DE69805209T2

DE69805209T2 - System und methode zur automatischen wegplanung

Info

Publication number: DE69805209T2
Application number: DE69805209T
Authority: DE
Inventors: Omer Shibolet
Original assignee: Algotec Systems Ltd
Current assignee: Algotec Systems Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: AU6228098A; EP1057161B1; JP2002504385A; CA2321049A1; US7167180B1; DE69805209D1; EP1057161A1; WO1999042977A1; AU746546B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Darstellung von dreidimensionalen Medical-Imaging-Datensätzen und insbesondere die automatische Wegwahl für die virtuelle Endoskopie.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In vielen medizinischen Situationen ist es notwendig, Ansichten von länglichen Hohlräumen innerhalb des Körpers vom Inneren der Hohlräume aus zu erhalten. Einige übliche Beispiele sind u. a. Blutgefäße, Därme und die Bronchien. Ein Endoskop (und andere ähnliche Geräte, die hier zusammen als Endoskope bezeichnet werden) ist ein Gerät, das in einen solchen Hohlraum eingeführt werden kann und durch das ein kleiner Teil des Hohlraums in Echtzeit und mit hoher Auflösung betrachtet werden kann.
Die Verwendung von physikalischen Endoskopen wirft mehrere Probleme auf. Erstens, obwohl das endoskopische Verfahren minimal invasiv ist, umfaßt es dennoch das Einführen eines chirurgischen Instruments in den Körper, was sowohl gefährlich als auch schmerzhaft ist. Zusätzlich kann das Erzwingen eines Kanals von außerhalb des Körpers und in den länglichen Hohlraum hinein Gewebe beschädigen. Ein weiteres Problem ist, daß, das Blickfeld und die Lenkbarkeit des Endoskops eingeschränkt sind. Da die genaue Position des Endoskops und der Blickpunkt des Endoskops schwierig zu ermitteln sind, ist die Navigation im Körper mit einem Endoskop schwierig. Diese Schwierigkeit ist besonders groß bei Inspektionsverfahren, zum Beispiel bei der Koloskopie, wo es wichtig ist, sicher zu sein, daß der gesamte Kolon ordentlich inspiziert wurde.
Ein paralleles Verfahren, das als virtuelle Endoskopie bekannt ist, ist zum Beispiel in den US-Patenten 5 611 025 und 5 458 111, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme mitumfaßt sind, vorgeschlagen worden. Bei der virtuellen Endoskopie wird der Körper mit einem Gerät für das dreidimensionale Medical Imaging, wie z. B. einem Ultraschall-Imager, einer nuklearmedizinischen Kamera, einem Magnetresonanz-Imager oder einem computergesteuerten Röntgentomographie-Scanner betrachtet, um einen dreidimensionalen Datensatz zu erzeugen. Anschließend rekonstruiert ein Bildprozessor aus den Bilddaten Ansichten von inneren Hohlräumen, wie sie von einem virtuellen Endoskop gesehen worden wären, das sich entlang eines Weges in dem Hohlraum bewegt hätte.
Die manuelle Wegplanung ist ein langwieriges Verfahren, und obwohl es manchmal erwünscht sein mag, daß der behandelnde Arzt diese Aufgabe durchführt, wird er selten die Zeit haben, dies zu tun.
Zwei Arten von automatischer Wegplanung, bei der ein Anwender einen Startpunkt und einen Endpunkt eingibt und ein Computer einen Weg erzeugt, der die beiden Punkte verbindet, sind im Stand der Technik bekannt. Das oben genannte Patent 5 611 025 beschreibt ein Verfahren, das einen kürzesten Weg zwischen zwei Punkten in einem Gewebehohlraum ermittelt, wobei der Weg Hindernisse umgeht und der Weg auch geglättet wird. Ein solcher Weg kann jedoch sehr nahe an den Hindernissen vorbei führen. Eine andere Art von Wegplanungsverfahren, das zum Beispiel in dem www-Dokument "http://indigo2.rad.bgsm.edu/software/cp" gezeigt ist, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist, versucht, einen Weg entlang der Mitte des Kanals zu planen, d. h. entlang einer Linie, die als die Mittelachse des Hohlraums bekannt ist. In einer beschriebenen Ausführungsform wird eine Vielzahl von Mittelachsenwegen für einen Kolon mit einer Einschnürung erzeugt (jeder Weg führt an einer unterschiedlichen Seite der Einschnürung vorbei), und ein Anwender wählt den Weg aus, der ihm am meisten vom Kolon zeigt. Eine Einschränkung des Mittelachsenweges ist, daß die Mittelachse nicht glatt ist, sondern von der Morphologie des Kanals beeinflußt wird, selbst wenn der Kanal sehr breit ist. Daher wird eine Unebenheit in der Kanalwand eine Unebenheit im Weg erzeugen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel mancher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur automatischen Wegplanung für die virtuelle Endoskopie zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise wird der geplante Weg verwendet, um eine Vielzahl von Einzelbildern zu erzeugen, die als Filmsequenz betrachtet werden können.
Ein weiteres Ziel mancher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung zu stellen, das auf einer Vielzahl von Faktoren beruht. Vorzugsweise wird jedem potentiellen Punkt entlang des Weges für jeden Faktor in Abhängigkeit von der relativen Bedeutung des Faktors und/oder von einer Abweichung vom idealen Wert für den Faktor eine Strafe zugewiesen. Vorzugsweise werden wenigstens einige der Faktoren lokal ausgewertet, zum Beispiel eine Entfernung eines Punkts entlang des Weges vom Rand. Alternativ oder zusätzlich werden wenigstens einige der Faktoren global ausgewertet, zum Beispiel die Weglänge. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die für jeden Faktor zugewiesene Strafe abhängig von der Morphologie des Hohlraums, vorzugsweise von der lokalen Morphologie, wie z. B. der Breite. Alternativ oder zusätzlich hängt die Strafe von den Eigenschaften des Weges selbst ab.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Faktoren eines oder mehrere der folgenden umfassen: Entfernung des Weges vom Hohlraumrand, Schärfe der Biegungen in dem Weg, Weglänge, Verwindungsgrad eines erzeugten Blickfeldes, Betrachten bestimmter erwünschter Punkte am Hohlraumrand, Geschwindigkeit der Bewegung von betrachteten Punkten, Glattheit des Weges und Menge an Änderungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beziehen sich wenigstens einige der Faktoren auf einen Betrachtungskomfort und/oder eine Betrachtungsqualität. Alternativ oder zusätzlich beziehen sich wenigstens einige der Faktoren auf eine diagnostische Verwendung der erzeugten Ansicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Wegplanung eines oder mehrere der folgenden: Planen einer Bewegungs- und/oder Geschwindigkeitsprofiltrajektorie für einen Betrachtungs-Ursprungspunkt, Planen einer Bewegungs- und/oder Orientierungstrajektorie für eine Sichtlinie von dem Betrachtungsursprung und Planen von Betrachtungsparameter für Punkte entlang der Trajektorie. Man sollte sich bewußt sein, daß in manchen Fällen der Betrachtungsursprung stationär sein kann, während die Sichtlinie in Bewegung ist, und umgekehrt.
Ein weiteres Ziel einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist, ein Verfahren zur Wegplanung für die virtuelle Endoskopie zur Verfügung zu stellen, wobei der Weg nicht auf den Verbleib im wesentlichen in der Mitte eines Hohlraums, durch den der Weg führt, beschränkt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt der Weg nicht zu nahe an den Rändern von und/oder den Hindernissen in dem Hohlraum vorbei.
Ein weiteres Ziel einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung zu stellen, das durch kleine Fehler bei der Datenerfassung nicht nachteilig beeinflußt wird, insbesondere nicht durch kleine Löcher im Rand des Hohlraums beeinflußt wird.
Ein weiteres Ziel einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Wegplanung für die virtuelle Endoskopie zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren funktionell von morphologischen Eigenschaften des Hohlraums und/oder eines Weges dadurch abhängig ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Breite des Kanals zur Bestimmung einer erwünschten Menge an Glättung eines Weges herangezogen. Alternativ oder zusätzlich wird die Breite des Kanals zur Bestimmung einer erwünschten Granularität einer Daten- und/oder Auflösungsberechnung für einen oder mehrere Schritte des Verfahrens verwendet.
Ein weiteres Ziel einiger Ausführungsformen der vorliegenden. Erfindung ist, ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung zu stellen, das direkt Voxeldaten verwendet, wodurch die Notwendigkeit, eine Oberflächenrepräsentation zu erzeugen, und die Möglichkeit des Hinzufügens von Fehlern vermieden werden.
Ein Verfahren zur Wegplanung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt vorzugsweise wenigstens einige der folgenden Schritte:
(a) Zurverfügungstellen eines dreidimensionalen Image-Datensatzes, der einen Hohlraum umfaßt,
(b) Auswahl einer Vielzahl von Punkten, einschließlich wenigstens eines Start- und eines Endpunktes,
(c) Ermitteln eines relativ direkten und relativ kurzen Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, wobei der Weg vorzugsweise den Wunsch berücksichtigt, daß er durch verschiedene Voxel des Hohlraums führt,
(d) gegebenenfalls Glätten des ermittelten Weges,
(e) Ermitteln von Betrachtungsparametern für jeden Punkt entlang des Weges, wobei vorzugsweise die Entfernung von Punkten entlang des Weges von den Rändern des Hohlraums und/oder Eigenschaften des Weges berücksichtigt werden,
(f) Ermitteln einer Bewegungsgeschwindigkeit entlang des Weges, vorzugsweise für jeden Punkt entlang des Weges, wobei vorzugsweise die Entfernung von Punkten entlang des Weges von den Rändern des Hohlraums und/oder Eigenschaften des Weges berücksichtig werden, und
(g) gegebenenfalls Optimieren des Weges.
Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung ist der Bilddatensatz ein CT- oder MRI-Datensatz, der dann segmentiert wird, um Informationen bezüglich der Hohlräume zu liefern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird einem Patienten ein Blutkontrastmedium injiziert und er dann mit einem CT-Gerät betrachtet. Der resultierende dreidimensionale Datensatz wird mit CT-Zahlen segmentiert, um zwischen dem mit Kontrast angereichertem Blut und den anderen Geweben zu unterscheiden. Die Fläche mit den CT-Zahlen, die dem Blut entspricht, wird als ein Hohlraum behandelt. Wie man erkennen kann, kann, wenn ein Bild segmentiert ist, jeder Bereich davon als "innen", d. h. als Hohlraum, und jeder andere Bereich als massiv, d. h. "außen", definiert werden. Ein Beispiel ist Nervengewebe kontra Knochengewebe in der Wirbelsäule. Der Rand ist ein mathematisches Gebilde, das die Grenze zwischen massiven Voxeln und transparenten Voxeln definiert. Wie oben erklärt, sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung besonders nachsichtig, was die Qualität der Segmentierung betrifft, insbesondere wenn im Rand kleine Löcher sind. Vorzugsweise ist die Fläche, die von Interesse ist, auch auf einen Bereich, der von Interesse ist und von einem Anwender ausgewählt wird, begrenzt.
Alternativ oder zusätzlich werden nur Voxel, die durch "innere" Voxel mit den Start- und Endpunkten verbunden sind, als in dem Hohlraum betrachtet.
Typischerweise ist das oben beschriebene Verfahren in einer Bildnachbearbeitungsstation implementiert, die vorzugsweise Teil eines Medical-Imaging-Systems ist. Alternativ kann die Station eine separate Betrachtungsstation sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Wegermittlung mit einer geringeren Auflösung und/oder einem anderen Diskretisierungsgitter als bei den Voxeldaten und/oder der Auflösung der tatsächlichen Bewegung durchgeführt. Zum Beispiel kann die Wegermittlung in einem Gitter mit einer Einheitsgröße von mehr als einem Voxel geschehen, wohingegen die tatsächliche Bewegung während der erzeugten virtuellen Endoskopiebetrachtung eine Schrittgröße von einem halben Voxel haben kann. Daher gibt es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Schritt zur Umwandlung des für die Wegermittlung verwendeten Gitters in das für die tatsächliche Bewegung verwendete Gitter. Vorzugsweise geschieht dieser Schritt vor der Durchführung der Glättung. Alternativ kann dieser Schritt aufgeschoben werden, eventuell sogar bis zur Ermittlung des Orts für jeden Betrachtungsursprung für jedes erzeugte Einzelbild der Betrachtung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Glättung in einem voxelartigen Gitter durchgeführt. Vorzugsweise wird die Ermittlung von Punkten, bei denen Bilder erzeugt werden, durch Sampling und/oder Interpolieren (vorzugsweise unter Verwendung einer Fließpunktnotation) zwischen ganzen Voxelorten durchgeführt.
So wie hier verwendet, wird der Ausdruck "Granularität" verwendet, um die Größe der Voxel in einem Datensatz zu bezeichnen. Der Ausdruck "Punkt" wird zur Bezeichnung eines Orts in dem Datensatz verwendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der obige Schritt (c) durch Anwenden eines Algorithmus durchgeführt, welcher einen Weg mit kürzester Entfernung zwischen dem Startpunkt und den Endpunkten findet. Anstatt jedoch eine euklidische Standard-Entfernungsfunktion zur Ermittlung einer Entfernung zwischen zwei Punkten in dem Hohlraum zu verwenden, berücksichtigt die Entfernungsfunktion vorzugsweise den Wunsch, daß der Weg durch einen speziellen Punkt in dem Hohlraum führt, indem verschiedene Strafen verschiedenen Punkten in dem Hohlraum zugewiesen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt eine Straffunktion nur von dem Punkt selbst ab, zum Beispiel von der Strecke zwischen dem Punkt und dem nächsten Rand oder einer anderen Beziehung zwischen dem Punkt und der Morphologie des Hohlraums, wie z. B. dem Ausmaß der lokalen Biegung in dem Hohlraum. Vorzugsweise wird nur die lokale Morphologie für eine solche Straffunktion verwendet.
Zusätzlich oder alternativ kann der mit einem Punkt zusammenhängende Strafwert von dem gewählten Weg oder einem Teil des Weges abhängen, zum Beispiel von dem Grad der Verwindung im Weg. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine relativ kurze Dauer für die Bewegung entlang des Weges erwünscht. Daher sind Punkte, die die Dauer verringern, bevorzugt über Punkte, die die Dauer erhöhen. In einem Beispiel kann die durch einen bestimmten Punkt erlaubte Bewegungsgeschwindigkeit invers abhängig vom Ausmaß der Biegung im Weg sein. Punkte, die die Biegung erhöhen, erhöhen daher die Dauer und sind weniger erwünscht, obwohl sie den Weg verkürzen.
Alternativ oder zusätzlich hängt der mit einem Punkt zusammenhängende Strafwert von der Qualität einer von diesem Punkt aus möglichen Betrachtung ab. Die Betrachtungsqualität kann unter anderem von der Einbeziehung von Punkten, deren Betrachtung notwendig ist, der Winkelauflösung solcher Punkte, dem verfügbaren Kontrast, der von erwünschten Rendering-Parametern abhängt, dem Winkel zwischen dem Betrachtungspunkt und der Oberfläche, die den Punkt von Interesse enthält, der Winkelgröße von solchen Punkten von Interesse und der Art der Bewegung des Betrachtungszielpunktes während der Betrachtung abhängen.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die erforderliche Betrachtungsqualität reagierend auf eine erforderliche diagnostische Wirkung an den Punkten ermittelt. Alternativ oder zusätzlich ist die erforderliche Betrachtungsqualität ein anwenderdefinierter Parameter, der vorzugsweise Wahrnehmungsaspekte des Sehens umfaßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt der mit einem Punkt zusammenhängende Strafwert von der durch den Punkt erlaubten Bewegungsgeschwindigkeit ab, die wiederum von der erwünschten Betrachtungsqualität abhängen kann. Alternativ oder zusätzlich wird der Betrachtungspunkt basierend auf der relativen Zeitdauer, mit der bestimmte Bereiche des Hohlraums betrachtet werden, verglichen mit anderen Teilen des Hohlraums, ermittelt. Die lokale Modifizierung der Geschwindigkeit des Fortschreitens entlang des Weges ändert die relative Dauer, mit der verschiedene Teile des Hohlraums betrachtet werden.
Daraus ist zu ersehen, daß gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Weg zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt üblicherweise nicht der kürzest mögliche Weg ist.
Obwohl das obige Verfahren so beschrieben worden ist, daß es eine Vielzahl von Schritten umfaßt, sollte man sich bewußt sein, daß bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung einige der Schritte kombiniert und/oder aufgeteilt und/oder ihre Reihenfolge geändert werden können/kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Volumen, das der Anwender zu betrachten wünscht, insbesondere das Volumen und die Qualität der Betrachtung, die der Anwender wünscht, die Punkte entlang des Weges, auf dem Bilder erzeugt werden sollen, bestimmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Glättungsschritt durchgeführt, nachdem die Betrachtungspunkte ermittelt sind. Zusätzlich oder alternativ können die Schritte (e) und (f) vertauscht werden, so daß die Betrachtungspunkte reagierend auf die erwünschte Geschwindigkeit ermittelt werden und die Betrachtungsparameter nur für diese tatsächlichen Betrachtungspunkte ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl der tatsächlichen Betrachtungspunkte abhängig vom Ausmaß der lokalen Biegung im Weg und/oder von anderen Parametern, wie sie hier beschrieben sind, gemacht werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nur einige der Schritte des Verfahrens durchgeführt. In einem Beispiel wird der Weg von einem Anwender vorgegeben und das oben beschriebene Verfahren nur zur Bestimmung der Bewegung des Betrachtungszielpunktes verwendet. In einem anderen Beispiel wird das oben beschriebene Verfahren verwendet, um einen vom Anwender vorgegebenen Weg zu überprüfen. In einem anderen Beispiel kann das oben beschriebene Verfahren verwendet werden, um einen Punkt in der Mitte eines bestehenden Weges hinzuzufügen und/oder um die Trajektorie eines Betrachtungszielpunktes eines bestehenden Weges zu ändern.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das oben beschriebene Verfahren in halbautomatischer Weise verwendet. Vorzugsweise empfiehlt das Verfahren einen Weg, der, vorzugsweise wenigstens halboptimal, verschiedene von einem Anwender vorgeschlagene Einschränkungen erfüllt. In einem Beispiel kann ein Anwender einen Hohlraum, mehrere Zielpunkte, mehrere zu betrachtende Punkte, eine minimal erlaubte Entfernung zwischen einem Weg und einem Rand des Hohlraums angeben. Das Verfahren wird einen empfohlenen Weg erzeugen, wobei vorzugsweise Punkte entlang des Weges und/oder betrachtete Bereiche angegeben werden, die die Anforderungen nicht erfüllen. Alternativ oder zusätzlich kann der Anwender Punkt von Interesse angegeben, die unter guten Betrachtungsbedingungen betrachtet werden sollen. Bei dieser und anderen Ausführungsformen zeigt das Verfahren vorzugsweise Punkte, die nicht betrachtet werden. Alternativ oder zusätzlich zeigt das Verfahren vorzugsweise Punkte, die eine zu kurze Zeit lang betrachtet werden und/oder die sich entlang des Betrachtungsbereichs auf dem Bildschirm mit einer Geschwindigkeit von mehr als der maximal erlaubten Geschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) bewegen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann wenigstens eine von zwei Arten von Einschränkungen bereitgestellt werden, starre und flexible. Starre Einschränkungen dürfen nicht verletzt werden. Flexible Einschränkungen können für eines Strafe verletzt werden, es ist jedoch im allgemeinen bevorzugt, daß sie nicht verletzt werden (falls möglich). Zum Beispiel wird eine flexible Einschränkung, auf dem Weg wenigstens 3 Voxel vom Rand entfernt zu sein, Teil eines Kompromisses mit dem erlaubten Biegungsgrad auf dem Weg sein. Eine starre Einschränkung wird einen solchen Kompromiß nicht erlauben und wird einen stärkeren Biegungsgrad auf dem Weg zur Folge haben. Wie man sehen kann, können allzu starre Einschränkungen dazu führen, daß einige der oben beschriebenen Verfahren keinen Weg finden. Anstatt keinen Weg zu finden, bittet das System vorzugsweise einen Anwender, bestimmte Einschränkungen zu lockern oder aufzuheben. Alternativ schlägt das System automatisch einen minimal verletzenden Weg vor, der ein Minimum an starren Einschränkungen verletzt. Vorzugsweise sind die starren Einschränkungen nach Rang geordnet. Vorzugsweise zeigt das System dem Anwender an, wenn irgendwelche starren Einschränkungen in einem speziellen Weg verletzt wurden. Vorzugsweise wird der verletzende Weg dem Anwender gezeigt, so daß er die Auswirkungen der Verletzung abschätzen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt die Straffunktion von der Entfernung der Voxel vom Rand des Hohlraums ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Straffunktion stark voreingenommen gegen Voxel, die sich nahe am Rand befinden, doch Voxel, die über einer bestimmten Minimum- Entfernung vom Rand liegen, können im wesentlichen die gleiche Strafe besitzen. Ein Beispiel für eine solche Funktion ist eine, die in exponentiell inverser Beziehung zur tatsächlichen Entfernung steht. In einem anderen Beispiel gibt es einen Entfernungsgrenzwert, oberhalb dem die Funktion eine Konstante ist. Alternativ kann die Straffunktion unter Verwendung einer Nachschlagetabelle berechnet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Strecke vom Rand des Hohlraums durch ein Wellenpropagationsverfahren von den Rändern berechnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Strecke durch sequentielles Erodieren des Hohlraums mit Kugeln mit steigendem Radius berechnet, wobei bei jedem Radiusschritt alle nichterodierten Voxel als Voxel markiert werden, die eine Entfernung von wenigstens dem Erosionsradius haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nähert man sich der Erosion mit großen Kugeln durch Erosion mit einer Vielzahl kleiner Kugeln, deren Radiensumme dem Radius der großen Kugel entspricht, an. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden wenigstens einige Schritte des Erosionsverfahrens durch Erodieren des Ergebnisses von einem vorherigen Schritt mit einer kleinen Kugel (mit einem kleineren Radius als r des momentanen Schritts) durchgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht alle Voxel im Datensatz als mögliche Punkte entlang des Weges berücksichtigt, wenn der Weg geplant wird. Vorzugsweise wird eine Teilmenge von den Punkten ausgewählt, so daß der Rechenaufwand bei der Wegfindung wesentlich verringert werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Voxel, die vermutlich nicht Teil des Weges sein würden, zum Beispiel, weil sie eine hohe Strafe haben, von der Berücksichtigung ausgeschlossen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine solche Voxel- Teilmenge durch Skelettierung erzeugt. Skelettierung ist ein Verfahren, das versucht, die Anzahl an Voxeln in einem Objekt zu verringern, während die morphologischen Eigenschaften des Objekts erhalten bleiben. Das Produkt des Skelettierungsverfahrens ist ein Satz Voxel, welche sich in den Mitten der maximalen Kugeln befinden, welche in den Hohlraum passen können. Dieser Satz ist nicht notwendigerweise verbunden. Ferner ist es möglich, daß ein Voxel keinerlei Nachbarn haben kann, da viele Voxel fallengelassen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Nachbarn eines Voxels für die Zwecke der Wegermittlung als diejenigen Voxel innerhalb einer kurzen Entfernung angesehen. Vorzugsweise wird ermittelt, ob ein kurzer Weg zwischen den beiden Punkten existiert, der nur durch innere Voxel verläuft. Diese Entfernung hängt vorzugsweise von der Entfernung des Voxels vom Rand und/oder der typischen Breite des Hohlraums ab. Alternativ kann die Entfernung zu vielen Punkten für jedes Voxel im Skelett ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Skelettierung basierend auf den Ergebnissen von jeder Erosionsstufe durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Skelettierung von Radius r zunächst durch Erodierung mit einer Kugel mit Radius r und dann durch Öffnung (Erodierung + Ausweiten) mit einer Kugel mit Radius 1, d. h. durch Ausweiten des Ergebnisses des oben beschriebenen r+ 1-Erosionsschrittes, erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Datensatzgranularität verringert, um die Geschwindigkeit des Algorithmus zu erhöhen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Granularität um einen festen Anteil verringert. Alternativ oder zusätzlich wird die Granularität für verschiedene Teile der Bilddaten um verschiedene Anteile verringert, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Morphologie des Hohlraums. Alternativ oder zusätzlich wird die Granularität reagierend auf den engsten Kanal, durch den der Weg führt, gewählt. Demgemäß wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein vorläufiger nicht- optimaler Weg ermittelt, um Eigenschaften des Kanalwegs zu ermitteln, die die erwünschte Granularität beeinflussen könnten.
Vorzugsweise wird anschließend anhand der ermittelten Eigenschaften eine End-Granularität zur Verwendung bei einem Verfahren zur Ermittlung des optimalen Weges ermittelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beeinflußt die Granularität nicht alle Schritte des Algorithmus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Granulierung durch Ermitteln der Schrittgröße und/oder des minimalen Radius, der beim Erosions- und/oder Skelettierungsschritt verwendet wurde, durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird die lokale Granularität invers in Beziehung zur Straffunktion im Wegermittlungsschritt gemacht Vorzugsweise ist bei Voxeln, wo große Änderungen bei der Straffunktion stattfinden und/oder wo die Straffunktion hoch ist, die Granularität feiner. Vorzugsweise ist die Granularität anisotrop.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt der Grad und/oder die Art der Glättung von der lokalen Breite der Kanäle ab. Wegteile, die durch enge Kanäle verlaufen, werden vorzugsweise überhaupt nicht geglättet, um die Möglichkeit zu verringern, daß der Weg in einen Hohlraumrand führt und/oder zu nahe am Rand entlang führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Sichtlinie zur Betrachtung durch Verwendung des Betrachtungsursprungs und eines Zielpunktes, um dessen Mitte ein Betrachtungsbereich vorzugsweise angeordnet ist, ermittelt. Vorzugsweise befindet sich der Zielpunkt entlang des Weges. Vorzugsweise hängt die Entfernung zwischen dem Betrachtungsursprung und dem Zielpunkt von dem Ausmaß der lokalen Biegung und/oder von der Entfernung zum nächsten Rand im Weg ab. Vorzugsweise wird die Entfernung zwischen dem Betrachtungsursprung und dem Zielpunkt in einer derartigen Weise ermittelt, daß die Verwendung des Betrachtungsbereiches unter einem bestimmten Grad bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Anwender einige der oder sämtliche Betrachtungsparameter steuern, während das Bild erzeugt wird. Eine solche Steuerung umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere der Schritte: Stoppen der Bewegung des Betrachtungsursprungs, Ändern seiner Geschwindigkeit und/oder der Gesamtgeschwindigkeit des Betrachtungsursprungs, Markieren von Punkten von Interesse, Ändern des Zielpunkts und/oder dessen Bewegungstrajektorie und Ändern des Betrachtungsbereichs. Vorzugsweise kann der Anwender die Erzeugung des Bildes von dem Punkt aus fortsetzen, an dem er startete, wobei er vom ursprünglichen geplanten Weg abweicht.
Man sollte sich bewußt sein, daß verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht mit der voxelartigen Datendarstellung und/oder irgendeiner speziellen Form und/oder Beschaffenheit der Größe der Voxel in Beziehung stehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bilddaten wenigstens zum Teil als Polygone, die Oberflächen beschreiben, anstatt als Voxel gehandhabt. In solch einem Fall wird der Weg vorzugsweise durch Verwendung eines Auflösungsgitters ermittelt, anstatt wie in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung auf der Basis einer Voxelgröße.
Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung gestellt, umfassend:
Zurverfügungstellen eines Medical-Imaging-Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand darstellt,
Zurverfügungstellen mehrerer Punkte in dem Datensatz, einschließlich wenigstens eines Startpunktes und eines Endpunktes, und
automatisches Ermitteln eines Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, der auf eine Strafe in Verbindung mit dem Durchlaufen von verschiedenen Punkten in dem Hohlraum reagiert.
Vorzugsweise reagiert die Straffunktion auf eine Morphologie des Hohlraums. Vorzugsweise umfaßt die Morphologie eine Breite. Alternativ oder zusätzlich ist die Morphologie eine lokale Morphologie.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reagiert die Straffunktion auf den Weg. Vorzugsweise reagiert die Straffunktion auf ein Ausmaß der lokalen Biegung des Weges.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Trajektorie eines Ursprungs eines Betrachtungsbereiches (Viewport).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Zurverfügungstellen von mehreren Punkten das Zurverfügungstellen einer Trajektorie. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Trajektorie eines Zielpunktes. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung, reagierend auf eine lokale Biegung des Hohlraums. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung, reagierend auf eine lokale Biegung des Weges.
Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung von wenigstens einem Betrachtungsparameter entlang einer Trajektorie eines Betrachtungs- Ursprungspunktes. Alternativ oder zusätzlich hängt die Strafe von einer möglichen Betrachtungsqualität von einem Punkt aus ab. Vorzugsweise hängt die Betrachtungsqualität von menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten ab. Alternativ oder zusätzlich hängt die Betrachtungsqualität von einer speziellen Aufgabe, die mit dem Weg durchgeführt werden soll, ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren die Glättung des Weges. Vorzugsweise hängt die Glättung von einer lokalen Breite des Hohlraums an dem geglätteten Teil des Weges ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren die automatische Wiederholung wenigstens der automatischen Ermittlung eines Weges zwischen dem Start- und dem Endpunkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Erfindung das Zurverfügungstellen wenigstens einer vom Anwender bereitgestellten Einschränkung bei der Wegermittlung. Vorzugsweise umfaßt die automatische Wiederholung die automatische Wiederholung der automatischen Ermittlung eines Weges, reagierend auf wenigstens eine vom Anwender bereitgestellte Einschränkung. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die wenigstens eine Einschränkung eine starre Einschränkung. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die wenigstens eine Einschränkung eine flexible Einschränkung. Alternativ oder zusätzlich umfaßt das Verfahren den Hinweis an einen Anwender, welche Einschränkungen nicht erfüllt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren die Auswahl eines Datengranularitätswertes für die Wegermittlung. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die Auswertung einer Straffunktion für die Punkte. Vorzugsweise hängt die Straffunktion von der Entfernung des Punkts von einem Rand des Hohlraums ab. Vorzugsweise ist die Straffunktion für Punkte, die weiter vom Rand entfernt liegen, niedriger. Alternativ oder zusätzlich erhöht sich die Straffunktion wesentlich, wenn man sich dem Rand nähert. Alternativ oder zusätzlich ändert sich die Straffunktion vom Rand entfernt wenig. Alternativ umfaßt das Verfahren die Ermittlung der Entfernung durch Erosion des Datensatzes. Alternativ umfaßt das Verfahren die Ermittlung der Entfernung durch Wellenpropagation von den Rändern des Hohlraums.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines relativ kurzen Weges. Vorzugsweise umfaßt ein relativ kurzer Weg einen kürzesten Weg, der den mit den verschiedenen Orten verbundenen Strafwert berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die Erzeugung eines Graphen, der wenigstens einen Teil des Hohlraums darstellt. Vorzugsweise wird der Weg durch Anwendung eines Wegfindungsverfahrens auf den Graphen ermittelt, wobei die Teile des Graphen nur erzeugt werden, wenn das Verfahren es erfordert. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines Weges unter Verwendung des Dijkstra-Verfahrens zum Finden des kürzesten Weges auf dem Graphen. Alternativ oder zusätzlich enthält der Graph nur eine Teilmenge an Voxeln in dem Hohlraum. Vorzugsweise umfaßt der Graph im wesentlichen nur ein Skelett des Hohlraums. Vorzugsweise wird das Skelett durch Verwendung von Daten aus der Erosion des Hohlraums gefunden, wobei Erosion angewandt wird, um eine Entfernung von inneren Punkten vom Rand zu ermitteln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellen Voxel den Datensatz dar. Alternativ oder zusätzlich stellen Polygone den Rand dar. Alternativ oder zusätzlich umfaßt der Datensatz einen CT-Datensatz. Alternativ oder zusätzlich umfaßt der Datensatz einen MRI-Datensatz. Alternativ oder zusätzlich umfaßt der Datensatz einen NM-Datensatz.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Rand kleine Löcher und der Weg führt nicht durch Löcher, die schmäler als eine vorbestimmte Breite sind. Vorzugsweise hängt die vorbestimmte Breite von einer Morphologie des Hohlraums ab.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung gestellt, umfassend:
Zurverfügungstellen eines medizinischen Datensatzes, der einen Hohlraum mit mehreren Biegungen und einem Rand darstellt,
Zurverfügungstellen mehrerer Punkte in dem Datensatz, einschließlich wenigstens eines Startpunktes und eines Endpunktes,
automatisches Ermitteln eines Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, wobei in wenigstens zwei der Biegungen der Weg nicht im wesentlichen in einer Mittelachse des Hohlraums bleibt und sich nicht näher als bis zu einer vorbestimmten Entfernung dem Rand nähert.
Vorzugsweise wird der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt und der Weg nähert sich nicht näher als ein Voxel dem Rand. Alternativ wird der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt und der Weg nähert sich nicht näher als drei Voxel dem Rand. Alternativ wird der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt und der Weg nähert sich nicht näher als ein Zehntel der lokalen Breite des Hohlraums dem Rand. Alternativ oder zusätzlich wird der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt und der Weg führt durch Löcher in dem Rand, die schmäler sind als eine vorbestimmte Breite.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Skelettierung eines Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand enthält, zur Verfügung gestellt, umfassend:
Erodieren des Hohlraums durch Verwendung von Kugeln mit steigendem Radius R,
Ermitteln einer Entfernung von Punkten im. Inneren des Hohlraums vom Rand durch Anwendung der Erosion,
Öffnen des erodierten Hohlraums für jeden Radius R durch Verwendung einer Kugel mit Radius 1 und
Sammeln der Punkte, die von dem erodierten Hohlraum durch das Öffnen entfernt werden, um ein Skelett zu bilden.
Vorzugsweise umfaßt die Erosion durch eine Kugel R die Erosion des Ergebnisses der Erosion mit einer Kugel des Radius R-1 mit einer Kugel des Radius 1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wegplanung zur Verfügung gestellt, umfassend:
Zurverfügungstellen eines Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand darstellt,
Zurverfügungstellen mehrerer Punkte in dem Datensatz, einschließlich wenigstens feines Startpunktes und eines Endpunktes, und
automatisches Ermitteln eines Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, der auf eine Strafe in Verbindung mit dem Durchlaufen von verschiedenen Punkten in dem Hohlraum reagiert.
Vorzugsweise reagiert die Straffunktion auf eine Breite des Hohlraums. Alternativ oder zusätzlich reagiert die Straffunktion auf ein Ausmaß der lokalen Biegung des Weges. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die Auswertung einer Straffunktion für die Punkte. Vorzugsweise hängt die Straffunktion von der Entfernung des Punkts von einem Rand des Hohlraums ab. Vorzugsweise ist die Straffunktion für Punkte, die weiter vom Rand entfernt liegen, niedriger.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines relativ kurzen Weges. Vorzugsweise umfaßt ein relativ kurzer Weg einen kürzesten Weg, der den mit den verschiedenen Punkten verbundenen Strafwert berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich umfaßt die automatische Ermittlung eines Weges die Erzeugung eines Graphen, der wenigstens einen Teil des Hohlraums darstellt, wobei der Graph durch Anwendung eines Wegfindungsverfahrens auf den Graph ermittelt wird und bei dem die Teile des Graphen nur erzeugt werden, wenn das Verfahren es erfordert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und durch die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:
Fig. 1A eine Schemazeichnung eines dreidimensionalen Datensatzes ist, der einen Hohlraum und einen Weg durch den Hohlraum umfaßt,
Fig. 1B eine Schemazeichnung eines Bildes ist, das durch einen Betrachtungsbereich auf einem speziellen Punkt entlang des Weges von Fig. 1A gesehen wird,
Fig. 2 ein Fließschema eines Verfahrens zur Wegplanung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 3 ein Fließschema eines Verfahrens zur Ermittlung eines kurzen Weges zwischen zwei Voxeln gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 4 ein Fließschema eines Verfahrens zur Berechnung einer Entfernungsfunktion zwischen jedem Punkt in einem Hohlraum und den Rändern des Hohlraums gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 5A eine Schemazeichnung eines skelettierten Hohlraums gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist und
Fig. 5B ein Fließschema eines Verfahrens zur Skelettierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1A ist eine Schemazeichnung eines dreidimensionalen Datensatzes 10, der einen Hohlraum 14 und einen Weg 16 durch den Hohlraum umfaßt. Der Datensatz 10 umfaßt üblicherweise mehrere Bildschnitte 12-, in vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, Teile des Datensatzes zu betrachten, wie sie von einem Betrachtungsursprungspunkt 22 entlang des Weges 16 aus gesehen werden. Diese Ansicht ist durch einen Betrachtungsursprungspunkt 22, der durch einen Betrachtungsbereich 26 auf einen Betrachtungszielpunkt 24 blickt, definiert. In manchen Fällen kann es zweckmäßiger sein, den Betrachtungsbereich als um eine Sichtlinie zwischen dem Betrachtungsursprungspunkt und dem Zielpunkt herum zu beschreiben. Man sollte sich bewußt sein, daß die Ansicht beschnitten ist, so daß Voxel, die sehr nahe am Betrachtungsursprungspunkt liegen, nicht gesehen werden. In einer orthogonalen Projektion kann der Betrachtungsursprungspunkt in einem von vielen Orten entlang der Sichtlinie liegen, jedoch wird üblicherweise ein fester Ort angegeben. Fig. 1B ist eine Schemazeichnung einer Ansicht 28, die durch den Betrachtungsbereich 26 gesehen wird.
Ein System gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung stellt automatische und/oder halbautomatische Verfahren zur Planung eines Weges, wie z. B. Weg 16, zur Verfügung, so daß Teile von Datensatz 10 am besten betrachtet werden können.
Die tatsächliche Ansicht, wenn man sich entlang des Weges 16 bewegt, wird von mehreren Variablen beeinflußt, einschließlich:
(a) der Trajektorie, der Winkelorientierung und dem Geschwindigkeitsprofil Von Betrachtungsursprung 22,
(b) der Trajektorie, der Winkelorientierung und dem Geschwindigkeitsprofil von Betrachtungszielpunkt 24,
(c) den Betrachtungsbereichparametern, wie z. B. der Größe, dem Höhe-Breite-Verhältnis und der Art und dem Ausmaß der Verzerrung, und
(d) zusätzlicher Information, die in Zusammenhang mit Daten aus Datensatz 10 gezeigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es wünschenswert, daß die erzeugte Ansicht derart ist, daß sie die Diagnose unterstützt, eine räumliche Orientierung aufrechterhält, die menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten und/oder den menschlichen Betrachtungskomfort berücksichtigt. Vorzugsweise wird die erzeugte Ansicht optimaler gemacht, wenn die speziellen Eigenschaften von Hohlraum 14, Weg 16, Datensatz 10, eine erforderliche Verwendung für die erzeugte Ansicht und/oder erwünschte "Ausleuchtungs"- Eigenschaften, einschließlich Intensität, Ort, Bewegung, Eintrübung und Zerfall mit der Entfernung berücksichtigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erzeugte Ansicht als ein Hilfsmittel für die Chirurgie verwendet, zum Beispiel für das Proben eines chirurgischen Eingriffs oder sogar während der Operation, um bei der Orientierung und Gewebeidentifikation behilflich zu sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Qualität des erzeugten Bildes benötigt, um bestimmte Kriterien und/oder ein Verbundkriterium bei jedem dieser Punkte zu erfüllen. Alternativ oder zusätzlich wird ein Durchschnittskriterium festgelegt, so daß der gesamte Weg als ganzes bestimmte Standards erfüllen muß. Ein Beispiel eines Durchschnittskriteriums ergibt sich, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit entlang des Weges 16 ermittelt wird. Ein bestehendes Geschwindigkeitsprofil kann um einen Faktor multipliziert werden, so daß die durchschnittliche Betrachtungsqualität einen vorbestimmten Wert einnimmt. Alternativ kann der Faktor so gewählt werden, daß der schlechteste Punkt entlang des Weges oder daß nicht mehr als ein vorbestimmter Prozentsatz des Weges eine niedrigere Betrachtungsqualität hat als erwünscht.
Fig. 2 ist ein Fließschema eines Verfahrens zur Wegplanung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Mehrere Zielpunkte werden gewählt (30), die vorzugsweise wenigstens einen Startpunkt 18 und einen Endpunkt 20 umfassen (Fig. 1A). Alternativ oder zusätzlich können für die Zielpunkte andere Einschränkungen, wie sie z. B. nachstehend beschrieben sind, eingegeben werden. Reagierend auf die erforderliche Wegplanungsaufgabe werden die Daten dann vorzugsweise vorverarbeitet (32), zum Beispiel durch Auswahl einer Granularität oder durch Segmentieren der Daten in Hohlraum- und Nicht-Hohlraum-Gewebe. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird wenigstens ein Teil der Vorverarbeitung, zum Beispiel die Segmentierung, vor der Auswahl der Einschränkungen durchgeführt.
Obwohl im dem Subjekt der Rand eines Hohlraums üblicherweise differenziert wird, haben viele Medical-Imaging-Verfahren keine ausreichende Auflösung, um die dünnen Randgewebe aufzutrennen. Vielmehr wird der Rand typischerweise als eine mathematische Oberfläche behandelt, wobei eine ihrer Seiten nur Voxel des Innenbereichs des Hohlraums enthält und ihre andere Seite nur Voxel des Außenbereichs des Hohlraums enthält. Somit muß jeder Übergang zwischen inneren Voxeln und äußeren Voxeln einen Rand durchdringen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Straffunktion für wenigstens einige der Voxel im Hohlraum (34) vor oder während der Wegermittlung ausgewertet. Somit muß sie nur einmal für mehrere Wegplanungsdurchgänge im selben Hohlraum ausgewertet werden. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Straffunktion jedoch während der Wegermittlung ausgewertet werden. Alternativ kann eine Straffunktion vor der Auswahl von wenigstens einigen der Einschränkungen auf dem Weg ausgewertet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basiert die Straffunktion auf einer typischen Breite des Hohlraums. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die typische Breite global definiert. Vorzugsweise ist die typische Breite der Durchschnitt zwischen der Hälfte des maximalen Radius, der für die Erosion verwendet wird, und der Anzahl der Erosionsschritte, die benötigt werden, damit nur die Hälfte der Voxel unerodiert bleiben. Alternativ wird die typische Breite lokal definiert, zum Beispiel durch Bildung des Mittelwerts nur über die Voxel, die in einer maximalen Kugel enthalten sind, welche das momentane Voxel umfaßt (für das die lokale typische Breite ermittelt wird). Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die typische Breite 5 ist, hat die Straffunktion die folgende Abhängigkeit von der Entfernung vom Rand:
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Straffunktion nur bei Bedarf und nicht im voraus für den gesamten Datensatz ausgewertet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nur bei. Bedarf Bögen verbunden und Vortexe dem Graphen zugegeben, und nur dann muß eine Straffunktion ausgewertet werden. Darüber hinaus kann die Entfernung auch durch Verwendung von faulen Auswertungsverfahren berechnet werden, insbesondere wenn die Daten unter Verwendung einer Polygondarstellung gespeichert werden.
Durch Verwendung dar Straffunktion wird ein Weg ermittelt (36). Ein bestimmtes Voxel wird in Abhängigkeit von der relativen Strafe dieses Voxels, verglichen mit anderen verfügbaren benachbarten Voxeln, in den Weg miteinbezogen. Vorzugsweise wird der Weg durch Verwendung des Dijkstra-Verfahrens zum Finden eines kurzen Weges ermittelt. Bei dieser Ausführungsform wird die Strafe vorzugsweise als ein Gewicht auf einem Bogen, der das momentane Voxel mit den wachsenden Ende des Weges verbindet, berücksichtigt. Dieses Verfahren ist in "Data Structures and Algorithms", von A.V. Aho, J. E. Hopcroft und J.D. Ulman, Seiten 203-208, herausgegeben von Addison-Wesley 1983, beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, zum Beispiel, wenn eine Strafe für scharfe Biegungen im Weg zugewiesen wird, ist die Straffunktion eine Funktion des Weges, so daß sie in Zusammenhang mit der Wegermittlung ausgewertet werden muß. Bei manchen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden andere Arten von Wegermittlungsverfahren verwendet. Man sollte sich bewußt sein, daß in manchen Fällen ein kürzester Weg selbst in bezug auf die Straffunktion nicht gefunden werden wird, vielmehr wird ein bedeutend kurzer Weg gefunden werden.
Fig. 3 ist ein Fließschema eines Verfahrens zum Finden eines kurzen Weges zwischen zwei Voxeln, vorzugsweise mit einer niedrigen Gesamt-Strafe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Voxel, durch die der Weg führen kann, sind zu einem Graphen gegliedert, wobei jedes Voxel ein Vortex ist und Bögen definierte verbindende benachbarte Voxel sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gewicht der Bögen durch die Straffunktion ermittelt. Zusätzlich oder alternativ kann das Gewicht die tatsächliche Entfernung zwischen den Voxelmitten berücksichtigen, bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Entfernung zwischen benachbarten Voxel jedoch als eine Einheitslänge definiert. Bei Skelettierungsausführungsformen der Erfindung berücksichtigt das Bogengewicht vorzugsweise die mit allen Voxeln zwischen den zwei Voxeln des Skeletts zusammenhängende Strafe. Alternativ wird die Strafe bei einem oder bei beiden Voxeln mit der Entfernung zwischen den Voxeln multipliziert. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschreibt die Straffunktion den Wunsch, daß der Weg zwischen zwei benachbarten Voxeln verläuft, anstatt den Wunsch, daß der Weg durch ein spezielles Voxel führt. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist einigen Voxeln keine Strafe zugewiesen.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 2, wird der Weg, nachdem er ermittelt wurde, vorzugsweise geglättet (38). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt das Ausmaß der Glättung von der Breite des Kanals, durch den der Weg führt, ab. Zum Beispiel wird der Weg in sehr engen Kanälen nicht geglättet, damit die. Gefahr, daß der geglättete Weg durch einen Rand verläuft, verringert wird.
Anschließend werden die Betrachtungsparameter wie die Bewegung des Betrachtungsbereiches und die Betrachtungsbereichparameter vorzugsweise ermittelt (40), um den Weg vollständig zu definieren.
Das oben beschriebene Verfahren kann in vielerlei Weisen durchgeführt werden. Üblicherweise besteht ein Kompromiß zwischen der Genauigkeit und der Rechenzeit. In einigen Fällen besteht auch ein Kompromiß mit der Komplexität der Durchführung. Ein Beispiel für einen Kompromiß zwischen Genauigkeit und Rechenzeit ist die Granularität des für die Wegermittlung verwendeten Datensatzes. Die Verringerung der Granularität des Datensatzes verringert die Anzahl der Voxel und verkürzt damit die zur Anwendung des Verfahrens benötigte Rechenzeit. Die Granularität der Daten kann durch Erhöhen der Voxelgröße um ein festes Verhältnis und erneute Einteilung des Datensatzes in neue Voxel verringert werden. Alternativ kann jeder Teil der Daten mit einer unterschiedlichen Granularität ausgestattet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einem Anwender mehrere Möglichkeiten der Granularität zur Verfügung gestellt.
Man sollte sich bewußt sein, daß mehrere Schritte des Verfahrens existieren, für die die Daten- und/oder Rechengranularität geändert werden kann/können, und es ist nicht notwendig, daß die gleiche Granularität für alle Schritte verwendet wird. Zum Beispiel wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend beschrieben ist, die Entfernungsfunktion durch Erosion des Hohlraums ausgewertet. Die Granularität kann durch Auswählen einer minimalen Kugelgröße und/oder eines Radiusinkrements festgelegt werden, wodurch die Rechenzeit, aber auch die Qualität (Genauigkeit) der ermittelten Entfernung verringert werden. Zusätzlich oder alternativ können die Parameter für Kugelradiusgröße und -inkrement für einen nachstehend beschriebenen Skelettierungsschritt festgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nicht, alle Voxel als Vortexe in dem für das Dijkstra-Verfahren verwendeten Graphen verwendet, zum Beispiel durch Mittelwertbildung benachbarter Voxel oder durch Skelettierung, wie es nachstehend beschrieben wird. In jeder der oben beschriebenen Granularitätsentscheidungen kann die Granularität von lokalen Eigenschaften abhängig gemacht werden, wie z. B. von der lokalen Durchgangsbreite.
Fig. 4 ist ein Fließschema eines Verfahrens zur Berechnung einer Entfernungsfunktion zwischen jedem Punkt in einem Hohlraum und den Rändern des Hohlraums gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Entfernungsfunktion durch Erosion einer Kopie des Datensatzes mit Kugeln mit steigendem Radius berechnet. Zuerst werden allen Voxeln in dem Hohlraum eine Entfernung von null zugeordnet. Dies kann auch durch Erosion mit einer Kugel mit Radius null erfolgen. Ein Erosionsradius r wird auf einen minimalen Erosionsradius (48) gesetzt, vorzugsweise auf null, jedoch sind auch andere kleine Werte möglich, wie z. B. eins oder zwei. Anschließend wird der Hohlraum mit Kugeln des Erosionsradius (50) erodiert. Allen nichterodierten Voxeln in dem Hohlraum wird eine Entfernung von r (54) zugewiesen. Das Verfahren wird mit einem inkrementell erhöhten Radius r (54) wiederholt, wenn irgendwelche inneren Voxel verblieben sind. Vorzugsweise ist das Inkrement im Radius eins, jedoch können auch andere Inkremente verwendet werden, vorzugsweise als Mittel zur Modifizierung der Granularität.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nähert man sich der Erosion mit einer Kugel mit Radius r durch Erosion mit mehreren Kugeln, deren Radiensumme r ist, an. Vorzugsweise werden wenigstens einige Schritte bei dem Erosionsverfahren durch Erosion des Ergebnisses eines vorhergehenden Schrittes mit einer Kugel mit kleinem Radius durchgeführt, anstatt den ursprünglichen Hohlraum mit einer einzigen Kugel mit Radius r zu erodieren. Vorzugsweise hat die Kugel mit kleinem Radius den Radius 1 (oder irgendeine andere Granularität), und der verwendete vorhergehende Erosionsschritt ist der nachfolgende Schritt. Man sollte sich bewußt sein, daß eine Kugel mit Radius 1 einen Durchmesser D von 3 Voxel hat, da nur (D-1)/2 Voxel erodiert werden. In manchen Fällen wird die Verwendung einer solch kleinen Kugel aufgrund der getrennten Beschaffenheit der Voxel zu Artefakten führen. Vorzugsweise werden für aufeinanderfolgende Erosionsschritte unterschiedliche Arten von Kugeln verwendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden drei Arten von Kugeln mit Radius 1 verwendet: eine vollständige 3 · 3 · 3-FULL-CUBE-Kugel, ein Center-Voxel mit sechs Nachbarn (CROSS-Kugel) und ein 3 · 3 · 3-CHOPPED-Würfel, bei dem die Ecken abgehackt sind. Die Kugelarten werden vorzugsweise in der folgenden Reihenfolge durchgewechselt: {cross, full, chopped, cross, full, cross, chopped, cross, full, cross, cross, full, cross, cross, full, cross, cross}, wobei die Reihe als Wiederholungen von {full, cross, cross} fortgesetzt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Entfernungen zwischen inneren Voxeln und den Rändern durch Wellenpropagation von den Hohlraumrändern berechnet. Vorzugsweise wird mit den Voxeln ein Graph gebildet und eine breite erste Suche auf dem Graphen durchgeführt. Vorzugsweise wird eine Kugel mit Radius eins verwendet, um Nachbarn eines Vortex zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich können die Entfernungen mit dem Dijkstra-Verfahren berechnet werden. Vorzugsweise werden etwa tatsächliche Entfernungen berechnet, anstatt durch Aufaddieren von Einheitswerten von Entfernungen zwischen Voxelzentren. Vorzugsweise werden die Entfernungsdaten durch eine Fließpunktdarstellung dargestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gewebe in Hohlrauminnenvoxel, durch die der Weg führen muß, und Hohlraumrandvoxel, durch die der Weg nicht führen darf, segmentiert. Alternativ wird ein segmentierter Datensatz zur Verfügung gestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Rand- und Innensegmente anhand einer CT-Nummer und/oder der Konnektivität identifiziert, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist. Die Segmentierung durch Thresholding ist zum Beispiel in "Handbook of Pattern Recognition and Image Processing", herausgegeben von T. Y. Young und K. S. Fu, Academic Press, Seiten 224-225, beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist. Alternativ können andere Verfahren, wie sie im Stand der Technik gut bekannt sind, zur Durchführung der Segmentierung verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die besonders bevorzugt ist, wenn der Datensatz 10 in mehrere verschiedene Gewebearten segmentiert wird, teilt ein Anwender dem System mit, welche innere Gewebe sind und welche äußere Gewebe sind. Alternativ gibt, der Anwender Gewebe am Rand des Hohlraums an und markiert sie als Außengewebevoxel. Man sollte sich bewußt sein, daß die Innenvoxel keine leeren Voxel sein müssen. Zum Beispiel kann ein Weg geplant werden, der einen Knochen navigiert, wobei das Fett- und das Muskelgewebe, welche den Knochen umgeben, als Außengewebe betrachtet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Segmentierung vorzugsweise manuell durchgeführt, wobei Hilfsmittel, wie z. B. Thresholding und Konnektivität, verwendet werden. Vorzugsweise wird das Gewebe für die Konnektivitätsbestimmung erodiert, um kleine Fehler zu glätten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt der Anwender verschiedene Parameter ein, die verwendet werden können, um den Bereich an Möglichkeiten für die automatische Wegerzeugung einzuschränken. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens einige der Parameter mit starren Einschränkungen verbunden. Alternativ oder zusätzlich sind wenigstens einige der Parameter mit flexiblen Einschränkungen verbunden, die mit wenigstens einigen anderen Parametern einen Kompromiß bilden können. Dieser Kompromiß wird vorzugsweise erzielt, indem eine Verbundwegstufenfunktion mit einer relativen Abwägung verschiedener Einschränkungen definiert wird. Flexible Einschränkungen werden vorzugsweise durch eine abgestufte Straffunktion definiert. Starre Einschränkungen werden vorzugsweise durch eine Straffunktion definiert, die eine unendliche Strafe annimmt, wenn die Einschränkung verletzt wird. Vorzugsweise hat die Straffunktion eine Strafe von null, wenn die Einschränkung nicht verletzt wird. Alternativ wird die Straffunktion auch für die nichtverletzenden Situationen abgestuft, so daß sie in diesen Situationen als eine flexible Einschränkung betrachtet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Strafe für ein Voxel durch Addieren mehrerer Strafen, die jeweils durch Verletzung und/oder teilweise Verletzung einer Einschränkung verursacht werden, ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung speichert das System eine Vielzahl von Einschränkungs/Eingabe-Parametersätzen, zwischen denen ein Anwender wählen kann und/oder die er modifizieren kann. Vorzugsweise sind wenigstens einige dieser Sätze so gestaltet, daß sie optimale Wege für bestimmte Aufgaben zur Verfügung stellen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Satz definiert, der zur Erzeugung eines Weges führt, welcher die durch Anwendung eines physikalischen Endoskops auferlegten Einschränkungen erfüllt. Somit ist es leichter, zu simulieren, was ein tatsächliches Endoskop sehen wird. Vorzugsweise ist bei der Simulation eines Endoskops der Weg auf eine maximale Biegung beschränkt, welche von dem speziellen Endoskop und von der Breite des Kanals, gegen dessen Wände das Endoskop gedrückt wird, abhängt. Vorzugsweise werden auch die Betrachtungseigenschaften eines solchen Endoskops durch den Betrachtungsbereich und/oder während der Bilderzeugung simuliert. Vorzugsweise umfassen diese Betrachtungseigenschaften den Linsentyp des Endoskops.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können wenigstens einige der folgenden Parameter von einem Anwender eingegeben werden:
(a) Granularität, vorzugsweise einschließlich Parameter zur Bestimmung der lokalen Granularität,
(b) erlaubte Entfernung des Weges von der Wand,
(c) Straffunktion, vorzugsweise eingegeben als Parameter für eine von einem Satz von vordefinierten parametrischen Straffunktionen und/oder Entfernungsfunktionen oder als eine Nachschlagetabelle,
(d) erwünschter Glättungsgrad und/oder erwünschte Glättungsart, vorzugsweise einschließlich Einschränkungen für die Glättung, reagierend auf die Morphologie des Kanals, zum Beispiel die Kanalbreite,
(e) Betrachtungsparameter, vorzugsweise einschließlich der maximal erwünschten Verwindung und anderer Arten von Bewegung des Betrachtsbereichs, Betrachtungsfeld, Betrachtungsfeldverzerrung, Form und Höhe-Breite-Verhältnis des Betrachtungsfeldes, vorzugsweise geordnet nach Sätzen, die optischen Eigenschaften von verschiedenen invasiven Geräten entsprechen,
(f) Parameter zur Simulation mechanischer Eigenschaften von invasiven Geräten, vorzugsweise einschließlich einer wegabhängigen Straffunktion, und
(g) Wiedergeben und Darstellen von Parametern, wie z. B. Farben, Falschfarbenschema, Schattierung, Ausleuchtung und deren Weg, Reflektionen und relative Transparenz von Geweben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Anwender Parameter zur Verfügung stellen, die definieren und/oder bestimmen, was mit der Qualität des erzeugten Bildes gemeint ist. Solche Parameter können unter anderem durch Wahrnehmungsüberlegungen, aufgabenspezifische Überlegungen und/oder Betrachtungskomfortüberlegungen bestimmt werden. Man sollte sich bewußt sein, daß die Betrachtungsqualität im allgemeinen auch durch die oben aufgeführten Parameter beeinflußt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen diese Parameter wenigstens einen von:
(a) einer maximal erlaubten Geschwindigkeit,
(b) einem maximal erlaubten Verwindungsgrad des Betrachtungsbereichs,
(c) einer maximal erlaubten Änderung verschiedener. Betrachtungsparameter und
(d) Teilen des Datensatzes, den der Anwender mit solchen geeigneten Parametern betrachten will, möglicherweise die gesamte Innenfläche des Hohlraums.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der Weg und die Winkelorientierung des Betrachtungsbereichursprungs und/oder des Betrachtungsbereichs automatisch erzeugt, so daß die Teile, deren Betrachtung erwünscht ist, innerhalb komfortabler Betrachtungsbedingungen liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der erzeugte Weg geglättet, um Sprünge bei der Betrachtung zu verringern. Vorzugsweise werden wenigstens einige der obigen erwünschten Betrachtungsqualitätsparameter als Ergebnis dieser Glättung erfüllt. Vorzugsweise wird nach der Glättung der Weg analysiert, um zu ermitteln, ob er zu nahe an Randvoxeln vorbeiläuft und/oder andere Einschränkungen verletzt. Vorzugsweise wird der Weg auf Teilen des Weges, die sehr nahe an Hohlraumrändern und/oder in engen Kanälen liegen, nicht geglättet. Alternativ oder zusätzlich werden in Abhängigkeit von den Wegeigenschaften und/oder der Hohlraummorphologie und/oder der Kanalbreite verschiedene Arten von Glättung angewandt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Glättung eine Linearkombination zwischen einem Punkt und dessen Nachbarn. Vorzugsweise wird ein Nachbar auf jeder Seite verwendet, und die relative Gewichtung ist {0,3, 0,4, 0,3}. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der gesamte Weg mehrmals, vorzugsweise sieben Mal, geglättet. Vorzugsweise werden Teile des Weges, die näher als eine vorbestimmte Entfernung zum Rand liegen, nicht geglättet. Alternativ oder zusätzlich hängt/- hängen die Anzahl der Glättungen eines Punktes und/oder die verwendeten Gewichtungen und/oder die Glättungsart von der Entfernung zum Rand ab. Vorzugsweise wird an den Zielpunkten keine Glättung durchgeführt. Alternativ wird wenigstens an den Start- und Endpunkten eine Glättung durchgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch wenigstens einer der Betrachtungsparameter geglättet, so daß Änderungen seiner Werte glatter sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für die Betrachtung verschiedener Teile von Datensatz 10 eine erwünschte Winkelauflösung erforderlich. Wenn ein solches Winkelbetrachtungsfeld eine Änderung des Betrachtungsfeldes erfordert, werden diese Feldänderungen vorzugsweise geglättet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Betrachtungszielpunkt so gewählt, daß er ein Punkt auf dem Weg nach dem Betrachtungsursprungspunkt ist. Der Standort des Betrachtungszielpunktes wird vorzugsweise reagierend auf die lokale Biegung am Betrachtungsursprungspunkt und/oder auf die Entfernung zum Rand ermittelt, d. h. die Entfernung zwischen den zwei Punkten ist invers abhängig von der lokalen Biegung und proportional zur Entfernung zum Rand. Das Ergebnis ist, daß in engen Teilen des Weges der Betrachtungszielpunkt im Verhältnis näher zum Betrachtungsursprungspunkt ist und somit ein glatterer Betrachtungswinkel erhalten wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Betrachtungszielpunktsort von den Weg- und/oder Randeigenschaften am geplanten Betrachtungszielpunkt und/oder eines Teils des zukünftigen Weges abhängen.
Bei den meisten, wenn nicht allen medizinischen Bildern ist die Anwesenheit von Rauschen eine sehr wichtige Überlegung. Üblicherweise erhöht die Aufnahme von Bildern mit einem niedrigeren Rauschpegel den Kontakt eines Patienten mit ionisierender und/oder anderweitig gefährlicher Strahlung. Zusätzlich haben viele medizinische Bilder verschiedene Arten von Artefakten. Ein Problem, das durch Rauschen verursacht wird, ist, daß sich im Rand des Hohlraums Löcher befinden können, wo ein Rauschwert den ursprünglichen Wert eines äußeren Voxels ersetzt oder mutiert hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden solche Löcher ignoriert, da, damit der Weg durch ein solches Loch führt, er sehr nahe an den Randvoxeln vorbeiführen muß, was als eine Funktion der Entfernungsfunktion extrem "unerwünscht" ist.
Eine problematische Situation ist, wenn zwei Hohlräume nahe beieinander verlaufen, wie es im Darm typisch ist. Die Addition von Rauschen und/oder Teilvolumenartefakten kann dazu führen, daß die Grenze zwischen den zwei Hohlräumen an bestimmten Orten verschwindet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch kleine fehlende Teile des Randes ignoriert, da, um durch diese zu verlaufen, ein Strafpreis bezahlt werden muß. Hohlraumvergrößerungen und/oder -verzerrungen, die von Teilvolumeneffekten verursacht werden, sind bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im allgemeinen kein Thema, da der Weg üblicherweise nicht nahe den Rändern bei diesen Ausführungsformen verläuft und/oder von kleinen Schwankungen der Randbeschaffenheit nicht beeinflußt wird.
Ein weiteres Problem, das durch Rauschen verursacht werden kann, ist die Bildung von Außengewebevoxeln in der Mitte des Hohlraumes. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden kleine Gruppen von Außengewebevoxeln, die zu anderen Außengewebevoxeln einen Abstand haben, während verschiedener Schritte der Wegplanung ignoriert, wie z. B. während der Entfernungsberechnung und/oder durch Erlauben, daß der Weg durch die Voxel verläuft. Die Anzahl, das Ausmaß und die Trennung dieser Voxel ist vorzugsweise ein Parameter des Algorithmus. Zusätzlich oder alternativ werden diese Voxel vorzugsweise in Abhängigkeit von der Gruppierung der in Verdacht stehenden Rauschvoxel während der Segmentierung entfernt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht alle Voxel im Hohlraum während der Wegermittlung berücksichtigt. Vielmehr wird nur eine Teilmenge der Voxel berücksichtigt. Vorzugsweise wird die Teilmenge durch Erzeugung eines Skeletts des. Hohlraums gebildet.
Fig. 5A ist eine Schemazeichnung eines skelettierten Hohlraums 60 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Skelettierung ist zum Beispiel in "An introduction to Morphological Image Processing" von E.R. Dougherty, SPIE Press, 1992, Seiten 42- 48, beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist. Das Skelett eines Körpers ist definiert als ein Satz Punkte, die die Mitten von maximalen Kugeln darstellen, welche vom Körper gebunden werden und die in keiner anderen solchen gebundenen Kugel enthalten sind (eine Überlappung ist erlaubt). Ein solches Skelett hält im allgemeinen die morphologischen Merkmale des Körpers aufrecht. In Fig. 5A ist eine zweidimensionale Skelettierung gezeigt, die nur eine kleine Teilmenge 64 der maximalen Kugeln darstellt. Ein Skelett 62 ist ein Satz Punkte, der im allgemeinen den Konturen des Körpers folgt. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nur Voxel, die das Skelett überlappen oder sich innerhalb eines bestimmten Radius von dem Skelett befinden, für den Weg berücksichtigt. Dieser Radius kann bei manchen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung von der lokalen Morphologie des Hohlraums abhängen. Sobald der Weg ermittelt ist, muß er üblicherweise interpoliert und/oder neuberechnet werden, um die Betrachtungsursprungspunkte zu ergeben, die bei manchen Ausführungsformen der Erfindung zwischen Skelettvoxeln liegen können. Alternativ oder zusätzlich wird der ermittelte Weg geglättet, so daß er Voxel enthalten kann, die nicht vom Skelett stammen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aus den Voxeln des Skeletts ein Graph erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bögen des Graphs durch Festlegen von Nachbarn für jedes Voxel des Skeletts erzeugt. Vorzugsweise werden alle Voxel des Skeletts, die sich innerhalb einer vorbestimmten Entfernung von einem speziellen Voxel befinden, mit dem Voxel verbunden. Alternativ oder zusätzlich wird die Entfernung in Abhängigkeit von der Anzahl der nahen Voxel ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Entfernung in Abhängigkeit von der Morphologie des Hohlraums ermittelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Teile des Graphen nur erzeugt, wenn sie tatsächlich benötigt werden, wobei faule Auswertungsverfahren angewandt werden.
Fig. 5B ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zur Skelettierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren basiert auf maximalen Kugeln mit einem Radius r, der der Öffnung mit einer Kugel mit dem Radius 1 entspricht, einem Datensatz, der zuvor mit einer Kugel mit Radius r erodiert worden war. Die Öffnung ist ein zusammengesetztes Verfahren, das die Erosion und anschließend die Ausweitung (Zugabe einer Schicht) umfaßt. Daher wird gemäß eines bevorzugten Verfahrens der Erfindung ein Skelett zur selben Zeit wie die Entfernungsfunktion erzeugt, wobei der teilerodierte Datensatz als Eingabe verwendet wird. In der Figur wird der Skelettierungs-Ausgangsradius auf null gesetzt (70). Wie bei der Erosion können andere Werte als null gewählt werden, und sie beeinflussen die Genauigkeit des Skeletts und/oder können die Hohlraummorphologie glätten und/oder die Rauschwirkungen verringern. Gewebe, das mit einer Kugel mit Radius r erodiert wurde (72), wird mit einer Kugel mit Radius 1 geöffnet (74), Voxel, die durch den Öffnungsvorgang entfernt werden, entsprechen den Mitten von maximalen Kugeln mit Radius r und werden vorzugsweise gesammelt und zu dem Skelett hinzugefügt (76). Es sollte beachtet werden, daß die Öffnung die Erosion und anschließend die Ausweitung umfaßt. Das oben beschriebene Erosionsverfahren erzeugt auch einen Datensatz, der die Auswirkung der Erosion mit einer Kugel mit Radius 1 umfaßt, das Ergebnis einer Erosion mit einer Kugel mit Radius r.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Datensatz durch Verwendung von Polygonen dargestellt, welche die Oberflächen des Rands beschreiben, alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Voxeln, Vorzugsweise wird das Innere des Hohlraums durch Verwendung einer 3D-Zeichenfunktion ermittelt und/oder kann von der Segmentierung her bekannt sein und/oder kann ermittelt werden, wenn die Polygondaten aus den Bilddaten erzeugt werden. Vorzugsweise wird diese Bestimmung für Punkte auf einem Gitter durchgeführt. Die Entfernungsberechnung kann mit demselben Gitter durchgeführt werden. Für jeden Punkt auf dem Gitter, der im Inneren des Hohlraums liegt, wird die Entfernung zum nächsten Polygon ermittelt. Vorzugsweise und insbesondere dann, wenn die Polygone eine begrenzte Größe haben, werden Ortsfunktionen verwendet, um die Anzahl an Polygonen, die getestet werden, einzuschränken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Straffunktion definiert werden, bei der jede Entfernung zum Rand, die über einer bestimmten Entfernung liegt, den gleichen Strafwert besitzt. Wenn keine Polygone innerhalb dieser Entfernung liegen, ist es daher nicht notwendig, weiter zu suchen und die Entfernung zu berechnen. Anschließend kann das Pfadfindeverfahren auf die Gitterpunkte angewandt werden, wobei die ermittelte Entfernungsfunktion verwendet wird. Vorzugsweise wird die berechnete Entfernung verwendet, um eine Skelett des Gitters zu ermitteln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Betrachtungsbereich auf einen Betrachtungszielpunkt entlang des Weges gerichtet. Alternativ oder zusätzlich bewegt sich der Betrachtungszielpunkt entlang einer unterschiedlichen Trajektorie. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewegt sich der Betrachtungszielpunkt spiralförmig entlang Weg 16, so daß die Betrachtungsrichtung im wesentlichen senkrecht zum Weg liegt. Diese Art von Weg eignet sich zur gehauen Untersuchung des Inneren eines Hohlraums, zum Beispiel für die Koloskopie. Alternativ zu einem im wesentlichen senkrechten Winkel kann jeder andere Winkel verwendet werden, insbesondere um eine Überlappung zwischen aufeinanderfolgenden Bildern und/oder Teilen der Spirale sicherzustellen. Vorzugsweise ist der Betrachtungsbereich auch leicht verdreht, so daß die Achsen aller einzeln erzeugter Rasterbilder so parallel wie möglich gemacht werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Teile des Datensatzes 10, die nicht angezeigt werden oder die nicht innerhalb erwünschter Paramenter angezeigt werden, dem Anwender gemeldet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sie getrennt von dem Endoskopaugenbild, vorzugsweise auf einem Planbild oder auf einem dreidimensionalen perspektivischen Bild angezeigt. Alternativ oder zusätzlich werden diese Anzeigen als Symbole auf einem virtuellen Echtzeit-Endoskopbild überlagert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Bild durch Verwendung eines Raycasting-Verfahrens gerendert, wie es zum Beispiel in der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 60/075 519 mit dem Titel "Raycasting System and Method", eingereicht am 23. Februar 1998 von den Anmeldern S. Akerman und G. Miller, beschrieben ist, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist. Vorzugsweise wird die Entfernung vom Rand, die für jeden Punkt entlang des Weges ermittelt wird, als Untergrenze für den Raycasting-Algorithmus verwendet, da keine äußeren Voxel näher als die ermittelte Entfernung liegen können.
Obwohl die obigen. Verfahren im allgemeinen einschließlich der Planung aller Aspekte des Weges beschrieben wurden, werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die oben beschriebenen Verfahren nur für einige der Aspekte angewandt. Alternativ oder zusätzlich kann die Reihenfolge der Schritte geändert und/oder Schritte in Teilschritte unterteilt und/oder kombiniert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden faule Auswertungsverfahren angewandt, um lange Berechnungen zu verzögern und/oder Speicheranforderungen so gut wie möglich zu verringern. Solche Berechnungen umfassen die Auswertung einer Straffunktion und/oder die Gestaltung eines Graphen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt ein Anwender eine Echtzeitsteuerung verschiedener Betrachtungsparameter durch, während ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugter Weg betrachtet wird. Solche Parameter können u. a. Ausleuchtungsparameter, wie z. B. Position, Bewegung und Zerfall als eine Funktion der Entfernung, Geschwindigkeit, Blickrichtung, des Blickwinkels, der Betrachtungsfeldgröße und des Höhe- Breite-Verhältnisses sein.
Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden einige der hier beschriebenen Verfahren in iterativer Weise durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt ein Anwender Einschränkungen ein, das System erzeugt einen Weg, der versucht, diese Einschränkungen zu erfüllen, und anschließend ändert der Anwender möglicherweise diese Einschränkungen, basierend auf der Qualität des erzeugten Weges und/oder des erzeugten Bildes. Vorzugsweise werden wenigstens einige der Berechnungen, wie z. B. Entfernungsberechnungen, nur einmal durchgeführt und nicht bei jeder Iteration wiederholt. Zusätzlich müssen vorzugsweise nicht alle Einschränkungen bei jeder Iteration eingegeben werden. Ein Beispiel für vom Anwender eingegebene Einschränkungen ist ein Satz Punkte, durch die der Weg wünschenswerterweise führt.
Zusätzlich oder alternativ können die oben beschriebenen Verfahren als Nachbearbeitungsschritt für einen durch andere Mittel erzeugten und/oder durch einen Anwende reingegebenen Weg angewendet werden, insbesondere zur Glättung eines solchen Weges und/oder zur Berechnung von Betrachtungsparametern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nur optimale Betrachtungswinkel und -geschwindigkeiten für einen festen Weg ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Verfahren verwendet, um einen Weg aus einer (vorzugsweise kleinen) Reihe von Wegen auszuwählen. Zusätzlich oder alternativ können die oben beschriebenen Verfahren verwendet werden, um einen bestehenden Weg auszuwerten, insbesondere nachdem ein Anwender ihn modifiziert hat oder er geglättet wurde, um zu ermitteln, ob irgendwelche vom Anwender ausgewählten Einschränkungen verletzt werden und/oder um dem Weg eine Betrachtungsqualitätsstufe zuzuweisen. Vorzugsweise werden die Verfahren verwendet, um mögliche Wege einzustufen, um dem Anwender die Auswahl eines dieser Wege zu erleichtern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein bestehender Weg durch Erzeugung eines Graphen, der nur Voxel enthält, die in dem Weg enthalten sind und sich innerhalb einer bestimmten Entfernung davon befinden, und Anwenden der Wegfindungsverfahren auf diesen Graphen optimiert werden. Vorzugsweise hängt die Breite des Graphen von der lokalen und/oder typischen Breite des Hohlraums ab.
Man sollte sich bewußt sein, daß die hier beschriebenen Verfahren auch verwendet werden können, um einen Zielpunkt in der Mitte eines bestehenden Weges hinzuzufügen und/oder zwei Wege glatt zu verbinden. In manchen Fällen können nur die glättenden Teile des Algorithmus verwendet werden. Alternativ kann ein Graph erzeugt werden, der einen Bereich umfaßt, der den zum Graph hinzuzufügenden Punkt umgibt und/oder in dem der Graph verbunden ist, und ein Wegoptimierungsverfahren kann auf diesen (lokalen) Graph angewandt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Zielpunkte, die durch einen Anwender eingegeben werden, leicht modifiziert, so daß scharfe Biegungen in dem Weg verringert werden. Alternativ oder zusätzlich werden Zielpunkte so bewegt, daß sie an wünschenswerteren Orten liegen. Eine solche Bewegung ist vorzugsweise auf kleine Entfernungen und/oder eine kleine Zahl von Dimensionen beschränkt. Vorzugsweise werden diese Punkt senkrecht zum Weg und/oder Geweberand bewegt, je nachdem, in welcher Stufe der Verarbeitung diese Punkte bewegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann mehr als ein Gewebe in den inneren Voxeln und/oder den äußeren Voxeln enthalten sein. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine Gewebeart als halbtransparent definiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Gewebeart an einem Voxel die Strafe des Hindurchgehens durch dieses Voxel beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich ist es wünschenswert, daß der Weg durch eine minimale Anzahl von Geweberändern führt. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem dem Hindurchgehen durch eine Gewebeart eine hohe Strafe (aber vorzugsweise nicht eine unendliche Strafe) zugewiesen wird. Vorzugsweise ist die Strafe eine Funktion der Entfernung von der Grenze zwischen den Geweben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Gewebearten durch Verwendung eines Bit-Volumens für jede Gewebeart mit einem Wert von "1" für alle Voxel, die von dieser Gewebeart sind, gespeichert. Alternativ kann jedem Voxel ein Wert zugewiesen werden, der eine Gewebeart anzeigt. Wie man sehen kann, kann einem einzelnen Voxel in manchen Fällen mehr als eine Gewebeart zugewiesen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt die Straffunktion von der Entfernung von verschiedenen Gewebearten ab.
Zum Beispiel kann es weniger wünschenswert sein, innerhalb von 5 Voxeln von Gewebeart A zu sein als innerhalb von 5 Voxeln von Gewebeart B. Vorzugsweise wird für jede Gewebeart eine unterschiedliche Entfernung berechnet. Alternativ wird nur die Entfernung zum nächsten Gewebe berechnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein bestimmtes. Gewebe für die Bewegung weniger bevorzugt sein, doch die Bewegung durch dieses hindurch kann erlaubt sein. Vorzugsweise ist die Straffunktion für dieses Gewebe nicht unendlich, wie sie es vorzugsweise für äußere Voxel ist. Man sollte sich bewußt sein, daß ein Gewebe vom Außentyp auch transparent und/oder halbtransparent sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden unterschiedliche Gewebearten durch Verwendung transparente gefärbte Voxel und/oder durch Verwendung von Volumentexturen angezeigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei oder mehrere Datensätze registriert und zusammen angezeigt. Zwei solchen Datensätze können zu unterschiedlichen Zeiten unter Verwendung unterschiedlicher Modalitäten aufgenommen werden und/ oder können aus dem gleichen Gewebe, jedoch aus unterschiedlichen Phasen der cyclischen Bewegung des Gewebes sein. Vorzugsweise wird erzwungen, daß der Weg innerhalb eines Hohlraums verläuft, welcher durch die Kreuzung aller Hohlräume definiert ist.
Man sollte sich bewußt sein, daß bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine Trajektorie nicht durchgehend sein muß. Zum Beispiel kann eine Trajektorie des Betrachtungsursprungs aus Segmenten bestehen. Bei einem anderen Beispiel kann der Betrachtungszielpunkt eine sehr fragmentierte Trajektorie haben. Da jedoch das erzeugte Bild oft in Folge betrachtet wird, wird das Wort Trajektorie verwendet, um den Fortschritt des Betrachtungsursprungs- und/oder des Zielpunktes von dem ersten Rasterbild zum letzten Rasterbild zu beschreiben. Zusätzlich sollte beachtet werden, daß selbst eine durchgehende Trajektorie eine endliche Zahl von einzelnen Punkten besitzt, an denen ein Bild erzeugt wird.
Man sollte sich bewußt sein, daß die oben beschriebenen · Verfahren zur automatischen Wegermittlung wie oben beschrieben viele Merkmale besitzen, wobei nicht alle davon in allen Ausführungsformen der Erfindung zur Anwendung kommen müssen. Vielmehr werden die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nur einige der oben beschriebenen Techniken, Merkmale oder Verfahren und/oder Kombinationen davon verwenden. Obwohl die obige Beschreibung sich auf Verfahren konzentriert, werden zusätzlich auch Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren als vom Umfang der Erfindung umfaßt betrachtet. Zusätzlich oder alternativ können andere Verfahren zur Wegfindung verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bekannte Verfahren zur Strafoptimierung angewandt, um einen optimalen Weg zwischen den Zielpunkten angesichts der wie oben beschrieben zugewiesenen Strafen zu ermitteln.
Ein Fachmann wird erkennen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was bisher beschrieben worden ist. Vielmehr wird die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Wegplanung, umfassend:

Zurverfügungstellen eines Medical-Imaging-Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand darstellt,

Zurverfügungstellen mehrerer Punkte in dem Datensatz, einschließlich wenigstens eines Startpunktes und eines Endpunktes, und

automatisches Ermitteln eines Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, der auf eine Strafe in Verbindung mit dem Durchlaufen von verschiedenen Punkten in dem Hohlraum reagiert.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Straffunktion auf eine Morphologie des Hohlraums reagiert.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Morphologie eine Breite umfaßt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die Morphologie eine lokale Morphologie ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-4, bei dem die Straffunktion auf den Weg reagiert.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Straffunktion auf ein Ausmaß der lokalen Biegung des Weges reagiert.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Trajektorie eines Ursprungs eines Betrachtungsbereiches (Viewport) umfaßt.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-7, bei dem das Zurverfügungstellen von mehreren Punkten das Zurverfügungstellen einer Trajektorie umfaßt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-8, bei dem die automatische Ermittlung eines. Weges die automatische Ermittlung einer Trajektorie eines Zielpunktes umfaßt.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung, umfaßt.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung, reagierend auf eine lokale Biegung des Weges, umfaßt.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9 oder 11, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung einer Winkelorientierung einer Sichtlinie, relativ zu einem Weg, zurückgelegt von einem Betrachtungsbereich-Ursprung, reagierend auf eine lokale Biegung des Weges, umfaßt.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-10, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die automatische Ermittlung von wenigstens einem Betrachtungsparameter entlang einer Trajektorie eines Betrachtungs-Ursprungspunktes umfaßt.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-13, bei dem die Strafe von einer möglichen Betrachtungsqualität von einem Punkt aus abhängt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die Betrachtungsqualität von menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten abhängt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei dem die Betrachtungsqualität von einer speziellen Aufgabe, die mit dem Weg durchgeführt werden soll, abhängt.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-16, umfassend die Glättung des Weges.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem die Glättung von einer lokalen Breite des Hohlraums an dem geglätteten Teil des Weges abhängt.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-18, umfassend die automatische Wiederholung wenigstens der automatischen Ermittlung eines Weges zwischen dem Start- und dem Endpunkt.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-19, umfassend das Zurverfügungstellen wenigstens einer vom Anwender bereitgestellten Einschränkung auf der Wegermittlung.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem die automatische Wiederholung die automatische Wiederholung der automatischen Ermittlung eines Weges, reagierend auf wenigstens eine vom Anwender bereitgestellte Einschränkung, umfaßt.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder Anspruch 21, bei dem die wenigstens eine Einschränkung eine starre Einschränkung umfaßt.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20-22, bei dem die wenigstens eine Einschränkung eine flexible Einschränkung umfaßt.

24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20-23, umfassend den. Hinweis an einen Anwender, welche Einschränkungen nicht erfüllt werden.

25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-24, umfassend die Auswahl eines Datengranularitätswertes für die Wegermittlung.

26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-25, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die Auswertung einer Straffunktion für die Punkte umfaßt.

27. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die Straffunktion von der Entfernung des Punkts von einem Rand des Hohlraums abhängt.

28. Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem die Straffunktion für Punkte, die weiter vom Fand entfernt liegen, niedriger ist.

29. Verfahren gemäß Anspruch 28, bei dem die Straffunktion sich wesentlich erhöht, wenn man sich dem Rand nähert.

30. Verfahren gemäß Anspruch 28 oder Anspruch 29, bei dem die Straffunktion vom Rand entfernt sich wenig ändert.

31. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27-30, umfassend die Ermittlung der Entfernung durch Erosion des Datensatzes.

32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27-30, umfassend die Ermittlung der Entfernung durch Wellenpropagation von den Rändern des Hohlraums.

33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-32, bei dem die Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines relativ kurzen Weges umfaßt.

34. Verfahren gemäß Anspruch 33, bei dem ein relativ kurzer Weg einen kürzesten Weg umfaßt, der den mit den verschiedenen Orten verbundenen Strafwert berücksichtigt.

35. Verfahren gemäß Anspruch 33 oder Anspruch 34, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die Erzeugung eines Graphen umfaßt, der wenigstens einen Teil des Hohlraums darstellt.

36. Verfahren gemäß Anspruch 35, bei dem der Weg ermittelt wird durch Anwendung eines Wegfindungsverfahrens auf den Graphen und bei dem die Teile des Graphen nur erzeugt werden, wenn das Verfahren es erfordert.

37. Verfahren gemäß Anspruch 35 oder Anspruch 36, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines Weges unter Verwendung des Dijkstra-Verfahrens zum Finden des kürzesten Weges auf dem Graphen umfaßt.

38. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35-37, bei dem der Graph nur eine Teilmenge an Voxel in dem Hohlraum enthält.

39. Verfahren gemäß Anspruch 38, bei dem der Graph im wesentlichen nur ein Skelett des Hohlraums umfaßt.

40. Verfahren gemäß Anspruch 39, bei dem das Skelett durch Verwendung von Daten aus der Erosion des Hohlraums gefunden wird, wobei Erosion angewandt wird, um eine Entfernung von inneren Punkten vom Rand zu ermitteln.

41. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-40, bei dem Voxel den Datensatz darstellen.

42. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-41, bei dem Polygone den Rand darstellen.

43. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-42, bei dem der Datensatz einen CT-Datensatz umfaßt.

44. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-42, bei dem der Datensatz einen MIR-Datensatz umfaßt.

45. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-42, bei dem der Datensatz einen NM-Datensatz umfaßt.

46. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-45, bei dem der Rand kleine Löcher enthält und bei dem der Weg nicht durch Löcher führt, die schmäler als eine vorbestimmte Breite sind.

47. Verfahren gemäß Anspruch 46, bei dem die vorbestimmte Breite von einer Morphologie des Hohlraums abhängt.

48. Verfahren zur Wegplanung, umfassend:

Zurverfügungstellen eines medizinischen Datensatzes, der einen Hohlraum mit mehreren Biegungen und einen Rand darstellt,

automatisches Ermitteln eines Weges zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt, wobei in wenigstens zwei der Biegungen der Weg nicht im wesentlichen in einer Mittelachse des Hohlraums bleibt und sich nicht näher als bis zu einer vorbestimmten Entfernung dem Rand nähert.

49. Verfahren gemäß Anspruch 48, bei dem der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt wird und der Weg sich nicht näher als ein Voxel dem Rand nähert.

50. Verfahren gemäß Anspruch 48, bei dem der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt wird und der Weg sich nicht näher als drei Voxel dem Rand nähert.

51. Verfahren gemäß Anspruch 48, bei dem der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt wird und der Weg sich nicht näher als ein Zehntel der lokalen Breite des Hohlraums dem Rand nähert.

52. Verfahren gemäß Anspruch 48, bei dem der Datensatz durch Verwendung von Voxel dargestellt wird und der Weg nicht durch Löcher in dem Rand führt, die schmäler sind als eine vorbestimmte Breite.

53. Verfahren zur simultanen Entfernungsermittlung und Skelettierung eines Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand davon enthält, umfassend:

Erodieren des Hohlraums durch Verwendung einer Reihe von Kugeln mit steigendem Radius Ri,

Ermitteln einer Entfernung von Punkten im Inneren des Hohlraums vom Rand durch Anwendung der Erosion,

Öffnen des erodierten Hohlraums für jeden Radius Ri durch Verwendung einer Kugel mit Radius 1 und

Sammeln der Punkte, die von dem erodierten Hohlraum durch das Öffnen entfernt werden, um ein Skelett zu bilden.

54. Verfahren gemäß Anspruch 53, bei dem die Erosion einer Kugel R die Erosion des Ergebnisses der Erosion mit einer Kugel des Radius R-1 mit einer Kugel des Radius 1 umfaßt.

55, Verfahren zur Wegplanung, umfassend:

Zurverfügungstellen eines Datensatzes, der einen Hohlraum und einen Rand darstellt,

56. Verfahren gemäß Anspruch 55, bei dem die Straffunktion auf eine Breite des Hohlraums reagiert.

57. Verfahren gemäß Anspruch 55 oder Anspruch 56, bei dem die Straffunktion auf ein Ausmaß der lokalen Biegung des Weges reagiert.

58. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 55-57, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die Auswertung einer Straffunktion für die Punkte umfaßt.

59. Verfahren gemäß Anspruch 58, bei dem die Straffunktion von der Entfernung des Punkts von einem Rand des Hohlraums abhängt.

60. Verfahren gemäß Anspruch 59, bei dem die Straffunktion für Punkte, die weiter vom Rand entfernt liegen, niedriger ist.

61. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 55-60, bei dem die Ermittlung eines Weges die Ermittlung eines relativ kurzen Weges umfaßt.

62. Verfahren gemäß Anspruch 61, bei dem ein relativ kurzer Weg einen kürzesten Weg umfaßt, der den mit den verschiedenen Punkten verbundenen Strafwert berücksichtigt.

63. Verfahren gemäß Anspruch 61 oder Anspruch 62, bei dem die automatische Ermittlung eines Weges die Erzeugung eines Graphen, der wenigstens einen Teil des Hohlraums darstellt, umfaßt und bei dem der Graph durch Anwendung eines Wegfindungsverfahrens auf den Graph ermittelt wird und bei dem die Teile des Graphen nur erzeugt werden, wenn das Verfahren es erfordert.

64. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-47 oder 55-63, bei dem die Straffunktion auf eine euklidische Entfernung der verschiedenen Punkte vom Rand reagiert.

65. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-47 oder 55-64, bei dem die Wegplanung es ermöglicht, daß ein Weg durch zwei diagonal benachbarte Voxel führt.

66. Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem die Granularität reagierend auf eine Morphologie des Hohlraums ermittelt wird.

67. Verfahren gemäß Anspruch 66, bei dem eine lokale Granularität ermittelt wird und bei dem die Morphologie eine lokale Morphologie umfaßt.

68. Verfahren gemäß Anspruch 67, bei dem die lokale Morphologie eine lokale Breite umfaßt.

69. Verfahren gemäß Anspruch 25, beidem eine lokale Granularität ermittelt wird und bei denn die Granularität reagierend auf eine Entfernung einer Lokalität von, einem Hohlraumrand ermittelt wird.

70. Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem eine erste Granularität für eine erste Wegplanung ermittelt wird und das die Wiederholung der Wegplanung durch Verwendung einer zweiten Granularität und die Verwendung des erstens Weges als Startpunkt für die wiederholte Wegplanung umfaßt.