DE102006039921A1

DE102006039921A1 - System und Verfahren zum automatischen Atemwegevaluieren für Multi-Schnitt Computertomographie (MSCT) Bilddaten unter Verwendung eines Atemweglumendurchmessers, einer Atemwegwanddicke und eines Bronchien-Arterien-Verhältnisses

Info

Publication number: DE102006039921A1
Application number: DE102006039921A
Authority: DE
Inventors: Benjamin L. Odry; Atilla Peter Kiraly; Carol L. Novak
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-04-19
Also published as: JP2007061622A; US20070049839A1

Abstract

Ein Verfahren zum Evaluieren eines Atemwegs in einem Bronchialbaum enthält: Segmentieren eines Bronchialbaums; Modellieren des segmentierten Bronchialbaums, Berechnen eines ersten Verhältnisses für einen Atemweg in dem segmentierten und modellierten Bronchialbaum, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für den Atemweg, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; oder Berechnen eines Verjüngungsindex für den Atemweg, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses oder Verjüngungsindex und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der gemäß dem ersten Verhältnis, zweiten Verhältnis oder Verjüngungsindex farbkodiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Bildverarbeitung, und spezieller ein System und ein Verfahren zum automatischen Atemwegevaluieren für Multi-Schnitt-Computertomographie (MSCT) Bilddaten unter Verwendung des Atemweglumendurchmessers, der Atemwegwanddicke und des Bronchien-Arterien-Verhältnisses.

Pulmonalerkrankungen wie Bronchitis, Asthma und Emphysem sind charakterisiert durch Abnormalitäten in Atemwegabmessungen. MSCT (Multi-Slice computed tomography) ist zu einem primären Mittel geworden, um diese Abnormalitäten darzustellen, da es auf Grund der Verfügbarkeit von hoch aufgelösten Nah-Isotopendaten möglich ist die Atemwege bei Winkeln zu evaluieren, die schräg zu einer Abtastebene sind. Die klinische Evaluierung der Atemwege ist allgemein auf visuelle Untersuchung eingeschränkt. Eine derartige systematische Evaluierung der Atemwege hat sich als nicht praktikabel ohne Automatisierung heraus gestellt.

Computermessungen des Atemweglumendurchmessers und der Atemwegwanddicke sind Kriterien für die Atemwegserkrankungsbehandlung. Die Nützlichkeit eines Bewertungssystems für den Gesundheitszustand der Atemwege unter Verwendung von Thin-Section CT hat sich bewährt, wie beschrieben in Bhalla M., Turcios N., Aponte V., Jenkins M., Leitman B., McCauley D. und Naidich D. (1991) "Cystic Fibrosis: Scoring system with Thin Section CT" Radiology 1991 179:783–788.

Die Verwendung von MDCT (multidetector computed-tomography) wurde berichtet in Odry B. L., Kiraly A. P., Novak C. L., Naidich D. P., Lerallut J-F (2005) "A visualization tool for global evaluation of bronchiectasis and local evaluation of bronchiectasis and local evaluation of the airways" European Medical & biological Engineering conference EMBEC'05 Proceedings; Prag, November 2005, als viel versprechend für die Evaluierung von Bronchitis.

Verschiedene Bronchialbaumsegmentierungsverfahren sind vorgeschlagen worden. Ein Verfahren, das beschrieben ist in Kiraly A. P., McLennan G., Hoffmann E. A., Reinhardt J. M. und Higgins W. E. (2002) "Three-dimensional human airway segmentation methods for clinical virtual bronchoscopy" Academic Radiology, 2002, 9(10): Seiten 1153–1168 und Kiraly A. P., Helferty J. P., Hoffmann E. A., McLennan G. und Higgins W. E. (2004) "Three dimensional path planning for virtual bronchoscopy" in IEEE Transactions on Medical Imaging, Ausgabe 23 Nummer 1, November 2004: Seiten 1365–1379, verwendet ein adaptives Regionenwachsen, das auf einer Segmentierung basiert, die von einem Keimpunkt aus startet.

Ein morphologisch basiertes Verfahren, das beschrieben ist in Fetita C. I., Preteux F., Beigelman-Aubry C. und Grenier P., (2004) "Pulmonary airways: 3-D reconstruction from multislice CT and clinical investigation" Ausgabe 23, Nummer 11, IEEE Trans. Medical Imaging, November 2004 und Aykac D, Hoffmann EA, McLennan G und Reinhardt JM, (2003) "Segmentation and analysis of the human airway tree from three-dimensional X-ray CT images" IEEE Trans. Medical Imaging, 22(8): 940–950, August 2003, kann zu detailliertere Segmentierungen führen; jedoch kann dessen Verarbeitungszeit bis zu einer Stunde in Anspruch nehmen. Darüber hinaus richtet sich eine Segmentierung an Atemwege von allen Größen, indem Multi-Skalaroperatoren für die gesamte Lungenregion verwendet werden.

Eine alternative Segmentierung, die präsentiert ist in Kiraly A. P., McLennan G., Hoffmann E. A., Reinhardt J. M. und Higgins W. E. (2002) "Three-dimensional human airway segmentation methods for clinical virtual bronchoscopy" Academic Radiology, 2002, 9(10): Seiten 1153–1168, kombiniert ein adaptive Anfangsregionenwachsen, das von einer Kleinskalar-Morpheologie gefolgt wird, um kleine Atemwege zu handhaben.

In einem verfolgungsbasierten Ansatz, der präsentiert ist in Tschirren 1, Hoffmann EA, McLennan G und Sonka M, (2004) "Airway tree segmentation using adaptive regions of interest" Medical Imaging 2004: Physiology, Function, and Structure from Medical Images, Ausgabe 5369, wird der gesamte Atemwegbaum verfolgt von der Trachea zu den Anschlusszweigen mit der Segmentierung, die adaptiv ist für unterschiedliche Skalen, die bei dieser Erzeugung präsent sind.

Ein Level-Set Ansatz, der auf einer Analyse der Front einer Form basiert, wurde vorgeschlagen in Schaltholter, T., Lorenz, C., Carlsen, I., Renisch, S. und Deschamps, T. (2002) "Simultaneous segmentation and tree reconstruction of the airways for virtual bronchoscopy." Image Processing, Ausgabe 4684 von SPIE Medical Imaging, (2002) 103–113.

Die Systeme, die beschrieben sind in Wiemker R., Blaffert T., Bulow T., Renisch S. und Lorenz C. (2004): "Automated assessment of bronchial lumen, wall thickness and bronchioarterial diameter ratio of the tracheobronchonchial tree using high-resolution CT" Computer Assisted Radiology and Surgery 2004, International Congress Series 1268 967–972, Berger P., Perot V., Desbarats P., Tunon-de-Lara J. M., Marthan R. und Laurent F. (2005) "Airway wall Thickness in Cigarette Smokers: Quantitative Thin-Section CT Assessment", Radiology 2005 235:1055–1064, Kiraly A. P., Reinhardt J. M., Hoffman E. A., McLennan G und Higgins W. E., (2005) "Virtual bronchoscopy for quantitive airway analysis", SPIE Conf. on Medical Imaging, Ausgabe 5746, Seiten 369–383, 2005 und Grenier P., Maurice F., Musset D., Menu Y. und Nahum H. (1986) "Bronchiectasis: assessment by thin section CT." Radiology 1986 161:95–99, liefern eine automatische Beurteilung von Atemwegsparametern wie Atemweglumendurchmesser, Atemwegwanddichte und/oder Bronchien-Arterienverhältnisse; aber neben Diagrammen mangelt es an jeglicher zugehöriger Visualisierung, um Abnormalitäten zu lokalisieren.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Evaluieren eines Atemwegs in einem Bronchialbaum: Segmentieren eines Bronchialbaums; Modellieren des segmentierten Bronchialbaums; Berechnen eines ersten Verhältnisses für einen Atemweg in dem segmentierten und modellierten Bronchialbaum, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für den Atemweg, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; oder Berechnen eines Verjüngungsindex für den Atemweg, wobei der Verjüngungssindex eine Reduzierung (Verjüngung) des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses oder des Verjüngungsindex; und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der farbkodiert ist gemäß dem ersten Verhältnis, dem zweiten Verhältnis oder dem Verjüngungsindex.

Das Segmentieren des Bronchialbaums enthält ein Verwenden einer gefilterten adaptiven Schwellenwertregion, die zu dem Bronchialbaum wächst beginnend bei einem Keimpunkt in einer Luftröhre. Das Modellieren des segmentierten Bronchialbaums enthält: Definieren eines Skeletts des segmentierten Bronchialbaums; Durchführen einer mehrstufigen Verfeinerung des Skeletts, um an einer Baumstruktur anzukommen; und Berechnen einer Durchmesserabbildung der Baumstruktur.

Der Durchmesser des Atemweglumens und die Dicke der Atemwegwand werden bestimmt durch: Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines ersten Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Erweitern der Röhre, indem ihr Radius vergrößert wird bis der Radius der Röhre den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen eines inneren Radius und eines äußeren Radius der Röhre, indem der 3D Gradient geprüft wird, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre berechnet worden ist, an einer Grenze der Röhre bei jeder Iteration; und Einpassen der Röhre in den Atemweg, indem der bestimmte innere Radius und äußere Radius verwendet wird, wobei der innere Radius der eingepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist, und der äußere Radius der eingepassten Röhre minus dem inneren Radius der eingepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.

Die Arterie wird identifiziert und der Durchmesser der Arterie wird bestimmt durch Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums; Berechnen einer Bewertung, die auf einer Rundheit der Region, einer Ähnlichkeit des Atemwegs und der Umgebung des Atemwegs basiert, wobei eine Region mit einer höchsten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstands von dem Zentrum der Arterie zu den Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.

Ein Verjüngungsindex wird bestimmt durch: Ausdrucken des Durchmessers des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums, entlang welcher der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex sich auf den berechneten Anstieg bezieht.

Das erste Verhältnis, zweite Verhältnis und der Verjüngungsindex werden bewertet durch: Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses in Übereinstimmung mit einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses in Übereinstimmung mit einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex in Übereinstimmung mit einem Wert des Verjüngungsindex. Das Verfahren enthält ferner ein Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex gemäß dem Wert des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen eines Bilds einer Brust enthaltend den Bronchialbaum unter Verwendung einer Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebung.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein System zum Evaluieren eines Atemwegs in einem Bronchialbaum: eine Speichervorrichtung zum Speichern eines Programms; einen Prozessor in Kommunikation mit der Speichervorrichtung, einen Prozessor, der betreibbar ist mit dem Programm, um: einen Bronchialbaum zu segmentieren; den segmentierten Bronchialbaum zu modellieren; ein erstes Verhältnis für einen Atemweg in dem segmentierten und modellierten Bronchialbaum zu berechnen, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; ein zweites Verhältnis für den Atemweg zu berechnen, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; oder einen Verjüngungsindex für den Atemweg zu berechnen, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses oder des Verjüngungsindex; und den segmentierten und modellierten Bronchialbaum, der farbkodiert ist gemäß dem ersten Verhältnis, zweiten Verhältnis oder dem Verjüngungsindex visualisieren.

Wenn der Bronchialbaum durch den Prozessor segmentiert wird, ist er ferner betreibbar mit dem Programm, um ein gefiltertes adaptives Schwellenwertregionwachsen für den Bronchialbaum anzuwenden, beginnend von einem Keimpunkt in einer Luftröhre aus. Wenn der segmentierte Bronchialbaum modelliert ist, ist der Prozessor ferner betreibbar mit dem Programm: zum Definieren eines Skelettes des segmentierten Bronchialbaums; Durchführen einer mehrstufigen Verfeinerung des Skeletts, um an einer Baumstruktur anzukommen, und Berechnen einer Durchmesserabbildung der Baumstruktur.

Wenn der Durchmesser in dem Atemweglumen und die Dicke der Atemwegwand bestimmt werden, ist der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar zum: Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines 3D Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Erweitern der Röhre, indem ihr Radius vergrößert wird, bis der Radius der Röhre den Schwellenwert erreicht; Bestimmen eines inneren Radius und eines äußeren Radius der Röhre, indem der 3D Gradient geprüft wird, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre an einer Grenze der Röhre bei jeder Iteration berechnet wird; und Anpassen der Röhre an den Atemweg, indem der bestimmte innere und äußere Radius verwendet werden, wobei der innere Radius der eingepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist und der äußere Radius der eingepassten Röhre minus dem inneren Radius der angepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.

Wenn die Arterie identifiziert ist, und der Durchmesser der Arterie bestimmt worden ist, ist der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar zum: Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums; Berechnen einer Bewertung basierend auf einer Rundheit der Region, einer Ähnlichkeit mit dem Atemweg und der Umgebung des Atemwegs, wobei eine Region mit einer höchsten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstandes von einem Zentrum der Arterie zu den Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.

Wenn der Verjüngungsindex bestimmt ist, ist der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar zum: Ausdrücken des Durchmessers und des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums entlang dem der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex sich auf den berechneten Anstieg bezieht.

Bei dem Bewerten des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex ist der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar zum: Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses gemäß einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses gemäß einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex.

Der Prozessor ist ferner mit dem Programm betreibbar zum Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex gemäß dem Wert jeweils des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und Verjüngungsindex. Der Prozessor ist ferner mit dem Programmcode betreibbar zum Erfassen eines Bilds einer Brust, das den Bronchialbaum enthält, indem eine Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebungsvorrichtung verwendet wird.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur automatischen Evaluierung von MSCT (multi-slice computed tomography) Bilddaten eines Bronchialbaums: Segmentieren und Modellieren des Bronchialbaums beginnend bei einer Luftröhre; Berechnen eines ersten Verhältnisses für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und eines Durchmessers einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses; Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialfarbbaums, der gemäß dem ersten Verhältnis farbkodiert ist; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; Bewerten und Farbkodieren des zweiten Verhältnisses; Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der gemäß dem zweiten Verhältnis farbkodiert ist; Berechnen eines Verjüngungsindex für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des Verjüngungsindex; und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der gemäß dem Verjüngungsindex farbkodiert ist.

Der Durchmesser des Atemweglumens und die Dicke der Atemwegwand werden bestimmt durch: Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines 3D Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines ersten Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Erweitern der Röhre, indem der Radius vergrößert wird, bis der Radius der Röhre den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen des inneren und des äußeren Radius der Röhre, indem der 3D Gradient, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre an einer Grenze der Röhre bei jeder Iteration berechnet wird, geprüft wird; und Einpassen der Röhre in den Atemweg, indem der bestimmte innere und äußere Durchmesser verwendet wird, wobei der innere Durchmesser der eingepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist, und der äußere Durchmesser der eingepassten Röhre minus dem inneren Durchmesser der eingepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.

Die Arterie wird identifiziert und der Durchmesser der Arterie bestimmt durch: Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums; Berechnen einer Bewertung basierend auf einer Rundheit der Region, Ähnlichkeit mit dem Atemweg und der Nähe zu dem Atemweg, wobei eine Region mit einer größten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstands von dem Zentrum der Arterie zu den Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.

Der Verjüngungsindex wird bestimmt durch: Ausdrücken des Durchmessers des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums entlang der der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex sich auf den berechneten Anstieg bezieht.

Das erste Verhältnis, das zweite Verhältnis und der Verjüngungsindex werden bewertet durch: Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses gemäß einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses gemäß einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex. Das Verfahren enthält ferner ein Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex gemäß dem Wert des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex, jeweils.

Die vorangegangenen Merkmale werden von repräsentativen Ausführungsbeispielen präsentiert, um das Verständnis der Erfindung zu unterstützen. Es soll verstanden werden, dass sie nicht eine Einschränkung der Erfindung darstellen sollen, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, oder Einschränkungen auf Äquivalente der Ansprüche. Folglich soll diese Zusammenfassung der Merkmale zur Bestimmung von Äquivalenten dienen. Weitere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung aus den Zeichnungen und den Ansprüchen offensichtlich.

1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein System verdeutlicht zum automatischen Atemweg evaluieren gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren verdeutlicht zum automatischen Atemwegevaluieren gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt einen Satz von Bildern, die eine Luftröhrendetektion gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlichen;
4 zeigt einen Satz von Bildern, die eine Gradientenberechnung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlichen;
5 zeigt ein Paar von Graphen, die eine Gradientensumme von Kreisteilen als Funktion des Kreisradius verdeutlichen, gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6A zeigt einen Satz von Bildern, die einen optimierten inneren und äußeren Radius verdeutlichen, die auf Gradienteninformationskurven basieren, die in 5 entlang einer x- Richtung berechnet worden sind, gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6B zeigt einen Satz von Bildern, die optimierte innere und äußere Kreisradien basierend auf Gradienteninformationskurven, die in 5 entlang einer y-Richtung berechnet worden sind, zeigen, gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Sequenz von Bildern, die ein Verfahren verdeutlichen zum Verfeinern einer Segmentierung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Tabelle, die eine Bewertung basierend auf Bronchial-Arterien-Verhältnissen verdeutlicht, die berechnet worden sind gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt ein Bild, das Bronchial-Arterien-Verhältnisse verdeutlicht für einen Atemwegbaum eines Patienten, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berechnet worden ist;
10 zeigt ein Paar von Graphen, die eine Anstiegsberechnung verdeutlichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt eine Tabelle, die ein Bewerten verdeutlicht, basierend auf einem Reduktionsindex, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet worden ist;
12 zeigt ein Bild, das einen Verjüngungsindex für einen Atemwegbaum eines Patienten verdeutlicht, der gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berechnet worden ist; und
13 zeigt ein Paar von Bildern, die die Interaktivität eines Systems zum automatisierten Atemwegevaluieren gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlichen.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein System 100 verdeutlicht zum automatisierten Atemwegevaluieren gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, enthält das System 100 eine Erfassungsvorrichtung 105, einen PC 110 und eine Operatorkonsole 115, die über ein verdrahtetes oder drahtloses Netzwerk 120 verbunden sind.
Die Erfassungsvorrichtung 105 kann eine MSCT (multi-slice computed tomography) Bildgebungsvorrichtung sein, oder irgendeine andere dreidimensionale (3D) hochauflösende Bildgebungsvorrichtung wie ein MR (Magnetic Resonance) Scanner.
Der PC 110, der ein tragbarer oder Laptop Computer sein kann, ein medizinisches Diagnosebildgebungssystem oder ein Bildarchivierungskommunikationssystem (PACS) Datenverwaltungsstation, enthält eine CPU 125 und einen Speicher 130 enthält, die mit einer Eingabevorrichtung 150 und einer Ausgabevorrichtung 155 verbunden sind. Die CPU 125 enthält ein Atemwegevaluierungsmodul 145, das ein oder mehrere Verfahren zum automatischen Atemwegevaluieren, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 13 diskutiert wird, enthält. Obwohl innerhalb der CPU 125 gezeigt, kann das Atemwegevaluierungsmodul 145 außerhalb der CPU 125 sein.
Der Speicher 130 enthält einen RAM 135 oder einen ROM 140. Der Speicher 130 kann auch eine Datenbank, ein Diskettenlaufwerk, ein Bandlaufwerk, etc. oder eine Kombination davon enthalten. Der RAM 135 dient als ein Datenspeicher, der Daten speichert, die während der Ausführung eines Programms in der CPU 125 verwendet werden, und wird als ein Arbeitsbereich verwendet. Der ROM 140 dient als Programmspeicher zum Speichern eines Programms, das in der CPU 125 ausgeführt wird. Die Eingabevorrichtung 150 besteht aus einer Tastatur, Maus, etc., und die Ausgabevorrichtung 155 enthält einen LCD, CRT-Anzeige, Drucker, etc.
Die Operation des Systems 100 kann gesteuert werden von der Operatorkonsole 115, die eine Steuerung 165, beispielsweise eine Tastatur enthält, und eine Anzeige 160. Die Operatorkonsole 115, kommuniziert mit dem PC 110 und der Erfassungsvorrichtung 105, so dass Bilddaten, die durch die Erfassungsvorrichtung 105 gesammelt werden, durch den PC 110 wiedergegeben und auf der Anzeige 160 betrachtet werden können. Es soll ebenfalls verstanden werden, dass der PC 110 konfiguriert sein kann, um zu arbeiten und Information anzuzeigen, die von der Erfassungsvorrichtung 105 bereit gestellt wird, in Abwesenheit der Operatorkonsole 115 unter Verwendung beispielsweise der Eingabevorrichtung 150 und der Ausgabevorrichtung 155, um bestimmte Aufgaben auszuführen, die durch die Steuerung 165 und die Anzeige 160 durchgeführt werden.
Die Konsole 115 des Operators kann ferner irgendein geeignetes Bildwiedergabesystem/Tool/Anwendung enthalten, das digitale Bilddaten eines erfassten Bilddatensatzes verarbeiten kann (oder Bereiche davon) zum Erzeugen und Anzeigen von Bildern auf der Anzeige 160. Spezieller kann das Bildwiedergabesystem eine Anwendung sein, die eine Wiedergabe und eine Visualisierung von medizinischen Bilddaten liefert, und die auf einem Allzweck- oder speziellen Computer ausgeführt werden kann. Es ist auch zu verstehen, dass der PC 110 ebenfalls das oben genannte Bildwiedergabesystem/Werkzeug/Anwendung enthalten kann.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Verfahrens zum automatischen Atemwegevaluieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt, werden 3D Bilddaten eines Bronchialbaums von einem Patienten (205) erfasst. Dies erfolgt beispielsweise durch Verwendung der Erfassungsvorrichtung 105, die betrieben wird an der Konsole 115 des Operators, um die Brust des Patienten abzutasten, wodurch eine Serie von zweidimensionalen (2D) Bildschnitten erzeugt wird, die zu der Brust gehört. Die 2D Bildschnitte werden dann kombiniert, um ein 3D Bild des Bronchialbaums zu bilden.
Das System 100 findet dann automatisch eine Luftröhre (210). Beispielsweise startend bei einem fünften Schnitt des Bilddatensatzes (mit einer Ausrichtung des Patienten von Kopf zu Zeh), wird ein Schwellenwert verwendet für die Luftregionen unterhalb von –400 HU (Hounsfield Einheit) und eine kleinste Region um das Zentrum des Bildes. Ein Regionenwachsprozess wird für ein paar Schnitte verwendet, um zu bestätigen, dass die 2D Größe der Region nicht mehr als 10 % von Schnitt zu Schnitt zunimmt. Diese Schritte sind in 3 verdeutlicht.
In 3 zeigt ein Bild (a) die Verwendung des Schwellenwerts, um Schwarz (beispielsweise luftähnliche Regionen) in dem fünften Schnitt auszuwählen, das Bild (b) zeigt eine Verbundene-Komponente-Markierung und das Bild (c) verdeutlicht die Auswahl einer Region begrenzter Größe um das Zentrum des Schnitts herum (Ausschließen von Regionen nahe der Schnittränder). Die Luftröhre ist durch den weißen Kreis in dem Zentrum der Bilder (a–c) gezeigt. Die schwarzen Regionen in den Bildern (a–c) verdeutlichen eine Patientenbrust. Es ist zu verstehen, dass der Wert des Schwellenwerts (beispielsweise –400 HU) einstellbar ist. Ferner entsprechen die Voxel oberhalb des Schwellenwerts festen Objekten wie Blut, Weichgewebe, etc.
Nachdem die Luftröhre detektiert worden ist, wird der Bronchialbaum segmentiert und modelliert (215). Der Bronchialbaum kann segmentiert werden, indem irgendeine Anzahl von geeigneten Segmentierungstechniken verwendet wird. Beispielsweise kann der Bronchialbaum segmentiert werden, indem die Technik verwendet wird, die beschrieben ist in Kiraly A. P., McLennan G., Hoffmann E. A., Reinhardt J. M. und Higgins W. E. (2002) "Three-dimensional human airway segmentation methods for clinical virtual bronchoscopy" Academic Radiology, 2002. 9(10): Seiten 1153–1168. Es soll verstanden sein, dass diese Segmentierung jetzt vollständig automatisiert wird durch Verwendung eines automatischen Filterns.
Der Bronchialbaum wird modelliert basierend auf dem Algorithmus, der beschrieben ist in Kiraly A. P., Helferty J. P., Hoffman E. A., McLennan G. und Higgins W. E. (2004) "Three dimensional path planning for virtual bronchoscopy" in IEEE Transactions on Medical Imaging. Ausgabe 23, Nummer 1, November 2004: Seiten 1365–1379. Dieses Verfahren basiert auf einer Skelettisierung gefolgt von Verfeinerungsschritten, um ein glattes Baummodell des segmentierten Atemwegbaums zu erzeugen. Das Ergebnis ist eine hierarchische Beschreibung des Baums als verbundene Serie von Zweigen. Jeder Zweig ist durch eine Serie von Orten beschrieben. Darüber hinaus, um Positionsinformation zu enthalten, enthält jeder Ort auch Orientierungsinformation des Zweigs an jedem Punkt.
In den Lungen wird jeder Atemweg begleitet von einer entsprechenden Arterie. Die Durchmesser von gesunden Atemwegen variieren in Abhängigkeit von der Erzeugungsanzahl, wobei die Atemwege abnehmen wenn die Atemwegerzeugung zunimmt. Ähnlich reduziert sich der Durchmesser der Arterien wenn die Erzeugung zunimmt. In gesunden Lungen sollte der Durchmesser eines Atemwegs ungefähr äquivalent zu dem Durchmesser seiner begleitenden Arterie sein. Wenn der Atemwegdurchmesser signifikant größer als die Arterie ist, gibt dies an, dass die Atemwege des Patienten möglicherweise abnormal erweitert sind. Dies ist als Bronchitis bekannt. Eine alternative Erklärung ist, dass die Arterie abnormal verengt ist.
Bei einem gegebenen berechneten Baummodell wird das Bronchial-Arterienverhältnis für jeden der Atemwege (220) berechnet. Dies erfolgt beispielsweise durch Auswählen jedes Anschlusszweigs des Baums entsprechend der letzen Zweigerzeugung der Segmentierung. Die ausgewählten Zweige sind charakterisiert durch eine Anzahl von Orten sowie einer Richtung. Für jeden Anschlusszweig des Baums wird eine 3D Segmentierung des Atemwegs verwendet, wie beschrieben in der US Patentanmeldung mit dem Titel "System and Method for Determining a Size of an Airway Lumen and Arterie Thickness of an Airway Wall", die die US Provisional Application mit der Nummer 60/713,025, eingereicht August 31, 2005 beansprucht. Die begleitende Arterie wird detektiert, indem eine Bewertung verwendet wird, wie beschrieben in Odry B. L., Kirally A. P., Novak C. L., Naidich D. P., Lerallut J-F (2005) "A visualization tool for global evaluation of bronchiectasis and local evaluation of the airways" European Medical & biological Engineering conference EMBEC'05 Proceedings; Prag, November 2005, und dann die Arterie segmentiert wird, wie beschrieben in beispielsweise Kiraly A. P., McLennan G., Hoffman E. A., Reinhardt J. M. und Higgins W. E., (2002) "Three-dimensional human airway segmentation me thods for clinical virtual bronchoscopy" Academic Radiology, 2002. 9(10): Seiten 1153–1168. Diese Prozesse werden jetzt genauer beschrieben.
Unter Verwendung des Baummodells wird eine Mittellinie eines ausgewählten Atemwegs ausgewählt, eine maximale Größe einer Röhre gesetzt und ein 3D Gradient eines Volumens des Atemwegs innerhalb der maximalen Größe der Röhre berechnet. Dies erfolgt beispielsweise durch Berechnen eines 3D Gradienten des Volumens innerhalb der größten Röhre (beispielsweise mit der maximalen Größe der Röhre) unter Verwendung der Gradientenformel in kartesischen Koordinaten:
Wobei x, y und z die Hauptachsen sind.
Die Gradientenberechnung erfolgt entlang der Achsen der Röhre. Der Gradient kann berechnet werden unter Verwendung von Daten, die mit trilinearer Interpolation reformatiert worden sind. In 4 können beispielsweise unter Verwendung der reformatierten Daten, um dem Atemweg zu erlauben senkrecht zu der z-Achse zu verlaufen, innere und äußere Grenzen 410 und 415 eines Atemwegs 405 (angegeben durch schwache weiße Kreise im Zentrum des Bilds (a)) betrachtet werden, wie in den Bildern (b) und (c) gezeigt. In 4 verdeutlicht das Bild (a) einen Querschnitt des Atemwegs 405 am Zentrum des Bilds, und Bilder (b) und (c) verdeutlichen den Querschnitt eines 3D Gradienten, der entlang der x- und y-Richtung innerhalb der Röhre jeweils berechnet wird.
Die Röhre wird dann entlang der Mittellinie positioniert. Es ist zu verstehen, dass das mittlere Zweidrittel des Atemwegzweigs segmentiert wird, um eine Gabelung in dem Atemweg zu vermeiden. Mit der Röhre auf der Mittellinie wächst die Röhre oder erweitert sich, indem ihr Radius iterativ vergrößert wird. Beginnend bei einem Radius = Null, wird beispielsweise die Röhre um ein Viertel eines isotopischen Voxels erweitert. Bei jeder Iteration werden die Gradienten an der Grenze der Röhre geprüft, wodurch es möglich wird einen inneren und einen äußeren Radius, die zu dem Lumen des Atemwegs passen, und Wandformen zu bestimmen.
Wenn die Röhre gewachsen ist, wird sie in vier Abschnitte getrennt. Beispielsweise ein rechter und ein linker Abschnitt für Gradientenberechnung in x-Richtung und ein oberer und unterer Abschnitt für die Gradientenberechnung in y-Richtung. Die Summe jeder Kreishälfte für jeden Wert des Radius wird überwacht. Darüber hinaus wird der mittlere Gradientenwert für jeden der vier Abschnitte berechnet, indem die vier mittleren Gradientenwerte an den Grenzen der jeweiligen Abschnitte bei jeder Iteration, die den Radius vergrößert, verwendet werden. Es sei zu verstehen, dass die Verwendung von Kreishälften einen Teilvolumeneffekt reduziert, da die Kurven berechnet werden unter Verwendung der Gradienten der x- und y-Richtungen. Dies vergrößert die Änderungen zum Finden einer fehlenden oder unterbrochenen Grenze, da eine Region, die von den halben Kreisen getroffen wird, größer ist als eine Region, die befasst ist mit Teilvolumeneffekten.
Durch Ausdrucken der Gradientensumme entlang der Kreishälften als Funktion des Radius, wie durch die Graphen in 5 gezeigt, ermöglicht eine Spitzenwertanalyse der Graphen die Bestimmung des inneren und des äußeren Durchmessers der Röhre in der rechten, linken, oberen und unteren Richtung. In 5 verdeutlicht beispielsweise der Graph (a) die Gradientensumme der Kreisteile als Funktion des Radius entlang der x-Richtung, und der Graph (b) verdeutlicht die Gradientensumme der Kreisteile als Funktion des Radius entlang der y-Richtung. Die minimalen und maximalen Peaks dieser Graphen entsprechen jeweils dem inneren und äußeren Radius der Röhre, die am Besten in den Atemweg passt.
Die 6A und 6B verdeutlichen optimierte innere und äußere Röhrendurchmesser, die innerhalb der Gradienteninformationskurven entlang der x- und y-Richtung jeweils gefunden wurden. In 6A und 6B verdeutlichen die Kurven 605a, b des Bilds (a) einen ersten halben äußeren Radius der Röhre, die Kurven 610a, b des Bilds (b) verdeutlichen einen ersten halben inneren Durchmesser der Röhre, die Kurven 615a, b des Bilds (c) verdeutlichen einen letzten halben inneren Durchmesser der Röhre, wodurch der vollständige Innendurchmesser vervollständigt wird, und die Kurven 620a, b des Bilds (d) verdeutlichen den letzten halben äußeren Durchmesser der Röhre, wodurch der volle Außendurchmesser vervollständigt wird.
Die Segmentierung wird dann eingestellt, indem die ausgewählten inneren und äußeren Durchmesser verwendet werden. Mit anderen Worten, die Röhre passt zu dem Atemweg unter Verwendung der bestimmten inneren und äußeren Radien. Dies erfolgt beispielsweise durch Prüfen von Punkten von den Gradienten entlang der x- und y-Richtung, die gemeinsam sind für den inneren und äußeren Durchmesser als Teil der Segmentierung. In den meisten Fällen haben beide Grenzen gemeinsame Punkte, die als Teil der Atemwegwand oder des Lumendurchmessers bestätigt sind.
Für den Rest der Punkte, beispielsweise für Punkte, die nur Teil des Durchmessers des Gradienten entlang der x-Richtung oder des Gradienten entlang der y-Richtung sind, jedoch nicht beides, wird ein Schwellenwert entsprechend einem Drittel des maximalen Werts von x- und y-Gradienten berechnet. Für jeden der Punkte unterhalb des Schwellenwerts wird entsprechend den Gradientenwerten an der gleichen Stelle geprüft, und wenn der Wert größer als der Schwellenwert ist, wird der Punkt beibehalten, im Übrigen verworfen.
Da dieser Prozess separat für den inneren Durchmesser und den äußeren Durchmesser erfolgt, kann er Diskontinuitäten oder Löcher entlang der Abgrenzungen des inneren und äußeren Durchmessers übrig lassen. Um dies zu reparieren, werden die Diskontinuitäten oder Löcher gefüllt. Dies erfolgt beispielsweise durch Nehmen der von der Mittellinie entferntesten Punkte und durch Auffüllen der Löcher zwischen den Nachbarpunkten.
7 zeigt eine Sequenz von Bildern, die ein Verfahren verdeutlichen zum Verfeinern einer Segmentierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Bild (a) verdeutlicht einen Originalquerschnitt eines Atemwegs 705, der angegeben ist durch einen schwachen weißen Kreis im Zentrum des Bilds, das zu segmentieren ist. Das Bild (b) verdeutlicht ein Lumen des Atemwegs, wobei das Lumen segmentiert wird unter Verwendung der x- und y-Gradienten. In diesem Bild werden die inneren und äußeren Durchmesserhälften 710 von den x- und y-Gradienten gemischt. Das Bild (c) verdeutlicht das Lumen, das segmentiert worden ist, nach einer Verfeinerung des Gradienten. Die gemischten Innendurchmesserhälften 715 von Bild (b) werden bereinigt (sie werden beispielsweise einem Schwellenwert unterworfen, einem Gradientenvergleich und einer Verifikation). Das Bild (d) verdeutlicht die Segmentierung einer Wand des Atemwegs unter Verwendung des x- und y-Gradienten. In diesem Bild sind gemischte Außendurchmesserkreishälften 720 gezeigt. Bild (e) verdeutlicht eine Wandsegmentierung nach dem Bereinigung. Die gemischten Außendurchmesserkreishälften 720 werden bereinigt. Das Bild (f) verdeutlicht die Endsegmentierung der Bilder (b–e) nach einem Lochauffüllen. Der Innen- und Außendurchmesser 730 und 735 des Atemwegs sind im Zentrum des Bilds (f) gezeigt.
Da eine Röhre zum Segmentieren verwendet wird, beschränkt dies die Durchmesserdifferenzen, die entlang des Atemwegs präsentiert werden können. Um die zu kompensieren wird eine Toleranz bezüglich einer Differenz von einer Durchmesserabbildung des Atemwegs gesetzt, um ein Glätten der Deformierung der Röhre einzuführen, was von dem Gradientenprozess her resultiert.
Für die innere Röhre kann die Toleranz definiert werden als Tol_i = 5%·diam_i wobei diam_i ein Durchmesser ist, der gefunden wird durch die Durchmesserabbildung, und "i" der Index eines entsprechenden Mittellinienpunkts ist. Die Toleranz kann auch ausgedrückt werden, indem der größte Durchmesser entlang der Atemwegdurchmesserabbildung verwendet wird: Tol_i = 5%·max(diam_i). Die Toleranz ist positiv, und der minimale Durchmesser ist das Minimum von der Durchmesserabbildung. Für die äußere Röhre kann ein Medianfilter für die Radien verwendet werden, um irgendwelche großen Radien zu entfernen.
Wie vorher diskutiert, sollte der Durchmesser eines Atemwegs ungefähr äquivalent zu dem Durchmesser der begleitenden Arterie sein. Die benachbarte Arterie wird detektiert unter Verwendung einer Bewertung, die auf den umgebenden Strukturen des Atemwegs basiert, und der maximale Durchmesser der Arterie wird berechnet und verwendet zum Berechnen des Bronchial-Arterienverhältnisses. Es ist zu verstehen, dass das Bewerten auf einer Orientierungsähnlickeit basiert zwischen der Struktur und dem Atemweg, der Rundheit der Struktur und der Nähe der Struktur zu dem Atemweg.
Da das Bronchial-Arterialverhältnis eine Anzeige für eine Erweiterung des Atemwegs ist, wird sie verwendet, um die Ernsthaftigkeit der Erweiterung zu beurteilen und das Vorhandensein von Bronchitis, wie beschrieben in Bhalla M., Turcios N., Aponte V., Jenkins M., Leitman B., McCauley D. und Naidich D. (1991) "Cystic Fibrosis: Scoring system with Thin Section CT" Radiology 1991 179:783–788. Die Bewertung wird in Abhängigkeit von dem Wert des Verhältnisses gesetzt, wie beispielsweise durch die Tabelle in 8 gezeigt.
In der Tabelle erlaubt die Definition von Kategorien eine Klassifikation jedes Anschlusszweigs des Bronchialbaums. Die Bewertungen werden dann verwendet zum Abtasten der gesamten Lunge und zum Einfärben jedes Anschlusszweigs mit einer entsprechenden Farbe (225). Der Bronchialbaum wird dann visualisiert, um den Ort von Abnormalitäten anzugeben (230).
Beispielsweise werden in 9 die Anschlusszweige des Baums farbkodiert gemäß dem automatisch berechneten Bronchial-Arterienverhältnisses gefärbt. In 9 gibt Grün (durch eine dunklere Schattierung von Weiß an Zweigenden in dem Schwarz- und Weißbild) ein normales Bronchien-Arterienverhältnis von ungefähr Eins an, Gelb (durch eine hellere Schattierung von Weiß bei den Zweigenden in dem Schwarz- und Weißbild gezeigt) gibt ein wenig erhöhtes Ver hältnis um Zwei an, und Orange oder Rot (nicht gezeigt) geben ein moderates oder ernsthaftes Verhältnis größer als Zwei an.
Wenn sich der Lumendurchmesser reduziert, wenn die Atemwegerzeugung zunimmt, reduziert sich auch die Atemwegwanddicke mit zunehmenden Atemwegerzeugungen. Ferner, wie bei dem Bronchien-Arterienverhältnis, sollte die Dicke der Atemwegwände nicht den Durchmesser ihrer benachbarten Arterie überschreiten. Wenn die Dicke einer Atemwegwand den Durchmesser ihrer benachbarten Arterie überschreitet, gibt dies eine abnormale Atemwegverdickung, was zu Bedingungen gehört wie Emphysem und COPD (chronische versperrte pulmonare Fehlsteuerung).
Nachdem das Bronchien-Arterienverhältnis für jeden der Atemwege berechnet worden ist, wird ein Arterien-Atemweg Wandverhältnis berechnet (235). Diese Prozedur ist sehr ähnlich zu der Bronchien-Arterien Verhältnisberechnung. Beispielsweise erfolgt die Atemwegwandsegmentierung während der Segmentierung des Atemwegs, wie oben in Schritt 220 beschrieben. Die gleichen Prinzipien, wie sie beschrieben sind in der US Provisional Application mit der Nummer 60/717,669 mit dem Titel "Automatic Airway and Artery Grouping Method for Quantitative Analysis", eingereicht September 16, 2005, werden verwendet, um die Arterie zu detektieren und den Durchmesser zu berechnen, wie es beschrieben wird.
Beispielsweise wählt in einem 2D Querschnitt um den Mittelpunkt der Atemwegmittellinie der Algorithmus alle hochdichten Regionen aus (beispielsweise Blut, etc., aber nicht Luft) nahe dem Atemweg. Es ist zu verstehen, dass die Größe des Querschnitts mit dem geschätzten Durchmesser des Atemwegs variiert. Für jede der Regionen werden Merkmale berechnet, die spezifisch sind für die benachbarte Arterie. Diese Merkmale können enthalten Rundheit (da der Querschnitt der Arterie als Kreis angenommen wird), Nähe zu dem Atemweg und 3D Orientierungsähnlichkeit (zum Bestätigen, dass die Arterie parallel zu dem Atemweg ist). Die Summe dieser Merkmale erlaubt die Auswahl der Arterie, die die beste Bewertung für alle Regionen hat. Der Arteriedurchmesser wird berechnet, indem der mittlere Abstand von dem Zentrum der Arterie zu ihren Grenzen genommen wird.
Das Bewerten erfolgt wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf die Tabelle gemäß 8 (240), und in der Visualisierung des Bronchialbaums wird der Anschlusszweig gemäß den Codes, wie in der Tabelle gezeigt (245) eingefärbt.
In einer Person mit gesunden Atemwegen nimmt das Atemweglumen ab oder verjüngt sich, wenn die Atemweggeneration zunimmt. In Patienten mit abnormalen erweiterten Lumen, bleibt der Lumendurchmesser konstant oder erhöht sich sogar, wenn die Atemwegerzeugung zunimmt. Bronchitis ist charakterisiert durch das Fehlen einer Verjüngung irgendwo entlang des Atemwegs.
Jetzt, wo das Arterien-Atemwegwandverhältnis berechnet ist, wird ein Verjüngungsindex (250) berechnet. Dies erfolgt beispielsweise durch Extrahieren jedes Baumwegs von dem Baummodell von der Luftröhre zu jeder Anschlussabzweigung, um alle Orte oder Voxel entlang jedes Wegs zu gewinnen. Von der Bronchialbaumsegmentierung wird eine Durchmesserabbildung, die den größten Durchmesserwerten entlang des Baums entspricht, berechnet, wie beschrieben in Kiraly A. P., Helferty J. P., Hoffman E. A., McLennan G. und Higgins W. E. (2004) "Three dimensional path planning for virtual bronchoscopy" in IEEE Transaction on Medical Imaging, Ausgabe 23, Nummer 1, November 2004: Seiten 1365–1379. Diese Abbildung färbt die Voxel in dem Lumen gemäß dem maximalen Durchmesser an diesem Ort in dem Atemweg. Folglich gibt es für jeden Ort des Wegs einen entsprechenden Lumendurchmesser. Es ist zu verstehen, dass der Lumendurchmesser für den Ort ebenso berechnet werden kann.
Für jeden Weg gibt es jetzt einen Graphen des Durchmessers als Funktion der Orte. Um den Verjüngungsindex zu schätzen, werden mehrere Anstiege einer Durchmesserkurve entlang des Wegs berechnet. Die Durchmesserkurve ist unterteilt in vier Segmente (beispielsweise rechtes und linkes Segment für den Gradienten, der in x-Richtung berechnet wird, und ein oberes und unteres Segment für den Gradienten, der in y-Richtung berechnet wird), um den Anstieg zu berechnen. Ein globaler Ansatz kann hier gewählt werden, indem der gesamt Weg und nicht ein bildspezieller Zweig betont wird. Spezielle Zweige können jedoch entlang des Wegs ausgewählt werden, und ein Anstieg für jede Generation kann berechnet werden. Dies erlaubt einen Intra-Vergleich von mehreren Zweigen von der gleichen Generation, was ebenfalls ein Indikator für ein fehlendes Verjüngen ist.
Um den Anstieg zu berechnen wird eine lineare Passfunktion für die Kurvensegmente (Daten x_i, y_i ) für das Modell y = Ax + B angewendet. Die lineare Passfunktion minimiert die Chi-Quadratfehlerstatistik:
wobei O die beobachtete Frequenzzelle darstellt, und E die erwartete Frequenzzelle der Eventualitätentabelle. Frequenztabellen von zwei Variablen, die gleichzeitig präsentiert werden, werden als mögliche Tabellen bezeichnet. Eventualitätentabellen werden gebildet durch Auflisten aller Werte einer Variablen als Reihen in einer Tabelle, und der Werte der anderen Variablen als Spalten, dann Finden der Verbindung oder der Zellenfrequenz für jede Zelle.
Ein Beispiel der Anstiegsberechnung ist in 10 gezeigt. In diesem Beispiel ist der Durchmesser das Zehnfache von mm als Funktion der Anzahl an Orten. Der Graph (a) verdeutlicht eine reguläre Verjüngung entlang eines Wegs. Der Graph (b) verdeutlicht einen Mangel an Verjüngung am Ende des Wegs. Es ist zu verstehen, dass ein Weg, der sich verjüngt, einen signifikant negativen Anstieg haben soll (kleiner als –0,15). Ein Weg, der einen Anstieg nahe Null hat, gibt an, dass der Lumendurchmesser ungefähr konstant bleibt mit zunehmender Atemweggeneration, ein Zustand, der als zylindrische Bronchitis bekannt ist. Anstiege, die signifikant positiv sind (beispielsweise größer als 0,15) bedeuten, dass der Lumendurchmesser tatsächlich zunimmt mit zunehmender Atemwegerzeugung, was ein moderates Bronchitisleiden angibt.
Eine Bewertung wird definiert in Abhängigkeit von dem größten Anstieg entlang des Wegs, wie in der Tabelle gemäß 11 gezeigt, und ein Farbkodieren ist basierend auf der Bewertung definiert (255). Diese Punktezahl oder der Verjüngungsindex wird verwendet, um einen Mangel an Verjüngung entlang der Wege des Bronchialbaums zu visualisieren, indem jeder Anschlusszweig basierend auf der Bewertung für den Gesamtweg (260) eingefärbt wird.
Ein Beispiel dieser Visualisierung ist in 12 gezeigt. In 12 gibt Grün (gezeigt als dunklere Schattierung von Weiß an Zweigenden in dem Schwarz- und Weißbild) an, dass ein Atemwegpfad, der zu diesem Zweig führt, eine normale Verjüngung der Atemwegedurchmesser zeigt, Gelb (als hellere Schattierung von Weiß an den Zweigenden in dem Schwarz- und Weißbild gezeigt) gibt an, dass der Pfad, der zu diesem Zweig führt, einen leichten Mangel an Verjüngung zeigt, und dass Orange oder Rot (nicht gezeigt) geben einen schweren Mangel an Verjüngung an.
Durch Anwenden der Farbkodierung, wie oben unter Bezugnahme auf die 9 und 12 beschrieben, kann man visuell detektieren, wo Probleme innerhalb des Bronchialbaums auftreten sowie deren Schwere. Darüber hinaus kann das Farbkodieren dabei helfen irgendwelche Muster der Erkrankung zu bestimmen, die eine spezielle Region der Lunge oder einen speziellen Flügel (Lappen) beeinträchtigen. Ferner kann das Farbkodieren angeben, wie weit gestreut die Abnormalitäten sind, indem angegeben wird, ob wenig oder viele Abnormalitäten durch die Bronchitis betroffen sind.
Es soll verstanden werden, dass die farbkodierten Bäume interaktiv auf der Anzeige 160 angezeigt werden können, wodurch ein Benutzer den Baum drehen und hinein oder hinaus zoomen kann, um den Baum von allen Seiten zu untersuchen. Darüber hinaus kann der Benutzer auf den Baum an jeder Stelle klicken, und ein anderes Fenster zeigt den entsprechenden Punkt in den Original CT Daten an, sowie als lokal gezoomte Ansicht eines 3D wiedergegebenen ausgewählten Atemwegs und die benachbarte Arterie und Punkte für diese Arterie. Der Benutzer kann auch auf einen Atemweg in den Original CT Daten klicken und die entsprechende Stelle kann auf der 3D Baumanzeige angegeben werden.
Beispielsweise, wie in dem Bild (b) gemäß 13 gezeigt, kann ein Benutzer auf einen speziellen Atemweg, der durch die weiße Box hervorgehoben ist, klicken. Ein entsprechender Lungenaxialschnitt wird angezeigt, und der Atemweg wird hervorgehoben durch ein Rechteck, wie in Bild (a) gezeigt. Darüber hinaus, kann während der Visualisierung ein Benutzer zwischen den Ansichten den Arterien-Lumenverhältnissen, Arterien-Wandverhältnissen oder dem Verjüngungsindex hin und her wechseln.
Ein System und ein Verfahren zum automatischen Atemwegevaluieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine globale Bewertung von Atemweg, um eine quantitative Bewertung des Grads einer Atemwegverjüngung bereit zu stellen und die zugehörigen Bronchial-Arterien und Bronchien-Wandarterienverhältnissen. Das System ist beispielsweise in der Lage das Vorhandensein und den Ort von schwacher Bronchitis zu detektieren, die gekennzeichnet ist durch das Fehlen einer Lumenverjüngung und erhöhten Bronchien-Arterienverhältnissen. Die quantitativen Bewertungen werden dann in einem interaktiven 3D Modell des Atemwegbaums visualisiert, indem graphisch der Ort und das Ausmaß der Erkrankung angezeigt wird. Beispielsweise zeigen die 3D Visualisierungen der quantitativen Messungen der Atemwegsverjüngung und des Bronchien-Arterienverhältnisses eine gute Korrelation zwischen diesen komplementären Messungen der abnormalen Atemwegserweiterung. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung einer 3D Atemwegssegmentierungstechnik unter Verwendung einer Röhre, die entlang der x- und y-Gradienten eingepasst wird, eine direkte Berechnung sowohl des Innendurchmessers als auch des Außendurchmessers, wodurch die Empfindlichkeit für Teilvolumenartefakte reduziert wird.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialzweckprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung in Software als ein Anwendungsprogramm implementiert werden, das auf einer Programmspeichervorrichtung verkörpert ist (beispielsweise auf einer Magnetfloppydisk, einem RAM, CD ROM, DVD, ROM und Flashmemory). Das Anwendungsprogramm kann auf eine Maschine hochgeladen und von dieser ausgeführt werden, die irgendeine geeignete Architektur hat.
Es ist ferner zu verstehen, dass auf Grund der Tatsache, dass Systemkomponenten und Verfahrensschritte, die in den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht sind, in Software implementiert werden können, die tatsächlichen Verbindungen zwischen den Systemkomponenten (oder den Prozessschritten) abweichen können in Abhängigkeit von der Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung programmiert ist. Durch die hier gegebenen Lehren der vorliegenden Erfindung kann ein Fachmann auf diesem Gebiet diese anpassen und ähnliche Implementierungen oder Konfigurationen der vorliegende Erfindung vornehmen.
Es soll auch verstanden werden, dass die obige Beschreibung nur repräsentativ ist für die verdeutlichten Ausführungsbeispiele. Zum besseren Verständnis für den Leser ist die obige Beschreibung fokussiert worden auf repräsentative Beispiele möglicher Ausführungsformen, ein Beispiel, das die Prinzipien der Erfindung verdeutlicht. Die Beschreibung hat nicht versucht alle möglichen Variationen abzudecken: Diese alternativen Ausführungsformen können für einen speziellen Bereich der Erfindung vorgesehen werden, oder diese weiteren nicht beschriebenen Alternativen können für einen Bereich verfügbar sein, und ist nicht von dem Schutzbereich der Erfindung ausgenommen. Andere Anwendungen und Ausführungsbeispiele können implementiert werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Es ist folglich beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziell beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, da verschiedene Änderungen und Modifikationen des vorangegangenen und Implementierungen verwendet werden können.

Claims

Verfahren zum Evaluieren eines Atemwegs in einem Bronchialbaum, mit Segmentieren eines Bronchialbaums; Modellieren des segmentierten Bronchialbaums; Berechnen eines ersten Verhältnisses für einen Atemweg in dem segmentierten und modellierten Bronchialbaum, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für den Atemweg, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; oder Berechnen eines Verjüngungsindex für den Atemweg, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses oder des Verjüngungsindex; und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der gemäß dem ersten Verhältnis, zweiten Verhältnis oder Verjüngungsindex farbkodiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Segmentieren des Bronchialbaums aufweist: Verwenden eines gefilterten adaptiven Schwellenwertregionwachsens für den Bronchialbaum beginnend bei einem Keimpunkt in einer Luftröhre.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Modellieren des segmentierten Bronchialbaums aufweist: Definieren eines Skeletts des segmentierten Bronchialbaums; Durchführen einer mehrstufigen Verfeinerung des Skeletts, um an einer Baumstruktur anzukommen; und Berechnen einer Durchmesserabbildung der Baumstruktur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Durchmesser des Atemweglumens und die Dicke der Atemwegwand bestimmt werden durch: Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines ersten Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Erweitern der Röhre, indem ihr Radius vergrößert wird, bis der Radius der Röhre den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen des inneren Radius und des äußeren Radius der Röhre durch Prüfen des 3D Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre an einer Grenze der Röhre bei jeder Iteration berechnet wird; und Anpassen der Röhre an den Atemweg, indem der bestimmte innere Radius und äußere Radius verwendet werden, wobei der innere Radius der eingepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist, und der äußere Radius der eingepassten Röhre minus dem inneren Radius der eingepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Arterie identifiziert wird und der Durchmesser der Arterie bestimmt wird durch: Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums; Berechnen einer Bewertung basierend auf einer Rundheit der Region, Ähnlichkeit mit dem Atemweg und der Nähe zu dem Atemweg, wobei eine Region mit einer größten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstands von einem Zentrum der Arterie zu Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verjüngungsindex bestimmt wird durch: Ausdrücken des Durchmessers des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums entlang welchem der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex in Beziehung steht zu dem berechneten Anstieg.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das erste Verhältnis, das zweite Verhältnis und der Verjüngungsindex bewertet werden durch: Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses gemäß einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses gemäß einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit Farbkodieren des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex jeweils gemäß dem Wert des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und Verjüngungsindex.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit: Erfassen eines Bilds einer Brust enthaltend den Bronchialbaum, indem eine Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebung verwendet wird.
System zum Evaluieren eines Atemwegs in einem Bronchialbaum, mit einer Speichervorrichtung zum Speichern eines Programms; einem Prozessor, der mit der Speichervorrichtung in Verbindung steht, wobei der Prozessor betreibbar ist mit dem Programm zum Segmentieren eines Bronchialbaums; Modellieren des segmentierten Bronchialbaums; Berechnen eines ersten Verhältnisses für einen Atemweg in dem segmentierten und modellierten Bronchialbaum, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für den Atemweg, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; oder Berechnen eines Verjüngungsindex für den Atemweg, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses oder Verjüngungsindex; und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der farbkodiert ist, gemäß dem ersten Verhältnis, zweiten Verhältnis oder Verjüngungsindex.
System nach Anspruch 10, bei dem, wenn der Bronchialbaum segmentiert wird, der Prozessor weiter mit dem Programm betreibbar ist zum Verwenden eines gefilterten adaptiven Schwellenwertregionwachsens für den Bronchialbaum, beginnend bei einem Keimpunkt in einer Luftröhre.
System nach Anspruch 10 oder 11, bei dem, wenn der Bronchialbaum modelliert und segmentiert wird, der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar ist zum Definieren eines Skeletts des segmentierten Bronchialbaums; Durchführen einer mehrstufigen Verfeinerung des Skeletts, um bei einer Baumstruktur anzukommen; und Berechnen einer Durchmesserabbildung der Baumstruktur.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem, wenn der Durchmesser des Atemweglumens und die Dicke der Atemwegwand bestimmt werden, der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar ist zum Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines ersten Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Expandieren der Röhre, indem ihr Radius vergrößert wird, bis der Radius der Röhre den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen des inneren Radius und des äußeren Radius durch Prüfen des 3D Gradienten, der entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre bei jeder Iteration berechnet wird; und Anpassen der Röhre an den Atemweg, indem der bestimmte innere Durchmesser und der äußere Durchmesser verwendet werden, wobei der innere Durchmesser der eingepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist, und der äußere Radius der eingepassten Röhre minus dem inneren Radius der eingepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem, wenn die Arterie identifiziert ist und der Durchmesser der Arterie bestimmt ist, der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar ist zum Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums; Berechnen einer Bewertung, die auf einer Rundheit der Region, Ähnlichkeit mit dem Atemweg und einer Nähe zu dem Atemweg basiert, wobei eine Region mit der höchsten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstands von einem Zentrum der Arterie zu den Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem, wenn der Verjüngungsindex bestimmt ist, der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar ist zum Ausdrücken des Durchmessers des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums entlang welchem der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex in Beziehung steht zu dem berechneten Anstieg.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem, wenn das erste Verhältnis, zweite Verhältnis und Verjüngungsindex bewertet sind, der Prozessor ferner mit dem Programm betreibbar ist zum Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses gemäß einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses gemäß einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Prozessor ferner mit dem Programmcode betreibbar ist zum Farbkodieren jeweils des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und Verjüngungsindex gemäß dem jeweiligen Wert des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und Verjüngungsindex.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem der Prozessor ferner mit dem Programmcode betreibbar ist zum Erfassen eines Bilds einer Brust enthaltend einen Bronchialbaum, indem eine Computertomographie- oder Magnetresonanzbildgebungsvorrichtung verwendet wird.
Verfahren zum automatischen Evaluieren von MSCT (multi-slice computed tomography) Bilddaten eines Bronchialbaums, mit Segmentieren und Modellieren des Bronchialbaums beginnend bei einer Luftröhre; Berechnen eines ersten Verhältnisses für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei das erste Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen einem Durchmesser des Atemweglumens und einem Durchmesser einer Arterie, die den Atemweg begleitet; Bewerten und Farbkodieren des ersten Verhältnisses; Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der farbkodiert ist gemäß dem ersten Verhältnis; Berechnen eines zweiten Verhältnisses für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei das zweite Verhältnis ein Verhältnis ist zwischen dem Durchmesser der Arterie und einer Dicke der Atemwegwand; Bewerten und Farbkodieren des zweiten Verhältnisses; Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der farbkodiert ist gemäß dem zweiten Verhältnis; Berechnen eines Verjüngungsindex für jeden Atemweg des Bronchialbaums, wobei der Verjüngungsindex eine Verjüngung des Durchmessers des Atemweglumens angibt; Bewerten und Farbkodieren des Verjüngungsindex; und Visualisieren des segmentierten und modellierten Bronchialbaums, der gemäß dem Verjüngungsindex farbkodiert ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Durchmesser des Atemweglumens und die Dicke der Atemwegwand bestimmt werden durch Berechnen einer Mittellinie des Atemwegs; Berechnen eines dreidimensionalen (3D) Gradienten eines Volumens des Atemwegs innerhalb eines Schwellenwerts; Positionieren einer Röhre entlang der Mittellinie; iteratives Erweitern der Röhre, indem ihr Radius vergrößert wird, bis der Radius der Röhre den ersten Schwellenwert erreicht; Bestimmen des inneren Radius und des äußeren Radius der Röhre durch Prüfen des 3D Gradienten, der berechnet wird entlang einer x-Achse und einer y-Achse der Röhre an einer Grenze der Röhre bei jeder Iteration; und Anpassen der Röhre an den Atemweg, indem der bestimmte innere Radius und äußere Radius verwendet werden, wobei der innere Radius der angepassten Röhre der halbe Durchmesser des Atemweglumens ist, und der äußere Durchmesser der angepassten Röhre minus dem inneren Durchmesser der eingepassten Röhre die Dicke der Atemwegwand ist.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Arterie identifiziert und der Durchmesser der Arterie bestimmt wird durch Markieren von Regionen hoher Intensität in einer Querschnittsebene des Bronchialbaums, Berechnen einer Bewertung basierend auf einer Rundheit der Region, Ähnlichkeit mit dem Atemweg und einer Nähe zu dem Atemweg, wobei eine Region mit der größten Bewertung die Arterie ist; und Berechnen eines mittleren Abstands von einem Zentrum der Arterie zu Grenzpunkten der Arterie, wobei der mittlere Abstand der halbe Durchmesser der Arterie ist.
Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, wobei der Verjüngungsindex bestimmt wird durch Ausdrücken des Durchmessers des Atemweglumens als Funktion von Voxeln entlang eines Wegs von einer Luftröhre zu einem Anschlusszweig des Bronchialbaums entlang welchem der Atemweg liegt; und Berechnen eines Anstiegs des Durchmessers des Atemweglumens entlang des Wegs, wobei der Verjüngungsindex in Beziehung steht zu dem berechneten Anstieg.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem das erste Verhältnis, das zweite Verhältnis und der Verjüngungsindex bewertet werden durch Setzen einer Bewertung des ersten Verhältnisses gemäß einem Wert des ersten Verhältnisses; Setzen einer Bewertung des zweiten Verhältnisses gemäß einem Wert des zweiten Verhältnisses; und Setzen einer Bewertung des Verjüngungsindex gemäß einem Wert des Verjüngungsindex.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner mit Farbkodieren des ersten Verhältnisses, des zweiten Verhältnisses und des Verjüngungsindex jeweils gemäß dem Wert des ersten Verhältnisses, zweiten Verhältnisses und Verjüngungsindex.