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WO2000036563A1 - Method for contouring body structures in ct data sets - Google Patents

Method for contouring body structures in ct data sets Download PDF

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WO2000036563A1
WO2000036563A1 PCT/DE1999/003983 DE9903983W WO0036563A1 WO 2000036563 A1 WO2000036563 A1 WO 2000036563A1 DE 9903983 W DE9903983 W DE 9903983W WO 0036563 A1 WO0036563 A1 WO 0036563A1
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WO
WIPO (PCT)
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support
support points
contouring
point
search
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/003983
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Raussendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Original Assignee
Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ filed Critical Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ
Priority to AU22771/00A priority Critical patent/AU2277100A/en
Priority to DE19982719T priority patent/DE19982719D2/en
Publication of WO2000036563A1 publication Critical patent/WO2000036563A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G06T7/149Segmentation; Edge detection involving deformable models, e.g. active contour models
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    • G06T2207/10072Tomographic images
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    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • G06T2207/30096Tumor; Lesion

Definitions

  • the invention relates to a method for contouring body structures in CT data records, in which a model contour is adapted to the actual contour of the body structure.
  • Contouring risk organs such as the eyes, is particularly important when planning tumor radiation. This creates the prerequisite that the radiation can be selected optimally without straining the risk organs more than is absolutely necessary.
  • the invention proposes a method for contouring body structures in CT data records, in which a model contour is adapted to the actual contour of the body structures, with Next, support points are sought, a first model contour is determined on the basis of the support points sought, and the support point that is most incompatible with the model contour is removed, and a new model contour is determined on the basis of the remaining support points until the deviation of the worst-compatible support point becomes a threshold value or the number of remaining ones Support points falls below a demolition value.
  • the method provided in this way proves to be extremely robust with regard to faulty support points, since not all the support points determined but only support points within a certain error hand width are used to determine the model contour.
  • CT data record instead of a CT data record, other data records containing image information can also be used, in which structures are to be represented by a model contour.
  • the method makes it possible to reduce a quantity of data, which is present as a set of pixels, which represents the contour of a body structure, to a model contour comprising only a few parameters. For example, a certain number of support points of an eye contour can be reduced to the center position and the semiaxes of an ellipse. As can be seen immediately, the number of parameters required for the respective model contour (e.g. center position and semi-axis) determines the abort value, from which the method is aborted as unsuccessful. For safety reasons, this cancellation value can also be chosen higher.
  • the accuracy of the method can be increased in that the CT data record is pre-processed by a filter before the search for a support point.
  • a function dependent on the Hesse matrix as a filter on the CT data record.
  • a filter can be selected in such a way that it sharpens the CT data record along the intrinsic direction of the larger intrinsic value of the Hesse matrix and smoothes it perpendicularly along the intrinsic direction of the intrinsically smaller intrinsic value.
  • the filter thus highlights line-like structures.
  • the filter can include the two independent SO (2) invariants of the Hesse matrix Tr // and Tr H 2 . These SO (2) invariants are invariant to spatial rotations, so that they can be used regardless of a specific orientation. This ensures that the structures highlighted by the filter are independent of the position of the body in the CT data set.
  • the filter can be applied to the CT data record relatively quickly.
  • the search for a support point is made easier if it starts from a location inside the body structure to be contoured. At such a starting point, the edge of the body structure can usually be detected as the first structure seen from the inside. Individual structures or shades in between can be eliminated by suitable evaluation methods, such as the contouring method according to the invention. On the other hand, such a choice of a location that can be used as a starting point is also advantageous for image evaluation, regardless of the features of the contouring method.
  • the location can be selected by the user, in particular in the case of semi-automatic methods, by marking a corresponding location inside the body structure to be contoured. On the other hand, it is also conceivable that such a location is determined by suitable additional method steps.
  • a function F can be adapted to the filtered Hounsfield values, for example in the vicinity of each point, for example in an environment of 7 x 7 pixels, of the CT data set, which function has the shape of a curved comb, the curvature of the comb line should be constant. Any function that is axisymmetric and falls from zero can serve as the comb line function G in this case.
  • the ridge line function G can, for example, a bell curve, such as. B. be a Gaussian function.
  • the function F to be adapted can be adjusted in its radius of curvature and the center of the curvature. They can also be constant Fit parameters can be added.
  • a comb line can be determined for each environment of each point, which represents a segment of a circle with a center.
  • a frequency distribution of the center points can be determined by calculating the center point coordinates for each point of the CT data set.
  • only those center points are included in the distribution at which the respective radius of curvature approximately corresponds to the radius of the body structures, for example between a minimum and a maximum eye radius.
  • the distribution of the center coordinates obtained in this way contains two dominant peaks which correspond, for example, to the centers of the two eyes. In this respect, the distribution only needs to be smoothed, the background removed and the position of the peaks determined in order to determine a location in the body structure.
  • local maxima of the CT data set can be determined from a location selected in the interior of the body structure, along which the difference between a previous minimum and the respective maximum lies between a lower support point threshold and an upper support point threshold.
  • the term one-dimensional path denotes a path starting from the selected location through the two-dimensional image of the CT data record of any type, which has no crossings with itself. The method is advantageous when lines are used, so that grinding cuts with the contour are avoided.
  • the difference between minimum and maximum proves to be a relatively easy to implement and yet reliable criterion for the search for a support point.
  • the lower support point threshold value and the upper support point threshold value can be selected relatively uncritically as process parameters, so that such a search for a support point is also advantageous independently of the other features of the contouring process.
  • this search for a support point proves to be uncritical in the selection of the process parameters, since faulty support points can be eliminated relatively reliably.
  • an increase between minimum and maximum can also serve as a criterion for the search for a support point.
  • the slope should also lie between two threshold values and be used as a criterion.
  • the interpolation point can be defined by a suitable or by an interpolation between the maximum and the nearest outer minimum that can be determined via a parameter.
  • CT data record of Hounsfield values can be used in the applications described above for the CT data record, but that other image data or CT data or image data pretreated by a filter can also be processed here.
  • a reliable search for a support point can be ensured, for example, by using a curve for this, which in a range between the local maximum and the closest local minimum between a 3rd degree polynomial, which contains the CT data set in a selected interval approximated and whose quadratic approximation lies in this interval.
  • the interval can, for example, make up half of the range between the successive minima framing the local maximum.
  • the curve is preferably an interpolation between the 3rd degree polynomial and its quadratic approximation around the maximum of the 3rd degree polynomial.
  • This curve combines the advantages of a support point determination by means of 2nd and 3rd degree approximations to the CT data set, but does not have the disadvantages of these approximations.
  • the position of the support point is always defined, as when using a 2nd degree polynomial approximation, which does not necessarily have to be the case with a 3rd degree polynomial approximation.
  • this curve takes into account a skew of the CT data set around the local maximum, similar to a 3rd degree polynomial approximation. This could not be achieved by a 2nd degree approximation.
  • Such a curve can also advantageously be used independently of the other features of the contouring method for a base point search.
  • a support search can also be combined with methods other than the inventive method for determining a model contour.
  • substructures of the body structure can be ascertained and corresponding support points marked or selected. In this way, these support points do not adversely affect the subsequent model contour determination.
  • the cornea cornea in front of the lens
  • the optic nerve can be segmented in advance in one eye.
  • the above-described methods can be used, for example, as described using the contouring of the overall body structure. It goes without saying that the method according to the invention can in principle be used in any dimensions, in particular 2 and 3 dimensions.
  • the 3-dimensional application is also advantageous regardless of the other features of the contouring method, since starting from a location inside the body structures, grinding along the contour can be avoided with each cut.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a position parameter interval determination in the method according to FIG. 1,
  • 3 is a schematic diagram for the rough determination of the base position in the search for a base
  • Fig. 4 is an enlarged view of the sketch of Figure 3 for
  • 5 shows an exemplary representation of a CT data record via a one-dimensional path
  • Fig. 6 found support points and determined model contour for a first pair of lower and upper support point threshold
  • the contouring method shown in the figures is used to adapt an ellipse shape to an actual contour of an eye.
  • the CT data are first subjected to pre-processing by a filter.
  • support points are first searched for on the respective eye edge as part of a rough search.
  • the lens is searched for on the basis of the support points found and the cornea is re-segmented.
  • the support points are fine-tuned.
  • a model contour is determined, defective support points being eliminated.
  • an ellipse obtained in this way as a model contour is output as a contour.
  • a function is created from the two independent SO (2) invariants of the Hesse matrix Tr H and Tr H 2
  • h '(x, y) h (x, y) - T ⁇ (H (x, y) 2 ) - T ⁇ 2 H (x, y) sign (TrH (x, y)); 0 ⁇ ⁇ l
  • h denotes the Hounsfield values
  • h ' represents the values after the filtering.
  • the filter highlights line-like structures in the two-dimensional data set, but leaves individual pixels that stand out from the environment unchanged. In this way, line-like contours present in the CT data record are sharpened. As can be seen directly from FIG. 5, increases are thus exaggerated. Smoothing along the line-like structures cannot be represented in such a section.
  • the filter can be iterated.
  • a location inside the eye is first selected. This is done manually, so that the method described here is a semi-automatic contouring method. It has been shown that the present contouring method is relatively insensitive to a choice of location in this regard, so that the location should only be chosen within an ellipse with half the half-axis as large as that of the eye in order to achieve sufficiently good results. In a further embodiment of this method, the location inside the eye or the locations inside the eyes could be determined automatically.
  • a function F is adapted to the filtered Hounsfield values K, which has the shape of a curved comb, the curvature being adapted to the surroundings, for example the surroundings of 7 x 7 pixels, of each point (xu, yu) of the CT data record the ridge line is constant.
  • the function F has the form:
  • a, c, x z , y z, and r are parameters that are adjusted.
  • (x z , y z ) are the coordinates of the center of curvature and r the radius of curvature.
  • a Gaussian bell curve fixed to the maximum value 1 is selected.
  • the ridge line represents a segment of a circle, the center of which is at (x z , y z ).
  • a frequency distribution of the center points can be determined by calculating the center point coordinates (x z , y z ) for all points (XT J , y ⁇ ,) of the CT data set.
  • the center point coordinates x z (x Us yu), y z (XT, yu)
  • the distribution of the center coordinates determined in this way has two dominant peaks which correspond to the centers of the two eyes.
  • the distribution is then smoothed, the background removed and the position of the peaks determined. These peaks are chosen as starting values or as the starting point for the threshold search.
  • the partial structures namely the cornea of the eye. This is done by making one-dimensional cuts radially outward from the starting point in the eye through the CT data record, not only the local maximum lying at the starting point but also a subsequent local maximum which meets the same condition being selected . However, these cuts are only selected in a forward-looking angle segment of 120 °, in which a lens is to be expected. This is possible because the position of a head in the CT data record is known. On the other hand, it is conceivable to use further method steps, similar to that in the determination of the Eye centers used to determine the position of this angular segment.
  • the last support point S 0 is selected, from which there are two alternatives S, and S, - seen counterclockwise. These two alternatives are each connected to S 0 via a line and the smallest Hounsfield values are determined along these lines.
  • the support point at which the smallest Hounsfield value h 'is greater is selected as a component of the contour to be selected. Starting from the support point selected in this way, the closest support point pair is selected iteratively and a support point is selected from these in the same way as a component of the contour.
  • a line-like contour is determined that continues as continuously as possible from the already determined eye edge, which is characterized by only one alternative present. If the alternative determined in this way is the external one, then this alternative is the cornea. The inside alternative is the lens.
  • the outer alternative belongs to the lid or to another structure that does not belong to the eye.
  • interpolation point values which include the edge of the eye and the cornea and which are fine-tuned in a next process step.
  • a polynomial of the 3rd degree is formed around the local maximum x, in an interval which makes up half of the range between the previous minimum Q and the subsequent minimum x 2
  • a support point can thus be determined as a function of the parameter ⁇ .
  • an ellipse is then adapted to the remaining or determined support points. Following this, the deviation of the worst support point from the ellipse is determined and so long the worst interpolation point is removed and then a new ellipse is adjusted until the error of the worst interpolation point falls below a certain value determined by the resolution limit of the CT data.
  • the process terminates at the latest when there are only 4 support points left.
  • the contour muzzle is considered to have failed if less than a critical number remain from an initial number of reference points. For example, a critical number of 8 can be selected for an initial 36 support points. However, this never occurred during test runs. In the vast majority of cases, more than 88% of the support points go through the elimination routine.
  • the routine for faulty support points is robust and effective. It can recognize and remove even with a percentage of faulty support points of 35%. The usual proportion of faulty support points is between 6% and 12%. It goes without saying that a different number of support points can also be selected. The process is largely independent of the exact number of support points.
  • FIGS. 6b and 7b show the result of the elimination routine.
  • FIGS. 6a and 7a show the support points used as black crosses and the eliminated support points as white crosses.
  • FIGS. 6a and 6b show a procedure in which the threshold values for determining the local maxima x and minima Xo and x 2 are set relatively well.
  • FIGS. 7a and 7b show an exemplary embodiment in which the node threshold values are not set as well.
  • the support points deviate greatly from one another, that is, a relatively large number of faulty support points have been determined.
  • the method according to the invention provides excellent contouring of the eye even in such a case.
  • a first, relatively coarse model can be determined from the first segmentation of the edge of the eye before the cornea and lens are segmented. It is also possible to make a fine adjustment after the first rough search for a support point before segmenting the cornea and lens.

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Abstract

According to the inventive method for contouring body structures in CT data sets, interpolation points are sought first, and the interpolation points sought are then used to establish a first model contour. The interpolation point which is least compatible with the model contour is eliminated and a new model contour is established using the remaining interpolation points until the deviation of the least compatible interpolation point falls below a threshold value or the number of remaining interpolation points falls below a stop value.

Description

Verfahren zur Konturierung von Körperstrukturen in CT-Datensätzen Process for contouring body structures in CT data sets

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konturierung von Körperstrukturen in CT-Datensätzen, bei welchem eine Modellkontur an die tatsächliche Kontur der Körperstruktur angepaßt wird.The invention relates to a method for contouring body structures in CT data records, in which a model contour is adapted to the actual contour of the body structure.

Insbesondere bei der Planung von Tumorbestrahlungen ist die Konturierung von Risikoorganen, wie beispielsweise der Augen, von entscheidender Bedeutung. Diese schafft die Voraussetzung, daß die Bestrahlung optimal gewählt werden kann, ohne die Risikoorgane mehr als unbedingt nötig zu belasten.Contouring risk organs, such as the eyes, is particularly important when planning tumor radiation. This creates the prerequisite that the radiation can be selected optimally without straining the risk organs more than is absolutely necessary.

Bisher mußten die Risikoorgane manuell mittels graphischer Werkzeuge konturiert werden. Allein für die Augen sind hierfür pro Patient in etwa 6 min. zu veranschlagen.Until now, the risk organs had to be contoured manually using graphic tools. For the eyes alone, this takes about 6 minutes per patient. to estimate.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine automatische oder semiauto- matische Konturierung von Körperstrukturen in CT-Datensätzen mit ausreichender bzw. beherrschbarer Zuverlässigkeit zu ermöglichen.It is an object of the present invention to enable automatic or semi-automatic contouring of body structures in CT data records with sufficient or controllable reliability.

Als Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Konturierung von Körperstrukturen in CT-Datensätzen vor, bei welchem eine Modellkontur an die tatsächliche Kontur der Körperstrukturen angepaßt wird, wobei zu- nächst Stützstellen gesucht werden, anhand der gesuchten Stützstellen eine erste Modellkontur ermittelt wird sowie die mit der Modellkontur am schlechtesten verträgliche Stützstelle entfernt und anhand der verbleibenden Stützstellen eine neue Modellkontur ermittelt wird, bis die Abweichung der am schlechtesten verträglichen Stützstelle einen Schwellwert oder die Zahl der verbleibenden Stützstellen einen Abbruchwert unterschreitet.As a solution, the invention proposes a method for contouring body structures in CT data records, in which a model contour is adapted to the actual contour of the body structures, with Next, support points are sought, a first model contour is determined on the basis of the support points sought, and the support point that is most incompatible with the model contour is removed, and a new model contour is determined on the basis of the remaining support points until the deviation of the worst-compatible support point becomes a threshold value or the number of remaining ones Support points falls below a demolition value.

Das auf diese Weise bereitgestellte Verfahren erweist sich als äußerst robust gegenüber fehlerhaften Stützstellen, da nicht alle ermittelten Stützstellen sondern nur Stützstellen innerhalb einer bestimmten Fehler- handbreite zur Bestimmung der Modellkontur genutzt werden.The method provided in this way proves to be extremely robust with regard to faulty support points, since not all the support points determined but only support points within a certain error hand width are used to determine the model contour.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei einem Auge bei geeigneter Wahl des Schwellwertes in den allermeisten Fällen mehr als 30 Stützstellen die Eliminationsroutine passierten. Selbst bei einem Anteil fehlerhafter Stützstellen von 35% können diese erkannt und entfernt werden. Der übliche Anteil fehlerhafter Stützstellen liegt zwischen 6% und 12% .In practice, it has been shown that, for example, in most cases with one eye with a suitable choice of the threshold value, more than 30 support points passed the elimination routine. Even with a percentage of faulty support points of 35%, these can be recognized and removed. The usual proportion of faulty support points is between 6% and 12%.

Es versteht sich, daß statt eines CT-Datensatzes auch andere Bildinformationen enthaltende Datensätze Verwendung finden können, bei denen Strukturen durch eine Modellkontur dargestellt werden sollen.It goes without saying that instead of a CT data record, other data records containing image information can also be used, in which structures are to be represented by a model contour.

Das Verfahren ermöglicht es, eine ansich als Satz von Bildpunkten vorliegende Datenmenge, welche die Kontur einer Körperstruktur darstellt, auf eine nur wenige Parameter umfassende Modellkontur zu reduzieren. Beispielsweise kann eine bestimmte Zahl von Stützstellen einer Augenkontur auf die Mittelpunktslage sowie die Halbachsen einer Ellipse reduziert werden. Wie unmittelbar ersichtlich, bedingt die Zahl der für die jeweilige Modellkontur benötigten Parameter (z. B. Mittelpunktslage und Halbachse) den Abbruchwert, ab welchen das Verfahren als mißlungen abgebrochen wird. Sicherheitshalber kann dieser Abbruchwert aber auch höher gewählt werden.The method makes it possible to reduce a quantity of data, which is present as a set of pixels, which represents the contour of a body structure, to a model contour comprising only a few parameters. For example, a certain number of support points of an eye contour can be reduced to the center position and the semiaxes of an ellipse. As can be seen immediately, the number of parameters required for the respective model contour (e.g. center position and semi-axis) determines the abort value, from which the method is aborted as unsuccessful. For safety reasons, this cancellation value can also be chosen higher.

Die Genauigkeit des Verfahren läßt sich dadurch erhöhen, daß der CT- Datensatz vor der Stützstellensuche durch einen Filter vorbearbeitet wird.The accuracy of the method can be increased in that the CT data record is pre-processed by a filter before the search for a support point.

Insbesondere ist es möglich, als Filter eine von der Hesse-Matrix abhängige Funktion auf den CT-Datensatz anzuwenden. Ein derartiger Filter kann derartig gewählt werden, daß er den CT-Datensatz entlang der Eigenrichtung des betragsmäßig größeren Eigenwertes der Hesse-Matrix schärft und senkrecht dazu entlang der Eigenrichtung des betragsmäßig kleineren Eigenwertes glättet. Somit hebt der Filter linienartige Strukturen hervor. Beispielsweise kann der Filter die beiden unabhängigen SO(2)-Invarianten der Hesse-Matrix Tr // und Tr H2 umfassen. Diese SO(2)-Invarianten sind gegenüber Raumdrehungen invariant, so daß diese unabhängig von einer konkreten Orientierung angewandt werden können. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die durch den Filter hervorgehobenen Strukturen unabhängig davon sind, wie die Lage des Körpers im CT-Datensatz ist. Bei diesen Funktionen ist eine Berechnung der Eigenvektoren und Eigenwerte der Hesse-Matrix nicht notwendig, so daß der Filter verhältnismäßig schnell auf den CT-Datensatz angewandt werden kann. Die Stützstellensuche erleichtert sich, wenn sie von einen Ort im Inneren der zu konturierenden Körperstruktur ausgeht. Bei einem derartigen Ausgangsort ist in der Regel der Rand der Körperstruktur als von innen gesehen erste Struktur detektierbar. Einzelne dazwischen liegende Strukturen oder Schattierungen können durch geeignete Auswerteverfahren, wie beispielsweise das erfindungsgemäße Konturierungsverfahren, eliminiert werden. Andererseits ist eine derartige Wahl eines Ortes, der als Ausgangspunkt genutzt werden kann, auch unabhängig von den Merkmalen des Konturierungsverfahrens für die Bildauswertung vorteilhaft.In particular, it is possible to use a function dependent on the Hesse matrix as a filter on the CT data record. Such a filter can be selected in such a way that it sharpens the CT data record along the intrinsic direction of the larger intrinsic value of the Hesse matrix and smoothes it perpendicularly along the intrinsic direction of the intrinsically smaller intrinsic value. The filter thus highlights line-like structures. For example, the filter can include the two independent SO (2) invariants of the Hesse matrix Tr // and Tr H 2 . These SO (2) invariants are invariant to spatial rotations, so that they can be used regardless of a specific orientation. This ensures that the structures highlighted by the filter are independent of the position of the body in the CT data set. With these functions, it is not necessary to calculate the eigenvectors and eigenvalues of the Hesse matrix, so that the filter can be applied to the CT data record relatively quickly. The search for a support point is made easier if it starts from a location inside the body structure to be contoured. At such a starting point, the edge of the body structure can usually be detected as the first structure seen from the inside. Individual structures or shades in between can be eliminated by suitable evaluation methods, such as the contouring method according to the invention. On the other hand, such a choice of a location that can be used as a starting point is also advantageous for image evaluation, regardless of the features of the contouring method.

Die Ortswahl kann, insbesondere bei semiautomatischen Verfahren, durch den Nutzer erfolgen, indem dieser einen entsprechenden Ort im Inneren der zu konturierenden Körperstruktur markiert. Es ist andererseits auch denkbar, daß ein derartiger Ort durch geeignete zusätzliche Verfahrensschritte ermittelt wird.The location can be selected by the user, in particular in the case of semi-automatic methods, by marking a corresponding location inside the body structure to be contoured. On the other hand, it is also conceivable that such a location is determined by suitable additional method steps.

Hierzu kann zum Beispiel in der Umgebung eines jeden Punktes, beispielsweise in einer Umgebung von 7 x 7 Bildpunkten, des CT-Datensatzes an die gefilterten Hounsfield- Werte eine Funktion F angepasst werden, die die Gestalt eines gekrümmten Kammes hat, wobei die Krümmung der Kammlinie konstant sein soll. Als Kammlinien-Funktion G kann hierbei eine beliebige Funktion, die achsensymmetrisch ist und von Null ausgehend abfällt, dienen. Die Kammlinien-Funktion G kann beispielsweise eine Glockenkurve, wie z. B. eine Gauß-Funktion sein. Insofern ist die anzupassende Funktion F in ihrem Krümmungsradius sowie dem Mittelpunkt der Krümmung anpassbar. Darüber hinaus können noch konstante Fit-Parameter hinzugefügt werden. Auf diese Weise kann für jede Umgebung eines jeden Punktes eine Kammlinie ermittelt werden, die ein Kreissegment mit einem Mittelpunkt darstellt. Indem die Mittelpunktskoordinaten für jeden Punkt des CT-Datensatzes berechnet werden, läßt sich eine Häufigkeitsverteilung der Mittelpunkte ermitteln. Um eine Verwechslung mit anderen Strukturen des CT-Datensatzes zu vermeiden, werden in die Verteilung lediglich diejenigen Mittelpunkte aufgenommen, bei denen der jeweilige Krümmungsradius in etwa dem Radius der Körperstrukturen entspricht, beispielsweise zwischen einem minimalen und einem maximalen Augenradius liegt. Die auf diese Weise gewonnene Verteilung der Mittelpunktskoordinaten enthält zwei dominante Peaks, die beispielsweise den Mittelpunkten der beiden Augen entsprechen. Insofern braucht die Verteilung lediglich geglättet, der Untergrund entfernt und die Lage der Peaks ermittelt werden, um einen Ort in der Körper Struktur zu ermitteln.For this purpose, a function F can be adapted to the filtered Hounsfield values, for example in the vicinity of each point, for example in an environment of 7 x 7 pixels, of the CT data set, which function has the shape of a curved comb, the curvature of the comb line should be constant. Any function that is axisymmetric and falls from zero can serve as the comb line function G in this case. The ridge line function G can, for example, a bell curve, such as. B. be a Gaussian function. In this respect, the function F to be adapted can be adjusted in its radius of curvature and the center of the curvature. They can also be constant Fit parameters can be added. In this way, a comb line can be determined for each environment of each point, which represents a segment of a circle with a center. A frequency distribution of the center points can be determined by calculating the center point coordinates for each point of the CT data set. In order to avoid confusion with other structures of the CT data set, only those center points are included in the distribution at which the respective radius of curvature approximately corresponds to the radius of the body structures, for example between a minimum and a maximum eye radius. The distribution of the center coordinates obtained in this way contains two dominant peaks which correspond, for example, to the centers of the two eyes. In this respect, the distribution only needs to be smoothed, the background removed and the position of the peaks determined in order to determine a location in the body structure.

Zur Stützstellensuche können von einem im Inneren der Körperstruktur ausgewählten Ort ausgehend entlang eindimensionaler Wege lokale Maxima des CT-Datensatzes ermittelt werden, bei denen die Differenz zwischen einem vorausgegangenen Minimum und dem jeweiligen Maximum zwischen einem unteren Stützstellenschwellwert und einem oberen Stützstellenschwellwert liegt. Hierbei bezeichnet der Begriff eindimensionaler Weg einen von dem gewählten Ort ausgehenden Weg durch das zweidimensionale Bild des CT-Datensatzes beliebiger Art, der keine Überkreuzungen mit sich selbst aufweist. Das Verfahren gestaltet sich vorteilhaft, wenn Strecken verwendet werden, so daß schleifende Schnitte mit der Kontur vermieden werden.To search for support points, local maxima of the CT data set can be determined from a location selected in the interior of the body structure, along which the difference between a previous minimum and the respective maximum lies between a lower support point threshold and an upper support point threshold. Here, the term one-dimensional path denotes a path starting from the selected location through the two-dimensional image of the CT data record of any type, which has no crossings with itself. The method is advantageous when lines are used, so that grinding cuts with the contour are avoided.

Die Differenz zwischen Minimum und Maximum erweist sich als ein verhältnismäßig einfach umzusetzendes und dennoch zuverlässiges Kriterium für die Stützstellensuche. Hierbei können der untere Stützstellenschwellwert und der obere Stützstellenschwellwert verhältnismäßig unkritisch als Verfahrensparameter gewählt werden, so daß eine derartige Stützstellensuche auch unabhängig von den übrigen Merkmalen des Konturierungsverfahrens vorteilhaft ist. Insbesondere im Zusammenspiel mit dem erfindungsge- mäßen Konturierungsverfahren erweist sich diese Stützstellensuche als in der Wahl der Verfahrensparameter unkritisch, da fehlerhafte Stützstellen verhältnismäßig zuverlässig eliminiert werden können.The difference between minimum and maximum proves to be a relatively easy to implement and yet reliable criterion for the search for a support point. The lower support point threshold value and the upper support point threshold value can be selected relatively uncritically as process parameters, so that such a search for a support point is also advantageous independently of the other features of the contouring process. In particular in interaction with the contouring method according to the invention, this search for a support point proves to be uncritical in the selection of the process parameters, since faulty support points can be eliminated relatively reliably.

Anstelle einer Differenz zwischen Minimum und Maximum kann auch eine Steigung zwischen Minimum und Maximum als Kriterium für die Stütz- Stellensuche dienen. Hierbei sollte die Steigung ebenfalls zwischen zwei Stützstellenschwellwerten liegen und als Stützstellenkriterium genutzt werden. Auch hier ergeben sich die vorbeschriebenen Vorteile. Ebenso kann ein absoluter Schwellwert angegeben werden, der überschritten werden muß, wobei dann das nächste Maximum als maßgebliche Größe verarbeitet wird.Instead of a difference between minimum and maximum, an increase between minimum and maximum can also serve as a criterion for the search for a support point. The slope should also lie between two threshold values and be used as a criterion. The advantages described above also result here. An absolute threshold value can also be specified, which must be exceeded, the next maximum then being processed as the relevant variable.

Um zu vermeiden, daß die Konturierung der Körper Strukturen zu klein erfolgt und hierdurch unbeabsichtigt Schäden bedingt werden, kann nach der vorbeschriebenen groben Stützstellensuche als Feinjustierung beispiels- weise ein lokales Maximum und ein nächstliegendes, von der Körperstruktur ausgehend entlang eines eindimensionalen Weges weiter außen liegendes lokales Minimum des CT-Datensatzes gewählt werden. Bei einer derartigen Anordnung kann die Stützstelle durch eine geeignete bzw. durch eine über einen Parameter bestimmbare Interpolation zwischen dem Maximum und dem nächst außenliegenden Minimum definiert werden.In order to avoid that the contours of the body structures are too small and that damage is unintentionally caused as a result, after the above-mentioned rough search for a support point, for example, a local maximum and a closest local minimum of the CT data set, starting from the body structure along a one-dimensional path, are selected. In such an arrangement, the interpolation point can be defined by a suitable or by an interpolation between the maximum and the nearest outer minimum that can be determined via a parameter.

Es versteht sich, daß bei den vorbeschriebenen Anwendungen auf den CT- Datensatz nicht nur ein CT-Datensatz von Hounsfield-Werten Verwendung finden kann, sondern daß hier auch andere Bilddaten bzw. auch durch eine Filter vorbehandelte CT-Daten oder Bilddaten verarbeitet werden können.It goes without saying that not only a CT data record of Hounsfield values can be used in the applications described above for the CT data record, but that other image data or CT data or image data pretreated by a filter can also be processed here.

Eine zuverlässige Stützstellensuche läßt sich beispielsweise dadurch gewährleisten, daß hierfür eine Kurve verwendet wird, die in einem Bereich zwischen dem lokalen Maximum und dem nach außen hin nächst- liegenden lokalen Minimum zwischen einem Polynom 3. Grades, welches in einem gewählten Intervall den CT-Datensatz approximiert und dessen quadratischer Näherung in diesem Intervall liegt.A reliable search for a support point can be ensured, for example, by using a curve for this, which in a range between the local maximum and the closest local minimum between a 3rd degree polynomial, which contains the CT data set in a selected interval approximated and whose quadratic approximation lies in this interval.

Hierbei kann das Intervall beispielsweise die Hälfte des Bereiches zwischen den aufeinanderfolgenden, das lokale Maximum einrahmenden Minima ausmachen.Here, the interval can, for example, make up half of the range between the successive minima framing the local maximum.

Vorzugsweise ist die Kurve eine Interpolation zwischen dem Polynom 3. Grades und dessen quadratischer Näherung um das Maximum des Polynoms 3. Grades. Diese Kurve kombiniert die Vorteile einer Stützstellen- bestimmung mittels Näherungen 2. und 3. Grades an den CT-Datensatz, besitzt jedoch die Nachteile dieser Approximationen nicht. So ist die Lage der Stützstelle wie bei der Verwendung einer Polynomapproximation 2. Grades immer definiert, was bei einer Polynomapproximation 3. Grades nicht zwingend der Fall sein muß. Darüber hinaus berücksichtigt diese Kurve eine Schiefe des CT-Datensatzes um das lokale Maximum ähnlich wie eine Polynomapproximation 3. Grades. Dieses könnte eine Approximation 2. Grades nicht leisten.The curve is preferably an interpolation between the 3rd degree polynomial and its quadratic approximation around the maximum of the 3rd degree polynomial. This curve combines the advantages of a support point determination by means of 2nd and 3rd degree approximations to the CT data set, but does not have the disadvantages of these approximations. The position of the support point is always defined, as when using a 2nd degree polynomial approximation, which does not necessarily have to be the case with a 3rd degree polynomial approximation. In addition, this curve takes into account a skew of the CT data set around the local maximum, similar to a 3rd degree polynomial approximation. This could not be achieved by a 2nd degree approximation.

Die Verwendung einer derartigen Kurve ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen des Konturierungsverfahrens für eine Stützstellensuche vorteilhaft anwendbar. Insbesondere kann eine derartige Stützstellensuche auch mit anderen als dem erfindungsgemäßen Verfahren für eine Modellkonturermittlung kombiniert werden.The use of such a curve can also advantageously be used independently of the other features of the contouring method for a base point search. In particular, such a support search can also be combined with methods other than the inventive method for determining a model contour.

Vor der Ermittlung der ersten Modellkontur können Teilstrukturen der Körperstruktur ermittelt und entsprechende Stützstellen markiert bzw. selektiert werden. Auf diese Weise beeinflussen diese Stützstellen die nachfolgende Modellkonturermittlung nicht nachteilig. Beispielsweise können bei einem Auge vorab die Cornea (Hornhaut vor der Linse) bzw. der Sehnerv segmentiert werden. Für die Ermittlung der Teilstruktur können beispielsweise die vorbeschriebenen Verfahren Anwendung finden, wie sie anhand der Konturierung der Gesamtkörperstruktur beschrieben sind. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Prinzip in beliebigen Dimensionen, insbesondere 2- und 3-dimensional, Anwendung finden kann. Hierbei ist die 3-dimensionale Anwendung auch unabhängig von den übrigen Merkmalen des Konturierungsverfahrens vorteilhaft, da hierbei von einem Ort im Inneren der Körperstrukturen ausgehend bei jedem Schnitt ein Schleifen entlang der Kontur vermieden werden kann.Before the first model contour is ascertained, substructures of the body structure can be ascertained and corresponding support points marked or selected. In this way, these support points do not adversely affect the subsequent model contour determination. For example, the cornea (cornea in front of the lens) or the optic nerve can be segmented in advance in one eye. For the determination of the substructure, the above-described methods can be used, for example, as described using the contouring of the overall body structure. It goes without saying that the method according to the invention can in principle be used in any dimensions, in particular 2 and 3 dimensions. Here, the 3-dimensional application is also advantageous regardless of the other features of the contouring method, since starting from a location inside the body structures, grinding along the contour can be avoided with each cut.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der Beschreibung anliegender Zeichnung dargestellt, in welcher beispielhaft ein erfindungsgemäßes Konturierverfahren dargestellt ist.Further advantages, goals and properties of the present invention are illustrated by the description of the attached drawing, in which an inventive contouring method is shown by way of example.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrensflusses bei einem erfindungsgemäßen Konturierungsverfahren,1 shows a schematic representation of the process flow in a contouring method according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lageparameterintervallbestimmung bei dem Verfahren nach Figur 1 ,2 shows a schematic illustration of a position parameter interval determination in the method according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Grobbestimmung der Stützstellenlage bei der Stützstellensuche,3 is a schematic diagram for the rough determination of the base position in the search for a base,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Skizze nach Figur 3 zurFig. 4 is an enlarged view of the sketch of Figure 3 for

Darstellung einer Feinjustierung bei der Stützstellensuche, Fig. 5 eine beispielhafte Darstellung eines CT-Datensatzes über einem eindimensionalen Weg,Presentation of a fine adjustment when searching for a support point, 5 shows an exemplary representation of a CT data record via a one-dimensional path,

Fig. 6 gefundene Stützstellen und ermittelte Modellkontur bei einem ersten Paar aus unterem und oberen Stützstellenschwellwert undFig. 6 found support points and determined model contour for a first pair of lower and upper support point threshold and

Fig. 7 gefundene Stützstellen und ermittelte Modellkontur bei einem zweiten Paar aus unterem und oberen Stützstellenschwellwert.7 found support points and determined model contour for a second pair of lower and upper support point threshold values.

Das in den Figuren dargestellte Konturierungsverfahren dient der Anpassung einer Ellipsenform an eine tatsächliche Kontur eines Auges. Hierzu werden, wie in Figur 1 dargestellt, die CT-Daten zunächst einer Vorbearbeitung durch einen Filter unterzogen. In einem zweiten Arbeitsschritt werden zunächst im Rahmen einer Grobsuche Stützstellen auf dem jeweiligen Augenrand gesucht. Im Anschluß hieran wird anhand der gefundenen Stützstellen die Linse gesucht und die Cornea neu segmentiert. Bevor anhand der gesuchten Stützstellen eine erste Modellkontur ermittelt wird, um fehlerhafte Stützstellen zu eliminieren, findet eine Feinjustierung der Stützstellen statt. Im Anschluß hieran wird, wie bereits vorstehend angedeutet, eine Modellkontur ermittelt, wobei fehlerhafte Stützstellen eliminiert werden. Nach einer abschließenden Ellipsenanpassung wird eine auf diese Weise als Modellkontur gewonnenen Ellipse als Kontur ausgegeben. Bei dem verwendeten Filter wird eine Funktion aus den beiden unabhängigen SO(2)-Invarianten der Hesse-Matrix Tr H und Tr H2 The contouring method shown in the figures is used to adapt an ellipse shape to an actual contour of an eye. For this purpose, as shown in FIG. 1, the CT data are first subjected to pre-processing by a filter. In a second step, support points are first searched for on the respective eye edge as part of a rough search. Following this, the lens is searched for on the basis of the support points found and the cornea is re-segmented. Before a first model contour is determined on the basis of the support points sought in order to eliminate defective support points, the support points are fine-tuned. Following this, as already indicated above, a model contour is determined, defective support points being eliminated. After a final ellipse adjustment, an ellipse obtained in this way as a model contour is output as a contour. In the filter used, a function is created from the two independent SO (2) invariants of the Hesse matrix Tr H and Tr H 2

h'(x,y) = h(x,y)- Tτ(H(x,y)2) - Tτ2H(x,y)sign(TrH(x,y)); 0<α<lh '(x, y) = h (x, y) - Tτ (H (x, y) 2 ) - Tτ 2 H (x, y) sign (TrH (x, y)); 0 <α <l

auf die Hounsfield- Werte der zweidimensionalen CT-Daten angewandt. Dieses ist beispielhaft für einen Schnitt entlang eines eindimensionalen Weges durch einen CT-Datensatz in Figur 5 dargestellt. Hierbei bezeichnet h die Hounsfield- Werte, während h ' die Werte nach der Filterung darstellt. Der Filter hebt in dem zweidimensionalen Datensatz linienartige Strukturen hervor, läßt jedoch einzeln stehende Bildpunkte, die sich von der Umgebung abheben, unverändert. Auf diese Weise werden in dem CT-Datensatz vorhandene, linienartige Konturen verschärft. Wie unmittelbar aus Figur 5 ersichtlich, werden somit Anstiege überhöht. In einem derartigen Schnitt ist ein Glätten entlang der linienartigen Strukturen nicht darstellbar. Der Filter kann itteriert werden.applied to the Hounsfield values of the two-dimensional CT data. This is shown by way of example for a section along a one-dimensional path through a CT data record in FIG. 5. Here, h denotes the Hounsfield values, while h 'represents the values after the filtering. The filter highlights line-like structures in the two-dimensional data set, but leaves individual pixels that stand out from the environment unchanged. In this way, line-like contours present in the CT data record are sharpened. As can be seen directly from FIG. 5, increases are thus exaggerated. Smoothing along the line-like structures cannot be represented in such a section. The filter can be iterated.

In dem nächsten Verfahrensschritt werden Stützstellen grob ermittelt. Hierbei wird zunächst ein Ort im Inneren des Auges gewählt. Dieses geschieht manuell, so daß es sich bei den hier beschriebenen Verfahren um ein semiautomatisches Konturierverfahren handelt. Es hat sich gezeigt, daß das vorliegende Konturierverfahren verhältnismäßig unempfindlich gegenüber einer Ortswahl in dieser Hinsicht ist, so daß der Ort lediglich innerhalb einer Ellipse mit halb so großen Halbachsen wie die des Auges gewählt werden sollte, um ausreichend gute Ergebnisse zu erzielen. In einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens könnten der Ort im Inneren des Auges bzw. die Orte im Inneren der Augen automatisch ermittelt werden. Hierzu wird an die Umgebung, beispielsweise die Umgebung von 7 x 7 Bildpunkten, eines jeden Punktes (xu, yu) des CT- Datensatzes eine Funktion F an die gefilterten Hounsfield- Werte K angepasst, die die Gestalt eines gekrümmten Kammes hat, wobei die Krümmung der Kammlinie konstant ist. Die Funktion F hat die Form :In the next process step, support points are roughly determined. Here, a location inside the eye is first selected. This is done manually, so that the method described here is a semi-automatic contouring method. It has been shown that the present contouring method is relatively insensitive to a choice of location in this regard, so that the location should only be chosen within an ellipse with half the half-axis as large as that of the eye in order to achieve sufficiently good results. In a further embodiment of this method, the location inside the eye or the locations inside the eyes could be determined automatically. For this purpose, a function F is adapted to the filtered Hounsfield values K, which has the shape of a curved comb, the curvature being adapted to the surroundings, for example the surroundings of 7 x 7 pixels, of each point (xu, yu) of the CT data record the ridge line is constant. The function F has the form:

Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001

wobei a, c, xz, yz und r Parameter sind, die angepasst werden. Hierbei sind (xz, yz) die Koordinaten des Krümmungsmittelpunktes und r der Krümmungsradius. Die Kammlinienfunktion G weist hierbei folgende Eigenschaften auf: G (t) = G (-t), G'(t) > 0, für t < 0. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel wird eine auf den Maximalwert 1 festgelegte Gauß'sche Glockenkurve gewählt. Für jede Umgebung eines jeden Punktes stellt somit die Kammlinie ein Kreissegment dar, dessen Mittelpunkt jeweils bei (xz, yz) liegt.where a, c, x z , y z, and r are parameters that are adjusted. Here (x z , y z ) are the coordinates of the center of curvature and r the radius of curvature. The ridge line function G here has the following properties: G (t) = G (-t), G '(t)> 0, for t <0. In the present exemplary embodiment, a Gaussian bell curve fixed to the maximum value 1 is selected. For each environment of each point, the ridge line represents a segment of a circle, the center of which is at (x z , y z ).

Indem die Mittelpunktskoordinaten (xz, yz) für sämtliche Punkte (XTJ, y^,) des CT-Datensatzes berechnet werden, kann eine Häufigkeitsverteilung der Mittelpunkte ermittelt werden. Um lediglich Kammlinien zu erhalten, die zu den Augen gehören, gehen lediglich Krümmungsmittelpunkte (xz (xUs yu), yz (XT , yu)) in die Verteilung ein, deren Krümmungsradius r zwischen einem gewählten Minimum und einem gewählten Maximum liegt. Die so ermittelte Verteilung der Mittelpunktskoordinaten weist zwei dominante Peaks auf, die den Mittelpunkten der beiden Augen entsprechen. Die Verteilung wird anschließend geglättet, der Untergrund entfernt und die Lage der Peaks ermittelt. Diese Peaks werden als Startwerte bzw. als Ausgangsort für die Stützschwellensuche gewählt.A frequency distribution of the center points can be determined by calculating the center point coordinates (x z , y z ) for all points (XT J , y ^,) of the CT data set. In order to obtain only ridge lines belonging to the eyes, only centers of curvature (x z (x Us yu), y z (XT, yu)) are included in the distribution, whose radius of curvature r lies between a selected minimum and a selected maximum. The distribution of the center coordinates determined in this way has two dominant peaks which correspond to the centers of the two eyes. The distribution is then smoothed, the background removed and the position of the peaks determined. These peaks are chosen as starting values or as the starting point for the threshold search.

Von dem Ausgangsort ausgehend werden eindimensionale Schnitte radial nach außen durch den CT-Datensatz gelegt. Derartige Schnitte sind beispielhaft in Figur 5 und in den Figuren 3 und 4 skizziert. Als nächstes werden von diesem Ort, der mit 0 bezeichnet ist, ausgehend lokale Maxima X! ermittelt, bei denen die Differenz Δh zwischen dem vorausgegangenen Minimum XQ und dem Maximum x, zwischen einem unteren Stützstellenschwellwert und einem oberen Stützstellenwellwert liegt. Dieses ist in Figur 3 dargestellt.Starting from the starting point, one-dimensional cuts are made radially outward through the CT data record. Such cuts are exemplified in FIG. 5 and in FIGS. 3 and 4. Next, starting from this location, which is denoted by 0, local maxima X ! determined, in which the difference Δh between the previous minimum XQ and the maximum x lies between a lower support point threshold value and an upper support point threshold value. This is shown in Figure 3.

Nachdem auf diese Weise Stützstellen gefunden wurden, werden die Teilstrukturen, nämlich die Cornea des Auges, ermittelt. Dieses erfolgt dadurch, daß von dem Ausgangsort in dem Auge ausgehend eindimensionale Schnitte radial nach außen durch den CT-Datensatz gelegt werden, wobei nicht nur das diesem Ausgangsort zunächst liegende lokale Maximum sondern auch ein hierauf folgendes lokales Maximum, welches derselben Bedingung genügt, gewählt wird. Diese Schnitte werden jedoch nur in einem nach vorne weisenden Winkelsegment von 120° gewählt, indem eine Linse zu erwarten ist. Dieses ist möglich, da die Lage eines Kopfes in dem CT-Datensatz bekannt ist. Andererseits ist es denkbar, durch weitere Verfahrensschritte, ähnlich der bei der Ermittlung der Augenmittelpunkte verwendeten, die Lage dieses Winkelsegmentes zu bestimmen.After support points have been found in this way, the partial structures, namely the cornea of the eye, are determined. This is done by making one-dimensional cuts radially outward from the starting point in the eye through the CT data record, not only the local maximum lying at the starting point but also a subsequent local maximum which meets the same condition being selected . However, these cuts are only selected in a forward-looking angle segment of 120 °, in which a lens is to be expected. This is possible because the position of a head in the CT data record is known. On the other hand, it is conceivable to use further method steps, similar to that in the determination of the Eye centers used to determine the position of this angular segment.

Im Anschluß hieran wird von der im Uhrzeigersinn liegenden Seite des Winkelsegments ausgehend die letzte Stützstelle S0 gewählt, ab welcher entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen zwei Alternativen S , und S , - bestehen. Diese beiden Alternativen werden jeweils über eine Linie mit S0 verbunden und jeweils die kleinsten Hounsfield-Werte entlang dieser Linien ermittelt. Als Bestandteil der zu selektierenden Kontur wird diejenige Stützstelle gewählt, bei welcher der kleinste Hounsfield-Wert h' größer ist. Von der auf diese Weise ausgewählten Stützstelle ausgehend, wird itterativ das entgegen dem Uhrzeigersinn nächstliegende Stützstellenpaar gewählt und von diesen in derselben Weise eine Stützstelle als Bestandteil der Kontur gewählt.Following this, starting from the clockwise side of the angle segment, the last support point S 0 is selected, from which there are two alternatives S, and S, - seen counterclockwise. These two alternatives are each connected to S 0 via a line and the smallest Hounsfield values are determined along these lines. The support point at which the smallest Hounsfield value h 'is greater is selected as a component of the contour to be selected. Starting from the support point selected in this way, the closest support point pair is selected iteratively and a support point is selected from these in the same way as a component of the contour.

Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das gesamte Winkelsegment von 120° durchlaufen ist bzw. bis lediglich nur noch eine Alternative vorliegt.This process is repeated until the entire angular segment of 120 ° has been run through or until there is only one alternative.

Auf diese Weise wird eine linienartige Kontur ermittelt, die möglichst kontinuierlich von dem bereits bestimmten Augenrand, welcher sich durch lediglich eine vorliegende Alternative kennzeichnet, ausgehend weiterver- läuft. Ist die auf diese Weise ermittelte Alternative die außenliegende, so handelt es sich bei dieser Alternative um die Cornea. Die innenliegende Alternative ist dann die Linse.In this way, a line-like contour is determined that continues as continuously as possible from the already determined eye edge, which is characterized by only one alternative present. If the alternative determined in this way is the external one, then this alternative is the cornea. The inside alternative is the lens.

Ist diese Alternative die innenliegende, so gehört die äußere Alternative zum Lid oder zu einer anderen, nicht zum Auge gehörenden Struktur.If this alternative is the inner one, then the outer alternative belongs to the lid or to another structure that does not belong to the eye.

Auf diese Weise ergibt sich eine Menge an Stützstellenwerten, die den Augenrand sowie die Cornea umfassen und die in einem nächsten Verfahrensschritt feinjustiert werden. Hierzu wird um das lokale Maximum x, in einem Intervall, welches die Hälfte des Bereiches zwischen dem vorausgegangenen Minimum Q und dem nachfolgenden Minimum x2 ausmacht an h ' ein Polynom 3. GradesIn this way, there is a set of interpolation point values, which include the edge of the eye and the cornea and which are fine-tuned in a next process step. For this purpose, a polynomial of the 3rd degree is formed around the local maximum x, in an interval which makes up half of the range between the previous minimum Q and the subsequent minimum x 2

P3(x) = ax3 + bx2 + ex + dP3 (x) = ax 3 + bx 2 + ex + d

oder im Koordinatensystem des lokalen Maximums xM =± x,or in the coordinate system of the local maximum x M = ± x,

P3(x-xM) = 3(x-xM)3 + 2(x-xM)2+ 0 P3 (xx M ) = 3 (xx M ) 3 + 2 (xx M ) 2 + 0

mit der quadratischen Näherungwith the quadratic approximation

P2(x-xM) = a2(x-xM)2+a0 P2 (xx M ) = a 2 (xx M ) 2 + a 0

angepaßt (siehe Figur 4). Zur Berechnung der entsprechenden Stützstellen werden nunmehr die Schnittpunkte dieser Polynomapproximation P3 mit einer konstanten Funktion C=h '(x0) +η in Abhängigkeit vom Koeffizient α3 des kubischen Terms der Polynomapproximation P3 berechnet. Von diesen Schnittpunkten wird der auf der Außenseite des Auges am weitesten innen liegende ausgewählt. Dessen Lage wird anschließend im Koeffizienten α3 Taylor-entwickelt. Zur Bestimmung der Stützstellenlage lSt wird das Taylorpolynom 1. Grades in α3 adjusted (see Figure 4). The intersection points of this polynomial approximation P3 are now used to calculate the corresponding support points a constant function C = h '(x 0 ) + η as a function of the coefficient α 3 of the cubic term of the polynomial approximation P3. From these intersections, the innermost on the outside of the eye is selected. Its position is then developed in the coefficient α 3 Taylor. To determine the interpolation position I St , the Taylor polynomial of the 1st degree in α 3

ΔAη 1 ΔÄη k1^) - XM = αΔAη 1 ΔÄη k 1 ^ ) - X M = α

2 «? 2 «?

verwendet. Hierbei liefern die Tupel [1= lSt(η), h' = h '(x0) + r/Δh] mit variablen Parameter η eine Kurve K, welche zwischen der Polynomapproximation 3. Grades P3 und deren quadratischer Näherung P2 verläuft.used. Here, the tuples [1 = 1 St (η), h '= h' (x 0 ) + r / Δh] with variable parameters η provide a curve K which runs between the 3rd degree polynomial approximation P3 and its quadratic approximation P2.

In Abhängigkeit von dem Parameter η kann somit eine Stützstelle bestimmt werden. Hierbei kann über den Parameter η eingestellt werden, wie eng die Außenkontur am Auge sitzen soll. Bei η = l sitzt die Außenkontur auf dem Ring der lokalen Maxima, während sie bei η =0 wesentlich weiter außen in der Nähe des nächstäußeren Minimums liegt (siehe Figur 4). In der Praxis kann hierdurch eine Stützstelle um 2 bis 3 mm angepasst werden, wobei der behandelnde Arzt über η den Grad der Anpassung vorgeben kann. Üblicherweise wird von Ärzten ein Wert von η — 0,5 gewählt.A support point can thus be determined as a function of the parameter η. The η parameter can be used to set how closely the outer contour should sit on the eye. With η = l the outer contour sits on the ring of the local maxima, while with η = 0 it lies much further outside in the vicinity of the next outer minimum (see Figure 4). In practice, this can be used to adjust a support point by 2 to 3 mm, whereby the treating physician can specify the degree of adjustment via η. Doctors usually choose a value of η - 0.5.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann an die verbleibenden bzw. ermittelten Stützstellen eine Ellipse angepaßt. Im Anschluß hieran wird die Abweichung der schlechtesten Stützstelle von der Ellipse bestimmt und so lange die jeweils schlechteste Stützstelle entfernt und daraufhin eine neue Ellipse angepaßt, bis der Fehler der schlechtesten Stützstelle einen bestimmten, durch die Auflösungsgrenze der CT-Daten festgelegten Wert unterschreitet.In a further method step, an ellipse is then adapted to the remaining or determined support points. Following this, the deviation of the worst support point from the ellipse is determined and so long the worst interpolation point is removed and then a new ellipse is adjusted until the error of the worst interpolation point falls below a certain value determined by the resolution limit of the CT data.

Das Verfahren bricht spätestens ab, wenn nur noch 4 Stützstellen übrig sind. Die Konturfmdung gilt jedoch bereits dann als mißlungen, wenn von einer anfänglichen Zahl Stützstellen weniger als eine kritische Zahl verbleiben. So kann beispielsweise bei anfänglichen 36 Stützstellen eine kritische Zahl von 8 gewählt werden. Bei Testläufen ist dieses jedoch nie aufgetreten. In den allermeisten Fällen passieren mehr als 88% der Stützstellen die Eliminationsroutine. Die Routine für fehlerhaften Stützstellen ist robust und effektiv. Sie kann selbst bei einem Anteil fehlerhafter Stützstellen von 35% diese erkennen und entfernen. Der übliche Anteil fehlerhafter Stützstellen liegt zwischen 6% und 12% . Es versteht sich, daß auch eine andere Zahl der Stützstellen gewählt werden kann. Das Verfahren ist von der genauen Zahl der Stützstellen in weiten Grenzen unabhängig.The process terminates at the latest when there are only 4 support points left. However, the contour muzzle is considered to have failed if less than a critical number remain from an initial number of reference points. For example, a critical number of 8 can be selected for an initial 36 support points. However, this never occurred during test runs. In the vast majority of cases, more than 88% of the support points go through the elimination routine. The routine for faulty support points is robust and effective. It can recognize and remove even with a percentage of faulty support points of 35%. The usual proportion of faulty support points is between 6% and 12%. It goes without saying that a different number of support points can also be selected. The process is largely independent of the exact number of support points.

Das Ergebnis der Eliminationsroutine ist in Figuren 6b und 7b beispielhaft dargestellt, während Figuren 6a und 7a als schwarze Kreuze die ver- wendeten und als weiße Kreuze die eliminierten Stützstellen zeigen. Hierbei zeigen die Figuren 6a und 6b eine Verfahrensführung, bei welcher die Stützstellenschwellwerte zur Ermittlung der lokalen Maxima x, und Minima Xo bzw. x2 verhältnismäßig gut eingestellt sind. Figuren 7a und 7b hingegen zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Stützstellenschwellwerte nicht so gut eingestellt sind. Hierdurch bedingt, weichen die Stützstellen stark voneinander ab, das heißt es sind verhältnismäßig viele fehlerhafte Stützstellen ermittelt worden. Wie jedoch aus Figur 7b ersichtlich, liefert selbst in einem derartigen Falle das erfindungsgemäße Verfahren eine hervorragende Konturierung des Auges.The result of the elimination routine is shown by way of example in FIGS. 6b and 7b, while FIGS. 6a and 7a show the support points used as black crosses and the eliminated support points as white crosses. FIGS. 6a and 6b show a procedure in which the threshold values for determining the local maxima x and minima Xo and x 2 are set relatively well. FIGS. 7a and 7b, on the other hand, show an exemplary embodiment in which the node threshold values are not set as well. As a result of this, the support points deviate greatly from one another, that is, a relatively large number of faulty support points have been determined. However, as can be seen from FIG. 7b, the method according to the invention provides excellent contouring of the eye even in such a case.

Es versteht sich, daß die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Verfahrensfolge kleineren Abweichungen unterzogen werden kann. So kann beispielsweise aus der erstmaligen Segmentierung des Augenrandes zunächst ein erstes, noch relativ grobes Modell ermittelt werden, bevor eine Segmentierung von Cornea und Linse vorgenommen wird. Ebenso ist es möglich, bereits nach der ersten groben Stützstellensuche eine Feinjustierung vorzunehmen, bevor eine Segmentierung von Cornea und Linse vorgenommen wird. It goes without saying that the method sequence shown in the exemplary embodiment can be subjected to minor deviations. For example, a first, relatively coarse model can be determined from the first segmentation of the edge of the eye before the cornea and lens are segmented. It is also possible to make a fine adjustment after the first rough search for a support point before segmenting the cornea and lens.

Claims

Patentansprüche : Claims: 1. Verfahren zur Konturierung von Körperstrukturen in CT-Datensätzen, bei welchem eine Modellkontur an die tatsächliche Kontur der Körperstruktur angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, - daß zunächst Stützstellen gesucht werden, daß anhand der gesuchten Stützstellen eine erste Modellkontur ermittelt wird, daß die mit der Modellkontur am schlechtesten verträgliche1. A method for contouring body structures in CT data records, in which a model contour is adapted to the actual contour of the body structure, characterized in that - firstly, support points are sought, that a first model contour is determined on the basis of the searched support points, that the with the Model contour most incompatible Stützstelle entfernt und anhand der verbleibenden Stützstellen eine neue Modellkontur ermittelt wird, bis die Abweichung der am schlechtesten verträglichen Stützstelle einen Schwellwert oder die Zahl der verbleibenden Stützstellen einen Abbruchwert unterschreitet.Support point removed and a new model contour is determined on the basis of the remaining support points until the deviation of the worst-tolerated support point falls below a threshold value or the number of remaining support points falls below a termination value. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der CT- Datensatz vor der Stützstellensuche durch einen Filter vorbearbeitet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the CT data record is pre-processed by a filter before the search for a support point. 3. Konturierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützstellensuche zunächst ein Ort im Inneren der Körperstruktur gewählt wird.3. Contouring method according to claim 1 or 2, characterized in that a location in the interior of the body structure is first selected to search for support points. 4. Konturierungsverfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützstellensuche von diesem Ort ausgehend entlang eindimensionaler Wege lokale Maxima des CT-Datensatzes ermittelt werden, bei denen die Differenz zwischen einem vorausgegangenen Minimum und dem jeweiligen Maximum zwischen einem unteren Stützstellenschwellwert und einem oberen Stützstellenschwellwert liegt.4. The contouring method according to claim 3, characterized in that local maxima of the CT data record are determined for starting point searches from this location along one-dimensional paths in which the difference between a previous minimum and the respective maximum lies between a lower support threshold and an upper support threshold. 5. Konturierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützstellensuche ein lokales Maximum und ein nächstliegendes, von dem Inneren der Körperstruktur ausgehend entlang eines eindimensionalen Weges weiter innen liegendes Minimun des CT-Datenträgers gewählt werden.5. Contouring method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a local maximum and a closest, starting from the inside of the body structure along a one-dimensional path minimun of the CT data carrier are selected to search for support points. 6. Konturierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützstellensuche ein lokales Maximum und ein nächstliegendes, von der Körperstruktur ausgehend entlang eines eindimensionalen Weges weiter außen liegendes lokales Minimum des CT-Datensatzes gewählt werden.6. Contouring method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a local maximum and a closest local minimum of the CT data set, starting from the body structure along a one-dimensional path, are selected for the search for a support point. 7. Konturierungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützstellensuche eine Kurve verwendet wird, die in einem Bereich zwischen dem lokalen Maximum und dem nach außen hin nächstliegenden lokalen Minimum zwischen einem Polynom 3. Grades, welches in einem gewählten Intervall den CT-Datensatz approximiert, und dessen quadratischer Näherung in diesem Intervall liegt. Konturierungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve eine Interpolation zwischen dem Polynom 3. Grades und dessen quadratischer Näherung ist. 7. Contouring method according to claim 6, characterized in that a curve is used for the search for a reference point, which is in a range between the local maximum and the nearest local minimum between a 3rd degree polynomial which contains the CT data set in a selected interval approximated, and its quadratic approximation lies in this interval. Contouring method according to claim 7, characterized in that the curve is an interpolation between the 3rd degree polynomial and its quadratic approximation.
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