DE102012218416A1 - Method for automatic detection of tumor, involves determining course of cross-sections of hollow organ along center line, selecting area of hollow organ, determining characteristic of selected area, and assessing characteristic of area - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur automatischen Detektion eines Tumors. The invention relates to a method and a system for the automatic detection of a tumor.
Die Untersuchung von Patienten zur Krebsvorsorge umfasst auch endoskopische Verfahren, um Hohlorgane wie den Darm auf Tumore hin zu untersuchen. Da die Endoskopie von vielen Patienten als unangenehm empfunden wird und auch eine Verletzungsgefahr birgt, sind in den vergangenen Jahren bildgebende Verfahren und Systeme zur virtuellen Endoskopie entwickelt worden. Die virtuelle Endoskopie beruht auf der räumlich-dreidimensionalen, kurz 3D, Bildgebung, beispielsweise mittels Computertomographie, kurz CT, oder Magnetresonanztomographie, kurz MRT. Dabei stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung um einen Bildkontrast zu erzeugen, beispielsweise kann der natürliche Kontrast zwischen Gewebe und Luft genutzt und/oder ein Kontrastmittel verwendet werden. Solche Verfahren der 3D-Bildgebung erlauben eine verzerrungsfreie 3D-Rekonstruktion des abgebildeten Volumens. Die virtuelle Endoskopie ermöglicht die Analyse der 3D-Rekonstruktion sowohl durch den Arzt als auch durch Methoden der Bildverarbeitung. Beispielsweise können Methoden der Bildverarbeitung den Arzt auf auffällige Bereiche aufmerksam machen. Die virtuelle Endoskopie des Darms wird auch als Kolonographie bezeichnet und hat sich mittlerweile zu einem Standardverfahren entwickelt. Ein Teil der Bildverarbeitung bei der Kolonographie ist die Bereitstellung einer Zentrallinie (auch als "Centerline" bezeichnet) entlang des Verlaufes des Darms. Eine solche Zentrallinie wird auch als Betrachterpfad bezeichnet, entlang der die Betrachtung der 3D-Rekonstruktion des Darmes erfolgt. Die Zentrallinie stellt also die Linie dar, entlang der sich der virtuelle Endoskopkopf bewegt. Examination of patients for cancer screening also includes endoscopic procedures to examine hollow organs such as the intestine for tumors. Since endoscopy is perceived as unpleasant for many patients and also carries a risk of injury, imaging techniques and systems for virtual endoscopy have been developed in recent years. Virtual endoscopy is based on spatially-three-dimensional, in short 3D, imaging, for example by means of computed tomography, CT for short, or magnetic resonance tomography, MRT for short. There are various options available to create an image contrast, for example, the natural contrast between tissue and air can be used and / or a contrast agent can be used. Such methods of 3D imaging allow a distortion-free 3D reconstruction of the imaged volume. Virtual endoscopy allows the analysis of 3D reconstruction both by the physician and by image processing methods. For example, image processing methods may alert the physician to conspicuous areas. The virtual endoscopy of the intestine is also referred to as colonography and has now become a standard procedure. Part of image processing in colonography is the provision of a central line (also called the "centerline") along the course of the intestine. Such a central line is also referred to as the observer path along which the 3D reconstruction of the intestine is viewed. The central line thus represents the line along which the virtual endoscope head moves.
Aus
Es ist Aufgabe der Erfindung die Detektion von Tumoren im Rahmen der virtuellen Endoskopie zu vereinfachen. It is an object of the invention to simplify the detection of tumors in the context of virtual endoscopy.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System gemäß Anspruch 12. The object is achieved by a method according to claim 1 and by a system according to
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte System als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf ein System gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet. The solution according to the invention will be described below with reference to the claimed system as well as with reference to the claimed method. Features, advantages or alternative embodiments mentioned herein are also to be applied to the other claimed subject matter and vice versa. In other words, the subject claims directed, for example, to a system may also be developed with the features described or claimed in connection with a method. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules.
Der Erfindung beruht auf einer 3D-Rekonstruktion eines Hohlorgans sowie auf der Bereitstellung wenigstens einer Zentrallinie des Hohlorgans in der 3D-Rekonstruktion. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde den Verlauf von Querschnitten des Hohlorgans entlang der Zentrallinie zu bestimmen und einen Bereich des Hohlorgans mittels des Verlaufs der Querschnitte auszuwählen, wobei der Bereich wenigstens eine geometrische Eigenschaft eines Tumors aufweist. Der Verlauf der Querschnitte des Hohlorgans erlaubt eine präzise Bestimmung der geometrischen Form der Wand des Hohlorgans und damit auch von Tumoren, die an dieser Wand wachsen. Da Tumore in Hohlorganen eine charakteristische Form aufweisen, lassen sich Tumore relativ einfach und genau durch ihre geometrischen Eigenschaften bestimmen. Die Auswahl eines Bereiches, der wenigstens eine geometrische Eigenschaft eines Tumors aufweist, dient der weiteren Untersuchung des Bereiches und vereinfacht damit die Detektion von Tumoren. The invention is based on a 3D reconstruction of a hollow organ and on the provision of at least one central line of the hollow organ in the 3D reconstruction. The invention is based on the idea to determine the course of cross sections of the hollow organ along the central line and to select a region of the hollow organ by means of the profile of the cross sections, wherein the region has at least one geometric property of a tumor. The course of the cross sections of the hollow organ allows a precise determination of the geometric shape of the wall of the hollow organ and thus also of tumors growing on this wall. Since tumors in hollow organs have a characteristic shape, tumors can be relatively easily and accurately determined by their geometric properties. The selection of an area which has at least one geometric property of a tumor serves to further investigate the area and thus simplifies the detection of tumors.
Die Erfindung umfasst weiterhin, dass die erste Bestimmung des Verlaufs von Querschnitten mittels im Wesentlichen senkrecht zur Zentrallinie orientierten Querschnittsflächen des Hohlorgans erfolgt. Sobald eine 3D-Rekonstruktion des Hohlorgans und eine Zentrallinie des Hohlorgans vorliegen, lassen sich daraus unmittelbar Querschnittsflächen berechnen, die im Wesentlichen senkrecht zur Zentrallinie orientiert sind. Eine solche Querschnittslinie erlaubt eine direkte Bestimmung von Querschnitten entlang verschiedener Achsen durch die Zentrallinie innerhalb der Querschnittsfläche. Dementsprechend lässt sich auch der Verlauf von Querschnitten entlang der Zentrallinie unmittelbar aus den Querschnittsflächen bestimmen. The invention further comprises that the first determination of the course of cross sections takes place by means of cross-sectional areas of the hollow organ oriented substantially perpendicular to the central line. As soon as a 3D reconstruction of the hollow organ and a central line of the hollow organ are present, it is possible to calculate directly cross-sectional areas which are oriented substantially perpendicular to the central line. Such a cross-sectional line allows a direct determination of cross-sections along different axes through the central line within the cross-sectional area. Accordingly, the course of cross sections along the central line can be determined directly from the cross-sectional areas.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine zweite Bestimmung wenigstens einer Eigenschaft des ausgewählten Bereiches, wobei die Eigenschaft zur Erkennung eines Tumors geeignet ist. Denn eine solche zweite Bestimmung ermöglicht den ausgewählten Bereich anhand einer weiteren Eigenschaft darauf hin zu testen, ob es sich bei dem ausgewählten Bereich um einen Tumor handelt. Damit erhöht die zweite Bestimmung die Zuverlässigkeit einer Diagnose, die auf das erfindungsgemäße Verfahren gestützt ist. Furthermore, the invention comprises a second determination of at least one property of the selected region, wherein the property is suitable for the detection of a tumor. Because such a second determination makes it possible to test the selected region by means of a further property to see whether it is the selected one Area around a tumor. Thus, the second determination increases the reliability of a diagnosis based on the method of the invention.
Weiterhin kann die zweite Bestimmung in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bestimmung der Signalstärke des ausgewählten Bereiches umfassen. Denn die Signalstärke kann in einem rekonstruierten Bild ein Indiz für einen Tumor sein, insbesondere wenn Kontrastmittel bei der Bildgebung benutzt werden. Furthermore, the second determination in the method according to the invention may include the determination of the signal strength of the selected region. Because the signal strength can be an indication of a tumor in a reconstructed image, especially if contrast agents are used in the imaging.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die zweite Bestimmung die Bestimmung wenigstens einer geometrischen Eigenschaft des ausgewählten Bereiches. Denn verschiedene geometrische Eigenschaften eines ausgewählten Bereiches können zur Diagnose sowie zur Planung einer weiteren Behandlung verwendet werden. In a further embodiment of the method, the second determination comprises the determination of at least one geometric property of the selected region. Because different geometric properties of a selected area can be used for diagnosis and for planning a further treatment.
Weiterhin umfasst die Erfindung die Registrierung wenigstens eines Teils der 3D-Rekonstruktion mit einer zweiten 3D-Rekonstruktion wenigstens eines Teils des Hohlorgans. Denn der Informationsgehalt zweier 3D-Rekonstruktionen kann durch Registrierung auf Konsistenz überprüft werden. Furthermore, the invention comprises the registration of at least part of the 3D reconstruction with a second 3D reconstruction of at least a part of the hollow organ. Because the information content of two 3D reconstructions can be checked for consistency by registering.
Weiterhin umfasst die Erfindung, dass die beiden 3D-Rekonstruktionen jeweils auf Aufnahmen mittels unterschiedlicher bildgebender Modalitäten beruhen. Daher können die erste und die zweite 3D-Rekonstruktion komplementäre Informationen enthalten, so dass weitere Analyseschritte anhand der registrierten Bilder zum Zweck der Diagnose durchführbar sind. Furthermore, the invention comprises that the two 3D reconstructions are each based on images by means of different imaging modalities. Therefore, the first and second 3D reconstruction may contain complementary information so that further analysis steps based on the registered images may be made for the purpose of diagnosis.
Weiterhin umfasst die Erfindung, dass die zweite 3D-Rekonstruktion auf einer Aufnahme mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) beruht, da PET besonders gut geeignet ist Tumore anhand ihrer Stoffwechselfunktionen zu identifizieren. Furthermore, the invention comprises that the second 3D reconstruction is based on a recording by means of positron emission tomography (PET), since PET is particularly well suited to identify tumors on the basis of their metabolic functions.
Weiterhin umfasst die Erfindung, dass auch basierend auf der zweiten 3D-Rekonstruktion ein Verfahren nach den zuvor genannten Ausführungsformen durchgeführt wird, also wenigstens umfassend eine erste Bestimmung eines Verlaufs von Querschnitten des Hohlorgans sowie einer Auswahl eines Bereiches des Hohlorgans sowie ggf. umfassend eine zweite Bestimmung wenigstens einer Eigenschaft des ausgewählten Bereiches. Die Registrierung zweier bereits analysierter 3D-Rekonstruktionen erlaubt es die Informationen der Analyse zu kombinieren. Wurden beispielsweise in beiden 3D-Rekonstruktionen der gleiche Bereich ausgewählt und übereinstimmende Formen des Bereiches bestimmt, spricht dies für eine korrekte Auswahl bzw. Bestimmung. Furthermore, the invention includes that a method according to the aforementioned embodiments is also carried out based on the second 3D reconstruction, ie at least comprising a first determination of a course of cross sections of the hollow organ and a selection of a region of the hollow organ and optionally comprising a second determination at least one property of the selected area. The registration of two already analyzed 3D reconstructions allows to combine the information of the analysis. If, for example, the same area was selected in both 3D reconstructions and matching shapes of the area were determined, this indicates a correct selection or determination.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Beurteilung der wenigstens einen bestimmten Eigenschaft des ausgewählten Bereiches dahingehend, ob es sich bei dem ausgewählten Bereich um einen Tumor handelt. Eine solche automatische Beurteilung erleichtert der behandelnden Person, beispielsweise einem Arzt, die abschließende Diagnose. Furthermore, the method according to the invention comprises the assessment of the at least one specific property of the selected area as to whether the selected area is a tumor. Such an automatic assessment makes it easier for the treating person, for example a doctor, to make the final diagnosis.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine visuelle Ausgabe des rekonstruierten Hohlorgans sowie wenigstens eines Teils der in den einzelnen Schritten des Verfahrens gewonnenen Informationen, wodurch die Informationen besonders einfach von einer behandelnden Person, beispielsweise einem Arzt, wahrgenommen und zum Zweck der Diagnose interpretiert werden können. Furthermore, the invention comprises a visual output of the reconstructed hollow organ as well as at least part of the information obtained in the individual steps of the method, whereby the information can be particularly easily perceived by a treating person, such as a doctor and interpreted for the purpose of diagnosis.
Das erfindungsgemäße System umfasst weiterhin eine Bestimmungseinheit, ausgelegt zu einer ersten Bestimmung eines Verlaufs von Querschnitten eines Hohlorgans entlang einer Zentrallinie, basierend auf einer 3D-Rekonstruktion des Hohlorgans sowie basierend auf der Bereitstellung wenigstens einer Zentrallinie des Hohlorgans in der 3D-Rekonstruktion. Das System umfasst weiterhin eine Auswahleinheit, ausgelegt zur Auswahl eines Bereiches des Hohlorgans mittels des Verlaufs der Querschnitte, wobei der Bereich wenigstens eine geometrische Eigenschaft eines Tumors aufweist. The system according to the invention furthermore comprises a determination unit designed for a first determination of a profile of cross sections of a hollow organ along a central line, based on a 3D reconstruction of the hollow organ and based on the provision of at least one central line of the hollow organ in the 3D reconstruction. The system further comprises a selection unit designed to select a region of the hollow organ by means of the profile of the cross sections, wherein the region has at least one geometric property of a tumor.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Bestimmungseinheit, die ausgelegt ist zu einer zweiten Bestimmung wenigstens einer Eigenschaft des ausgewählten Bereiches, wobei die Eigenschaft zur Erkennung eines Tumors geeignet ist. Furthermore, the invention comprises a determination unit which is designed for a second determination of at least one property of the selected area, the property being suitable for the detection of a tumor.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Registrierungseinheit, ausgelegt zur Registrierung wenigstens eines Bereiches der 3D-Rekonstruktion mit einer zweiten 3D-Rekonstruktion wenigstens eines Bereiches des Hohlorgans. Furthermore, the invention comprises a registration unit designed to register at least one area of the 3D reconstruction with a second 3D reconstruction of at least one area of the hollow organ.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Ausgabeeinheit, ausgelegt zur visuellen Ausgabe des rekonstruierten Hohlorgans sowie wenigstens eines Teils der in den einzelnen Schritten des Verfahrens gewonnenen Informationen. Furthermore, the invention comprises an output unit, designed for visual output of the reconstructed hollow organ as well as at least part of the information obtained in the individual steps of the method.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System eine Beurteilungseinheit, ausgelegt zur Beurteilung der wenigstens einen bestimmten Eigenschaft des ausgewählten Bereiches dahingehend, ob es sich bei dem ausgewählten Bereich um einen Tumor handelt. Furthermore, the system according to the invention comprises an assessment unit designed to assess the at least one specific property of the selected area in terms of whether the selected area is a tumor.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Bildverarbeitungseinheit, ausgelegt zur 3D-Rekonstruktion eines Hohlorgans sowie zur Bereitstellung wenigstens einer Zentrallinie des Hohlorgans in der 3D-Rekonstruktion. Furthermore, the invention comprises an image processing unit designed for 3D reconstruction of a hollow organ and for providing at least one central line of the hollow organ in the 3D reconstruction.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein bildgebendes Gerät, ausgelegt zur Aufnahme tomographischer Daten eines Hohlorgans, wodurch das erfindungsgemäße System zu einer integrierten Lösung ausgebaut wird, die auch die Vorraussetzungen zur Rekonstruktion einer 3D-Rekonstruktion des Hohlorgans erfüllt. Furthermore, the invention comprises an imaging device designed to record tomographic data of a hollow organ, whereby the system according to the invention is developed into an integrated solution, which also fulfills the prerequisites for the reconstruction of a 3D reconstruction of the hollow organ.
Das erfindungsgemäße System ist dazu ausgelegt die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte mit den entsprechenden Vorteilen durchzuführen. The system according to the invention is designed to carry out the method steps according to the invention with the corresponding advantages.
Es zeigen: Show it:
Eine solche 3D-Rekonstruktion bedarf der Aufnahme des Hohlorgans
Sowohl bei der MRT als auch bei der CT können Kontrastmittel zum Einsatz kommen, vor allem um einen spezifischen Kontrast zu erzeugen. Als Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel definiert, die die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Körpers bei bildgebenden Verfahren verbessern, beispielsweise indem sie im Rahmen einer CT Untersuchung die Röntgenabsorption oder im Rahmen einer MRT Untersuchung die Relaxationszeit ändern. Üblicherweise werden Kontrastmittel von sogenannten Tracern unterschieden. Hierbei handelt es sich um eine künstliche, oft radioaktiv markierte körpereigene oder körperfremde Substanz, die nach Einbringung in den lebenden Körper am Stoffwechsel teilnimmt und darüber unterschiedlichste Untersuchungen ermöglicht oder erleichtert. Tracer erlauben insbesondere die Darstellung von Stoffwechseleigenschaften. Im Rahmen der hier vorliegenden Anmeldung sind unter Kontrastmitteln sowohl konventionelle Kontrastmittel als auch Tracer zu verstehen. Bei der Aufnahme von Hohlorganen
Die 3D-Rekonstruktion des Hohlorgans
Eine wichtige Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bereitstellung einer Zentrallinie
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Querschnitte des Hohlorgans
Die Auswahl A eines Bereiches des Hohlorgans
Ein so ausgewählter Bereich dient der weiteren Analyse mit dem Ziel die Detektion von Tumoren
In einem weiteren Schritt erfolgt eine zweite Bestimmung B2 wenigstens einer Eigenschaft des ausgewählten Bereiches, wobei die Eigenschaft zur Erkennung eines Tumors
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren eine Registrierung R wenigstens eines Teils der 3D-Rekonstruktion mit einer zweiten 3D-Rekonstruktion wenigstens eines Teils des Hohlorgans
Die Diagnose durch einen behandelnden Arzt wird auch durch eine automatische Beurteilung Bu im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterstützt. Dabei wird wenigstens eine bestimmte Eigenschaft des ausgewählten Bereiches dahingehend beurteilt, ob es sich bei dem ausgewählten Bereich um einen Tumor
Weiterhin umfasst das System eine Bestimmungseinheit BE, ausgelegt zu einer ersten Bestimmung B1 eines Verlaufs
Weiterhin umfasst das System eine Auswahleinheit AE, ausgelegt zur Auswahl A eines Bereiches des Hohlorgans
Weiterhin umfasst das System eine Registrierungseinheit RE, ausgelegt zur Registrierung R wenigstens eines Bereiches der 3D-Rekonstruktion mit einer zweiten 3D-Rekonstruktion wenigstens eines Bereiches des Hohlorgans
Ist eine der hier genannten Einheiten in Form von Software ausgebildet, dann ist die Software so konfiguriert, dass sie mittels eines Computers
Es kann sich bei dem bildgebenden Gerät
Die Aufnahmen des bildgebenden Gerätes
Die Bildverarbeitungseinheit BvE sowie die Bestimmungseinheit BE können sowohl in Form von Hard- als auch von Software ausgebildet sein. Sowohl die Bildverarbeitungseinheit BvE als auch die Bestimmungseinheit BE können auf unterschiedlichen Geräten implementiert werden. Beispielsweise umfasst die Bildverarbeitungseinheit BvE eine Rekonstruktionseinheit, die als Teil des bildgebenden Gerätes
Der Computer
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können Verfahrensschritte in einer anderen als den angegebenen Reihenfolgen durchgeführt werden. While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, method steps can be carried out in a sequence other than that indicated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102004027709 B4 [0003, 0035] DE 102004027709 B4 [0003, 0035]
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CN117351317A (en) * | 2023-10-25 | 2024-01-05 | 中国人民解放军总医院第二医学中心 | Automatic identification method and system for last stool character picture |
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