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Dokumentenidentifikation DE102006039923A1 12.04.2007
Titel System und Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand
Anmelder Siemens Medical Solutions USA, Inc., Malvern, Pa., US
Erfinder Odry, Benjamin L., West New York, N.J., US;
Kiraly, Atilla Peter, Plainsboro, N.J., US;
Novak, Carol L., Newton, Pa., US
Vertreter KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, 81245 München
DE-Anmeldedatum 25.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006039923
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse A61B 5/08(2006.01)A, F, I, 20061205, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 6/03(2006.01)A, L, I, 20061205, B, H, DE   A61B 19/00(2006.01)A, L, I, 20061205, B, H, DE   A61B 5/055(2006.01)A, L, I, 20061205, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand enthält: Berechnen einer Mittellinie eines Atemweges; Berechnen eines dreidimensionalen (3-D) Gradienten eines Volumens des Atemweges innerhalb eines ersten Schwellenwertes; Poisitionieren eines Schlauches entlang der Mittellinie; wiederholtes Ausdehnen des Schlauches durch Erhöhung seines Radius bis der Radius des Schlauches den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen des inneren und äußeren Radius des Schlauches durch Überprüfen des 3-D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des Schlauches an einem Rand des Schlauches bei jeder Wiederholung berechnet wurde; und Anpassen des Schlauches in den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius, wobei der innere Radius des angepassten Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens aufweist und der äußere Radius des angepassten Schlauches abzüglich des inneren Radius des angepassten Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische Bildverarbeitung und im Besonderen auf ein System und Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand.

Lungenerkrankungen, wie etwa Bronchiektasien, Asthma und Emphysem sind gekennzeichnet durch Abnormalitäten in Atemweg-Abmessungen, einschließlich der Dicke der Atemwegs-Wand und des Durchmessers des Lumens. Mehrschichtige Computertomographie (MSCT = Multi-slice computed tomography) ist eines der primären Mittel geworden, diese Abnormalitäten darzustellen, da die Verfügbarkeit von hochauflösenden nahezu isotropen Daten es ermöglicht, Atemwege bei Winkeln zu beurteilen, die schräg zu einer Abtastebene verlaufen. Jedoch ist die klinische Beurteilung der Atemwege im Allgemeinen auf die visuelle Untersuchung begrenzt.

Neuerdings sind automatisierte Verfahren vorgeschlagen worden, die auf der Extraktion eines bronchialen Baummodells und seiner Segmentierung basieren. Ein Verfahren, das in A.P. Kiraly, J.M. Reinhardt, E.A. Hoffman, G. McLennan, W.E. Higgins, „Virtual Bronchoscopy for Quantitative Airway Analysis" SPIE Medical Imaging 2005: Physiology, Function, and Structure from Medical Images, A. Amini and A. Manduca, eds, SPIE Proceedings vol. 5746, Feb, 2005, beschrieben ist, beruht auf einem Verfahren bezüglich der vollen-Breite-halben Maximum, um die Radien der inneren und äußeren Wände zu bestimmen. In einem anderen Verfahren, das in R. Wiemker, T. Blaffert, T. Bulow, S. Renisch, C. Lorenz, „Automated Assessment of bronchial lumen, wall thickness, and bronchoarterial tree using high resolution CT", CARS 2004: 967–972, beschrieben ist, werden auf radialen Ableitungen basierenden Messungen verwendet. Jedoch, da keine Korrelation zwischen den individuellen Radiusmessungen mit diesen Verfahren ermittelt wird, besteht die Möglichkeit von Fehlern nahe Gabelungen und an Wänden mit benachbarten Blutgefäßen. Beispielsweise kann eine Ablesung von 1 mm in einer Richtung erhalten werden, während eine Ablesung von 2 mm in einer benachbarten Richtung erhalten werden kann.

Um die Möglichkeit von Fehlern nahe Gabelungen und an Wänden mit benachbarten Blutgefäßen zu vermindern, wurde ein Korrelations-Ermittlungsverfahren in K. Li, X. Wu, D.Z. Chen, M. Sonka, „Efficient Optimal Surface Detection: Theory, Implementation and Experimental Validation," SPIE Medical Imaging 2004: SPIE Proceedings vol. 5370, Feb. 2004 eingeführt. In diesem Verfahren wird eine Ebene an die neu formatierten Daten angepasst, und es wird eine optimale Fläche bestimmt. Jedoch wird hier nur das Lumen gemessen.

In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand: Berechnen einer Mittellinie eines Atemweges; Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemweges innerhalb eines ersten Schwellenwertes; Positionierung eines Schlauches entlang der Mittellinie; schrittweises Ausdehnen des Schlauches durch Erhöhung seines Radius bis der Radius des Schlauches den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmung des inneren und äußeren Radius des Schlauches durch Prüfen des 3D-Gradienten, der entlang der x-Achse und einer y-Achse des Schlauches an einem Rand des Schlauches bei jedem Schritt berechnet wurde; und Anpassen des Schlauches an den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius, wobei der innere Radius des angepassten Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens aufweist und der äußere Radius des angepassten Schlauches abzüglich des inneren Radius des angepassten Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand aufweist.

Der erste Schwellenwert ist eine maximale Größe des Schlauches. Das Verfahren enthält ferner die Erhöhung des Radius des Schlauches um ein Viertel eines isotropen Voxels bei jedem Wiederholungsschritt. Das Verfahren enthält ferner die Aufteilung des Schlauches in rechte und linke Abschnitte für den 3D-Gradienten, der entlang der x-Achse des Schlauches berechnet wurde, und in obere und untere Abschnitte für den 3D-Gradienten, der entlang der y-Achse des Schlauches berechnet wurde.

Die Bestimmung des inneren und äußeren Radius des Schlauches enthält: Berechnen einer gemittelten Gradientenkurve der rechten, linken, oberen und unteren Abschnitte; und Durchführung einer Scheitelwertanalyse der gemittelten Gradientenkurven. Ein maximaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven entspricht einem inneren Radius des Schlauches und ein minimaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven entspricht einem äußeren Radius des Schlauches.

Anpassen des Schlauches in den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius enthält: Validierung, als Teil des Atemweges, der Punkte von dem inneren und äußeren Durchmesser, die den 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, gemeinsam sind; Berechnen eines zweiten Schwellenwertes entsprechend einem Drittel des maximalen Werts der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, für innere und äußere Durchmesserpunkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden; Verwerfen der Punkte von nur einen der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie unterhalb des zweiten Schwellenwertes sind; und Validierung der Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie oberhalb des zweiten Schwellenwertes sind.

Das Verfahren enthält ferner das Auffüllen von Löchern zwischen benachbarten Punkten, welche in dem angepassten Luftweg validiert worden sind, indem am weitesten beabstandete Punkte von der Mittellinie zwischen benachbarten Punkten platziert werden. Das Verfahren enthält ferner die Ermittlung eines Bildes eines Thorax einschließlich des Atemweges unter Verwendung von Computertomographie oder Magnetresonanzbildgebung. Der Luftweg ist eine Luftröhre oder ein Bronchicum.

In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein System zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand: eine Speichervorrichtung zum Speichern eines Programms; einen Prozessor in Verbindung mit der Speichervorrichtung, wobei der Prozessor mit dem Programm arbeitet, um: eine Mittellinie eines Atemweges zu berechnen, einen 3D-Gradienten eines Volumens des Atemweges innerhalb eines ersten Schwellenwerts zu berechnen; einen Schlauch entlang der Mittellinie zu positionieren; schrittweise den Schlauch durch Erhöhung seines Radius auszudehnen, bis der Radius des Schlauches den ersten Schwellenwert erreicht; den inneren und äußeren Radius des Schlauches durch Prüfen des 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des Schlauches an einem Rand des Schlauches bei jedem Schritt berechnet wurde, zu bestimmen; und den Schlauch an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten inneren und äußeren Radien anzupassen, wobei der innere Radius des angepassten Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens aufweist und der äußere Radius des angepassten Schlauches abzüglich des inneren Radius des angepassten Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand aufweist.

Der erste Schwellenwert weist eine maximale Größe des Schlauches auf. Der Prozessor arbeitet ferner mit dem Programm, um den Radius des Schlauches um ein Viertel eines isotropen Voxels bei jeder Wiederholung zu erhöhen. Der Prozessor arbeitet ferner mit dem Programm, um den Schlauch in einen rechten und linken Abschnitt für den 3D-Gradienten, der entlang der x-Achse des Schlauches berechnet wurde, und in einen oberen und unteren Abschnitt für den 3D-Gradienten aufzuteilen, der entlang der y-Achse des Schlauches berechnet wurde.

Wenn der innere und äußere Radius des Schlauches bestimmt wird, arbeitet der Prozessor ferner mit dem Programm, um: eine gemittelte Gradientenkurve der rechten, linken, oberen und unteren Abschnitte zu berechnen; und eine Scheitelwertanalyse der gemittelten Gradientenkurven durchzuführen. Ein maximaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven entspricht einem inneren Radius des Schlauches und ein minimaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven entspricht einem äußeren Radius des Schlauches.

Wenn der Schlauch an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten inneren und äußeren Radien angepasst wird, arbeitet der Prozessor ferner mit dem Programm, um: Punkte als ein Teil des Atemweges, von den inneren und äußeren Durchmessern zu validieren, die den 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, gemeinsam sind; einen zweiten Schwellenwert entsprechend einem Drittel eines maximalen Wertes der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, für innere und äußere Durchmesserpunkte für nur einem der 3D-Gradienten zu berechnen, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden; Punkte von nur einen der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, zu verwerfen, wenn sie unterhalb des zweiten Schwellenwertes sind; und Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, zu validieren, wenn sie oberhalb des zweiten Schwellenwertes sind.

Der Prozessor arbeitet ferner mit dem Programm, um Löcher zwischen benachbarten Punkten aufzufüllen, welche in dem angepassten Luftweg validiert worden sind, indem am weitesten beabstandete Punkte von der Mittellinie zwischen benachbarten Punkten platziert werden. Der Prozessor arbeitet ferner mit dem Programm, um ein Bild eines Thorax unter Verwendung einer Computertomographie- oder einer Magnetresonanzbildgebungsvorrichtung zu ermitteln, das den Atemweg einschließt. Der Atemweg ist eine Luftröhre oder ein Bronchicum.

In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Verfeinerung einer Segmentierung eines Atemweges in einem Thorax eines Patienten: Ermittlung eines Bildes des Thorax unter Verwendung der Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebung; Segmentieren eines Lumens des Atemweges durch Vergrößern eines ersten Schlauches, der entlang einer Mittellinie des Atemweges positioniert ist, um innere Radien des Atemweges durch Prüfung eines 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des ersten Schlauches an einem Rand des ersten Schlauches berechnet wurde, zu bestimmen; Anpassen des ersten Schlauches an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten inneren Radien, wobei der innere Radius des Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens aufweist; Segmentieren einer Wand des Atemweges durch Vergrößern eines zweiten Schlauches, der entlang der Mittellinie des Atemweges positioniert ist, um äußere Radien des Atemweges durch Prüfen eines 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und y-Achse des zweiten Schlauches an einem Rand des zweiten Schlauches berechnet wurde, zu bestimmen; und Anpassen des zweiten Schlauches an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten äußeren Radien, wobei der äußere Radius des Schlauches abzüglich des inneren Radius des Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand ist.

Die vorhergehenden Merkmale sind repräsentative Ausführungsformen und werden gezeigt, um das Verständnis der Erfindung zu unterstützen. Es sollte verstanden werden, dass sie nicht bestimmt sind, um als Einschränkung der Erfindung betrachtet zu werden, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, oder als Einschränkung auf Äquivalente zu den Ansprüchen. Daher sollte diese Zusammenfassung der Merkmale nicht als bestimmend bei der Ermittlung von Äquivalenten angesehen werden. Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung, aus den Zeichnungen und aus den Ansprüche ersichtlich.

1 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

3 ist ein Satz von Bildern, die eine Gradientenberechnung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

4 ist ein Paar von Graphen, die eine Gradientensumme von Kreisteilen als eine Funktion des Kreisradius entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

5A ist ein Satz von Bildern, die optimierte innere und äußere Kreisradien basierend auf Gradienten-Informationskurven, die in 4 entlang einer x-Richtung berechnet werden, entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

5B ist ein Satz von Bildern, die optimierte innere und äußere Kreisradien basierend auf Gradienten-Informationskurven, die in 4 entlang einer y-Richtung berechnet wurden, entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

und

6 ist eine Sequenz von Bildern, die ein Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.

1 ist ein Blockdiagramm, das ein System 100 zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das System 100 eine Erfassungsvorrichtung 105, einen PC 110 und eine Bedienungskonsole 115, die über ein verkabeltes oder kabelloses Netzwerk 120 verbunden sind.

Die Erfassungsvorrichtung 105 kann eine bildgebende mehrschichtige Computertomographie (MSCT = multi-slice computed tomography)-Vorrichtung oder irgendeine andere dreidimensionale (3D) bildgebende hochauflösende Vorrichtung, wie etwa eine Magnetresonanz-(MR = magnetic resonance)Abtastvorrichtung sein.

Der PC 110, welcher ein tragbarer oder Laptopcomputer, ein medizinisches diagnostisches Anzeigesystem oder eine Datenmanagementstation mit Bildarchivierungskommunikationssystem (PACS = picture archiving communications system) sein kann, umfasst einen CPU 125 und einen Speicher 130, der mit einer Eingabevorrichtung 150 und einer Ausgabevorrichtung 155 verbunden ist. Der CPU 125 umfasst ein Segmentierungsmodul 145, das ein oder mehrere Verfahren zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand umfasst, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 26 erörtert werden. Obwohl das Segmentierungsmodul 145 innerhalb des CPU 125 gezeigt ist, kann es auch außerhalb des CPU 125 angeordnet sein.

Der Speicher 130 umfasst ein RAM 135 und einen ROM 140. Der Speicher 130 kann auch eine Datenbank, ein Diskettenlaufwerk, ein Bandlaufwerk, etc., oder eine Kombination davon umfassen. Der RAM 135 dient als ein Datenspeicher, der Daten speichert, die während der Ausführung eines Programms in dem CPU 125 verwendet werden, und wird als ein Arbeitsbereich verwendet. Der ROM 140 dient als ein Programmspeicher zum Speichern eines Programms, das in dem CPU 125 ausgeführt wird. Die Eingabe 150 wird durch eine Tastatur, Maus, etc. gebildet und die Ausgabe 155 wird durch einen LCD-, CRT-Bildschirm, Drucker, etc. gebildet.

Die Betriebsweise des Systems 100 kann von der Bedienungskonsole 115 gesteuert werden, welche eine Steuerung 165, zum Beispiel eine Tastatur, und einen Bildschirm 160 umfasst. Die Bedienungskonsole 115 steht mit dem PC 110 und der Erfassungsvorrichtung 105 derart in Verbindung, dass von der Erfassungsvorrichtung 105 erfasste Bilddaten von dem PC 110 wiedergegeben und auf dem Bildschirm 160 angezeigt werden können. Es sollte verstanden werden, dass der PC 110 konfiguriert sein kann, um von der Erfassungsvorrichtung 105 gelieferte Informationen ohne die Bedienungskonsole 115 unter Verwendung zum Beispiel der Eingabe 150 und der Ausgabe 155 zu verarbeiten und anzuzeigen, um bestimmte Befehle durchzuführen, die von der Steuerung 165 und dem Bildschirm 160 durchgeführt werden.

Die Bedienungskonsole 115 kann ferner irgendeine geeignete Bildwiedergabesystem/-Werkzeug/-Anwendung umfassen, die digitale Bilddaten eines benötigten Bilddatensatzes (oder ein Teil davon) aufbereiten kann, um Bilder auf dem Bildschirm 160 zu generieren und anzuzeigen. Im Besonderen kann das Bildwiedergabesystem eine Anwendung sein, die die Wiedergabe und Visualisierung von medizinischen Bilddaten bietet, und die auf einem Mehrzweck- oder speziellen Computerarbeitsplatz abläuft. Es sollte verstanden werden, dass der PC 110 auch die oben genannte Bildwiedergabesystem/-Werkzeug/-Anwendung umfassen kann.

2 ist ein Flussdiagramm, das eine Betriebsweise eines Verfahrens zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, werden dreidimensionale (3D) Bilddaten eines Bronchialbaumes von einem Patienten (205) erfasst. Dies wird zum Beispiel unter Verwendung der Erfassungsvorrichtung 105 erzielt, die an der Bedienungskonsole 115 bedient wird, um den Thorax des Patienten abzutasten, um dabei eine Reihe dem Thorax zugehörigen 2D-Bildschnitten zu erzeugen. Die 2D-Bildschnitten werden dann kombiniert, um ein 3D-Bild des Bronchialbaumes zu bilden.

Nachdem die 3D-Bilddaten des Bronchialbaumes erfasst sind, wird ein Atemweg in den Bronchialbaum ausgewählt und der Bronchialbaum segmentiert (210). Der Bronchialbaum kann unter Verwendung einer Anzahl von geeigneten Segmentierungstechniken segmentiert werden. Beispielsweise kann der Bronchialbaum unter Verwendung der in AP Kiraly, JP Helferty, EA Hoffman, G McLennan, WE Higgins, „Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy" IEEE Transactions in Medical Imaging, Seiten 1365–1379, Vol. 23, Nr. 11, Nov. 2004 beschriebenen Technik segmentiert werden.

Bei dieser Technik wird ein Satz von 3D-Atemwegpfaden von Bildern der Multidetektor-Computertomographie (MDCT = multidetector computed-tomography) berechnet, wobei zuerst eine Skizze eines segmentierten 3D-Thoraxbildes definiert wird und dann eine mehrstufige Verfeinerung der Skizze durchgeführt wird, um eine endgültige Baumstruktur zu erhalten. Die erhaltene Baumstruktur besteht aus einer Reihe von Pfaden und Abzweigungs-Strukturdaten, die zur quantitativen Atemwegsanalyse geeignet sind.

Sobald der Bronchialbaum segmentiert worden ist, wird eine Mittellinie des ausgewählten Atemweges berechnet (215). Dies wird zum Beispiel unter Verwendung des Baummodells, das von der in AP Kiraly, JP Helferty, EA Hoffman, G McLennan, WE Higgins, „Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy" IEEE Transactions in Medical Imaging, Seiten 1365–1379, Vol. 23, Nr. 11, Nov. 2004 beschriebene Bronchialbaumsegementierung erzielt wird. Während der Mittellinienberechnung wird eine Durchmesser-zu-Hintergrund Abbildung oder Durchmesserabbildung erzeugt, die die größten Durchmesserwerte entlang des Baumes darstellt. Diese Abbildung wird verwendet, um eine bessere Zentrierung während einer nachfolgenden Baummodellberechnung zu bieten. Die Abbildung wird auch als eine Initialisierung für eine verfeinerte Lokalsegmentierung des Atemweges verwendet.

Wenn das Baummodell nicht erhältlich ist, kann ein Regionwachsen lokal berechnet werden, dass durch einen, von einem Benutzer durchgeführten, Mausklick innerhalb des Atemweg-Lumens veranlasst wird. Ein oberer Schwellenwert wird schrittweise in Abhängigkeit von der Größe des Atemweges, die bei jeder Segmentierung erhalten wird, bestimmt. Wenn die berechnete Größe des Atemweges einen spezifischen Schwellenwert überschreitet, wird diese als ein oberer Grenzwert verwendet, ein aktiver Schwellenwert wird aktualisiert und die Größe des Atemweges wird berechnet, bis er sich stabilisiert. Der aktive Schwellenwert wird dargestellt, durch: Aktiver Schwellenwert = [gegenwärtiger Schwellenwert + oberer Grenzwert]/2(1)

Die Mittellinie wird durch das Erzeugen einer Abstands-zum-Hintergrund-Abbildung dieser lokalen Atemwegs-Segmentierung berechnet. Die Mittellinie ist eine Liste der größten Abstandswerte in dem Regionwachsergebnis. Eine Skizzierung dieser Segmentierung kann auch verwendet werden, um die Mittellinie zu erhalten. Ein Beispiel davon ist in AP Kiraly, JP Helferty, EA Hoffman, G McLennan, WE Higgins, „Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy" IEEE Transactions in Medical Imaging, Seiten 1365–1379, Vol. 23, Nr. 11, Nov. 2004 beschrieben.

Sobald die Mittellinienpunkte erhalten wurden, wird die Richtung von einem Punkt zu einem anderen berechnet. Diese Richtung bestimmt eine Normale zu dem Atemwegs-Querschnitt an dem Mittellinienpunkt. Diese Richtung kann durch das Baummodell, durch den Unterschied zwischen vorhergehenden und nachfolgenden Mittellinienpunktkoordinaten oder durch die Berechnung einer Kovarianz-Matrix einer lokalen Nachbarschaft des Mittellinienpunktes gegeben sein. Die Größe der Nachbarschaft kann abhängig von dem Wert der Abstandsabbildung an dem Mittellinienpunkt eingestellt werden, um das meiste des Regionenwachsergebnisses abzudecken. Die Kovarianz-Berechnung ist gegeben durch: wobei L die Verzögerung ist und x und y die Mittelwerte der Probenmengen und x und y sind.

Von der Kovarianz-Matrix werden Eigenvektoren berechnet, die den Hauptachsen des Bereiches um den Mittellinienpunkt entsprechen. Die drei Hauptachsen werden verwendet, um einen Querschnittsschnitt an dem Mittellinienpunkt auszuwählen.

Sobald die Mittellinie berechnet ist, wird eine maximale Größe eines Schlauches eingestellt (220). Dies wird beispielsweise unter Verwendung der Abstandsabbildung durchgeführt. In der Abstandsabbildung entspricht jeder Abstandswert eines Mittellinienpunktes dem Abstand von dem Mittellinienpunkt zu dem Hintergrund des Bildes, wobei der Hintergrund des Bildes außerhalb des Atemweges angeordnet ist. Durch das Prüfen des Abstandsabbildungswertes für jeden Punkt auf der Mittellinie kann ein maximaler Abstandsabbildungswert von den Mittellinienpunkten zu dem Hintergrund erhalten werden. Es sollte verständlich sein, dass die Größe des Schlauches abhängig von dem maximalen Abstandsabbildungswert der Mittellinienpunkte entlang des Atemweges eingestellt werden kann.

Nun, da die maximale Größe oder Durchmesser des Schlauches eingestellt ist, wird ein 3D-Gradient eines Volumens des Atemweges innerhalb der maximalen Größe des Schlauches berechnet (225). Dies wird zum Beispiel durch die Berechnung eines 3D-Gradienten unter Verwendung der Gradientenformel in kartesischen Koordinaten durchgeführt: wobei x, y und z die Hauptachsen sind.

Die Gradientenberechnung wird entlang den Achsen des Schlauches durchgeführt, jedoch nicht entlang der Achsen des ursprünglichen Volumens. Der Gradient wird unter Verwendung ursprünglicher Daten oder reformatierten Daten berechnet. Zur Genauigkeit werden Daten, die unter Verwendung einer linearen Interpolation reformatiert worden sind, verwendet. Dies ermöglicht genauere Informationen bezüglich der inneren und äußeren Ränder des Atemweges.

Unter Verwendung reformatierter Daten können innere und äußere Ränder eines Atemweges betrachtet werden. Zum Beispiel, wie es in 3 gezeigt ist, können innere und äußere Ränder 310 und 315 eines Atemweges 305 (gekennzeichnet durch einen schwachen weißen Kreis in der Mitte des Bildes (a)), angesehen werden, wie in den Bildern (b) und (c) gezeigt ist. In 3 stellt das Bild (a) einen Querschnitt des Atemweges 305 dar und die Bilder (b) und (c) stellen den Querschnitt eines 3D-Gradienten dar, der entlang der x- und y-Richtungen innerhalb des Schlauches entsprechend berechnet wurde.

Nun, da die Mittellinienpunkte entlang des Atemweges und ein geschätzter Durchmesser des Atemweg-Lumens bekannt sind, wird der Schlauch entlang der Mittellinie positioniert (230). Dies wird zum Beispiel durch Platzierung der Mittelpunkte des Schlauches an Mittellinienorten durchgeführt. Zuerst werden Berechnungen des inneren Schlauches durchgeführt gefolgt durch die Berechnungen des äußeren Schlauches. Unter Verwendung entweder einer globalen oder lokalen Hintergrund-zu-Durchmesser Abbildung werden die anfänglichen Schlauchgrößen eingestellt. Es sollte verstanden sein, dass nur ein mittlerer Teil des Atemweges, zum Beispiel die mittleren zwei Drittel, segmentiert werden, um eine Gabelung in dem Atemweg zu vermeiden.

Mit dem entlang der Mittellinie positionierten Schlauch, wird der Schlauch vergrößert oder durch schrittweises Erhöhen seiner Radien (235) ausgedehnt. Zum Beispiel, beginnend mit dem Radius = null, wird der Schlauch um ein Viertel eines isotropen Voxels ausgedehnt. Bei jeder Iteration werden die Gradienten an dem Rand des Schlauches geprüft. Zum Beispiel, wird der Querschnitt des Rohres bei jeder Iteration in dem Speicher 130 des PC 110 gespeichert. Dies ermöglicht, dass innere und äußere Radien, die zu den Atemweg-Lumen- und Wandformen passen, bestimmt werden (240).

Wenn der Schlauch vergrößert wird, wird er in vier Abschnitte aufgeteilt. Zum Beispiel, rechter und linker Abschnitt für den Gradienten, der in der x-Richtung berechnet wurde, und oberer und unterer Abschnitt für den Gradienten, der in der y-Richtung berechnet wurde. Die Summe jeder Kreishälfte für jeden Wert des Radius wird überwacht. Der mittlere Gradientenwert für jeden der vier Abschnitte wird unter Verwendung der vier mittleren Gradientenwerte an den Rändern der entsprechenden Abschnitte bei jeder Iteration der Erhöhung der Radien berechnet. Es sollte verstanden sein, dass die Verwendung der Kreishälften einen teilweisen Volumeneffekt vermindert, da die Kurven unter Verwendung der Gradienten der x- und y-Richtungen berechnet werden. Dies steigert die Möglichkeiten, einen fehlenden oder nicht kontinuierlichen Rand zu finden, da ein Bereich, der durch die Halbkreise angezielt wird, größer ist als ein Bereich, der durch Teilvolumeneffekte betroffen ist.

Durch die grafische Darstellung der Gradientensumme entlang der Kreishälften als eine Funktion des Radius, wie es durch die Graphen in 4 gezeigt ist, ermöglicht die Scheitelwertanalyse, dass der innere und äußere Durchmesser des Schlauches in der rechten, linken, oberen und unteren Richtung bestimmt werden. Zum Beispiel, in 4, stellt der Graph (a) die Gradientensumme des Kreisteiles als eine Funktion des Radius entlang der x-Richtung dar und der Graph (b) stellt die Gradientensumme des Kreisteiles als eine Funktion des Radius entlang der y-Richtung dar. In 4, entsprechen die minimalen und maximalen Scheitelwerte dieser Graphen jeweils den inneren und äußeren Radien des Schlauches, welche am besten in den Atemweg passen.

Die 5A und 5B stellen optimierte innere und äußere Schlauchdurchmesser dar, die entsprechend innerhalb der Gradienten-Informationskurven entlang der x- und y-Richtung gefunden werden. In den 5A und 5B, stellen die Kurven 505a,b des Bildes (a) eine erste Hälfte des äußeren Radius des Schlauches dar, die Kurven 510a,b des Bildes (b) stellen eine erste Hälfte des inneren Durchmessers des Schlauches dar, die Kurven 515a,b des Bildes (c) stellen eine letztere Hälfte des inneren Durchmessers des Schlauches dar, um hierbei den gesamten inneren Durchmesser zu vervollständigen, und die Kurven 520a,b des Bildes (d) stellen eine letztere Hälfte des äußeren Durchmessers des Schlauches dar, wobei hier der gesamte äußere Durchmesser vervollständigt wird. Im Besonderen stellen die inneren Durchmesser den luminalen Bereich des Atemweges dar, und die äußeren Durchmesser stellen der Atemwegs-Wand dar. Die inneren und äußeren Radien werden durch zwei vollständige Kurven von 5A und zwei vollständige Kurven von 5B, 510a,b, 515a,b und 505a,b, 520a,b, entsprechend gegeben.

Unter Verwendung der in den 5A und 5B gezeigten Halbkreise, kann bestimmt werden, ob korrekte Radien gefunden worden sind. Zum Beispiel, wenn hier ein Teilvolumeneffekt vorhanden ist, wenn eine Halbkurve einen Radius außerhalb des Atemweges vorgibt, kann der entsprechende Radius durch die Veränderung der Halbkurve gewonnen werden, um den anderen Kurven besser zu entsprechen.

Die Segmentierung des Atemweges wird unter Verwendung der ausgewählten inneren und äußeren Durchmessern eingestellt (245). Mit anderen Worten, wird der Schlauch unter Verwendung der bestimmten inneren und äußeren Radien an den Atemweg angepasst. Dies wird zum Beispiel durch die Validierung der Punkte von den Gradienten entlang der x- und y-Richtungen durchgeführt, die den inneren und äußeren Durchmessern gemeinsam sind, als Teil der Segmentierung sind. In den meisten Fällen weisen beide Ränder gemeinsame Punkte auf, die als ein Teil der Atemwegs-Wand oder des Lumen-Durchmessers bestätigt werden.

Für den Rest der Punkte, zum Beispiel für Punkte, die nur Teil des Durchmessers des Gradienten entlang der x-Richtung oder des Gradienten entlang der y-Richtung aber nicht von beiden sind, wird ein Schwellenwert berechnet, der einem Drittel des maximalen Wertes der x- und y-Gradienten entspricht. Für jeden der Punkte unterhalb des Schwellenwertes, werden entsprechende Gradientenwerte an dem selben Ort überprüft, und wenn der Wert größer als der Schwellenwert ist, wird der Punkt beibehalten, anderenfalls wird er verworfen.

Da dieses Verfahren für den inneren und äußeren Durchmesser getrennt durchgeführt wird, kann es Unregelmäßigkeiten oder Löcher entlang den Strichzeichnungen der inneren und äußeren Durchmesser hinterlassen. Um dies zu berichtigen, werden die Unregelmäßigkeiten oder Löcher aufgefüllt (250). Dies wird zum Beispiel durch das Verwenden der von der Mittellinie entferntesten Punkte und das Auffüllen der Löcher zwischen den benachbarten Punkten durchgeführt.

6 ist eine Sequenz von Bildern, die ein Verfahren zur Segmentierung eines Atemweg-Lumens und einer Wand entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bild (a) stellt einen ursprünglichen Querschnitt eines Atemweges 605 dar, der durch einen schwachen weißen Kreis in der Mitte des Bildes gekennzeichnet ist, welches segmentiert werden soll. Bild (b) stellt ein Lumen des Atemweges dar, wo das Lumen unter Verwendung der x- und y-Gradienten segmentiert wird. In diesem Bild werden innere und äußere Durchmesserhälften 610 von den x- und y-Gradienten gemischt. Bild (c) stellt das Lumen dar, das nach der Verfeinerung des Gradienten segmentiert wurde. Die gemischten inneren Durchmesserhälften 615 des Bildes (b) sind gesäubert (zum Beispiel durchlaufen sie eine Schwellenwertbildung, einen Gradientenvergleich und eine Verifikation). Bild (d) stellt die Segmentierung einer Wand des Atemweges unter Verwendung der x- und y-Gradienten dar. In diesem Bild sind verbundene äußere Durchmesserkreishälften 620 gezeigt. Bild (e) stellt die Wandsegmentierung nach dem Ausgleich dar. Die verbundenen äußeren Durchmesserkreishälften 620 sind ausgeglichen. Bild (f) stellt die endgültige Segmentierung der Bilder (b–e) dar, nachdem die Löcher aufgefüllt sind. Der innere und äußere Durchmesser 630 und 635 des Atemweges ist in der Mitte des Bildes (f) gezeigt.

Da ein Schlauch für die Segmentierung verwendet wird, begrenzt dies die Durchmesserunterschiede, die entlang des Atemweges vorhanden sein können. Um dies auszugleichen, wird eine zulässige Maßabweichung, die einen Unterschied von der Durchmesserabbildung des Atemweges berücksichtigt, eingestellt, um eine Sanftheit bezüglich der Verformung des Schlauches einzuführen, die aus dem Gradientenverfahren resultiert. Für den inneren Schlauch kann die zulässige Maßabweichung als Toli = 5%·diami definiert werden, wobei diami der durch die Durchmesserabbildung gefundene Durchmesser ist und „i" der Index eines entsprechenden Mittellinienpunktes ist. Die Toleranz könnte auch unter Verwendung des größten Durchmessers entlang der Atemwegs-Durchmesserabbildung ausgedrückt werden: Tol = 5%·max(diami). Die Toleranz ist positiv und der minimale Durchmesser ist das Minimum von der Durchmesserabbildung. Für den äußeren Schlauch kann ein Medianfilter auf die Radien angewendet werden, um alle großen Radien zu entfernen.

Entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Wände eines Atemweges unter Verwendung doppelter Schläuche automatisch segmentiert, indem eine Dicke der Wand durch einen Unterschied zwischen den zwei Schläuchen bestimmt wird. Die Verwendung der Schläuche vermindert eine Übersegmentierung, die im Allgemeinen durch den Teilvolumeneffekt verursacht wird. Ferner, wo ein 2D-Segmentierungsalgorhythmus nicht jede Wandränder erkennt, sind die Schläuche in der Lage, sich auf jede fehlenden Ränder einzustellen oder diese zu kompensieren. Darüber hinaus, wenn kein Bronchialbaum erhältlich ist, verwendet die Segmentierungstechnik mit doppeltem Schlauch einen Regionenwachs-Algorithmus für einen wachsenden Bereich, um eine Größe eines zu segmentierenden Atemweges abzuschätzen. Darüber hinaus ist die Technik genau und einheitlich, da sie eine trilineare Viertel-Voxel-Interpolation verwendet, um den Gradienten abzuschätzen. Die Interpolation wird direkt auf das ursprüngliche Volumen angewendet und nicht auf ein um den Atemweg herum interessierendes Volumen. Daher ist es nicht von einem Mausklick des Benutzers abhängig.

Es sollte verstanden sein, dass die vorliegende Erfindung in verschiedene Formen von Hardware, Software, Firmware, Sonderprozessoren oder eine Kombination davon implementiert werden kann. In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung in Software implementiert werden, wie ein Anwendungsprogramm, das zugreifbar auf eine Programmspeichervorrichtung (zum Beispiel Magnetplatten-Speicher, RAM, CD ROM, DVD, ROM, und Flash-Speicher) enthalten ist. Das Anwendungsprogramm kann auf eine Maschine hochgeladen werden und durch diese ausgeführt werden, die irgendeine geeignete Architektur enthält.

Da einige bildende Systemkomponenten und Verfahrensschritte, die in den beigefügten Figuren erörtert sind, in Software implementiert sein können, soll ferner verstanden sein, dass die tatsächlichen Verbindungen zwischen den Systemkomponenten (oder den Verfahrensschritten) sich abhängig von der Art und Weise, wie die vorliegende Erfindung programmiert ist, anders sein können. Durch die hier angegebene Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein Fachmann in der Lage sein, diese und ähnliche Implementierungen oder Konfigurationen der vorliegenden Erfindung zu bedenken.

Es sollte verstanden sein, dass die obige Beschreibung der darstellenden Ausführungsformen nur repräsentativ ist. Zur Erleichterung für den Leser wurde die obige Beschreibung auf ein repräsentatives Beispiel der möglichen Ausführungsformen fokussiert, ein Beispiel, das für die Prinzipien der Erfindung darstellend ist. Die Beschreibung hat nicht versucht, alle möglichen Variationen vollständig aufzuzählen. Dass alternative Ausführungsformen für einen speziellen Abschnitt der Erfindung dargestellt sein können, oder dass ferner unbeschriebene Veränderungen für einen Abschnitt erhältlich sein können, sollten nicht als eine Einschränkung für solche alternativen Ausführungsformen betrachtet werden. Andere Anwendungen und Ausführungsformen können ohne von dem Zweck und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, implementiert werden.

Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die besonderen beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt wird, da vielfältige Permutationen und Kombinationen des Obigen und Implementierungen, die nicht erfinderischen Ersatz für das Obige beinhalten, erzeugt werden können, wobei jedoch die Erfindung entsprechend der folgenden Ansprüche definiert ist. Es kann angenommen werden, dass viele jener unbeschriebenen Ausführungsformen innerhalb des eigentlichen Schutzumfanges der folgenden Ansprüche sind, und dass andere äquivalent sind.


Anspruch[de]
Verfahren zum Bestimmen einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand, enthaltend:

Berechnen einer Mittellinie eines Atemweges;

Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemweges innerhalb eines ersten Schwellenwertes;

Positionieren eines Schlauches entlang der Mittellinie;

iteratives Ausdehnen des Schlauches durch Erhöhung seines Radius bis der Radius des Schlauches den ersten Schwellenwert erreicht;

Bestimmen des inneren und äußeren Radius des Schlauches durch Überprüfung des 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des Schlauches an einem Rand des Schlauches bei jeder Iteration berechnet wurde; und

Anpassen des Schlauches an den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius, wobei der innere Radius des angepassten Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens ist und der äußere Radius des angepassten Schlauches abzüglich des inneren Radius des angepassten Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Schwellenwert eine maximale Größe des Schlauches ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner enthaltend:

Erhöhen des Radius des Schlauches um ein Viertel eines isotropen Voxels bei jeder Iteration.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner enthaltend:

Aufteilen des Schlauches in einen rechten und linken Abschnitt für den 3D-Gradienten, der entlang der x-Achse des Schlauches berechnet wird, und in einen oberen und unteren Abschnitt für den 3D-Gradienten, der entlang der y-Achse des Schlauches berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Bestimmen des inneren und äußeren Radius des Schlauches enthält:

Berechnen einer gemittelten Gradientenkurve des rechten, linken, oberen und unteren Abschnitts; und

Durchführen einer Scheitelpunktanalyse der gemittelten Gradientenkurven.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein maximaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven einem inneren Radius des Schlauches entspricht und ein minimaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven einem äußeren Radius des Schlauches entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Anpassen des Schlauches an den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius enthält:

Validieren, als Teil des Atemweges, der Punkte von dem inneren und äußeren Durchmesser, die 3D-Gradienten gemeinsam sind, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden;

Berechnung eines zweiten Schwellenwertes, der einem Drittel eines maximalen Wertes der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, entspricht, für innere und äußere Durchmesserpunkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achse des Schlauches berechnet wurden;

Verwerfen der Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie unterhalb des zweiten Schwellenwertes sind; und

Validieren der Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie oberhalb des zweiten Schwellenwertes sind.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner enthaltend:

Auffüllen von Löchern zwischen benachbarten Punkten, die in dem angepassten Atemweg validiert worden sind, durch Platzieren der von der Mittellinie entferntesten Abstandswertpunkte zwischen den benachbarten Punkten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner enthaltend:

Erfassen eines Bildes eines Thorax, der den Atemweg enthält, unter Verwendung von Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Atemweg eine Luftröhre oder ein Bronchicum ist. System zur Bestimmung einer Größe eines Atemweg-Lumens und einer Dicke einer Atemwegs-Wand enthaltend:

eine Speichervorrichtung (130) zum Speichern eines Programms;

ein Prozessor (125) in Verbindung mit der Speichervorrichtung, wobei der Prozessor mit dem Programm arbeitet zum

Berechnen einer Mittellinie eines Atemweges;

Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten des Volumens eines Atemweges innerhalb eines ersten Schwellenwertes;

Positionieren eines Schlauchs entlang der Mittellinie;

Iterativen Aufweiten des Schlauchs durch Erhöhung seines Radius, bis der Radius des Schlauches den ersten Schwellenwert erreicht;

Bestimmen eines inneren und äußeren Radius des Schlauches durch Überprüfung des 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des Schlauches an einem Rand des Schlauches bei jeder Iteration berechnet wurde, und

Anpassen des Schlauchs an den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius, wobei der innere Radius des angepassten Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens ist und der äußere Radius des angepassten Schlauches abzüglich des inneren Radius des angepassten Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand ist.
System nach Anspruch 11, bei dem der erste Schwellenwert eine maximale Größe des Schlauches aufweist. System nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Prozessor (125) ferner mit dem Programm arbeitet, zum Erhöhen des Radius des Schlauches um ein Viertel eines isotropen Voxels bei jeder Iteration. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Prozessor ferner mit dem Programm arbeitet, zum Unterteilen des Schlauchs in einen rechten und linken Abschnitt für den 3D-Gradienten, der entlang der x-Achse des Schlauches berechnet wird, und in einen oberen und unteren Abschnitt für den 3D-Gradienten, der entlang der y-Achse des Schlauches berechnet wird. System nach Anspruch 14, bei dem während der Bestimmung des inneren und äußeren Radius des Schlauches der Prozessor ferner mit dem Programm arbeitet, zum

Berechnen einer gemittelten Gradientenkurve des rechten, linken, oberen und unteren Abschnitts; und

Durchführen einer Scheitelwertanalyse der gemittelten Gradientenkurven.
System nach Anspruch 15, bei dem ein maximaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven einem inneren Radius des Schlauches entspricht und ein miximaler Scheitelwert der gemittelten Gradientenkurven einem äußeren Radius des Schlauches entspricht. System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem, wenn der Schlauch an den Atemweg unter Verwendung des bestimmten inneren und äußeren Radius angepasst wird, der Prozessor ferner mit dem Programm arbeitet, zum

Validieren der Punkte, als ein Teil des Atemweges, von dem inneren und äußeren Durchmesser, die 3D-Gradienten gemeinsam sind, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden;

Berechnen eines zweiten Schwellenwerts der einem Drittel eines maximalen Wertes der 3D-Gradienten entspricht, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, für innere und äußere Durchmesserpunkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden;

Verwerfen der Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie unterhalb des zweiten Schwellenwertes sind; und

Validieren der Punkte von nur einem der 3D-Gradienten, die entlang der x- und y-Achsen des Schlauches berechnet wurden, wenn sie oberhalb des zweiten Schwellenwertes sind.
System nach Anspruch 17, bei dem der Prozessor ferner mit dem Programm arbeitet, zum Füllen von Löchern zwischen benachbarten Punkten, die in dem angepassten Atemweg validiert worden sind, durch Platzierung der von der Mittellinie am entferntesten Abstandswertpunkte zwischen den benachbarten Punkten. System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem der Prozessor ferner mit dem Programm arbeitet, zum Erfassen eines Bilds eines Thorax, der den Atemweg enthält unter Verwendung einer Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebungsvorrichtung. System nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem der Atemweg eine Luftröhre oder ein Bronchicum ist. Verfahren zur Verfeinerung einer Segmentierung eines Atemweges in einem Thorax eines Patienten, enthaltend:

Ermitteln eines Bildes des Thorax unter Verwendung von Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebung;

Segmentieren eines Lumens des Atemweges durch Ausdehnung eines ersten Schlauches, der entlang einer Mittellinie eines Atemweges positioniert ist, um innere Radien des Atemweges durch Prüfung eines dreidimensionalen (3D) Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des ersten Schlauches an einem Rand des ersten Schlauches berechnet wurde, zu bestimmen;

Anpassen des ersten Schlauches an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten inneren Radien, wobei der innere Radius des Schlauches die Hälfte eines Durchmessers des Atemweg-Lumens ist;

Segmentieren einer Wand des Atemweges durch Ausdehnen eines zweiten Schlauches, der entlang der Mittellinie des Atemweges positioniert ist, um äußeren Radien des Atemweges durch Prüfung eines 3D-Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse des zweiten Schlauches an einem Rand des zweiten Schlauches berechnet wurde, zu bestimmen; und

Anpassen des zweiten Schlauches an den Atemweg unter Verwendung der bestimmten äußeren Radien, wobei der äußere Radius des Schlauches abzüglich des inneren Radius des Schlauches eine Dicke der Atemwegs-Wand aufweist.






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