpunkte definierten Punktwolken, – eine Einpassungseinheit (35) zur Einpassung von geometrischen Figuren in das Innere des Hohlorgans (1) auf Basis der jeweiligen Hauptkomponentenanalysen, – eine Mittelpunkt-Ableitungseinheit (37) zur Ableitung von Mittelpunkten (M₁, M₂, M₃, M_x) der geometrischen Figuren, und – eine Mittellinien-Bildungseinheit (39) zur Bildung der Mittellinie (13) auf Basis der abgeleiteten Mittelpunkte (M₁, M₂, M₃, M_x) der geometrischen Figuren.
Bildbearbeitungseinrichtung (17) mit einer Bildausgabeeinrichtung (19) und einer Mittellinien-Ermittlungseinrichtung (23) gemäß Anspruch 13.
Computerprogramm, das direkt in einen Prozessor der programmierbaren Bildbearbeitungseinrichtung (17) nach Anspruch 14 ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm auf der Bildbearbeitungseinrichtung ausgeführt wird.