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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines segmentierten Volumendatensatzes für eine virtuelle Koloskopie, der Bildinformationen vom mit einem ersten und einem zweiten Kontrastmittel versehenen Darm eines Lebewesens aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinrichtung und einen Datenträger, welche ein das Verfahren umsetzendes Rechenprogramm aufweisen.
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Die virtuelle Koloskopie ist ein nicht invasives Verfahren insbesondere zur Untersuchung des Dickdarms eines Patienten anhand von Bildinformationen vom Dickdarm, die beispielsweise mit einem Magnetresonanzgerät oder einem Röntgencomputertomographen gewonnen wurden. Vor der Aufnahme der Bildinformationen vom Dickdarm wird dem Patienten in der Regel ein Kontrastmittel, z. B. Luft, Kohlendioxid bei der Bildgebung mit einem Röntgencomputertomographen oder Wasser bei der Bildgebung mit einem Magnetresonanzgerät rektal in den Dickdarm appliziert, damit sich der Dickdarm entfaltet.
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Des Weiteren wird der Dickdarm vor der Aufnahme von Bildinformationen in der Regel auch von Stuhlresten befreit, da nur auf diese Weise eine sinnvolle Begutachtung der Innenwand des Dickdarms möglich ist. Gerade dieses Abführen von Stuhlresten wird aber häufig von Patienten als unangenehm empfunden, weshalb Verfahren bevorzugt werden, bei denen das Abführen von Stuhlresten größtenteils vermieden wird oder sich zumindest weniger unangenehm gestaltet.
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Eine Form, ein allzu rigoroses Abführen von Stuhlresten aus dem Dickdarm vor der Aufnahme von Bildinformationen zu vermeiden, ist die digitale Subtraktion von markiertem Stuhl aus einem Bildinformationen vom Darm aufweisenden Volumendatensatz. Die Markierung der Stuhlreste erfolgt mit einem Kontrastmittel, das dem jeweiligen Patienten in der Regel oral verabreicht wird und mit dem verwendeten bildgebenden Verfahren gut detektierbar ist.
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Bei der Röntgencomputertomographie hat sich beispielsweise Barium als geeignetes Kontrastmittel erwiesen. Das verabreichte Barium und der restliche Stuhl vermischen sich im Dickdarm bis zur Aufnahme der Bildinformationen. Dieses Vorgehen wird auch als Stuhl-Tagging, also als Kennzeichnung oder Markierung des Stuhls bezeichnet. Das Stuhl-Barium-Gemisch hat in dem Volumendatensatz des bildgebenden Verfahrens CT-Werte größer 200 Hounsfield-Einheiten, die gut erkannt werden können. Die Erkennung kann beispielsweise mit einem Schwellenwertverfahren erfolgen. Die mit Hilfe des Schwellenwertverfahrens identifizierten, das Stuhl-BariumGemisch repräsentierenden Bildvoxel erhalten schließlich einen CT-Wert von ca. –1000 Hounsfield-Einheiten, der dem CT-Wert der rektal verabreichten Luft entspricht und was als digitale Subtraktion bezeichnet wird.
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Problematisch bei diesem Verfahren sind insbesondere die Übergänge zwischen Stuhl-Bariumgemisch und Luft sowie zwischen Stuhl-Bariumgemisch und Darmgewebe. Hier treten auch Übergänge in den CT-Werten auf, so dass die betroffenen Voxel nicht eindeutig einer der Gruppen Darmgewebe, Stuhl-Barium-Gemisch oder Luft zugeordnet werden können. Erschwerend kommt hinzu, dass sich der restliche Stuhl und das Barium häufig nicht homogen vermischen.
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Nach der digitalen Subtraktion bleiben daher im Volumendatensatz zuweilen unerwünschte Strukturen enthalten, die die Form von Darmpolypen haben. Das Verbleiben derartiger Strukturen im Volumendatensatz kann demnach zu Fehldiagnosen führen. Andererseits können bei der digitalen Subtraktion fälschlicherweise feine Strukturen, wie Darmfalten, subtrahiert werden, so dass, sollte sich dort eine Läsion befinden, diese nicht diagnostiziert werden kann.
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In der nächstkommenden Druckschrift
DE 10 2005 046 385 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbearbeitung eines 3D-Bilddatensatzes für die virtuelle Kolonographie beschrieben, bei welchem Verfahren nach der Rekonstruktion eines 3D-Bilddatensatzes vom Darm eines Patienten eine Segmentierung auf Basis der CT-Werte der mit einem Markierungskontrastmittel gefüllten Bereiche in dem 3D-Bilddatensatz erfolgt. Bei den angesprochenen Bereichen handelt es sich um Bereiche des Darms, die mit Kontrastmittel markierte Stuhl- oder Flüssigkeitsreste aufweisen. Nach einer Kantendetektion und einer gewichteten Hochpassfilterung wird das Markierungskontrastmittelgemisch aus den Bilddaten des 3D-Bilddatensatzes entfernt, worunter eine virtuelle Darmreinigung verstanden wird.
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Aus der
DE 10 2007 058 687 A1 ist ebenfalls eine virtuelle Darmreinigung bekannt, bei der Bildinformationen des mit Kontrastmittel markierten Darminhalts allerdings mit Ausnahme der als Darmfalten detektierten Bilddaten aus den primär erzeugten Bilddaten entfernt und durch CT-Werte für Luft ersetzt werden.
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Des Weiteren ist in der
DE 10 2007 056 800 A1 ein Verfahren zur tomographischen Darstellung eines mit einer Substanz versehenen Hohlorgans beschrieben, bei dem Rohbilddaten von einem Abtastbereich unter Einsatz eines Tomographiegerätes erfasst, tomographische Bilder aus den erfassten Rohbilddaten rekonstruiert, die zur Substanz gehörenden Bildelemente eine Bildes identifiziert und das Hohlorgan auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden, wobei die identifizieren Bildelemente semi-transparent dargestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie zugehörige Gegenstände derart anzugeben, dass ein Volumendatensatz für eine virtuelle Koloskopie zur Verfügung gestellt werden kann, bei dem die Gefahr der Fehlinterpretation möglichst vermieden wird.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Bildinformationen vom Darm eines Lebewesens aufweisenden, segmentierten Volumendatensatzes für eine virtuelle Koloskopie, wobei der Darm mit einem ersten und einem zweiten Kontrastmittel versehen ist. Während das erste Kontrastmittel zur Entfaltung des Darmes vorgesehen ist, dient das zweite Kontrastmittel zur Markierung der Stuhlreste im Darm. In einem Messvolumendatensatz, der von der Körperregion des Lebewesens aufgenommen wird, die den mit einem ersten und einem zweiten Kontrastmittel versehenen Darm aufweist, werden das erste Kontrastmittel repräsentierende Voxel, vorzugsweise homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierende Voxel und Darmgewebe repräsentierende Voxel des Volumendatensatzes segmentiert bzw. identifiziert. Basierend auf dem segmentierten Volumendatensatz werden bei der virtuellen Koloskopie zumindest Abschnitte der Darmwand dargestellt, selbst wenn diese in dem segmentierten Volumendatensatz mit Stuhlresten belegt sind, die mit dem zweiten Kontrastmittel versehen sind, da die segmentierten, mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden Voxel nicht für die Bildgebung herangezogen werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt also keine digitale Subtraktion von Stuhlresten aus dem Volumendatensatz, wodurch die eingangs erwähnten Nachteile der fälschlichen oder unerwünschten Subtraktion vermieden werden. Vielmehr wird der Volumendatensatz derart segmentiert bzw. werden die Voxelwerte des Volumendatensatzes derart ermittelt, dass das erste Kontrastmittel repräsentierende Voxel, mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierende Voxel und Darmgewebe repräsentierende Voxel eindeutig voneinander unterschieden werden können. Dies hat den Vorteil, dass bei der virtuellen Koloskopie ein sogenannter virtueller Flug durch den segmentierten Volumendatensatz erfolgen und die Darmwand visualisiert werden kann, obwohl diese teilweise noch mit mit dem zweiten Kontrastmittel markierten Stuhlresten versehen ist, da aufgrund der aus der Segmentierung bekannten Voxelwerte der mit dem zweiten Kontrastmittel markierten Stuhlreste diese Voxelwerte für die Bildgebung ignoriert werden können. Es kann also quasi durch diese Stuhlreste hindurchgesehen werden kann. Bei einem Visualisierungsverfahren wie beispielsweise dem Surface-Shaded-Display werden basierend auf der Segmentierung die Voxelschwellenwerte für die Visualisierung der Darmwand z. B. derart festgelegt, dass ein der Darmwand zugeordneter Voxelwert für die Visualisierung der Darmwand herangezogen wird, während ein markiertem Stuhl zugeordneter Voxelwert übersprungen, also nicht zur Visualisierung herangezogen wird. Liegen demnach ein einem markierten Stuhlrest zugeordneter Voxelwert und ein der Darmwand zugeordneter Voxelwert auf einem Betrachterstrahl hintereinander, wird der dem markierten Stuhlrest zugeordnete Voxelwert übersprungen bzw. ein Abbruchkriterium für die Visualisierung greift nicht. Erst wenn ein der Darmwand zugeordneter Voxelwert registriert wird, greift das Abbruchkriterium und dieser Voxelwert wird zur Visualisierung verwendet.
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Nach einer Variante der Erfindung werden auch die die Übergänge zwischen dem ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten repräsentierenden Voxel und/oder die die Übergänge zwischen dem ersten Kontrastmittel und Darmgewebe repräsentierenden Voxel und/oder die die Übergänge zwischen mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen. Stuhlresten und Darmgewebe repräsentierenden Voxel segmentiert, um die Visualisierung der Darmwand für die virtuelle Koloskopie zu verbessern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Segmentierung mit einem Schwellenwertverfahren, mittels Region-Growing, mit dem Watershed-Algorithmus, mit dem Watershed-Algorithmus in einer dreidimensionalen Abwandlung und/oder mittels einer Dilatation erfolgt. Die verschiedenen Segmentierungsverfahren können dabei einzeln oder in Kombination angewendet werden.
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Bei dem Watershed-Algorithmus in seiner dreidimensionalen Abwandlung wird ein oberer Schwellenwert für eine erste Komponente oder eine erste Gewebeart repräsentierende Voxel und ein unterer Schwellenwert für eine zweite Komponente oder eine zweite Gewebeart repräsentierende Voxel festgelegt. Anschließend wird der obere Schwellenwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt und der untere Schwellenwert wird entsprechende vorzugsweise kontinuierlich angehoben, wobei derjenige Voxelwert, an dem sich der abgesenkte obere Schwellenwert und der angehobene untere Schwellenwert treffen, als die Segmentierungsgrenze zwischen der ersten Komponente oder der ersten Gewebeart und der zweiten Komponente oder der zweiten Gewebeart festgelegt wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden zunächst diejenigen segmentierten, das erste Kontrastmittel repräsentierenden Voxel aus dem Messvolumendatensatz entfernt, die nicht dem Inneren des Darms zugeordnet werden können. Handelt es sich bei dem ersten Kontrastmittel beispielsweise um Luft und sind in dem Messvolumendatensatz Bildinformationen von der Lunge des Patienten enthalten oder enthält der Messvolumendatensatz Luftanteile, die außerhalb des Patienten liegen, so werden diese aus dem Messvolumendatensatz entfernt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass diejenigen segmentierten Voxel, welche das erste Kontrastmittel repräsentieren und dem Inneren des Darmes zugeordnet werden, wenigstens ein erstes Teilvolumen bilden. Idealerweise liegt nur ein erstes Teilvolumen vor. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass beispielsweise durch eine Anhäufung von Stuhlresten das Volumen des ersten Kontrastmittels unterbrochen ist und somit zwei oder auch mehr Teilvolumina des ersten Kontrastmittels vorhanden sind.
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Gemäß einer Variante der Erfindung werden Knochen repräsentierende Voxel und/oder Bildrauschen repräsentierende Voxel des Messvolumendatensatzes segmentiert und vorzugsweise ebenfalls aus dem Messvolumendatensatz entfernt, da diese für die virtuelle Koloskopie nicht benötigt werden bzw. sich störend auswirken.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung werden die nicht homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden Voxel segmentiert und den vorzugsweise homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden Voxeln zugeordnet, da eine Unterscheidung zwischen nicht homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten und homogen mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten nicht nötig ist. Vorzugsweise bilden die mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden Voxel wenigstens ein zweites Teilvolumen. Was die Stuhlreste anbelangt, so werden in der Regel allerdings mehrere zweite Teilvolumina vorhanden sein, da davon auszugehen ist, dass an mehreren Stellen unabhängig voneinander Stuhlreste im Darm verbleiben.
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Zur Ermittlung der die Übergänge zwischen dem ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehene Stuhlreste repräsentierenden Voxel wird das wenigstens ein erste Teilvolumen und/oder wenigstens ein dem wenigstens ersten Teilvolumen benachbartes zweites Teilvolumen nach einer Variante der Erfindung um eine vorgebbare oder vorgegebene Anzahl von Voxeln dilatiert, d. h. definiert und gezielt durch Hinzunahme von Voxeln ausgedehnt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden diejenigen Voxel der vorgebbaren oder vorgegebenen Anzahl von Voxeln als Voxel eines Übergangs zwischen dem ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten identifiziert, die das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite Teilvolumen miteinander verbinden. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden das wenigstens eine erste Teilvolumen, das wenigstens eine zweite Teilvolumen und die identifizierten Voxel der Übergange zwischen dem ersten Kontrastmittel und mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten ein drittes Teilvolumen.
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Gemäß einer Variante der Erfindung werden die die Übergänge zwischen dem ersten Kontrastmittel und Darmgewebe repräsentierenden Voxel und/oder die die Übergänge zwischen mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten und Darmgewebe repräsentierenden Voxel segmentiert bzw. identifiziert, indem das dritte Teilvolumen an seinen Rändern ebenfalls um eine vorgebbare oder vorgegebene Anzahl von Voxeln dilatiert wird, d. h. definiert und gezielt durch Hinzunahme von Voxeln an den Rändern ausgedehnt wird.
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Basierend auf der Segmentierung kann nunmehr nach einer weiteren Variante der Erfindung bei der virtuellen Koloskopie wenigstens eine Ansicht vom Inneren des Darmes mit dem Surface-Shaded-Display-Verfahren rekonstruiert werden. In der Regel wird im Rahmen der virtuellen Koloskopie, also bei dem virtuellen Flug durch den Darm eine Vielzahl von Ansichten vom Inneren des Darmes, insbesondere von der Darmwand erzeugt.
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Vorzugsweise werden dabei ausgehend von einer Betrachterposition im Darm Strahlen von der Betrachterposition ausgesandt und es wird jeweils das Voxel dargestellt, das auf einem Strahl liegt und dessen Voxelwert einen vorgegebenen, der Darmwand zugeordneten Voxelschwellenwert überschreitet, selbst wenn die Darmwand des segmentierten Volumendatensatzes mit mit dem zweiten Kontrastmittel versehenen Stuhlresten belegt ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Recheneinrichtung, welche zur Ausführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren eingerichtet ist. Die Recheneinrichtung weist hierzu ein entsprechendes Rechenprogramm bzw. Software oder Softwaremodule auf, mit denen die Segmentierung und die virtuelle Koloskopie durchführbar sind.
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Der erfindungsgemäße Datenträger weist ein Rechenprogramm auf, welches auf dem von einer Recheneinrichtung lesbaren Datenträger gespeichert ist, um eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen bzw. zu steuern, wenn das Rechenprogramm in der Recheneinrichtung geladen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 einen mit einer Recheneinrichtung verbundenen Röntgencomputertomographen zur Erzeugung eines Volumendatensatzes,
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2 einen schematischen Querschnitt durch den Darm eines Patienten,
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3 eine Veranschaulichung des Vorgehens bei der Segmentierung eines Volumendatensatzes,
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4 ein segmentierter Darmabschnitt eines Patienten und
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5 und 6 eine Veranschaulichung der Visualisierung der Darmwand basierend auf der Segmentierung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Komponenten, Gewebe etc. durchwegs mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu, wobei Maßstäbe zwischen den Figuren variieren können. Auf den in 1 dargestellten Röntgencomputertomographen 1 wird im Folgenden und ohne Einschränkung der Allgemeinheit nur insoweit eingegangen als es zum Verständnis der Erfindung für erforderlich erachtet wird.
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Der in 1 gezeigte Röntgencomputertomograph 1 weist eine Patientenliege 2 zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten P auf. Der Röntgencomputertomograph 1 umfasst ferner eine Gantry 4 mit einem um eine Systemachse 5 drehbar gelagerten Röhren-Detektor-System. Das Röhren-Detektor-System weist einander gegenüberliegend eine Röntgenröhre 6 und eine Röntgendetektoreinheit 7 auf. Im Betrieb geht von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in Richtung der Röntgendetektoreinheit 7 aus, und wird mittels dieser erfasst.
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Die Patientenliege 2 weist einen Liegensockel 9 auf, an dem eine zur eigentlichen Lagerung des Patienten P vorgesehene Patientenlagerungsplatte 10 angeordnet ist. Die Patientenlagerungsplatte 10 ist derart relativ zu dem Liegensockel 9 verstellbar, dass die Patientenlagerungsplatte 10 mit dem Patienten P in die Öffnung 3 der Gantry 4 zur Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen von dem Patienten P, z. B. in einem Spiralscan, eingeführt werden kann. Die rechnerische Verarbeitung der 2D-Röntgenprojektionen bzw. die Rekonstruktion eines Volumendatensatzes von einer Körperregion des Patienten P basierend auf den 2D-Röntgenprojektionen erfolgt mit einem schematisch dargestellten Bildrechner 11 des Röntgencomputertomographen 1.
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Der Bildrechner 11 des Röntgencomputertomographen 1 ist mit einer Recheneinrichtung 12 verbunden, mit der im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung eine virtuelle Koloskopie des Dickdarms des Patienten P durchgeführt werden soll. Hierzu ist die Recheneinrichtung 12 mit einem entsprechenden Rechenprogramm 13 versehen, das vorliegend mittels eines tragbaren Speichermediums, beispielsweise einer CD, in die Recheneinrichtung 12 geladen wurde und Programmmittel für eine Segmentierung eines Volumendatensatzes und Programmmittel für einen sogenannten virtuellen Flug durch in dem segmentierten Volumendatensatz enthaltene Bildinformationen vom Dickdarm zur Untersuchung der Innenwand des Dickdarms aufweist.
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In Vorbereitung der Gewinnung eines Volumendatensatzes von der den Dickdarm umfassenden Körperregion des Patienten P wird dieser mit zwei Kontrastmitteln versehen. Ein erstes Kontrastmittel in Form von Luft wird dem Patienten P rektal appliziert, damit sich der Dickdarm entfaltet. Ein zweites Kontrastmittel in Form von Barium wird dem Patienten oral verabreicht. Das in den Dickdarm vorgedrungene Barium vermischt sich dabei mit im Dickdarm des Patienten P verbliebenen Stuhlresten, die im Zuge einer Entfernung von Stuhl aus dem Dickdarm mittels Aufnahme einer Flüssigkeit durch den Patienten P nicht abgeführt wurden, und markiert die Stuhlreste. In diesem Zusammenhang spricht man auch von Stuhl-Tagging. In welcher Reihenfolge und in welchen zeitlichen Abständen die beiden Kontrastmittel dem Patienten P verabreicht werden, ist für die vorliegende Erfindung unerheblich.
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Ist der Patienten P bzw. der Dickdarm des Patienten P mit der Luft und dem Barium versehen, wird mit dem Röntgencomputertomographen 1 zunächst in an sich bekannter Weise ein Volumendatensatz 14 von der den Dickdarm des Patienten P umfassenden Körperregion rekonstruiert, der der Recheneinrichtung 12 zur Verfügung gestellt wird. Die weiteren Verfahrensschritte werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung mit der Recheneinrichtung 12 durchgeführt.
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In Vorbereitung eines virtuellen Flugs durch die in dem Volumendatensatz 14 enthaltenen Bildinformationen des Dickdarms wird der Volumendatensatz 14 segmentiert. Bei der Segmentierung werden die Voxel des Volumendatensatzes 14 für die spätere Bilddarstellung des Inneren des Dickdarms bestimmten Komponenten zugeordnet bzw. klassifiziert. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die wesentlichen Komponenten, welche für die virtuelle Koloskopie des Dickdarmes von Bedeutung sind in 2 dargestellt, welche einen schematischen Querschnitt durch den Dickdarm zeigt.
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Das Dickdarmgewebe ist in 2 mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Im Inneren des Dickdarms befinden sich das erste Kontrastmittel Luft 16 und mit dem zweiten Kontrastmittel Barium markierte Stuhlreste 17. Außerdem treten Übergänge 18 zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17, Übergänge 19 zwischen Luft 16 und Darmgewebe 15 sowie Übergänge 20 zwischen markierten Stuhlresten 17 und Darmgewebe 15 auf.
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Die Schritte zur Segmentierung der erwähnten Komponenten sind in 3 dargestellt. In einem ersten Segmentierungsschritt 21 werden alle Luft repräsentierende Voxel des Volumendatensatzes 14, z. B. mittels eines Schwellenwertverfahrens identifiziert, deren CT-Wert unterhalb der Schwelle von –800 Hounsfield-Einheiten liegt. In einem Verfahrensschritt 22 werden alle Luft repräsentierende Voxel, welche außerhalb des Körpers des Patienten P liegen und demnach Raumluft darstellen aus dem Volumendatensatz eliminiert. In einem weiteren Verfahrensschritt 23 werden alle Luft repräsentierende Voxel, welche zwar innerhalb des Körpers des Patienten P, aber außerhalb des Dickdarms liegen und somit der Lunge des Patienten P zugeordnet werden können, ebenfalls aus dem Volumendatensatz eliminiert.
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Als Ergebnis werden alle Luft repräsentierende, dem Inneren des Dickdarms zugeordnete Voxel erhalten. Idealerweise bilden alle Luft repräsentierende, dem Inneren des Dickdarms zugeordnete Voxel ein erstes Teilvolumen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass mehrere erste Teilvolumina vorhanden sind, wenn einzelne Teilvolumina von Luft beispielweise durch eine Ansammlung von Stuhlresten oder einem nicht vollständig entfaltetem Dickdarmstück voneinander getrennt sind. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass nur ein erstes Teilvolumen Luft im Volumendatensatz 14 vorhanden ist.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung werden parallel zur Identifizierung der dem Dickdarm zugeordneten, Luft repräsentierenden Voxel die Volumendaten des Volumendatensatzes 14 nach Voxeln mit hohen CT-Werten durchsucht. Insbesondere werden beispielsweise mit einem Schwellwertverfahren oder unter Anwendung des Watershed-Algorithmus in einem Verfahrensschritt 24 mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel und Knochen repräsentierende Voxel identifiziert.
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In einem Verfahrensschritt 25 werden ebenfalls unter Anwendung eines Schwellwertverfahrens oder unter Anwendung des Watershed-Algorithmus Bildrauschen repräsentierende Voxel detektiert und zusammen mit den identifizierten Knochen repräsentierenden Voxeln aus dem Volumendatensatz 14 entfernt.
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In einem als Homogenisierung bezeichneten Verfahrensschritt 26 werden nicht homogen mit Barium vermischte Stuhlreste repräsentierende Voxel nur mit dem Verfahren des Region-Growing, nur unter Anwendung des Watershed-Algorithmus oder in Kombination mit einer Dilatation identifiziert und den zuvor erwähnten, mit Barium markierten Stuhlreste repräsentierenden Voxeln zugeordnet. Die mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxel bilden wenigstens ein zweites Teilvolumen. Zumeist bilden die mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxel mehrere zweite Teilvolumina aus, da sich in der Regel unabhängig voneinander an mehreren Abschnitten der Wand des Dickdarms Stuhlreste ansammeln.
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Für die Segmentierung kann der Watershed-Algorithmus im Übrigen auch in einer dreidimensionalen Abwandlung verwendet werden. So kann man die CT-Werte des Volumendatensatzes dreidimensional visualisieren und erhält eine Art CT-Wert-Gebirge. In seiner normalen Anwendung würde der Algorithmus anschaulich dieses Gebirge schrittweise mit Flüssigkeit füllen und an den Stellen Dämme errichten, an denen die Flüssigkeiten zweier Täler ineinander fließen würden. Die errichteten Dämme würden die Objekt-, Gewebe- oder Stoffgrenzen repräsentieren.
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Bei der Abwandlung werden ein oberer Schwellenwert, z. B. für homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel und ein unterer Schwellenwert, z. B. für nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel festgelegt. Anschaulich werden durch den oberen Schwellenwert und den unteren Schwellenwert zwei unterschiedliche Bassins für nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste bzw. für homogen mit Barium markierte Stuhlreste definiert, wobei das Bassin für nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste leer ist und das Bassin für homogen mit Barium markierte Stuhlreste mit Flüssigkeit gefüllt ist. Anschließend wird der obere Schwellenwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt und der untere Schwellenwert wird vorzugsweise kontinuierlich angehoben. Anschaulich wird das Bassin für nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste vorzugsweise kontinuierlich mit Flüssigkeit gefüllt, während das mit Flüssigkeit gefüllte Bassin für homogen mit Barium markierte Stuhlreste kontinuierlich geleert wird. Die Stelle, an der die Bassins das gleiche Niveau aufweisen, bzw. derjenige CT-Wert, an dem sich der abgesenkte obere Schwellenwert und der angehobene untere Schwellenwert treffen, legt die Segmentierungsgrenze zwischen nicht homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxeln und homogen mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxeln fest.
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In Fortsetzung der Segmentierung werden in einem Schritt 27 die Übergänge zwischen Luft und markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel in dem Volumendatensatz identifiziert. Hierzu werden das erste Teilvolumen und/oder die zweiten Teilvolumina jeweils um eine vorgegebene Anzahl von Voxeln dilatiert, d. h. gezielt und definiert um eine vorgegebene Anzahl von Voxeln an den Rändern ausgedehnt. Verbindet sich dadurch das erste Teilvolumen mit einem zweiten Teilvolumen, so gehören die hinzugefügten Voxel bzw. die Voxel aus der Dilatation zu den Voxeln, die einen Übergang 18 zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 repräsentieren.
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Der Watershed-Algorithmus in seiner dreidimensionalen Abwandlung kann im Übrigen auch für die Ermittlung der Segmentierungsgrenzen zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 verwendet werden. In diesem Fall werden ein oberer Schwellenwert für mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierende Voxel und ein unterer Schwellenwert für Luft repräsentierende Voxel festgelegt. Anschaulich werden wieder durch den oberen Schwellenwert und den unteren Schwellenwert zwei unterschiedliche Bassins für mit Barium markierte Stuhlreste bzw. für Luft definiert, wobei das Bassin für mit Barium markierte Stuhlreste mit Flüssigkeit gefüllt ist und das Bassin für Luft leer ist. Anschließend wird der obere Schwellenwert vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt und der untere Schwellenwert wird vorzugsweise kontinuierlich angehoben. Anschaulich wird das Bassin für Luft vorzugsweise kontinuierlich mit Flüssigkeit gefüllt, während das mit Flüssigkeit gefüllte Bassin für mit Barium markierte Stuhlreste kontinuierlich geleert wird. Die Stelle, an der die Bassins das gleiche Niveau aufweisen, bzw. derjenige CT-Wert, an dem sich der abgesenkte obere Schwellenwert und der angehobene untere Schwellenwert treffen, legt die Segmentierungsgrenze zwischen Luft repräsentierenden Voxeln und mit Barium markierte Stuhlreste repräsentierenden Voxeln fest.
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In einem Verfahrensschritt 28 werden das erste Teilvolumen, die zweiten Teilvolumina und die segmentierten Voxel, die einen Übergang 18 zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 repräsentieren, zu einem dritten Teilvolumen kombiniert. Dieses dritte Teilvolumen wird in einem Verfahrensschritt 29 dilatiert, d. h. gezielt und definiert um eine vorgegebene Anzahl von Voxeln an seinen Rändern ausgedehnt, um die Übergänge 19 zwischen Luft 16 und Darmgewebe 15 und um die Übergänge 20 zwischen markierten Stuhlresten 17 und Darmgewebe 15 zu segmentieren bzw. zu identifizieren. Auf diese Weise werden die die Übergänge 19 und 20 repräsentierenden Voxel bzw. die den Übergängen 19 und 20 zugeordneten Voxel segmentiert bzw. identifiziert.
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Der ursprünglich rekonstruierte Messvolumendatensatz 14 ist also nach dem vorstehend beschriebenen Vorgehen schrittweise segmentiert worden, so dass nunmehr in der Recheneinrichtung 12 ein segmentierter, Bildinformationen vom Dickdarm des Patienten P aufweisender Volumendatensatz für eine virtuelle Koloskopie vorliegt. In 4 ist exemplarische ein Ausschnitt eines segmentierten Darmabschnittes des Patienten P gezeigt. In 4 sind das erste Luft 16 aufweisende Teilvolumen 30, mehrere markierte Stuhlreste 17 aufweisende zweite Teilvolumina 31, Übergänge 18 zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17, Übergänge 19 zwischen Luft 16 und der Darmwand 15 sowie Übergänge 20 zwischen markierten Stuhlresten 17 und der Darmwand 15 zu erkennen.
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Basierend auf dem segmentierten Volumendatensatz wird für die virtuelle Koloskopie zunächst die Mittellinie durch den Dickdarm in dem segmentierten Volumendatensatz bestimmt, auf der zur Begutachtung der inneren Darmwand fortgeschritten wird. Die Mittellinie stellt quasi einen Pfad dar, der auch als Flugpfad für den sogenannten virtuellen Flug durch den Dickdarm bezeichnet wird, wobei auch von der Mittellinie M abgewichen werden kann.
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Unter Fortschreiten auf der Mittellinie M werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, wie in 5 veranschaulicht, Ansichten von der Innenseite des Dickdarmes mit dem Surface-Shaded-Display-Verfahren erzeugt. Hierbei werden an ausgewählten bzw. eingenommenen Betrachterpositionen, z. B. der aktuellen Position A eines virtuellen Kolonoskops, Strahlen in eine Vielzahl von Richtungen B bis F ausgesandt. Überschreitet der CT-Wert eines auf einem Strahl liegenden bzw. eines von einem Strahl getroffenen Voxels einen vorgegebenen, der Darmwand 15 zugeordneten Voxelschwellenwert, wird der Voxelwert dieses Voxels für die Bildgebung bei der jeweiligen Betrachterposition herangezogen.
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In dem in 5 gezeigten Beispiel treffen die Strahlen B bis D zunächst nur auf Luft 16 repräsentierende Voxel, deren Voxel- bzw. CT-Werte aus der Segmentierung bekannt sind und unter dem Voxelschwellenwert liegen. Erst mit dem Auftreffen der Strahlen B bis D auf die Darmwand 15 wird jeweils der vorgegebene Voxelschwellenwert überschritten und der jeweilige Voxel- bzw. CT-Wert des die Darmwand 15 repräsentierenden Voxels zur Bildgebung in der Betrachterposition A herangezogen. Die Strahlen E und F durchlaufen zunächst auch nur Luft 16 repräsentierende Voxel und treffen dann auf markierte Stuhlreste 17 repräsentierende Voxel, deren Voxel- bzw. CT-Werte ebenfalls aus der Segmentierung bekannt sind. Aus diesem Grund wird hier nicht abgebrochen, sondern weiter auf dem Strahl E bzw. dem Strahl F fortgeschritten und erst dann abgebrochen, wenn der vorgegebene Voxelschwellenwert durch einen Voxel- bzw. CT-Wert eines die Darmwand repräsentierenden Voxels überschritten wird, welcher Voxel- bzw. CT-Wert schließlich für die Bildgebung verwendet wird. Aufgrund der Segmentierung und des vorgegebenen Voxelschwellenwertes sind daher mit Barium markierte Stuhlreste 17 bei der Bildgebung unsichtbar.
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Anhand von 6 sei noch ein Spezialfall erläutert, bei dem ein von einer Betrachterposition A2 ausgehender Strahl G entlang der Grenzfläche zwischen Luft 16 und markierten Stuhlresten 17 verläuft. Aufgrund des Teilvolumeneffektes kann es dazu kommen, dass schon vor der Darmwand der vorgegebene Voxelschwellenwert überschritten wird, so dass hier keine Durchsichtigkeit besteht. Dies ist jedoch bei der virtuellen Koloskopie kein absolut unerwünschter Effekt. Vielmehr wird auf diese Weise die Oberfläche markierter Stuhlreste visualisiert. Dies ist vergleichbar mit einem eine Taucherbrille tragenden Taucher, dessen Taucherbrille nur teilweise ins Wasser eintaucht, d. h. der Taucher kann sowohl oberhalb als auch unterhalb der Wasseroberfläche gut sehen, wobei er die Wasseroberfläche als dünnen Strich wahrnimmt. Bei der vorliegenden Bildgebung werden demnach die Darmwand unterhalb und oberhalb der Oberfläche markierter Stuhlreste sowie die Oberfläche als dünner Strich visualisiert.
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Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines mit einem Röntgencomputertomographen erzeugten Volumendatensatzes vom Dickdarm eines Patienten beschrieben. Der Volumendatensatz kann aber auch mit einem Magnetresonanzgerät erzeugt werden.