DE102009007360B4

DE102009007360B4 - Verfahren und Visualisierungseinrichtung zur Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche in einem Organ sowie zugehöriges Computerprogramm

Info

Publication number: DE102009007360B4
Application number: DE102009007360A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr. Gündel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: DE102009007360A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche in einem Organ (O) im Rahmen einer Eingriffssimulation, die mit einer Anzahl von durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereichen (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) korrespondieren, mit den folgenden Schritten:
– Einspeisung von Bilddaten (BD), die die Struktur des Organs (O) ganz oder in Teilen repräsentieren, in eine Visualisierungseinrichtung (3),
– Identifizierung (J) der Anzahl von durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereichen (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) in den Bilddaten (BD),
– automatische Identifizierung von Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) und Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) auf Basis der Bilddaten (BD), welche Ziel-Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) bestimmte Ziel-Teilbereiche...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche in einem Organ, die mit einer Anzahl von Ziel-Teilbereichen des Organs korrespondieren. Außerdem betrifft sie eine Visualisierungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
In der klinischen Praxis ist es oftmals notwendig, Ziel-Teilbereiche eines Organs durch gezielte Blockade von der Versorgung abzubinden und dadurch den verbleibenden Bereichen des Organs die Möglichkeit zur räumlichen Ausdehnung zu geben. Insbesondere ist dies die Praxis bei der Behandlung von Lungen, deren Lungenbläschen teilweise von sogenannten ”chronic obstructive pulmonary diseases” (COPD) betroffen sind, d. h. von Erkrankungen, bei denen Lungenbläschen zerstört oder blockiert sind. Solche Lungenerkrankungen entstehen durch äußere Einflüsse wie Rauchen oder Umweltgifte. Bei einem Emphysem etwa werden die Lungenbläschen zerstört, eine Blockade von Lungenbläschen hingegen entsteht durch Einlagern eingeatmeter Stoffe, etwa von Asbest (sogenannte Asbestose). Die gezielte Blockade von Teilbereichen der Lunge dient dem Stilllegen dieser (Ziel-)Teilbereiche, die danach langsam kollabieren und so Raum im Brustbereich schaffen für die Ausbreitung des verbleibenden (gesunden) Gewebes, was somit indirekt die Sauerstoffversorgung des Patienten verbessert.
Die US 2008/0118121 A1 beschäftigt sich mit der Untersuchung von Blockadepunkten einer unerwünschten, weil krankheitsbedingten Blockade und mit den Auswirkungen einer solchen Blockade auf betroffene Regionen des Organs.
Die Untersuchung der Lunge mit Hilfe von bildgebenden Verfahren sowie die Analyse dieser Bilddaten ist beispielsweise aus folgenden Schriften bekannt:

Die DE 10 2006 043 347 A1 beschreibt ein Verfahren zum Visualisieren von Atemwegen in Thoraxbildern. Dabei wird eine Distanzkarte eines segmentierten Bronchialbaums berechnet und der segmentierte Bronchialbaum dreidimensional unter Verwendung von Farbkodierungen visualisiert.
Auch die US 2005/0240094 A1 beschreibt eine farbkodierte Ausgabe einer Baumstruktur einer Lunge und ihrer Blutgefäße, wobei hier Komponenten innerhalb der Baumstruktur farbig. angezeigt werden. Bei dem in dieser Schrift behandelten Verfahren werden Verschlüsse in den Blutgefäßen der Lunge, also eine Lungenembolie, angezeigt.
Die Artikel Negandar, M. et al.: ”Path Planning for Virtual Bronchoscopy”. In: Proceedings of the 28^th IEEE EMBS Annual International Conference, New York City, USA, 29.08–03.09. 2006, S. 156–159 und Kiraly, A. P., et al.: ”Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy”. In: IEEE Transactions an Medical Imaging, Vol. 23, 9, September 2004, S. 1365–1379 befassen sich beide mit der Pfadplanung in einer Baumstruktur einer Lunge anhand von Bilddaten.
Dass eine Lunge von COPD betroffen ist, kann durch Messung der Ein- und Ausatemvolumina ermittelt werden oder mit Hilfe bildgebender Methoden, beispielsweise der Röntgenbildgebung. Auf Basis von in Bildgebungsverfahren akquirierten Bilddaten kann ein geübter Behandler außerdem festlegen, an welchen Orten eines Organs – hier also der Lunge – er eine Blockade setzen muss, um die betroffenen Ziel-Teilbereiche von der Versorgung (hier der Atemluftversorgung) abzubinden. Diese rein auf der Berufserfahrung von Behandlern basierende Methode birgt jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die durch sie generierten Effekte im Vorhinein nur sehr unzureichend abschätzbar sind, so dass sie ein hohes Fehlerpotenzial aufweisen. Insbesondere ist nicht zuverlässig von vorneherein absehbar, welcher Anteil des Lungengewebes bei einer Blockade an einem bestimmten Blockadepunkt kollabiert und welcher Teil bereich gesunden Lungengewebes dadurch mit betroffen ist. Ebenso wenig ist klar, ob mit der Blockademaßnahme alles kranke Gewebe abgebunden würde und andersherum, ob nach der Blockade noch ausreichend viel gesundes Gewebe verbleibt. Zuletzt ist es schwierig zu erkennen, wie man einen in den Bilddaten ausgewählten Blockadepunkt mittels invasiver Verfahren erreichen kann.
Es ist daher Aufgabe der folgenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit deren Hilfe eine Ermittlung und Visualisierung möglicher Blockadepunkte bzw. -bereiche in einem Organ erreicht werden kann, bei der einem Benutzer zusätzliche bzw. exaktere Informationen über die Auswirkungen und/oder die Praktikabilität einer Blockade an diesen Punkten bzw. Bereichen an die Hand gegeben werden. Dies soll vorzugsweise möglichst automatisiert erfolgen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Visualisierungseinrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst sowie durch ein Computerprogramm gemäß dem Anspruch 16.
Demgemäß weist ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art mindestens folgende Schritte auf:

– Einspeisung von Bilddaten, die die Struktur des Organs ganz oder in Teilen repräsentieren, in eine Visualisierungseinrichtung,
– Identifizierung der Anzahl von Ziel-Teilbereichen des Organs in den Bilddaten,
– automatische Identifizierung von Versorgungssträngen des Organs und Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen auf Basis der Bilddaten, wobei die Ziel-Versorgungsstränge bestimmte Ziel-Teilbereiche versorgen, und
– automatische Ableitung und Anzeige der möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche innerhalb der Ziel-Versorgungsstränge, bei deren Blockade die bestimmten Ziel-Teilbereiche von der Versorgung abgeschnitten sind.

Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens sind also strukturelle Bilddaten, die vorzugsweise einem Tomographiesystem, beispielsweise einem Computer- oder einem Magnetresonanztomographen entstammen. In diesen Bilddaten werden Ziel-Bereiche des Organs identifiziert, wobei diese Identifizierung bevorzugt automatisiert erfolgt, d. h. mit Hilfe von Erkennungsalgorithmen.
Den Ziel-Bereichen werden Ziel-Versorgungsstränge zugeordnet, also Versorgungsverbindungen, die vom Anfangspunkt des Organs zum Ziel-Teilbereich führen und diesen mit Stoffen versorgen und/oder aus dem Ziel-Teilbereich Stoffe entsorgen. Ein Versorgungsstrang kann auch Verästelungen umfassen, beispielsweise der Bronchialbaum des hier erwähnten Lungengewebes oder die feinen Kappilaren einer Arterie oder Vene.
In diesen Ziel-Versorgungssträngen werden nach ihrer Identifizierung automatisch mögliche Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche gesetzt und angezeigt: Hierzu ist anzumerken, dass eine Versorgungsblockade der Ziel-Teilbereiche meist durch Blockieren an mehreren unterschiedlichen Blockadepunkten oder gar -bereichen eines Ziel-Versorgungsstrangs erfolgen kann. Die Auswahl, welche der möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche angezeigt werden, hängt, wie im Folgenden erläutert wird, vom Anwendungsgebiet bzw. dem Ziel-Teilbereich des Organs ab.
Im Endeffekt wird also vollkommen automatisch angezeigt, wo im Versorgungsstrang möglicherweise eine Blockade gesetzt werden kann, um eine Versorgung des Ziel-Teilbereichs zu unterbinden. Dadurch erhält ein Behandler nach seiner Diagnose komfortabel einen weiteren Ausgangspunkt, auf dessen Basis er über sein weiteres Vorgehen entscheiden kann.
Eine analog ausgebildete erfindungsgemäße Visualisierungseinrichtung zur automatischen Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche weist mindestens auf:

– Eine Eingangsschnittstelle für Bilddaten, die Struktur des Organs ganz oder in Teilen repräsentieren,
– eine Teilbereichs-Identifizierungseinheit zur Identifizierung der Ziel-Teilbereiche des Organs in den Bilddaten,
– eine Versorgungsstrang-Identifizierungseinheit zur Identifizierung von Versorgungssträngen des Organs und Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen auf Basis der Bilddaten, und
– eine Ableitungs- und Anzeigeeinheit zur Ableitung und Anzeige der möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche innerhalb der Ziel-Versorgungsstränge und zur Generierung von Blockadeinformationen zu diesen möglichen Versorgungsblockadepunkten und/oder -bereichen.

In die Ableitungs- und Anzeigeeinheit kann eine Visualisierungseinrichtung, beispielsweise ein Rechnermonitor oder ein Drucker integriert sein; sie kann jedoch auch über eine Ausgangsschnittstelle eine externe Visualisierungseinrichtung ansteuern. Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Teilbereichs-Identifizierungseinheit, die Versorgungsstrang-Identifizierungseinheit und die Ableitungs- und Anzeigeeinheit, ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden.
Auch die Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardwarekomponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise wenn die Daten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvor richtung einer anderen Bildbearbeitungseinheit oder dergleichen, übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen auch aus Hardware- und Softwarekomponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardwareschnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird.
Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogramm das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird. Dies ist insoweit vorteilhaft, da durch eine Softwareinstallation auch bereits vorhandene geeignete, in der Medizintechnik eingesetzte Bildbearbeitungssysteme, beispielsweise eine Bildrekonstruktions- und/oder Bildverarbeitungsseinrichtung zur Erzeugung oder Bearbeitung der Bilddaten des Organs, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht nachgerüstet werden können. Diese Bildbearbeitungssysteme können auch Bestandteil der bildgebenden Systeme sein, mit denen die benötigten Bilddaten akquiriert werden.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die Visualisierungseinrichtung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein.
Bevorzugt umfassen die Bilddaten Volumenbilddaten eines das Organ mindestens teilweise umfassenden Gewebevolumens. Das Organ und/oder Versorgungsstränge des Organs werden dann vorzugsweise daraus segmentiert. Eine solche Segmentierung ermöglicht die Darstellung des Organs und/oder seiner Versorgungsstränge separat von anderen Bereichen der Volumenbilddaten, beispielsweise einer Lunge ohne die Bilder des Brustkorbs. Die Visualisierung wird dadurch einfacher und über sichtlicher, ebenso wie ein eventuelles Navigieren in den Bilddaten.
Dabei werden die Versorgungsstränge des Organs besonders bevorzugt mindestens teilweise separat vom restlichen Gewebe des Organs segmentiert und/oder angezeigt. Hierdurch ist es möglich, die Funktionsbereiche des Organs, beispielsweise die Lungenbläschen einer Lunge, bilddatenmäßig separat von den Versorgungssträngen (hier der Bronchien) anzuzeigen, zu markieren oder anderweitig auszuwerten. Da im Rahmen der Erfindung die Funktionsbereiche einerseits und die Versorgungsstränge andererseits betrachtet werden und erst in einen lokalen Funktionszusammenhang gestellt werden, ist diese Vorgehensweise besonders unterstütztend und effektiv.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Organ einer Histogramm-Analyse unterzogen, und es werden dabei aus dem Histogramm unterschiedliche Gewebekategorien abgeleitet, von denen eine Gewebekategorie zur Definition der Ziel-Teilbereiche verwendet wird. Die Histogramm-Analyse bietet die Möglichkeit einer aussagekräftigen quantitativen Auswertung der Bilddaten in Hinblick auf die Funktionsfähigkeit von Gewebebereichen. So sind im Computertomogramm gesunde Lungenbereiche dadurch erkennbar, dass sie einen Hounsfield-Wert um etwa –950 HU aufweisen. Dies entspricht dem mittleren Schwächungswert von gesundem Gewebe mit typischer Atemluftfüllung. Liegt der Hounsfield-Wert darunter, so kann von zerstörtem Lungengewebe ausgegangen werden, da bei krankem bzw. teilweise zerstörtem Gewebe die Luftbestandteile höher sind. Eingelagerte Stoffe weisen typischerweise Hounsfield-Werte über –400 HU auf. Auf Basis eines Histogramms unter Verwendung von Auswertealgorithmen, die diese Erfahrungswerte nutzen, kann also effektiv zwischen krankem und gesundem Gewebe unterschieden werden. Dazu wird bevorzugt eine Histogramm-Analyse angewandt, die ein Schwellenwert-Verfahren umfasst. Als Schwellenwerte können dabei beispielsweise die eben genannten Hounsfield-Werte (bzw. aus ihnen abgeleitete Schwellenwerte) dienen, um eine einfache automatisierte Diskriminierung von gesundem und befallenem Gewebe und von Fremdstoffen zu ermöglichen. Ein in einer solchen Histogramm-Analyse erkanntes befallenes Gewebe kann beispielsweise als Ziel-Teilbereich definiert werden.
Die aus der Histogramm-Analyse abgeleiteten Teilbereiche des Organs können dann bevorzugt in Anhängigkeit von den jeweils vorliegenden Gewebekategorien definiert und graphisch codiert dargestellt werden. Beispielsweise kann dies mit Hilfe einer Farb- oder Helligkeitskodierung erfolgen, aber auch durch Verwendung unterschiedlicher hinterlegter Schraffuren oder anderer geeigneter graphischer Visualisierungsmöglichkeiten.
Bevorzugt werden die möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche an Orten in den Ziel-Versorgungssträngen identifiziert, von denen aus eine Versorgung mehrerer Ziel-Teilbereiche erfolgt. Mit anderen Worten soll einem Behandler die Möglichkeit angezeigt werden, wie durch Blockieren der Versorgung an einem Punkt bzw. in einem Bereich mehrere Ziel-Teilbereiche gleichzeitig von der Versorgung abgeschnitten werden können. Die Auswahl der Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche nach diesem Kriterium ermöglicht es also, bei Vorliegen mehrerer voneinander unabhängiger Ziel-Teilbereiche durch eine gezielte Maßnahme des Zusammenfassens von Ziel-Teilbereichen die Menge der zu blockierenden Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche zu reduzieren. Besonders bevorzugt wird ein möglicher Versorgungsblockadepunkt oder -bereich an einem Ort in den Ziel-Versorgungssträngen identifiziert, von dem aus die Versorgung aller Ziel-Teilbereiche erfolgt. In diesem Falle könnten also durch Blockieren der Versorgung an diesem einen Punkt alle Ziel-Teilbereiche gleichzeitig erfasst werden, was die Effektivität eines möglichen Eingriffs optimiert.
Neben der Effektivität eines solchen möglichen Eingriffs ist ein weiterer Gesichtspunkt bei der Auswahl geeigneter Blockadepunkte bzw. -bereiche die möglichst vollständige Erhaltung von Teilbereichen des Organs, die nicht zu den Ziel-Teilbe reichen gehören, in der Regel also von gesundem Restgewebe. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass mögliche Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche an Orten in den Ziel-Versorgungssträngen identifiziert werden, von denen aus eine Versorgung eines kleinstmöglichen Volumens von Teilbereichen des Organs erfolgt, die außerhalb der Ziel-Teilbereiche liegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient in erster Linie einem Behandler nach der zuvor erfolgten grundsätzlichen Diagnose als Handreichung für Vorüberlegungen zu einer geeigneten Eingriffsmethode. Deshalb steht ihm Vordergrund vieler Überlegungen in diesem Zusammenhang die Art der optimalen Visualisierung der Verfahrensergebnisse. Sie umfasst bevorzugt das gesamte Organ und/oder die Ziel-Teilbereiche und/oder die Versorgungsblockadepunkte bzw. -bereiche und/oder die Ziel-Versorgungsstränge, besonders bevorzugt all diese Elemente gemeinsam. Bei Veränderungen der Parameter (beispielsweise der Orte der Versorgungsblockadepunkte bzw. -bereiche) wird die Darstellung bevorzugt automatisch aktualisiert. Ein Benutzer erhält durch diese möglichst vollumfängliche und aktuelle Visualisierung den best möglichen Überblick, was geschehen würde, wenn ein Versorgungsblockadepunkt bzw. -bereich ausgewählt wird. Die Visualisierung zeigt also das Ergebnis einer Eingriffs-Simulation, in der ein Eingriffs-Szenario (virtuell) simuliert wird. Unterstützend kann im Rahmen der Visualisierung eine graphische Kodierung (analog zur oben näher aufgeführten Kodierung) der Ziel-Teilbereiche und/oder der Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche und/oder der Blockade-Versorgungsbereiche vorgesehen sein. Als Blockade-Versorgungsbereiche werden dabei die Teilbereiche des Organs verstanden, die bei einer Blockade an einem bestimmten Versorgungsblockadepunkt bzw. -bereich nicht mehr versorgt würden.
Da das Verfahren, wie erwähnt, mehrere unterschiedliche und üblicherweise im Effekt gegengerichtete Gesichtspunkte bei der Wahl des optimalen Versorgungsblockadepunkts bzw. -bereichs zu berücksichtigen hat, kann, beispielsweise durch Hin- und Herschalten zwischen unterschiedlichen Blockadeszenarien ein nochmals verbesserter Eindruck des Behandlers von der Gesamtsituation und den geeigneten Maßnahmen entstehen.
Im Rahmen der Szenariobildung ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn von einer Versorgungsblockade an den möglichen Versorgungsblockadepunkten und/oder -bereichen betroffene Blockade-Versorgungsbereiche des Organs ermittelt werden. Die Informationen über diese Blockade-Versorgungsbereiche können dabei beispielsweise Daten umfassen, die sich (absolut oder relativ) auf ihren prozentualen Anteil am Gesamtgewebe des Organs (beispielsweise an seinem Volumen) beziehen. Ein weiterer Indikator besteht in der Verteilung von Ziel-Teilgewebe und restlichem Gewebe innerhalb des Blockade-Versorgungsbereichs, ebenfalls absolut oder relativ angegeben und vorzugsweise wiederum in Bezug auf das Volumen. Solche Angaben geben Aufschluss über das Ausmaß der Auswirkungen eines möglichen Eingriffs in das Organ an einem bestimmten Blockadepunkt bzw. -bereich.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Pfadermittlung vor von einem Pfad-Anfangspunkt (z. B. Anfangspunkt des Versorgungsstrangs oder Einstichpunkt) auf der in Bezug auf einen möglichen Versorgungsblockadepunkt und/oder -bereich einem Ziel-Teilbereich entgegengesetzten Seite der Versorgungsstränge des Organs bis zu diesem Versorgungsblockadepunkt und/oder -bereich und eine Pfadanzeige eines durch die Pfadermittlung ermittelten Pfades. Die Kenntnis eines solchen Pfads, der beispielsweise vom Eingang des Organs (im Beispiel der Lunge wäre dies die Einmündung der Luftröhre in die Bronchien) oder von einem möglichen Einstichpunkt eines Instruments bis zu einem angezeigten möglichen Versorgungspunkt führt, dient wiederum in erster Linie der Einschätzung der Situation für einen Behandler: Er kann dadurch bei der Wahl des geeigneten Blockadepunkts bzw. -bereichs auch die Schwierigkeiten beim Zugang zu diesem Punkt bzw. Bereich mit berücksichtigen. Gleichzeitig kann ihm der angezeigte Pfad als eine Art ”Wegweiser” dienen, wenn er sich für einen bestimmten Eingriff entscheidet. Zur besseren Orientierung des Benutzers ist dabei vorzugsweise eine Navigation im virtuellen Flug vorgesehen, wobei mindestens für die Bereiche der Abzweigungen zwischen mehreren Versorgungssträngen automatisch Bilder des virtuellen Fluges generiert und dem Bediener für einen Eingriff zur Verfügung gestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient also insgesamt der Information von Behandlern. Wichtig ist dabei nicht in erster Linie, eine exakte Vorgabe für einen Eingriff zu geben, sondern eine Art ”Landkarte” des Organs abzubilden, auf der bestimmte Elemente (Ziel-Teilgewebe und Versorgungsstränge) vorgegeben sind und andere (Blockadepunkte bzw. -bereiche) vorgeschlagen werden. Es werden daher bevorzugt die Orte der möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche an einen Bediener zur Modifikation oder Bestätigung ausgegeben. Der Bediener bekommt also nicht mehr als einen Vorschlag für Blockadepunkte bzw. -bereiche, den er annehmen kann oder so modifiziert, dass sie seinen eigenen Anforderungen genügen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Visualisierungselemente (graphische Hinterlegung etc.) aufgrund seiner Modifikation angepasst werden, vorzugsweise simultan zu seiner Modifikationstätigkeit.
In einem letzten Schritt können vorteilhafterweise Informationen über die möglichen Versorgungsblockadepunkte und/oder -bereiche als Ausgangsdaten für eine Steuerung eines invasiven Eingriffs im Organ zur Verfügung gestellt werden. Es besteht also eine Schnittstelle zwischen der Visualisierungeinrichtung und einem Steuerungssystem für einen invasiven Eingriff, über die die im erfindungsgemäßen Verfahren generierten Informationen direkt oder indirekt übergeben werden können, um Datenverluste oder Missverständnisse möglichst komplett ausschließen zu können.
Wie bereits ausführlich dargelegt, entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren seine volle Bandbreite an Vorteilen, wenn das Organ eine Lunge umfasst. Sie ist ein typisches Organ, bei dem eine lokale Versorgungsblockade möglich ist und bei dem dadurch ein positiver Effekt dadurch auftritt, dass nicht versorgte Bereiche kollabieren, wodurch mehr Raum für nichtkollabierte Bereiche frei wird. Zudem ist sie in sich ein äußerst kompliziertes Gebilde, dessen Versorgungsstrukturen und Status ohnehin nur sinnvoll mit Hilfe bildgebender Verfahren wie der Computertomographie oder der Magnetresonanztomographie untersucht werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Lunge mit Versorgungssträngen und Elementen einer Visualisierung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 eine schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Visualisierungseinheit.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch abgebildet.
Aus einem Datenpool 1, beispielsweise einem Datenspeicher für Bilddaten einer Tomographie-Anlage, werden Bilddaten BD eines Untersuchungsobjekts, beispielsweise einer Lunge, bezogen und einer allgemeinen Segmentierung im Segmentierungs-Verfahrensschritt S_ges unterzogen. Dieser Verfahrensschritt S_ges umfasst den Segmentierungsschritt S₁ der Segmentierung des Funktions gewebes der Lunge, also der Lungenbläschen, und den Segmentierungsschritt S₂ der Segmentierung der Bronchien, also der Versorgungsstränge der Lunge. In den segmentierten Bilddaten des Funktionsgewebes werden in einem Identifizierungsschritt J die Gewebebereiche mittels einer Histogramm-Analyse ermittelt, die einen Krankheits- bzw. Beschwerdebefund aufweisen, d. h. Ziel-Teilbereiche der Lunge, die ggf. durch eine Versorgungsblockade kollabiert werden sollen. Diesen Ziel-Teilbereichen werden in einem Ableitungsschritt F innerhalb der Versorgungsstränge mögliche Blockadepunkte bzw. -bereiche bestimmt. In einem Bestimmungsschritt G wird ermittelt, welche Gewebebereiche von einer Blockade an den ermittelten Blockadepunkten bzw. -bereichen betroffen wären. Beispielsweise können absolute und/oder relative Angaben zu den durch die Blockade unversorgten Blockade-Versorgungsbereichen gemacht werden bzw. Angaben zum Verhältnis zwischen Anteilen gesunder und kranker Anteile der Blockade-Versorgungsbereiche. In einem Visualisierungsschritt H werden einzelne oder alle Ergebnisse der Segmentierungsschritte S₁, S₂, S_ges, des Identifizierungsschritts J, des Ableitungsschritts F und des Bestimmungsschritts G einem Bediener graphisch aufbereitet, vorzugsweise mit der Möglichkeit für diesen Benutzer zur Modifikation und/oder Rückbestätigung angezeigter Blockadepunkte bzw. -bereiche.
In 2 ist ein Teil eines Organ O, nämlich einer menschlichen Lunge, schematisch dargestellt. Sie wird durch eine Bronchie mit einer verästelten Struktur von Versorgungssträngen V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b mit Atemluft versorgt. Die Bezugszeichen der Versorgungsstränge V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b sind nummeriert nach dem Grad der Verästelung und innerhalb eines jeden Verästelungsgrads von links nach rechts mit kleinen Buchstaben in alphabetische Reihenfolge benannt. Weiterhin sind drei Ziel-Teilbereiche Z₁, Z₂, Z₃ der Lunge O erkennbar, die krankes (mit einer COPD befallenes) Lungengewebe darstellen. Der Ziel-Teilbereich Z₁ wird über die Versorgungsstränge V₁, V_2a, V_3a, V_4a mit Atemluft ver sorgt, der Ziel-Teilbereich Z₂ über die Versorgungsstränge V₁, V_2a, V_3a, V_4b sowie V_5a und V_5b gemeinsam. Die Versorgung des Ziel-Teilbereichs Z₃ erfolgt über die Versorgungsstränge V₁, V_2b, V_3d, V_4f.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens (vgl. 1) sollen nun folgende Fragen beantwortet werden:

1) An welchen Stellen muss der Bronchialbaum blockiert werden, um die Ziel-Teilbereiche Z₁, Z₂, Z₃ von der Versorgung abzukoppeln?
2) Welcher Anteil des Lungenvolumens kollabiert durch eine solche Blockade?
3) Wie groß ist der Anteil von krankem bzw. gesundem Anteil im kollabierten Volumen?
4) Welcher Anteil von krankem Lungenvolumen wird durch die Blockademaßnahme ggf. nicht erreicht?
5) Wie groß ist der nicht-blockierte Teil des Lungenvolumens?
6) Wie ist der Zugangsweg durch den Bronchialbaum zu dem Ort der Blockade?

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden hierzu zunächst mögliche Blockadepunkte A, B, B1, B2, C und D ermittelt und angezeigt. Aus der Bestimmung der Blockadepunkte A, B, C und D ergeben sich unterschiedliche mögliche Blockade-Versorgungsbereiche I, II, III, IV, während durch eine Blockade an den beiden Blockadepunkten B₁, B₂ praktisch nur der Ziel-Teilbereich Z₂ von der Versorgung abgeschnitten würde.
Die von den Blockadepunkten A, B und D versorgten Blockade-Versorgungsbereiche I, II, III, IV werden bestimmt und einem Benutzer angezeigt. Zusätzlich kann das kollabierte bzw. restliche Lungenvolumen als absolutes Volumen und/oder als Prozentsatz des Gesamtvolumens berechnet und angezeigt (vgl. Fragen 2 und 5). Auch gesundes Lungenvolumen wird über die zu blockierende Bronchie versorgt. Das kollabierende Lungenvolumen wäre demnach größer als das kranke Volumen der Ziel-Teilbereiche Z₁, Z₂, Z₃. Die entsprechenden Zahlenwerte können ge mäß den Fragen 2 und 3 dem Bediener ebenfalls ausgegeben werden. Würden beispielsweise nur Blockaden an den Blockadepunkten A und B durchgeführt, d. h. der vom Punkt D aus versorgte Bereich würde ignoriert, so kollabierte der Blockade-Versorgungsbereich IV nicht (vgl. Frage 4).
Bei der in 2 dargestellten Situation stellt sich die Frage, ob statt der zwei Blockaden an den Blockadepunkten A und B ein schonenderer Eingriff durch eine einzelne Blockade an Blockadepunkt C sinnvoller ist. In Abhängigkeit von den ermittelten Werten zum dadurch mit blockierten gesunden Gewebe bzw. zum Anteil des blockierten Gewebes am Gesamtgewebe kann ein Bediener seine Entscheidung selbst treffen, d. h. den Blockadepunkt seiner Wahl nach eigenem Ermessen setzen. Bevorzugt werden die entsprechenden Zahlenwerte für die unterschiedlichen Szenarios dynamisch ermittelt, damit er ableiten kann, welche Methode ihm als geeigneter erscheint.
Im Alltag sind befallene Gewebebereiche nicht immer so wie in 2 gezeigt in zusammenhängenden Bereichen. Oft sind einzelne Ziel-Teilbereiche über ein Organ verteilt oder die Bereiche enthalten ein mehr oder weniger homogenes Gemisch von „kranken” und „gesunden” Gewebebereichen. Im Endeffekt liegt es im Ermessen des Bedieners, interaktiv Ziel-Teilbereiche zu definieren und/oder dabei bestimmte (beispielsweise kleinere) kranke Gewebebereiche mit einzubeziehen oder ausschließen. Aufgrund der unmittelbar berechneten und angezeigten Zahlenwerte (vgl. Fragen 1–5) erhält er das Feedback für seine Auswahl.
Außerdem können in Abhängigkeit von den möglichen Blockadepunkten A, B, B₁, B₂, C, D Pfade P_A, P_B, P_B1, P_B2, P_C, P_D ermittelt und angezeigt werden. Sie führen von einem Pfad-Anfangspunkt, hier dem Eingang PP in die Bronchien, zum jeweiligen möglichen Blockadepunkt A, B, B₁, B₂, C, D. Dies ist ein möglicher Zugangsweg für einen invasiven Eingriff über die Luftröhre zu den Blockadepunkten A, B, B₁, B₂, C, D (vgl. Frage 6). Durch die Bilddaten kann ein Benutzer beispielsweise mit virtuellem Flug navigieren. Für den Bereich der Abzweigungen zwischen mehreren Versorgungssträngen können automatisch Bilder dieses virtuellen Fluges generiert und dem Bediener für einen Eingriff zur Verfügung gestellt werden.
3 zeigt eine Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Visualisierungseinrichtung 3. Sie umfasst eine Eingangsschnittstelle 5 für Bilddaten BD, eine Teilbereichs-Identifizierungseinheit 7, eine Versorgungsstrang-Identifizierungseinheit 9, eine Ableitungs- und Anzeigeeinheit 11 und eine Graphikschnittstelle 13 zur Weitergabe von Blockadeinformationen BI.
Über die Eingangsschnittstelle 5 werden Bilddaten BD, die die Struktur des Organs O ganz oder in Teilen repräsentieren eingespeist. In diesen Bilddaten BD identifiziert die Teilbereichs-Identifizierungseinheit 7 automatisch die Ziel-Teilbereiche Z₁, Z₂, Z₃ des Organs O und generiert so Ziel-Teilbereichs-Informationen ZT, während die Versorgungsstrang-Identifizierungseinheit 9 die Versorgungsstränge V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b des Organs O identifiziert und darin eine Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b, die die Ziel-Teilbereiche Z₁, Z₂, Z₃ versorgen, trifft. Daraus resultieren Versorgungsstrang-Auswahlinformationen VS. Die Ableitungs- und Anzeigeeinheit 11 leitet daraus die möglichen Versorgungsblockadepunkte A, B, B1, B2, C, D ab und zeigt sie an. Alternativ können auch ganze Versorgungsblockadebereiche (in 2 nicht gezeigt) abgeleitet und angezeigt werden. Die Informationen über mögliche Versorgungsblockadepunkte A, B, B1, B2, C, D bzw. -bereiche in Form von Blockadeinformationen BI werden über die Graphikschnittstelle 13 weitergeleitet, beispielsweise an ein Visualisierungsmedium wie einen Rechnermonitor 15.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Vorrichtung lediglich um Ausfüh rungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Erfindung auch bei der Ermittlung im Rahmen von Versorgungsblockaden anderer Organe, insbesondere Hohlorgane verwendet werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zur automatischen Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche in einem Organ (O) im Rahmen einer Eingriffssimulation, die mit einer Anzahl von durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereichen (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) korrespondieren, mit den folgenden Schritten: – Einspeisung von Bilddaten (BD), die die Struktur des Organs (O) ganz oder in Teilen repräsentieren, in eine Visualisierungseinrichtung (3), – Identifizierung (J) der Anzahl von durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereichen (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) in den Bilddaten (BD), – automatische Identifizierung von Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) und Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) auf Basis der Bilddaten (BD), welche Ziel-Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) bestimmte Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) versorgen, – automatische Ableitung (F) und Anzeige (H) der möglichen Versorgungsblockadepunkte (A, B, B1, B2, C, D) und/oder -bereiche innerhalb der Ziel-Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b), bei deren Blockade die bestimmten Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) von der Versorgung abgeschnitten würden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Bilddaten (BD) Volumenbilddaten eines das Organ (O) mindestens teilweise umfassenden Gewebevolumens umfassen und dass das Organ (O) und/oder Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, U_4e, U_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) daraus segmentiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) mindestens teilweise separat vom restlichen Gewebe des Organs (O) segmentiert und/oder angezeigt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Organ (O) einer Histogramm-Analyse unterzogen wird und dabei aus dem Histogramm unterschiedliche Gewebekategorien abgeleitet werden, von denen eine Gewebekategorie zur Definition der Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Histogramm-Analyse ein Schwellenwert-Verfahren umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem Teilbereiche des Organs (O) in Anhängigkeit von den jeweils vorliegenden Gewebekategorien definiert und graphisch codiert dargestellt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die möglichen Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche an Orten in den Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) identifiziert werden, von denen aus eine Versorgung mehrerer Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem ein möglicher Versorgungsblockadepunkt oder -bereich an einem Ort in den Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) identifiziert wird, von dem aus die Versorgung aller Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mögliche Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche an Orten in den Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) identifiziert werden, von denen aus eine Versorgung eines kleinstmöglichen Volumens von Teilbereichen des Organs (O) erfolgt, die außerhalb der Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) liegen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von einer Versorgungsblockade an den möglichen Versorgungsblockadepunkten (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereichen betroffene Blockade-Versorgungsbereiche (I, II, III, IV) des Organs (O) ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Pfadermittlung von einem Pfad-Anfangspunkt (PP) auf der in Bezug auf einen möglichen Versorgungsblockadepunkt (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereich einem Ziel-Teilbereich (Z₁, Z₂, Z₃) entgegen gesetzten Seite der Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) bis zu diesem Versorgungsblockadepunkt (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereich und eine Pfadanzeige eines durch die Pfadermittlung ermittelten Pfades (P_A, P_B, P_B1, P_B2, P_C, P_D).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Orte der möglichen Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche an einen Bediener zur Modifikation oder Bestätigung ausgegeben werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Informationen (BI) über die möglichen Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche als Ausgangsdaten für eine Steuerung eines invasiven Eingriffs im Organ (O) zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Organ (O) eine Lunge umfasst.
Visualisierungseinrichtung (3) zur automatischen Visualisierung möglicher Versorgungsblockadepunkte (A, B, B₁, B₂, C, D) und/oder -bereiche in einem Organ (O), die mit einer Anzahl von durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereichen (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) kor respondieren, und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend: – Eine Eingangsschnittstelle (5) für Bilddaten (BD), die die Struktur des Organs (O) ganz oder in Teilen repräsentieren, – eine Teilbereichs-Identifizierungseinheit (7) zur Identifizierung (J) der durch gezielte Blockade von einer Versorgung abzubindenden Ziel-Teilbereiche (Z₁, Z₂, Z₃) des Organs (O) in den Bilddaten (BD), – eine Versorgungsstrang-Identifizierungseinheit (9) zur Identifizierung von Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3b, V_3c, V_3d, V_4a, V_4b, V_4c, V_4d, V_4e, V_4f, V_5a, V_5b) des Organs (O) und Auswahl von Ziel-Versorgungssträngen (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) auf Basis der Bilddaten (BD), – eine Ableitungs- und Anzeigeeinheit (11) zur Ableitung und Anzeige der möglichen Versorgungsblockadepunkte (A, B, B1, B2, C, D) und/oder -bereiche innerhalb der Ziel-Versorgungsstränge (V₁, V_2a, V_2b, V_3a, V_3d, V_4a, V_4b, V_4f, V_5a, V_5b) und zur Generierung von Blockadeinformationen (BI) zu diesen möglichen Versorgungsblockadepunkten (A, B, B1, B2, C, D) und/oder -bereichen.
Computerprogramm, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Bildbearbeitungssystems mit einer Visualisierungseinrichtung gemäß Anspruch 15 ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Bildbearbeitungssystem ausgeführt wird.