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    • 专利摘要:
    Es wird ein Verfahren beschrieben zum einwandfreien Ermitteln räumlicher Parameter (beispielsweise den Durchmesser, das Querschnittsgebiet und die Segmentlänge) körperlicher Strukturen, wie menschlicher Arterien. Dies geschieht durch Ermittlung der dreidimensionalen Lage dieser Strukturen aus zwei angiographischen Monoplan-Röntgenbildern, erhalten in beliebigen, aber verschiedenen Orientierungen gegenüber der betreffenden Struktur. Die Bilder können zu verschiedenen Zeitpunkten gemacht worden sein, so dass ein Monoplan-Röntgensystem angewandt werden kann. Bewegung der betreffenden Struktur zwischen den zwei Röntgenaufnahmen ist erlaubt. Die auf diese Art und Weise erhaltene dreidimensionale Information wird daraufhin benutzt zum Korrigieren der Messungen der oben genannten Parameter, um auf übliche Art und Weise Fehlerquellen zu begegnen.
    公开号:DE102004006188A1
    申请号:DE102004006188
    申请日:2004-02-06
    公开日:2004-08-26
    发明作者:Jean-Paul Maria Michael Aben；Coenraad Christiaan Albert Lokkerbol
    申请人:Pie Medical Imaging BV；
    IPC主号:A61B6-02
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich im Allgemeinen auf die Bildanalyse, und insbesondere auf die Analysevon Bildern körperlicherStrukturen, wobei diese Bilder fürräumlicheMessungen dieser Strukturen verwendet werden.
    [0002] Die Hauptarterien, wie die Aorta,die Kranzarterien, die Halsschlagadern, die Nierenarterien und die Oberschenkelarterienversehen den Körpermit Blut. Arterienstenose ist ein anormaler Zustand, gekennzeichnetdurch die Einengung oder Verengung dieser lebenswichtigen Arteriendurch eine als Plaque bekannte Substanz, die einen einwandfreienUmlauf des Blutes vermeidet. Plaque ist ein örtliches Gebiet der Arteriosklerose.Arteriosklerose ist ein pathologischer Zustand, in dem Lipide (Fettsubstanzen)abgelagert werden und eine Wucherung faserigen Bindegewebes an derInnenwand der Arterien auftritt. Es gibt auch anatomische (erbliche)Einengungen der Arterien (beispielsweise wegen gewundener Gefäße) oderVergrößerungender Arterien (Aneurysmen), die den Blutstrom stark beeinflussenoder, wie in dem letzteren Fall, durch spontanen Riß der betreffendenArterie sogar das Leben des Patienten gefährden könnten.
    [0003] Standardbehandlungen für diesepathologischen Zuständebestehen aus der Aufweitung der eingeengten Arterien durch die Verwendungvon Medikamenten, oder sollte dies nicht wirken, durch mechanische Mittel.So kann man beispielsweise die Öffnungder Arterie durch Aufblähungeines kleinen Ballons innerhalb des eingeengten Gebietes (Dotternoder PTA-Prozedur) oft mit nachfolgender Anordnung eines metallenen Rahmens(Stent-Implantation) innerhalb der Arterie forcieren um eine Neuverstopfungzu vermeiden. Stent-artige Strukturen können auch verwendet werdenzur Behandlung der gefährlichen örtlichenVergrößerungen vonArterien. Wichtig bei diesen Behandlungen ist es, die genaue Lage,Form und Größe der Einengungoder der Vergrößerung zukennen. Dies wird die Wahl der Behandlung stark beeinflussen.
    [0004] Eine auf Angiographie basierte Diagnoseist der heutige Standard zum Ermitteln des Umfangs der Einengung.Angiographie ist eine spezielle Röntgenprozedur, wobei Bilder(Angiogramme) von Blutgefäßen gemachtwerden. Diese Diagnosetechnik benutzt ein Kontrastmittel, das einechemische Substanz ist, welche die auftreffenden Röntgenstrahlenstark absorbieren. Angiographie ist die Röntgen-Sichtbarmachung der inneren Anatomieder Herz- und/oder Blutgefäße nachder Einführungeines Kontrastmittels in das Blut. Das Kontrastmittel kann in eineArterie oder eine Vene eingespritzt oder in eine periphere Arterie über einenin die Arterie eingeführtenKatheter eingegeben werden. Der Radiologe fädelt den Katheter behutsamin das Blutgefäß ein undführt ihnunter ständigerRöntgenbeobachtungzu dem zu untersuchenden Gebiet. Wenn der Katheter die zu untersuchendeStelle erreicht, wird Röntgen-Kontrastmitteldurch den Katheter injiziert und macht die Arterie mit all ihrenUnregelmäßigkeitenund Versperrungen deutlich sichtbar.
    [0005] Der Ausdruck "Angiogramm" bezieht sich auf das Röntgenbildeines Blutgefäßes, erzeugtdurch Angiographie. Angiogramme haben dunkle Gebiete, die offeneKanälein Blutgefäßen darstellen,dadurch verursacht, dass das Kontrastmittel die Röntgenstrahlenabsorbiert. Digitalisierung der resultierenden Bilder ermöglicht es,auf diese Bilder Bildverarbeitungstechniken anzuwenden. Eine dieserTechniken ist, halbautomatische quantitative Messungen des Gefäßsystemsdurchzuführen,wie Länge,Durchmesser, Querschnittsgebiet und der Betrag an Verengung desGefäßsegmentes.
    [0006] Zurzeit werden die meisten Untersuchungenin der Gefäßmorphologieunter Verwendung angiographischer Bilder, erhalten mit einem Monoplan-Röntgensystem,durchgeführt.Der Ausdruck "Monoplan" bezieht sich aufdie Tatsache, dass ein derartiges System ein Röntgenbild aus jeweils nur einerRichtung machen kann. Im Gegensatz dazu können Biplan-RöntgensystemeBilder aus zwei Richtungen gleichzeitig machen.
    [0007] Das Durchführen quantitativer Messungenauf Basis eines angiographischen Monoplan-Bildes hat zwei wesentlicheNachteile, die verursacht werden durch die Tatsache, dass es kaumInformation überdie dreidimensionale Lage der Gefäßstruktur gibt. Das Bild istim Wesentlichen eine Projektion, die alle dreidimensionalen Strukturenauf eine zweidimensionale Ebene projiziert. Die zwei Nachteile sind "Außer-Ebene-Kalibrierfehler" und "Bildverkürzung", die beide nachstehendbeschrieben werden.
    [0008] Wenn ein Monoplan-Röntgenbildverwendet wird, muss man das Bild "kalibrieren", damit absolute Messungen gemacht werdenkönnen.Das bedeutet, dass die Beziehung zwischen der Pixelgröße und der wirklichenGröße ermitteltwerden muss. Dies kann dadurch gemacht werden, dass ein Gegenstandbekannter Größe in dasaufgezeichnete Bild mit aufgenommen wird. Problemen entstehen dann,wenn der zur Kalibrierung benutzte Gegenstand nicht in derselbenEbene liegt (parallel zu dem Eingabeschirm des Bildverstärkers) wiedie zu untersuchende Struktur. Dies führt dazu, dass der Kalibriergegenstandanders vergrößert wirdals die Struktur und folglich zu einer nicht einwandfreien Messung.
    [0009] Mit anderen Worten, jeder Teil desGefäßes, derin einer anderen Ebene als die des Kalibriergegenstandes liegt,wird anders vergrößert. DieseFehlerquelle wird als "Außer-Ebene-Kalibrierung" bezeichnet.
    [0010] Im Allgemeinen wird wegen der spezifischenForm die zu untersuchende Struktur typischerweise nicht genau inder Bildebene liegen. Wenn eine Struktur, beispielsweise ein Gefäß, einenRichtungsanteil senkrecht zur Bildebene aufweist, wird die Länge einesSegmentes dieses Gefäßes, wennauf die Bildebene projiziert, der wirklichen dreidimensionalen Länge nichtentsprechen. Dieses Phänomen,was zu Fehlern in den Längenmessungenführt,wird als Bildverkürzungbezeichnet.
    [0011] Um diese Probleme zu überwindenbraucht man eine genauere, dreidimensionale (3-D) Darstellung derLage und der Form der zu untersuchenden Struktur.
    [0012] Es wurden bereits viele Verfahrenentwickelt, die aus zwei digitalen, zweidimensionalen Bildern dreidimensionaleInformation herleiten. Stereoskopische digitale Angiographie wurdebei der Berechnung der dreidimensionalen Lage und der Orientationsinformationvon Gefäßen angewandt(L.E. Fencil u.a. "Ivestigative Radiology", Dezember 1987).Stereoskopische Ermittlung der dreidimensionalen Gefäßlage wirdweniger genau, wenn die Hauptrichtung des Gefäßes senkrecht auf der Richtungder stereoskopischen Schicht steht. Auf diese Weise ist die Zuverlässigkeitdieses Verfahrens beim Ermitteln der dreidimensionalen Gefäßstrukturabhängigvon der Orientierung der Gefäße selber.Es dürfteeinleuchten, dass dies unerwünschtist.
    [0013] In dem US Patent Nr. 4.630.203 beschreibtSzirtes eine Technik zur dreidimensionalen Lokalisierung linearerUmrisse, die in zwei stereoskopischen Bildern erscheinen. DiesesVerfahren leidet aber an der Beschränkung, dass der Umriss nichtin der Richtung der stereoskopischen Schicht liegen soll. Außerdem istbei diesem Verfahren ein einzelner Kalibrierschritt erforderlichum die dreidimensionalen Lageorte der Röntgenquellen gegenüber derBildebene zu ermitteln.
    [0014] Mehrere Sachverständige haben Verfahren entwickeltum aus zwei Röntgenbildern,die in genau orthogonalen Richtungen erhalten worden sind, einedreidimensionale Struktur herzuleiten. Die Anforderung, dass dieBilder in genau orthogonalen Richtungen erhalten werden müssen, istein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens. Dies wird sich in derPraxis schwer erzielen lassen. Außerdem ist die Ermittlung derLage von Gefäßsegmentensenkrecht zu einer der Abbildungsebenen bei diesen Verfahren schwer,wo nicht unmöglich.
    [0015] Um diese Probleme zu lösen, istein Verfahren entwickelt worden, das eine Berechnung einer dreidimensionalenGefäßstrukturaus zwei Bildern ermöglicht,die bei beliebigen Orientierungen erhalten worden sind (siehe S.A.MacKay u.a. "Computersand Biomedical Research" Heft15, Seite 455, 1982). Dieses Verfahren erfordert einen Kalibrierschrittan einem Gegenstand bekannter Größe in derselbenRöntgensystemkonfiguration,wie diese fürdas Bild des Patienten verwendet wird. Diese Kalibrierung kann voroder nach der Abbildung des Patienten gemacht werden. Dieses Verfahrenwird auch als das "calibratedepipolar geometry"-Verfahrenbezeichnet.
    [0016] In dem US Patent Nr. 4.875.165 beschreibenFencil u.a. ein Verfahren, das ein Paar Biplan-Bilder als Eingabeund keinen Kalibrierschritt erfordern, und zwar auf Basis der theoretischenArbeit von H.C. Longuet-Higgings, "Nature" Heft 293, Seite 133, 1981. K.R. Hoffmannbeschreibt, US Patent Nr. 5.859.922 ein Verfahren, wobei mehrereBiplan-Bilder unter Verwendung eines Kalibriergegenstandes verwendetwerden. Die beiden Verfahren haben aber den Nachteil, dass ein Biplan-Röntgensystem(d. h. ein Röntgensystem,das imstande ist, zwei Aufzeichnungen aus verschiedenen Orientierungengleichzeitig zu machen) erforderlich ist.
    [0017] Einige andere Verfahren bezweckendie Rekonstruktion des kompletten 3-D Gefäßbaumes aus zwei oder mehrBildern, aber sie brauchen oft ein Biplan-Röntgensystem. Siehe beispielsweiseUS Patent Nr. 6.047.080 von Chen u.a. und US Patent Nr. 6.169.917von Masotti u.a..
    [0018] Viele Ausführungsformen der vorliegendenErfindung befassen sich mit Problemen, denen man bei einigen anderenParameter-Ermittlungssystemen begegnet. So ist beispielsweise beivielen bekannten Mehr-Bild-Systemen zwischen der Herstellung derzwei Bilder keine Bewegung des Patiententisches erlaubt. Wenn aberein Radiologe, der eine angiographische Untersuchung durchführt, dieHöhe desPatiententisches oder die horizontale Lage des Tisches zwischenzwei Aufzeichnungen der Bilder neu positionieren muss, um das zuuntersuchende Gefäß optimalin Bild zu bekommen, könnenMessungen, bei denen andere Techniken angewandt werden, beeinträchtigt werden.Das vorliegende Verfahren ermöglichtderartige Bewegungen ohne dass dadurch in Bezug auf die Genauigkeitder Ergebnisse ein Kompromiss geschlossen werden muss. Weiterhinkann bei einigen Ausführungsformender vorliegenden Erfindung der Kalibrierschritt gleichzeitig mitder Erfassung des Bildes mit dem Gefäß durchgeführt werden.
    [0019] Ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ermöglichtzwei unabhängigvoneinander erfasste angiographgische Monoplan-Bilder als Eingabezur Berechnung der dreidimensionalen mittleren Lage der dreidimensionalenGefäßstrukturen.Dies bedeutet, dass die zwei Bilder unter Anwendung eines Monoplan-Röntgensystems aus beliebigenRichtungen erhalten werden können(obschon ein Biplan-Systemebenfalls angewandt werden könnte).Weiterhin könnendie Bilder auch mit einer zwischenliegenden Bewegung des Patiententischeserhalten werden.
    [0020] Ausführungsbeispiele der Erfindungsind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben.Es zeigen:
    [0021] 1 eineschematische Darstellung eines Testraumes mit mehreren Elementeneines Gerätszum Durchführender vorliegenden Erfindung,
    [0022] 2 einFlussdiagramm der GUI-Operator Interaktion in einem Verfahren zumAnsammeln von Daten zur Verwendung entsprechend der vorliegendenErfindung,
    [0023] 3 einFlussdiagramm eines Verfahrens zum Analysieren von Daten entsprechendder vorliegenden Erfindung,
    [0024] 4 eineDarstellung räumlicherMerkmale, auf die bei den hier durchgeführten Berechnungen verwiesenwird,
    [0025] 5 eineDarstellung der Beziehung zwischen hierin beschriebenen selektiertenAbständen.
    [0026] Zur Förderung des Verständnissesder Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird auf die in der Zeichnungdargestellte Ausführungsformverwiesen und zum Beschreiben derselben wird eine spezifische Sprachebenutzt. Es dürftedennoch einleuchten, dass dies den Rahmen der vorliegenden Erfindungnicht begrenzen soll; Abwandlungen und weitere Modifikationen derbeschriebenen oder dargestellten Ausführungsformen und jegliche weiterenAnwendungen der Grundlagen der vorliegenden Erfindung, wie hierdargestellt, werden als fürden Fachmann einleuchtend betrachtet.
    [0027] Im Allgemeinen schafft das in den 1 bis 5 dargestellte Bilderfassungs- und Analysensystemzwei digitale Bilder, und zwar je von einem Bezugsgegenstand undeiner körperlichenStruktur, wie einer eingeengten Arterie. In dem dargestellten Bei spielwerden die zwei Bilder verarbeitet um die Größe und die Lage der Strukturzu ermitteln.
    [0028] Ein Beispiel einer Einrichtung zumErfassen von Bildern zur Verwendung in einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der 1 näher beschrieben. Das System 100 umfassteinen C-Arm 110, der die Röntgenröhre 120 und den Bildverstärker 130 trägt. DerPatiententisch 140 trägtden Patienten, dessen Gefäß 160 indiesem Beispiel untersucht werden soll. Der Kalibriergegenstand 150 istderart angebracht, dass er in den erfassten Bildern erscheint undwird nachher noch näherbeschrieben. Es kann eine normale Cath-Lab-Darstellungsprozedurdurchgeführtwerden, was dem Fachmann einleuchten dürfte, mit Ausnahmen, wie nachstehendnoch erläutert,um zu gewährleisten,dass die erforderliche Eingabe fürdie dreidimensionale Rekonstruktion verfügbar ist.
    [0029] Zunächst wird der Kalibriergegenstand 150 indie Abbildungsszene gebracht. So kann beispielsweise der Kalibriergegenstand 150 unterden Patienten gelegt werden, auf oder unter den Patiententisch 140,in einer Tasche der Kleidung des Patienten oder an einer anderenStelle. Danach werden zwei Bilder von dem zu untersuchenden Gefäß gemacht.Der räumlicheWinkel zwischen den zwei Normalvektoren zur Bilderzeugung beträgt vorzugsweisewenigstens 30°.Auch hier müssensowohl das zu untersuchende Gefäß 160 alsauch wenigstens ein Teil des Kalibriergegenstandes 150 inden beiden Bildern sichtbar sein. Zwischen der Aufzeichnung derzwei Bilder ist die üblicheTischbewegung erlaubt. Die einzige Anforderung ist, dass die Lagedes Gefäßes gegenüber demKalibriergegenstand sich nicht ändert.Bei einigen AusführungsformenkönnenzusätzlicheBilder erfasst werden, wonach ein Bilderpaar zur weiteren Analyseselektiert wird.
    [0030] Bevor die dreidimensionale Rekonstruktionin der Praxis verwendet werden kann, sollen einige Parameter ermitteltwerden. In den meisten Ausführungsformenbraucht dies nur einmal gemacht zu werden und wird im Allgemeinenbei der Installation der Software und der Hardware stattfinden.In diesem Beispiel werden die nachfolgenden Parameter bei der Installationermittelt: geometrische Bildverzerrung, Pixelgröße an der Oberfläche desBildverstärkers,und systematischer Fehler in der Geometrie des Röntgensystems.
    [0031] Die geometrische Bildverzerrung wirdfür eineAnzahl verschiedener Orientierungen des C-Arms 110 ermittelt.Geometrische Bildverzerrung ist eine Verzerrung, herrührend ausnicht einwandfreier Bilderzeugung durch die Röntgenbilderzeugungskette (Bildverstärker, Digitalisiererder Videokamera) und kann ein nicht vernachlässigbarer Bei trag zu Bildfehlernsein. Ein typischer Verzerrungsfaktor, inhärent bei der Verwendung von Bildverstärkern istdie sog. Kissenverzeichnung. Die geometrische Verzerrung ist auchabhängigvon der Orientierung des Röntgensystemsgegenüberder Erde, und zwar wegen des Einflusses der Erdmagnetfeldes und derSchwerkraft. Bei dieser Ausführungsformwird deswegen die geometrische Verzerrung für verschiedene Orientierungendes C-Arms 110 dadurch ermittelt, dass eine Aufnahme einesBildgitters bekannter Größe gemachtwird (nicht dargestellt, aber dem Fachmann bekannt). Konekturparameterwerden automatisch hergeleitet, wie dies zu den Fähigkeitendes Fachmannes gehört.Siehe beispielsweise Gronenschild, E., J. Janssen u.a. "The accuracy andreproducibility of a global method to conect for geometric imagedistortion in the x-ray imaging chain", "Med.Phys." 24(12), Seiten1875–88(1997).
    [0032] Die Pixelgröße an der Oberfläche desBildverstärkerswird ermittelt, wie dies zu den Fähigkeiten des Fachmannes gehört.
    [0033] Der systematische Fehler in der Geometriedes Röntgensystems,wie berichtet von diesem System, soll ermittelt werden, um eineKorrektur zu ermöglichen.
    [0034] Zum Ermitteln der Genauigkeit unterverschiedenen Umständendes hier beschriebenen Verfahrens wurde eine interne Bewertungsstudiedurchgeführt.Diese bestand aus drei Teilen, wobei Folgendes getestet wurde: Längenmessungauf simulierten Bildern, Längenmessungauf Phantombildern, und Durchmessermessungen auf Phantombildern.Währendjedes Tests war Bewegung des Tisches zwischen der Erfassung der zweierforderlichen Bilder erlaubt und wurde auch durchgefrührt.
    [0035] Das Ziel des ersten Tests war, einenminimalen Winkel zwischen dem Bezugsbild und dem Analysenbild zuermitteln zum Erzielen eines vorbestimmten maximalen Fehlers von5% und die theoretische Genauigkeit der dreidimensionalen Rekonstruktionzu ermitteln. Das nachstehend beschriebene Verfahren wurde angewandtum eine bestimmte Längein simulierten Bildern zu finden und es stellte sich heraus, dassder minimale Winkel zwischen dem Bezugsbild und dem Analysenbildzum Erzielen der gewünschtenGenauigkeit von 5% 30° betrug.Im Wesentlichen hat es sich herausgestellt, dass bei dieser Differenzin dem Projektionswinkel die Genauigkeit besser als 1,5% war.
    [0036] Das Ziel des zweiten Tests was, dieGenauigkeit der Längenmessungenauf Basis von Röntgenbildern einesPhantomgefäßes zu ermitteln.Das nachstehend beschriebene Verfahren wurde angewandt zum Herausfindeneiner bestimmten Längein Phantombildern. Es wurden Phantombilder mit einer Winkeldifferenzvon wenigstens 30° erhaltenund es wurde gefunden, dass die Genauigkeit der Längenmessungbesser als 2% war.
    [0037] Das Ziel des dritten Tests war dieGenauigkeit der Durchmessermessungen auf Basis von Röntgenbilderneines Phantomgefäßes zu ermitteln.Die absolute Genauigkeit des Durchmessers war besser als –0,1 mm,und die Genauigkeit war besser als 0,2 mm auf Basis von Phantonbildern,die mit einer Winkeldifferenz von wenigstens 30° erhalten wurden. Dieses Experimentbenutzte Umrissdetektion auf Basis von CAAS II quantitativer Analysen-Software(Gronenschild, E., J. Janssen u.a. "CAAS. II: A second generation systemfor off line and on-line quantitative coronary angiography". "Cathet CardiovascDiagn 33(1)": 61–75 (1994).
    [0038] Nachdem die Bilder erfasst wordensind führtein Operator in diesem Ausführungsbeispielunter Anwendung der Prozedur 200 eine Analyse durch, dienun anhand der 2 beschriebenwird, fortbauend auf Gegenständenaus 1, anfangend beimStartpunkt 201. Der Operator selektiert (205)zunächstein Bezugsbild. Dieses Bild soll den Teil des zu untersuchendenGefäßes 160 undwenigstens einen Teil des Kalibriergegenstandes 150 enthalten.Das Bezugsbild kann mit oder ohne Kontrastflüssigkeit erfasst werden, indem letzteren Fall gibt es vorzugsweise einen Führungsdraht oder ein Katheter,der in dem Teil des zu untersuchenden Gefäßes 160 sichtbar ist.
    [0039] Das Bezugsbild wird danach automatischauf geometrische Verzerrung korrigiert (Schritt 210), wie dies obenerwähntwurde und was dem Fachmann einleuchten dürfte. Der Operator gibt danach(Schritt 215) die Mittellinie des Gefäßes in dem Bezugsbild dadurchan, dass er einige Kontrollpunkte setzt. Dieser Schritt wird vorzugsweiseunter Verwendung einer graphischen Benutzerschnittstelle mit einemComputerprogramm durchgeführt,welches das Bezugsbild wiedergibt, "Klick"-Vorgänge von einer Zeigervorrichtung akzeptiert,um die Kontrollpunkte anzugeben, und "Zieh"-Aktionenvon einer Zeigervorrichtung zum Verlagern vorher angegebener Kontrollpunkteakzeptiert. Wenn der Operator angibt, dass die Kontrollpunktselektionbeendet ist, schafft das Computerprogramm eine Kurve durch die angegebenenPunkte, vorzugsweise unter Anwendung einer mathematischen parametrischenKurvendefinition, bekannt als Spline-Kurven. Vorzugsweise werden sechsPunkte angegeben um die Mittellinie des Gefäßes zu definieren.
    [0040] Der Operator führt (Schritt 220) eine Kalibrierungder Pixelgröße auf derSphärein dem Bezugsbild durch. Diese Kalibrierung wird vorzugsweise automatischdurchgeführt(unter Anwendung dem Fachmann bekannter Rand- und Kurvendetektionstechniken)nachdem der Operator einen Punkt in der Nähe der Mitte der Sphäre angegebenhat.
    [0041] Der Operator selektiert danach (Schritt225) ein zweites Bild, das in dieser Beschreibung als Analysenbildbezeichnet wird. Das Analysenbild soll unter Verwendung von Kontrastflüssigkeitin demjenigen Teil des Gefäßes 160 geschaffenwerden, der untersucht werden soll und wobei der Kalibriergegenstandsichtbar sein soll. Das Analysenbild kann ein subtrahiertes Bildsein, was dem Fachmann einleuchten dürfte. Das Analysenbild wirdautomatisch (Schritt 230) auf geometrische Verzerrung korrigiert.
    [0042] Der Operator führt danach (Schritt 235) eineKalibrierung auf der Sphärein dem Analysenbild durch. So wie die Kalibrierung in dem Schritt220 wird diese Kalibrierung vorzugsweise automatisch durchgeführt, nachdemder Operator einen Punkt in der Nähe des Zentrums der Sphäre angegebenhat. Wenn das Analysenbild ein subtrahiertes Bild ist, sollte dieKalibrierung ohne Subtraktion durchgeführt werden.
    [0043] Das Computerprogramm gibt danach(Schritt 240) zwei Linien in dem Analysenbild wieder, welchedie entsprechende Lage des Start- und des Endpunktes des Gefäßsegmentesangeben, wie der Operator in dem Bezugsbild (Schritt 215) angegebenhat.
    [0044] Der Operator gibt das betreffendeGefäßsegment(Schritt 245) dadurch an, dass der Start- und der Endpunkt der angenäherten Mittellinieangegeben werden. Wenn der Operator die Vorgänge beendet, detektiert dasComputerprogramm automatisch die Grenzen des Gefäßes. Diese Detektion basiertvorzugsweise auf dem CAAS II Umrissdetektionsalgorithmus (sieheGronenschild, Janssen u.a., oben). Wenn die Umrissdetektion beendetist, wird eine Anzahl physikalischer Parameter berechnet, wie derDurchmesser des Gefäßes, dieLänge desGefäßsegmentes,das Querschnittsgebiet und dergleichen. In dieser Hinsicht basierendiese Parameter immer noch auf den zweidimensionalen Bildern undent halten wahrscheinlich "Außer-Ebene-Kalibrierfehler" und/oder "Bildverkürzungsfehler". Ergebnisse werdenauf diese Fehler in dem Schritt 260 korrigiert.
    [0045] Die Mittellinie des Gefäßes 160 wirdauf Basis der in dem Schritt 245 detektierten Grenzen berechnet (Schritt 250).Eine dreidimensionale Darstellung der Mittellinie des Gefäßes 160 wirddanach berechnet (Schritt 255), wie dies im Zusammenhangmit dem Verfahren 300 nachstehend näher beschrieben wird. Die geometrischenErgebnisse des Schrittes 245 werden danach entsprechend der dreidimensionalenräumlichen Lagedes Gefäßes korrigiert(Schritt 260) und das Verfahren 200 endet am Endpunkt 299.
    [0046] Die dreidimensionale Rekonstruktionstechnik,die in dem obenstehenden Schritt 255 angewandt wird, wird nun anhandder 3 näher beschrieben,wobei ebenfalls auf die Gegenständeund die Schritte in den 1 und 2 verwiesen wird. Das Verfahren 300 basiertauf drei Voraussetzungen. Erstens wird vorausgesetzt, dass verschiedeneOrientierungen der Bildaufzeichnungsebene für das Bezugsbild und das Analysenbild(2-D) benutzt werden. Der Winkel zwischen den perspektivischen Vektoren(den Normalvektoren auf der Bildaufzeichnungsebene wenn das Bilderfasst wird) fürdie zwei Bilder liegt vorzugsweise zwischen 30° und 150°. Zweitens soll wenigstens einTeil des Kalibriergegenstandes 150 – ausreichend zum Ermittelnseiner Mitte und Größe in derBildebene – unddas zu untersuchende Gefäß 160 inden beiden Bildern sichtbar sein. Zum Schluss sollen der AbstandSID zwischen der Röntgenquelleund dem Bildverstärker,der Rotationswinkel θ, derAngulationswinkel γ unddie Pixelgröße an demBildverstärkerbekannt sein, wie oben im Zusammenhang mit dem Auslöseprozessbeschrieben worden ist.
    [0047] Am Anfang des Verfahrens 300 (START-Punkt 301)wird die zweidimensionale Mittellinie aus dem Bezugsbild (angegebenin dem Schritt 215) zu dem Koordinatensystem für die dreidimensionale Weltumgewandelt (Schritt 310), und zwar unter Anwendung einer RotationsmatrixR(–γ,–θ), SkalierungsmatrixS(px, py), und einerTranslationsmatrix T(–calibration, –ycalibration).Die Transformationsmatrix von Bezugsbild zu Weltkoordinaten istfolglich: M1→W_ref =R(–γ,–θ)·S(px, py)·T(–calibration, –ycalibration) [Gleichung 1]wobeidiese Matrix die zweidimensionalen Koordinaten des Bezugsbildesin das dreidimensionale Koordinatensystem umwandelt (Siehe 1).
    [0048] Auf gleiche Weise wird danach diezweidimensionale Mittellinie aus dem Analysenbild in das dreidimensionaleKoordinatensystem umgewandelt (Schritt 320). Diese Transformationsmatrixwird definiert als: M1→W_ana =R(–γ,–θ)·S(px, py)·T(–calibration, –ycalibration) [Gleichung 2]wobeidiese Matrix die zweidimensionalen Koordinaten des Analysenbildesin das dreidimensionale Koordinatensystem umwandelt.
    [0049] Fürjeden Punkt in dem Anal senwelt-Umrissdraht Wa,ausgehend Schritt 330) von dem ersten Punkt
    [0050] Es wird vorausgesetzt, dass der UmrissdrahtWa des Analysenbildes aus n Elementen bestehtund der Umrissdraht Wr des Bezugsbildesaus m Elementen besteht. Die Umrissdrähte Wa undWr könnennun in Weltkoordinaten berechnet werden, und zwar unter Anwendungder Gleichung 1 und der Gleichung 2. Für das Bezugsbild kann die Lagejedes Punktes VjWr unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungberechnet werden:
    [0051] Die wirkliche dreidimensionale Lagedes Mittelliniendrahts W ist der Schnittpunkt des Normalvektors beiWa mit dem Normalvektor bei Wr für jedesSegment des Drahtes W.
    [0052] Die Ebene Plane1 senkrechtzu der Analysenwelt wird durch die nachfolgende Gleichung definiert (Schritt340): Plane1 = Panaj + μ·Rreference[2]T + λ·Ranalysed[2]T [Gleichung 5]
    [0053] Die Gleichung 5 kann nun wie folgtneu geschrieben werden: Plane1 = Vcorr1·Panaj + μ·Rreference[2]T + λ·Ranalysis[2]T [Gleichung 5.1]
    [0054] Nun soll (Schritt 350) der Schnittpunktzwischen Planer und der Bezugsmittellinie der dreidimensionalenWelt gefunden werden: Prefj = {(lrefcontour⋂Plane1j)} [Gleichung 8]
    [0055] Die Ebene senkrecht zu der Analysenweltwird (Schritt 360) definiert durch: Plane2 = Vcorr2·Prefj + α·(Rreference[2]T⊗Ranalysend[2]T + Rreference[2]T [Gleichung 9]
    [0056] Nun soll (Schritt 370) die Linie1 senkrecht zu der Bezugsebene an der in dem Schritt 360 gefundenen Stellefür
    [0057] Der Schnittpunkt von Plane2 aus dem Schritt 360 mit der Linie 1 ausdem Schritt 370 wird (380) als die dreidimensionale Koordinate P3d berechnet:
    [0058] Jetzt, wo die dreidimensionale rekonstruierteMittellinie des Gefäßes verfügbar ist,ist es möglich,die Längeund den Durchmesser fürden "Außer-Ebene-Kalibrierfehler" und den "Bildverkürzungsfehler" zu korrigieren.
    [0059] Sollen mehrere Punkte in dem Analysenbildbehandelt werden (Entscheidungsschritt 390) wird der nächst Punktin dem Umrissdraht der Analysenwelt (Schritt 395) erfasstund der Prozess 300 setzt sich mit dem Schritt 340 fort.Wenn es keine Punkte mehr gibt (negatives Ergebnis in dem Entscheidungsschritt 390), endetdas Verfahren 300 beim END-Punkt 399.
    [0060] Die Projektion der dreidimensionalenMittellinie, herrührendaus dem dreidimensionalen Rekonstruktionsprozess ist in dem KartesischenKoordinatensystem orientiert. Bevor eine Korrektur auf Basis derdreidimensionalen Mittellinie des zu untersuchenden Gefäßes 160 durchgeführt wird,wird diese Mittellinie vorzugsweise in der gleichen Sicht gesetztwie das angeforderte Bild. Das dreidimensionale Modell wird dahervorzugsweise in dieselbe Orientierung gedreht wie die Projektiondes Analysenbildes. Danach werden räumliche Parameter des Gefäßes 160 berechnet.
    [0061] Die Länge L des wirklichen Umrissdrahts(welche die Mittellinie des Gefäßes 160 darstellt)kann dadurch berechnet werden, dass die Längen der Segmente der dreidimensionalenMittellinie überdas gewünschteSegment summiert werden. Wenn beispielsweise die Punkte auf demUmrissdraht als Pk für k = 1,... m, bezeichnet werdenund das gewünschteSegment ist von Pa bis Pb für einigeganze Zahlen a und b, wobei 1 ≤ a < b ≤ m ist, dannist die Länge:
    [0062] Außerdem kann man einen Durchmesserdes Gefäßes 160 berechnet.Nach der Neupositionierung der dreidimensionalen Mittellinie indie Projektion des Analysenbildes, gibt die Z-Komponente den "Außer-Ebene-Abstand" an, wie in 5 dargestellt. SID stelltden Abstand Quelle zu Verstärkerdar, SOD ist der Abstand Quelle zu Kalibriergegenstand, Po ist das wirkliche Profil des Gegenstandesund Pii ist das projizierte Profil des Gegenstandes.
    [0063] Nun wird die Pixelgröße an jederStelle der Mittellinie berechnet. Auf Basis des detektierten Umrisses können wirden Durchmesser an jeder Stelle längs des Gefäßes berechnen. Zusammengefasstist die Berechnung:
    [0064] Danach sind die Längen- und Durchmesserparameterohne "Außer-Ebenefehler oder "Bildverkürzungsfehler" verfügbar.
    [0065] Alle an dieser Stelle erwähnten Veröffentlichungen,vorhergehenden Veröffentlichungenund andere Dokumente werden als Ganzes durch Bezeichnung als hierinaufgenommen betrachtet.
    [0066] Währenddie vorliegende Erfindung in der Zeichnung und in der obenstehendenBeschreibung detailliert dargestellt bzw. beschrieben worden ist,soll dies als illustrativ und nicht beschränkend betrachtet werden, wasbedeutet, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt undbeschrieben worden sind und dass alle Änderungen und Modifikationen,die dem Fachmann einfallen dürften,in diesem Sinne geschützt sind.
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Verfahren, das die nachfolgenden Verfahrensschritteumfasst: – dasZugreifen auf wenigstens zwei digitale Bilder Ii einerkörperlichenStruktur und eines Bezugsgegenstandes, wobei – jedesder digitalen Bilder die körperlicheStruktur und wenigstens einen Teil des Bezugsgegenstandes zeigt; – die Sichtrichtungfür jedesBild Ii durch einen Einheitsvektor vi definiert wird, und – es wenigstenszwei Bilder Ii1 und Ii2 gibt,gemacht zu verschiedenen Zeitpunkten, so dass es zwischen den Normalvektorenvi1 und vi2 derbetreffenden Bilder einen Winkel α gibt,wobei –180° < α < 180° ist undwobei α
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte eineoder die genannten mehreren räumlichenParameter eine Längeist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte eineoder die genannten mehreren räumlichenParameter ein Durchmesser ist.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannte Strukturein Gefäß ist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens einesder Bilder Ii1 und Ii2 einsubtrahiertes Bild ist.
    [6] Verfahren nach Anspruch 1, wobei α sich in dem Satz von Winkelnbefindet, der Folgendes umfasst: Winkel zwischen etwa –150° und etwa –30°, und Winkelzwischen etwa 30° undetwa 150°.
    [7] Verfahren, das die nachfolgenden Verfahrensschritteumfasst: – dasZugreifen auf wenigstens zwei digitale Bilder Ii einerkörperlichenStruktur und eines Bezugsgegenstandes, wobei – jedesder digitalen Bilder die körperlicheStruktur und wenigstens einen Teil des Bezugsgegenstandes zeigt; – die Sichtrichtungfür jedesBild Ii durch einen Einheitsvektor vi definiert ist; und – es wenigstenszwei Bilder Ii1 und Ii2 gibt,gemacht zu verschiedenen Zeitpunkten, so dass es zwischen den Normalvektorenvi1 und vi2 derbetreffenden Bilder einen Winkel α gibt,wobei –180° < α < 180° ist und α ≠ 0° ist; und – das Quantifiziereneines oder mehrerer räumlicherParameter der körperlichenStruktur unter Verwendung Ii1 und Ii2; wobei – die körperliche Struktur zwischenden betreffenden Aufnahmen Ii1 und Ii2 sich verlagert.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, wobei der genannte eineoder mehrere Parameter eine Längeist.
    [9] Verfahren nach Anspruch 7, wobei der genannte eineoder mehrere Parameter ein Durchmesser ist.
    [10] Verfahren nach Anspruch 7, wobei die genannte Strukturein Gefäß ist.
    [11] Verfahren nach Anspruch 7, wobei wenigstens einesder Bilder Ii1 und Ii2 einsubtrahiertes Bild ist.
    [12] Verfahren nach Anspruch 7, wobei α sich indem nachfolgenden Satz von Winkeln befindet: Winkel zwischenetwa –150° und etwa –30°, und Winkelzwischen etwa 30° undetwa 150°.
    [13] Verfahren, das die nachfolgenden Verfahrensschritteumfasst: – dasSchaffen eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes, wobei jedesBild eine körperlicheStruktur zeigt und wenigstens einen Teil eines Kalibriergegenstandes; – das Selektiereneiner ersten Anzahl von n Punkten längs einer Strecke in dem erstenBild; – dasSelektieren einer zweiten Anzahl von n Punkten längs der Strecke in dem zweitenBild; – dasUmwandeln jedes der Anzahl Punkte zu dreidimensionalen Koordinatenunter Anwendung von Information, hergeleitet aus dem Teil des genanntenersten Bildes, das den Kalibriergegenstand zeigt.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, wobei die genannte Umwandlungeine Skalierung des ersten Bildes umfasst.
    [15] Verfahren nach Anspruch 13, wobei dieses Verfahrenweiterhin das Erstellen einer Rotationsmatrix, einer Skalierungsmatrixund einer Translationsmatrix umfasst, die zusammen effektiv sindzur Umwandlung eines Vektors von dem ersten Bild in dreidimensionalenRaum.
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    引用文献:
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