DE102004022902B4

DE102004022902B4 - Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung, Computertomografiegerät, Arbeitsstation und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102004022902B4
Application number: DE102004022902A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kropfeld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: CN1695556A; US7339587B2; US20050249393A1; JP2005322252A; DE102004022902A1; CN100539947C

Abstract

Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung, aufweisend die Verfahrensschritte:
– Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina (1, 1', V_i) zu einer Vielzahl von Zeitpunkten (t₁, t₂, t_i), wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen (1, 1', V_i), einem Zeitpunkt (t₁, t₂, t_i) zugeordnet ist,
– Vorgeben einer räumlich absolutfesten Betrachterposition (5, O_i) innerhalb eines Auswertevolumens (3) für wenigstens ein 3D-Datenvolumen (1, V₁) zu einem ersten Zeitpunkt (t_i),
– Bestimmen einer zeitlichen Korrelation (7) zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition (5, O₁) und dem Auswertevolumen (3') für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen (1', V_i) zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt (t₂, t_i),
– Ermitteln einer zum Auswertevolumen (3') räumlich relativfesten Betrachterposition (5', O_i) innerhalb des Auswertevolumens (3') für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen (1', V_i) zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt (t₂, t_i),
– Darstellen des Inneren des Auswertevolumens (3') aus einer Perspektive der räumlich relativfesten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung. Weiter betrifft die Erfindung ein Computertomografiegerät, eine Arbeitsstation und ein Computerprogrammprodukt.
Moderne bildgebende medizinische Verfahren liefern in der Regel Bilder in digitaler Form. Dazu erfolgt zunächst im Rahmen so genannter Primärapplikationen eine Datenaufnahme und das Bereitstellen der digitalen Daten im Rahmen einer Datenrekonstruktion. Insbesondere Computertomografiebilder liegen in digitaler Form vor und können somit direkt in einem Rechner oder einer Arbeitsstation weiterverarbeitet werden. Aus den Originalbildern können durch die Anwendung so genannter Sekundärapplikationen Bilder in neuer Orientierung mit zwei- oder dreidimensionaler Darstellung (2D-Darstellung, 3D-Darstellung) gewonnen werden, um eine geeignete Übersicht für den Untersucher zur Verfügung zu stellen. Solche Darstellungen sollen insbesondere die Grundlage einer anschließenden Diagnostik im Rahmen einer Monitorbefundung bilden. Die Vorteile der Computertomografie ergeben sich insbesondere daraus, dass keine Überlagerungsprobleme wie bei der konventionellen Radiografie gegeben sind und die Computertomografie bietet den Vorteil einer verzerrungsfreien Darstellung unabhängig von in der Radiografie mit der Aufnahmegeometrie verbundenen unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren.
Mittlerweile haben sich eine Reihe unterschiedlicher Vorgehensweisen bei Sekundärapplikationen im Rahmen der 3D-Bilddarstellung und -verarbeitung etabliert. Für diese Vorgehensweisen sind bei einem Computertomografiegerät geeignete Be dienelemente, z. B. eine Computermaus oder andere Kontrollmedien, vorgesehen. Eine Arbeitsstation zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografiebildern weist eine entsprechende Softwareausstattung in Form eines Computerprogrammprodukts und eine Bedienoberfläche auf einem Bildschirm mit entsprechenden mit Funktionen belegten Bedienelementen auf.
Die Computertomografie (CT) stellt in der Regel zunächst, im Rahmen einer Primärapplikation, zweidimensionale Schnittbilder der Transversalebene eines zu untersuchenden Körpers als direkte Aufnahmeebene zur Verfügung. Die Transversalebene eines Körpers ist dabei im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse eines Körpers angeordnet. Zweidimensionale Schnittbilder in einer Ebene mit einem im Vergleich zur Transversalebene geänderten Winkel und/oder solche, die mit einer zur ursprünglichen Schichtdicke unterschiedlichen, insbesondere breiteren Schichtdicke, berechnet werden, werden in der Regel als multiplanare Reformatierungen (MPR – Multiplanar Reformations) bezeichnet. Eine für die Diagnostik wesentliche Möglichkeit besteht in der interaktiven Durchsicht und Auswertung des Bildvolumens, meist kontrolliert durch ein entsprechendes Bedienelement. Der Untersucher kann sich mit Hilfe solcher Bedienelemente – ähnlich wie im Ultraschall durch Führen eines Schallkopfes – an anatomisierte Strukturen und pathologische Details herantasten und durch Vor- und Zurückfahren dasjenige Bild auswählen, in dem sich ein interessierendes Detail am klarsten präsentiert, also z. B. mit dem höchsten Kontrast und dem größten Durchmesser dargestellt ist. Eine erweiterte Form der zweidimensionalen Darstellung besteht darin, beliebig dicke Schichten (Slabs) aus dünnen Schichten zusammenzufassen. Hierfür hat sich der Begriff "Sliding Thin Slab" (STS) etabliert. Alle 2D-Darstellungen haben den Vorteil, dass die Computertomografiewerte direkt und unverfälscht zur Darstellung kommen. Eventuelle Interpolationen oder Mittelwertbildungen über mehrere Schichten sind dabei vernachlässigbar. Damit ist immer eine einfache Orien tierung im Auswertevolumen, das auch als Volume of Interest (VOI) bezeichnet wird, und dem zugeordneten 3D-Datenvolumen sowie eine eindeutige Interpretierbarkeit der Bildwerte gegeben. Diese Art der Monitorbefundung ist jedoch arbeitsintensiv und zeitaufwändig.
Eine möglichst realistische Präsentation des Auswertevolumens lässt sich dagegen durch eine dreidimensionale Darstellung des Auswertevolumens erreichen. Eine 3D-Bilddarstellung und -verarbeitung ist in der Regel zwar die Voraussetzung für ein gezieltes Herausarbeiten diagnostisch relevanter Details. Letztere Befundung erfolgt aber bisher in der Regel in einer 2D-Darstellung.
Bei 3D-Bilddarstellungen und -verarbeitungen wird in der Regel ein 3D-Datenvolumen zur Verfügung gestellt auf dessen Grundlage eine Darstellung des Auswertevolumens erfolgt. Der Untersucher gibt vorzugsweise eine Betrachterposition vor, aus der er das Auswertevolumen betrachten will. Insbesondere steht dem Untersucher in der Regel ein Suchstrahl zur Verfügung. Bei diesem Beispiel wird ein zweidimensionales Bild errechnet, das senkrecht zum Suchstrahl steht und einen räumlichen Eindruck vermitteln soll. Um solch eine Darstellung Bildpunkt für Bildpunkt (auch: Voxel-Akronym für Volumenelement) in der Bildebene aufzubauen, müssen für jeden Strahl vom Betrachter zum jeweiligen Bildpunkt alle CT-Werte entlang des Suchstrahls durch das 3D-Datenvolumen berücksichtigt und bewertet werden. Der Untersucher gibt in der Regel einen Bildpunktwert, z. B. einen Kontrastwert, vor, den er zur Darstellung eines Bildpunktes geeignet wählt. Durch die verfahrensinhärente Wiederholung dieses Vorgangs wird dem Untersucher auf Grundlage der vorgegebenen Bildpunktwerte im Rahmen eines CT-Wertprofils für den Suchstrahl eine diesem entsprechende Ansammlung von Bildpunkten gezeigt, also eine 3D-Darstellung des interessierenden Körperbereichs/Auswertevolumens (VOI).
Alle 3D-Darstellungen können, also im Rahmen einer Sekundärapplikation, entweder als Zentralprojektion oder als Parallelprojektion aufgebaut werden.
Für eine Parallelprojektion eignet sich insbesondere eine "Maximum Intensity Projection" (MIP) oder allgemein das "volume Rendering" (VR). Bei einer MIP wird in Projektionsrichtung entlang des Suchstrahls der Bildpunkt mit dem höchsten CT-Wert bestimmt. In dem Fall entspricht der Bildpunktwert also dem maximalen CT-Wert auf dem Suchstrahl. Beim VR wird für jeden einzelnen, vom Auge des Betrachters ausgehenden Suchstrahl nicht nur ein einziger Bildpunkt gewählt, sondern es können alle CT-Werte entlang des Suchstrahls mit geeigneter Gewichtung einen Bildpunkt als Beitrag zum Ergebnisbild liefern. Über frei wählbare und interaktiv veränderbare Transferfunktionen werden jedem Bildpunktwert Opazität und Farbe zugeordnet. So kann z. B. normales Weichteilgewebe als weitgehend transparent gewählt werden, kontrastierte Gefäße leicht opak und Knochen stark opak.
Zu bevorzugende Zentralprojektionen können beispielsweise durch ein "Surface Shaded Display" (SSD) oder durch ein "Perspective Volume Rendering" (pVR) (oder auch "virtuelle Endoskopie") erzielt werden. Dementsprechend gibt es das SSD oder auch das in der virtuellen Endoskopie benutzte pSSD. Bei der SSD handelt es sich um eine schwellenbasierte Oberflächendarstellung, bei der ein Bildpunkt durch Vorgabe eines Bildpunktwertes in Form einer Schwelle, vorgegeben wird. Für jeden Suchstrahl durch das vorliegende 3D-Datenvolumen wird derjenige Bildpunkt bestimmt, an dem der vorgegebene Bildpunktwert in Form eines Schwellenwerts vom Betrachter aus gesehen zum ersten Mal erreicht oder überschritten wird. Ein prinzipieller Unterschied zwischen SSD und VR besteht darin, dass beim SSD nur eine Schwelle definiert wird, aber die Oberfläche undurchsichtig dargestellt wird. Beim VR werden hingegen mehrere Schwellenbereiche definiert und diesen Farben und Durchlässigkeiten zugewiesen. Die virtuelle Endosko pie soll eine perspektivische Ansicht der Nahumgebung des virtuellen "Endoskopkopfes" möglich machen. Strukturen können anders als beim tatsächlichen Endoskop aus unterschiedlichen Richtungen und bewegt betrachtet werden. So genannte "Fly-Throughs", die den Eindruck eines virtuellen Flugs durch das VOI ergeben sollen sind möglich. Dies ist nicht nur ästhetisch und instruktiv, sondern kann auch diagnostisch wertvoll sein. Insbesondere dient eine so genannte "Vessel-View"-Methode der Aufnahme eines Inneren eines Gefäßes als Auswertevolumen.
Alle oben genannten dreidimensionalen Sekundärapplikationen verarbeiten ausschließlich statische Bilder.
Dennoch wird bei modernen medizinischen bildgebenden Verfahren, wie z. B. der Computertomografie (CT) oder der Kernspintomografie oder der Magnetresonanztomografie (MR), üblicherweise ein dreidimensionales Volumen mit kurzer zeitlicher Auflösung abgetastet. Z. B. ist die Kardio-Spiral-CT-Untersuchung bekannt, bei der durch die gleichzeitige Abtastung auf mehreren Zeilen eines Schnittbildes ein, wenn auch begrenztes, dreidimensionales Volumen gemessen wird. Aus mehreren Herzschlägen werden dann die Daten aus gleichen zeitlichen Herzphasen innerhalb einer Spirale genutzt, um das gesamte Herzvolumen abzudecken. Dabei kann ggf. eine Triggerung der Datenaufnahme und/oder -darstellung dadurch erfolgen, dass die Primärapplikation mit einem EKG-Gerät gekoppelt wird, um gleiche zeitliche Herzphasen zu triggern.

Ähnlich ist aus der DE 101 37 170 ein bildgebendes medizinisches Verfahren mit Atemtriggerung bekannt, bei der ein Navigationssystem vorgesehen ist, um auf einer Skala die Position eines durch die Atmung bewegten Körperteils wiederzugeben, wobei bei vorgegebenen Positionen eine Triggerung zur Aufnahme eines Bildes erfolgt.

Aus der US 2003/0007593 A1 sind ein diagnostisches bildgebendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung bekannt, bei denen eine bestimmte Phase der Organbewegung aus einer zyklischen Gesamtbewegung herausselektiert und diese statisch dargestellt wird. Um ein statisches CT-Signal in Bezug auf eine variierende anatomische Position des Organs zu simulieren, werden eine Triggerung und ein Zustandsphasenmodel benutzt. Zur Triggerung dient z.B. ein EKG-Signal.

Aus der US 5,544,283 geht eine 2D-Bilddarstellung von zeitlich variierenden Bildern hervor. Hierbei werden die Daten ebenfalls von einer Position außerhalb eines Auswertemoduls gewonnen.

Solche Verfahren dienen jedoch wiederum lediglich zur statischen Darstellung eines gewonnenen 3D-Datenvolumens. Durch die Triggerung wird praktisch garantiert, dass Bilder gleicher Phasen einer periodischen Bewegung, z.B. eines Herzens oder einer Lunge, gewonnen werden. Sofern zu einem Zeitpunkt Daten aus mehreren Schichten gewonnen werden, wie z. B. beim Mehrschicht-CT oder bei der Mehrschicht-MRT, ist in den Rohdaten zwar zusätzlich auch eine zeitliche Komponente enthalten, es wird also ein räumlich-zeitlicher 4D-Datensatz aufgenommen, es unterbleibt aber eine räumlich-zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung im Rahmen einer Sekundärapplikation. Insbesondere eignen sich bisher bekannte dreidimensionale Sekundärapplikationen, welche perspektivische dreidimensionale Auswertungen zum Gegenstand haben, also insbesondere die pVR, "Vessel-View"- oder "Fly-Through"-Methode nicht zur Darstellung eines 4D-Datensatzes als eine Vielzahl von zeitlich gestaffelten Datenvolumina zu einer Vielzahl von Zeitpunkten.

Lediglich ansatzweise ist eine Art 4D-Imaging/Bilddarstellung im Rahmen einer Ultraschallbildgebung bekannt, bei der Bewegungen als schnelle Sequenz von 3D-Bildern dargestellt werden. Dabei handelt es sich jedoch gerade nicht um eine perspektivische Volumendarstellung im oben genannten Sinne, son dern lediglich um eine Ansichtsaufnahme im Rahmen einer Parallelprojektion. Eine zeitlich-räumliche 4D-Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung, insbesondere eines Auswertevolumens in Form eines Inneren eines Gefäßes, erfordert erst recht im Vergleich zu Ultraschallsystemen eine Rechnerleistung, die alles bisher Übliche übertrifft. Dies ist insbesondere für schnelle Bewegungen mit hoher Frequenz, z.B. des Herzens, der Fall und betrifft zudem die Datenaufnahme und die Datenkapazität. So fällt dabei allein für eine einzige komplette dreidimensionale Abbildung des Herzens mit einer räumlichen Auflösung von 0.5 mm in nur 20 Sekunden eine Datenmenge von 1 GByte an. Gegenwärtige Datenanfallraten liegen bei 200 bis 300 MByte pro Aufnahmesekunde. Insbesondere blieben Möglichkeiten einer räumlich-zeitlichen 4D-Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung bislang völlig unberücksichtigt, da bislang klassische Methoden der Endoskopie entweder eine Bewegung eines Auswertevolumens durch die Einführung des Endoskopes einschränken (z.B. beim Holen) oder Innenansichten gar nicht möglich waren (wie z.B. beim Herzkatheter).

Gemäß den Erfordernissen moderner medizinischer Diagnostik wäre aber gerade eine räumlich-zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung wünschenswert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung anzugeben, wobei eine gleichzeitig räumliche und zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung, also eine Bilddarstellung und -verarbeitung eines 4D-Datenvolumens aus einer Perspektive im Inneren eines Auswertevolumens, realisierbar ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung gelöst, das erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina zu einer Vielzahl von Zeitpunkten, wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen einem Zeitpunkt zugeordnet ist,
– Vorgeben einer räumlich absolutfesten Betrachterposition innerhalb einem Auswertevolumen für wenigstens ein 3D-Datenvolumen zu einem ersten Zeitpunkt,
– Bestimmen einer zeitlichen Korrelation zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition und dem Auswertevolumen für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt,
– Ermitteln einer zum Auswertevolumen räumlich relativfesten Betrachterposition innerhalb des Auswertevolumens für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt,
– Darstellen des Inneren des Auswertevolumens aus einer Perspektive der räumlich relativfesten Betrachterposition für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es zwar für eine perspektivische Volumendarstellung einer Innenansicht eines Auswertevolumens im Prinzip möglich wäre, eine Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina zu einer Vielzahl von Zeitpunkten, beispielsweise in Form einer zeitlichen Sequenz von 3D-Datenvolumina, bereitzustellen. Dies würde üblicherweise jedoch nicht zu einer funktionierenden räumlich-zeitlichen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung führen. Üblicherweise ist es nämlich so, dass sich gerade bei pVR-Verfahren im Unterschied zu Ansichtsaufnahmen im Rahmen einer Parallelprojektion ein bewegtes Körperteil durch die Bewegung vor allem in seiner räumlichen absoluten Lage verändert, also insbesondere einer Translation unterliegt. Gerade für die hier in Betracht kommenden perspektivischen Volumendarstellungen, also insbesondere die pVR, und hier insbesondere die virtuelle Endoskopie, die "Fly-Through"-Methode und die "Vessel-View"-Methode, erfolgt die Darstellung eines Auswertevolumens aus einer Perspektive im Inneren des Auswertevolumens. Übliche Verfahren, die ja bislang keine 4D-Bilddarstellung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung vorsehen, müssten also zwangsläufig von einer räumlich absolutfesten Betrachterposition innerhalb des Auswertevolumens für alle 3D-Datenvolumina, unabhängig vom Zeitpunkt, ausgehen. Bei Ansichtsaufnahmen ist lediglich eine räumlich absolutfeste Betrachterposition für alle Zeiten vorgesehen. Eine räumlich relativfeste Betrachterposition wäre bei Ansichtsaufnahmen, insbesondere bei Außenansichtsaufnahmen, auch gar nicht nützlich – schließlich würde ein Betrachter eine Bewegung eines Auswertevolumens in der Außenansicht wahrnehmen, da er das Auswertevolumen in der Ansicht sieht. Das hier bei perspektivischen Volumenaufnahmen, insbesondere Innenansichtsaufnahmen vorliegende Problem stellt sich bei Verfahren für Ansichtsaufnahmen gar nicht. Gerade bei den hier angesprochenen perspektivischen Volumendarstellungsmethoden ist es aber Ziel einer Diagnose insbesondere den Nahbereich einer Betrachterposition, z. B. eine Nahumgebung eines virtuellen "Endoskopkopfes" darzustellen. Des Weiteren handelt es sich bei dem Inneren eines Auswertevolumens gerade bei den perspektivischen Volumendarstellungen oftmals um Abmessungen, die um vielfaches kleiner sind, als ein Ausmaß einer Lageänderung/Translation des Auswertevolumens als solchem relativ zu einer räumlich absolutfesten Betrachterposition. Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, dass bisherige Ansätze einer üblichen 4D-Bilddarstellung und -verarbeitung nicht nur mangelbehaftet sind, sondern insbesondere, wenn es darum ginge, eine perspektivische Volumendarstellung zu erreichen, versagen würden.

Demgegenüber sieht die Erfindung eine automatische Vornahme der üblicherweise per Interaktion vorzunehmenden Maßnahmen zur neuen Betrachterpositionsbestimmung und Navigation durch ein Auswertevolumen vor. Eine Betrachterposition wird von einem bewegten Auswertevolumen automatisch überprüft und bei Bedarf nachgeführt.

Hierbei wird eine zeitliche Korrelation zwischen der räumlich absolut-festen Betrachterposition und dem Auswertevolumen für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt bestimmt. Eine Korrelation kann beispielsweise in Form einer absoluten Relativbewegung des Auswertevolumens relativ zur festen Betrachterposition festgehalten werden. Eine Bewegung des Auswertevolumens kann dabei beispielsweise eine Schwerpunktbewegung des Auswertevolumens sein. In dem Fall müsste zunächst eine Schwerpunktermittlung oder Schwerpunktfestlegung des Auswertevolumens erfolgen. Es eignet sich darüber hinaus auch jede andere Möglichkeit zur Feststellung der Bewegung des Auswertevolumens. Beispielsweise kann im Rahmen des Verfahrens auch festgestellt werden, ob die räumlich absolutfeste Betrachterposition innerhalb der Grenzen des Auswertevolumens verbleibt, wenn man zu einem Auswertevolumen für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt übergeht.

Im Prinzip reicht also zur Feststellung einer zeitlichen Korrelation die Feststellung irgendeiner Relativbewegung eines gegebenenfalls speziell zweckgebunden bestimmten interessierenden Voxels des Auswertevolumens im Verhältnis zur räumlich absolut-festen Betrachterposition. Eine derartige zeitliche Korrelation kann für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt bestimmt werden. Es kann auch eine solche zeitliche Korrelation unter Verwendung einer geeignet ausgewählten Anzahl von 3D-Datenvolumina zu einer Vielzahl von zweiten Zeitpunkten erfolgen. Als Ergebnis dieser Bestimmung liegt gemäß dem hier vorgeschlagenen Konzept vorzugsweise die Kenntnis einer Relativbewegung des Auswertevolumens zur räumlich absolutfesten Betrachterposition in mehr oder weniger je nach Zweckmäßigkeit ausreichend quantifizierter Form vor.

Dem folgend wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Konzept die zunächst eingenommene räumlich absolutfeste Betrachterposition nicht notwendigerweise als endgültige Betrachterposition angenommen, sondern lediglich als vorläufige Betrachterposition, insbesondere zur Bestimmung der zeitlichen Korrelation, verwendet.

Dem nachfolgend wird eine zum Auswertevolumen räumlich relativfeste Betrachterposition für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt ermittelt.

Insbesondere kann in einer Weiterbildung die räumlich relativfeste Betrachterposition bezüglich einer für die Translation des Auswertevolumens oben erläuterten maßgeblichen Position einen Abstand wahren, der für den ersten Zeitpunkt und den wenigstens zweiten Zeitpunkt beispielsweise konstant ist oder in akzeptablem Rahmen liegt. Die maßgebliche Position ist beispielsweise eine Schwerpunktposition oder ein interessierendes Voxel oder eine Grenze des Auswertevolumens. Vorzugsweise ist der genannte Abstand für die gesamte Vielzahl von Zeitpunkten konstant oder in einem akzeptablem Rahmen. Ein akzeptabler Rahmen wäre beispielsweise dadurch gegeben, dass eine Abweichung von einem konstanten Abstand nicht mehr als ein Bruchteil eines Durchmessers eines Auswertevolumens, z. B. weniger als 20 %, beträgt und gleichzeitig die Betrachterposition immer innerhalb des Auswertevolumens verbleibt.

Das hier vorgestellte Konzept eines neuartigen Verfahrens zur Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung sieht also in einer Weiterbildung praktisch für jeden Zeitpunkt die Bestimmung eines räumlich relativfesten Koordinatensystems gegenüber dem Auswertevolumen in Form einer räumlich absolutfesten Betrachterposition vor.

Darauf basierend erfolgt eine Darstellung des Auswertevolumens aus einer Perspektive der räumlich relativfesten Betrachterposition für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt. Erst durch die oben genannten Verfahrensschritte ist nämlich eine Darstellung des Auswertevolumens aus einer Perspektive innerhalb des Auswertevolumens möglich, also aus einer Perspektive der räumlich relativfesten Betrachterposition. Vorteilhaft ist bei dieser Art der Darstellung des Auswertevolumens gemäß dem neuen Konzept sichergestellt, dass sich eine Betrachterposition für den gerade perspektivisch zu sehenden Volumenabschnitt eines Auswertevolumens in relativer Ruhe liegt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das Verfahren zur Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung zu realisieren.

Insbesondere ist es, wie im Rahmen obiger Weiterbildung bereits erläutert, vorgesehen, eine Vielzahl von räumlich relativfesten Betrachterpositionen für die Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina zu der Vielzahl von Zeitpunkten zu ermitteln und das Auswertevolumen jeweils aus einer Perspektive einer räumlich relativ-festen Betrachterposition darzustellen. Es wird also praktisch zu jedem der Vielzahl von Zeitpunkten eine geeignete, räumlich relativfeste Betrachterposition für die perspektivische Volumendarstellung im Inneren des Auswertevolumens ermittelt. Mit einer solchen Maßnahme ist es beispielsweise möglich, in einem Kardio-Volumen-Datensatz, der zeitlich zyklisch wiederholt wird und das schlagende Herz darstellt, mittels einer Fly-Through-Methode durch die Gefäße und die Herzkammern zu "fliegen". So kann zum Beispiel die Innenansicht einer Koronararterie, in der man sich befindet, gezeigt werden, obwohl sich die Arterie absolut durch den Herzschlag bewegt, weil das hier vorgestellte Konzept sicherstellt, dass sich die räumlich relativfeste Betrachterposition in ihrer relativen Lage immer innerhalb der Arterie befindet. Dieses Beispiel zeigt, dass nicht in jeder Weiterbildung des Verfahrens notwendigerweise ein konstanter Abstand der räumlich relativtfesten Betrachterposition zu einer maßgeblichen Position des Auswertevolumens gewahrt sein muss. Dies wäre zwar zu bevorzugen, denn auf diese Weise könnte nämlich in einer besonders vorteilhaften Bilddarstellung beispielsweise ausschließlich eine Kontraktion und Expansion des Auswertevolumens dargestellt werden, wobei die Bewegung des Auswertevolumens völlig frei ist von einer absoluttranslatorischen Bewegung des Auswertevolumens als solchem.

Dennoch kann auch bei einer solchen Weiterbildung ein Abstand einer räumlich relativfesten Betrachterposition gegenüber einer maßgeblichen Position des Auswertevolumens variiert werden. In jedem Fall garantiert das hier vorgestellte neue Konzept jedoch, dass die räumlich relativfeste Betrachterposition innerhalb des Auswertevolumens verbleibt. In diesem Sinne ist die Betrachterposition also zum Auswertevolumen räumlich relativfest. Dies stellt für jeden der Vielzahl von Zeitpunkten eine geeignete perspektivische Volumendarstellung im Inneren des Auswertevolumens sicher.

Vorzugsweise erfolgt die Bilddarstellung aus der Perspektive einer räumlich relativfesten Betrachterposition und unter Vorgabe eines Suchstrahls als ein zweidimensionales Bild.

Insbesondere können weitere Maßnahmen zur Erzeugung eines 3D-Effektes bei einer perspektivischen Volumendarstellung getroffen werden.

Als besonders zweckmäßig hat sich eine Bilddarstellung in Form zweier oder mehrerer zweidimensionaler Bilder unter Verwendung zweier oder mehrerer räumlich vergleichsweise leicht zueinander verschobener relativfester Betrachterpositionen erwiesen. Vorzugsweise ist dabei jeder der vergleichsweise leicht zueinander verschobenen relativfesten Betrachterpositionen ein Suchstrahl zugeordnet. Insbesondere kreuzen sich die Suchstrahlen, vorzugsweise in einer zweckmäßig gewählten Entfernung. Die zwei oder mehreren Bilder können getrennt einem linken und rechten Auge eines Betrachters zugeführt werden und ergeben eine direkte anschauliche perspektivische Volumendarstellung mit einem wirkungsvollen 3D-Effekt.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine räumlich-zeitliche (4D)-Bilddarstellung in Form einer virtuellen Endoskopie. Mit dem hier vorgestellten Konzept ist es erstmals möglich, mit Methoden der perspektivischen Volumendarstellung, also insbesondere mithilfe der vir tuellen Endoskopie, des Fly-Through oder der "Vessel-View"-Methode ein zeitlich in mehr oder weniger stark translatorischer Bewegung befindliches Auswertevolumen im Inneren zu untersuchen, ohne dass die Betrachterposition durch die räumlich-translatorische Bewegung des Auswertevolumens aus dem Inneren des Auswertevolumens gerät. Das hier vorgestellte Konzept ermöglicht darüber hinaus eine Vielzahl von 4D-Bilddarstellungs- und -verarbeitungsmöglichkeiten, die vorzugsweise aus der Perspektive einer, insbesondere räumlich relativfesten, Betrachterposition und unter Vorgabe eines Suchstrahls als ein zweidimensionales Bild erfolgt.

Dabei lässt sich ein in vielerlei Hinsicht beeinflussbares Bewegtbild sequentiell oder interaktiv verarbeiten und darstellen.

In einer Weiterbildung kann die Bilddarstellung für die Vielzahl von räumlich relativfesten Betrachterpositionen und einem ausgewählten Zeitpunkt erfolgen, so dass das zweidimensionale Bild als ein räumlich veränderliches Bewegtbild vorliegt. Es kann also für einen festen, ausgewählten Zeitpunkt ein Fly-Through durch das Auswertevolumen vorgenommen werden.

Insbesondere im Rahmen einer Anwenderinteraktion ist dabei vorteilhaft eine räumliche Navigationsmöglichkeit innerhalb eines 3D-Datenvolumens für einen ausgewählten Zeitpunkt vorgesehen. Dies betrifft insbesondere eine räumliche Navigationsmöglichkeit innerhalb des Auswertevolumens. Dem Anwender ist es also möglich zu einem festen, ausgewählten Zeitpunkt, beispielsweise per Maus oder Joystick, Ansichten einer räumlichen Sequenz Bild für Bild durchzublättern oder je nach Wunsch zwischen ausgewählten Ansichten zu springen.

Das hier vorgestellte Konzept erlaubt nunmehr eine ganz ähnliche Einflussnahme innerhalb der räumlich-zeitlichen 4D-Bilddarstellung entlang der Zeitachse. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Bilddarstellung für die Vielzahl von Zeitpunkten und einer ausgewählten, insbesondere räumlich relativfesten, Betrachterposition erfolgt, so dass das zweidimensionale Bild als ein zeitlich veränderliches Bewegtbild vorliegt. Bei dieser Art der Weiterbildung kann besonders vorteilhaft erreicht werden, dass eine räumlichabsolute translatorische Bewegung des Auswertevolumens völlig eliminiert wird, so dass ausschließlich eine Relativbewegung des Auswertevolumens relativ zur räumlich relativfesten Betrachterposition sichtbar ist und diagnostiziert werden kann. Dies betrifft jede Art einer Kontraktion, Expansion oder einer sonstigen Relativbewegung innerhalb des Auswertevolumens oder des Auswertevolumens selbst.

Vorzugsweise ist für diagnostische Zwecke eine variable einstellbare Geschwindigkeit für den Ablauf des zeitlich veränderlichen Bewegtbildes vorgesehen. Insbesondere ist dem Anwender eine zeitliche Navigationsmöglichkeit innerhalb eines 3D-Datenvolumens für eine ausgewählte, insbesondere räumlich relativfeste, Betrachterposition zur Verfügung gestellt. Besonders vorteilhaft ist dem Anwender eine zeitliche Navigationsmöglichkeit innerhalb des Auswertevolumens zur Verfügung gestellt. Unter einer zeitlichen Navigationsmöglichkeit ist eine Navigationsmöglichkeit bzw. Einflussnahme des Anwenders entlang der Zeitachse zu verstehen. Er kann per Maus oder Joystick, Ansichten einer zeitlichen Sequenz Bild für Bild durchblättern oder je nach Wunsch zwischen ausgewählten Ansichten springen.

Im Rahmen einer Weiterbildung kann beispielsweise die Zeit im Vergleich zur Echtzeit verlangsamt oder beschleunigt werden, um z. B. schnelle Herzbewegungen oder langsame Kolonbewegungen besser beurteilen zu können. Ein Anwender kann auch schrittweise oder kontinuierlich auf der Zeitachse vor- und zurückgehen.

Im Rahmen zukünftiger Anwendungen hat das hier vorgeschlagene Konzept im Rahmen des pVR hohes Potential. Insbesondere er weist sich das hier vorgeschlagene Konzept bei einem bildgebenden Verfahren als vorteilhaft, bei dem eine 3D-Bilddarstellung in Form einer virtuellen Endoskopie erfolgt. Bei solchen virtuellen endoskopischen Ansichten, die auch als endoluminale Ansichten bezeichnet werden, handelt es sich praktisch um ein perspektivisches VR. Vorrangiges Einsatzgebiet dieser Technik sind anatomische Strukturen, die auch Endoskopen zugänglich sind. Dazu zählt beispielsweise der Bronchialbaum, größere Gefäße, das Kolon und das Nasennebenhöhlensystem. Darüber hinaus wird sie auch in Bereichen wie den Nierenzisternen und im Gastrointestinalbereich, die Endoskopen nicht direkt zugänglich sind, eingesetzt.

Als besonders geeignet erweist sich darüber hinaus die räumlich-zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung nach dem oben erläuterten Konzept gerade bei solchen Anwendungen, die bislang nicht den klassischen Endoskopen zugänglich waren. Dies betrifft insbesondere Beobachtungen am Blutkreislauf, wie Koronararterien, Hauptarterien, Venen, und dort insbesondere die Darstellung einer Venenpumpe. Darüber hinaus ergeben sich völlig neue Einsatzgebiete im Bereich der Herzkammern und der Herzklappen unter dem Einfluss der Blutzirkulaton. Ebenso lässt sich mit dem hier vorgestellten Konzept der Einfluss der Atmung auf die Bronchien untersuchen. Gerade für Bereiche, die bewegte Auswertevolumina betreffen, die bislang nicht Endoskopen zugänglich waren, erweist sich das neue Konzept als besonders vorteilhaft.

Insbesondere erweist sich das Verfahren als vorteilhaft bei bildgebenden Verfahren die von einem unter Verwendung eines Kontrastmittels gewonnenen 3D-Datenvolumen ausgehen. Dies betrifft insbesondere den Blutkreislauf, also Blutgefäße und das Herz, die Koloskopie, die Bronchioskopie und ggf. auch die Zisternoskopie. Dazu erfolgt eine Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografiebildern eines Kolons bzw. einer Bronchie bzw. einer Zisterne im Rahmen des erläuterten Verfahrens. Es sollte dennoch klar sein, dass das hier erläuterte und beanspruchte Konzept ebenfalls nützlich zur Bilddarstellung und -verarbeitung im Rahmen medizinischer Bildgebung ist, bei denen das Datenvolumen unter anderen Modalitäten gewonnen wurde.

Das 2D- oder 3D-Datenvolumen kann beispielsweise auch im Rahmen einer Magnetresonanztomografie oder einer Kernspintomografie (MRT) gewonnen sein. Es hat sich nämlich gezeigt, dass auch in der MRT oftmals bewegte Auswertevolumnia zu untersuchen sind, wobei gemäß dem vorgeschlagenen Konzept ein Nachführen der Betrachterposition als relativfeste Betrachterposition vorteilhaft sein kann. Ein Beispiel wäre eine Untersuchung von mit Kontrastmittel gekennzeichnetem bewegtem Blut innerhalb eines Gefäßes. Dies würde zu einer räumlichen Verschiebung des Signals führen, was gemäß dem vorgeschlagenen Konzept mit einem Nachführen der Betrachterposition kompensiert würde. Das vorgeschlagene Konzept erweist sich in seiner Anwendung auf die MRT umso vorteilhafter, als die zeitliche Auflösung der MRT zunehmend besser wird.

Ein anderes Anwendungsgebiet wäre die Positionen-Emissions-Tomografie (PET).

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mittels eines Computertomografiegerätes gelöst, welches Bedienelemente zur Durchführung des Verfahrens aufweist. Eine solche Vorrichtung könnte beispielsweise in Form einer so genannten "Gantry"-Röhre mit zugehörigen Bedienelementen realisiert sein. Ein anderes Beispiel wäre eine Vorrichtung im Rahmen der digitalen Radiografie, insbesondere eine so genannte "C-Bogen"-Radiografievorrichtung, die in der Regel eine offene Vorrichtung ist. Insbesondere sind dabei Röntgenquelle und Detektor jeweils am Ende eines C-förmigen Bogens angebracht. In diesem Zusammenhang hat sich der Begriff C-Bogen-Computertomografie etabliert.

Hinsichtlich der Vorrichtung führt die Erfindung auch auf eine Arbeitsstation zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografiebildern, welche Bedienelemente zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens aufweist.

Unter einem Bedienelement ist insbesondere ein Softwaremittel, z. B. ein Softwaremodul, Gerätetreiber, und/oder ein Hardwaremittel, z. B. ein Joystick, eine Maus oder eine Bildschirmoberfläche, einzeln oder in Kombination zu verstehen, mit welchem Bedienelement einer der oben genannten Verfahrensschritte ausgeführt und kontrolliert werden kann.

Die Erfindung führt auch auf ein Computerprogrammprodukt zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografiebildern, welches Programmmodule zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens aufweist.

Insbesondere kann ein Computerprogrammprodukt aufbauend auf bisher bekannte Programmprodukte betreffend dreidimensionale perspektivische Sekundärapplikationen, wie die "Fly-Through"-Methode, die virtuelle Endoskopie oder die "Vessel-View"-Methode aufbauen, derart, dass als ein Input ein räumlich-zeitliches 4D-Datenvolumen verarbeitet wird und auf dessen Grundlage Berechnungen durchgeführt werden. Insbesondere weist ein Computerpgrogrammprodukt darüber hinaus ein Programmmodul zum Ermitteln einer zum Auswertevolumen räumlich relativfesten Betrachterposition für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
1 eine beispielhafte Anwendung des vorgeschlagenen Konzepts im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wobei eine räumlich absolutfeste Betrach terposition innerhalb eines Auswertevolumens für ein 3D-Datenvolumen zu eine ersten Zeitpunkt vorgegeben wird und eine zeitliche Korrelation zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition und dem Auswertevolumen für ein weiteres 3D-Datenvolumen zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird;
2 einen Ablaufplan einer besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem vorgeschlagenen Konzept.
1 verdeutlicht eine beispielhafte Anwendung des Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Konzept. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist am Beispiel eines 3D-Datenvolumens 1, 1' in Form eines Kardio-Volumendatensatzes erläutert. Der Einfachheit halber ist bei dem in 1 erläuterten Beispiel der Umfang eines 3D-Datenvolumens 1 zu einem ersten Zeitpunkt t₁ übereinstimmend mit einem Umfang eines 3D-Datenvolumens 1' zu einem Zeitpunkt t₂ gezeigt, weshalb beide 3D-Datenvolumina 1, 1' durch die gleiche Box dargestellt sind. Bei dem vorliegenden Beispiel ergibt sich das Problem, dass sich ein Auswertevolumen 3 in Form eines Gefäßes durch den Herzschlag in seiner Lage, also in seiner absoluten räumlichen Position, verändert und damit einer translatorischen Bewegung unterliegt. Während das Gefäß im 3D-Datenvolumen 1 zum Zeitpunkt t₁ als Auswertevolumen 3 vorzufinden ist, nimmt es im 3D-Datenvolumen 1' zum Zeitpunkt t₂ eine andere Lage ein, die in der 1 gestrichelt dargestellt ist, nämlich die Lage des Auswertevolumens 3' im 3D-Datenvolumen 1' zum Zeitpunkt t₂. Vorliegend kennzeichnet das Auswertevolumen 3 als auch das Auswertevolumen 3' dasselbe Gefäß.
Das vorliegende Verfahren gibt eine räumlich absolutfeste Betrachterposition 5 innerhalb des Auswertevolumens 3 für das 3D-Datenvolumen 1 zum ersten Zeitpunkt t₁ vor. Würde man im Rahmen üblicher Verfahren an der räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 festhalten, so würde zu einem Zeitpunkt t₂ dieselbe räumlich absolutfeste Betrachterposition 5 außer halb des Auswertevolumens 3', und damit außerhalb des Gefäßes liegen. Eine perspektivische Volumendarstellung innerhalb des Auswertevolumens 3' wäre somit bereits zum Zeitpunkt t₂ nicht mehr möglich.
Demgemäß sieht das Verfahren im Rahmen der hier dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsformen das Bestimmen einer zeitlichen Korrelation 7 zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 einerseits und dem Auswertevolumen 3' für das weitere 3D-Datenvolumen 1' zum zweiten Zeitpunkt t₂ andererseits vor. Zum Bestimmen der zeitlichen Korrelation zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 und dem Auswertevolumen 3' wird mindestens eine Abfrage benutzt, mit der festgestellt wird, ob sich die räumlich absolutfeste Betrachterposition 5 zum Zeitpunkt t₂ noch innerhalb des Auswertevolumens 3' befindet. Dieses hat sich durch den Herzschlag lediglich im Zeitpunkt t₂ im Vergleich zum Zeitpunkt t₁ in seiner Lage verändert.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird eine maßgebliche Position des Auswertevolumens 3, 3' dadurch bestimmt, dass ein Schwerpunkt 9 für das Auswertevolumen 3 bestimmt wird und ein Schwerpunkt 9' für das Auswertevolumen 3' bestimmt wird. Die Abfolge von Schwerpunkten 9, 9' ist in der 1 jeweils durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. Beim Vergleich der Zeitpunkte t₁ und t₂ ist also eine Schwerpunktbewegung des Auswertevolumens 3 im Vergleich zum Auswertevolumen 3' festzustellen. Die zeitliche Korrelation 7 wird dadurch bestimmt, dass zum Zeitpunkt t₁ ein Abstand der räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 zum Schwerpunkt 9 festgestellt wird. Zum Zeitpunkt t₂ wird der Abstand der räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 zum Schwerpunkt 9' festgestellt. Im Ergebnis wird also ein unterschiedlicher Abstand zum Zeitpunkt t₁ bzw. zum Zeitpunkt t₂ festgestellt, was die zeitliche Korrelation ausmacht.
Aufgrund dieses Ergebnisses wird eine zum Auswertevolumen 3' räumlich relativfeste Betrachterposition 5' für das weitere 3D-Datenvolumen 1' zum zweiten Zeitpunkt t₂ ermittelt. Dies kann prinzipiell auf eine beliebig zweckmäßige Art und Weise erfolgen, die vom Anwendungsfall abhängig ist. Beim vorliegenden Beispiel der 1 wird die räumlich relativfeste Betrachterposition 5' in Form eines Schwerpunktes 9' gewählt.
Die Bestimmung des Schwerpunktes 9, 9' kann auf vielfältige Art und Weise ausgeführt werden. Dabei sind die Einzelheiten der medizinischen Anwendung und der geometrischen Ausbildung des Auswertevolumens 3, 3' zu berücksichtigen. Insbesondere kann auch eine gewichtete Schwerpunktbestimmung erfolgen, die mit einer geeigneten Wichtung bzgl. des Auswertevolumens 3, 3' arbeitet. Im vorliegenden Beispiel wurde die räumlich absolutfeste Betrachterposition 5 und die räumlich relativfeste Betrachterposition 5' der Einfachheit halber als Mittelpunkt der Öffnungsfläche 12, 12' des Auswertevolumens 3, 3' in Form eines Gefäßes gewählt.
Die Betrachterposition 5, 5' ist beispielhaft in Form eines mit dem dargestellten Auswertevolumen 3, 3' mitbewegten räumlich relativ zum Auswertevolumen 3, 3' festen Koordinatensystem 11, 11' gewählt, das beim vorliegenden Beispiel als ein mit dem Auswertevolumen 3, 3' mitbewegtes Schwerpunktkoordinatensystem 11, 11' gewählt ist.
Die Bilddarstellung im Inneren des Auswertevolumens 3, 3' erfolgt aus der Perspektive der räumlich relativ-festen Betrachterposition 5' und der vorläufigen räumlich absolutfesten Betrachterposition 5 und jeweils unter Vorgabe eines Suchstrahls 13, 13' im mitbewegten Koordinatensystem 11, 11'. Dies ermöglicht insbesondere die perspektivische Darstellung des Nahfelds um die Betrachterposition 5, 5' herum. Eine solche pVR ist ähnlich einer Darstellung, die man mit einem an der Betrachterposition 5, 5' angeordneten Endoskopkopfes erreicht hätte.
Das Verfahren wurde anhand der 1 lediglich beispielhaft für einen ersten Zeitpunkt t₁ und einen zweiten Zeitpunkt t₂ erläutert. Die Ausführung des Verfahrens kann sich in der Praxis durchaus auf zwei Zeitpunkte oder eine Anzahl von geeignet gewählten Zeitpunkten beschränken.
Beim vorliegenden Beispiel impliziert das Verfahren gemäß dem neuen Konzept ein Ermitteln einer nicht näher dargestellten Vielzahl von räumlich relativfesten Betrachterpositionen ähnlich der Betrachterposition 5'.
Besonders vorteilhaft wird das Verfahren in der hier erläuterten Weise also für eine Vielzahl von nicht dargestellten Zeitpunkten t_i, i = 1, 2, 3, ... durchgeführt. In dem Fall wird eine Vielzahl von räumlich relativfesten Betrachterpositionen, ähnlich der Betrachterposition 5', für die Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina, ähnlich dem Datenvolumen 1', zu der Vielzahl von Zeitpunkten t_i ermittelt und jeweils ein Auswertevolumen, ähnlich dem Auswertevolumen 3', jeweils aus einer Perspektive einer räumlich relativfesten Betrachterposition, ähnlich der Betrachterposition 5', dargestellt. Vorteilhafterweise führt dies bei dem dargestellten Beispiel zu einer räumlich-zeitlichen 4D-Darstellung eines zu diagnostizierenden Gefäßes in Form einer virtuellen Endoskopie. Die Bilddarstellung erfolgt als ein zweidimensionales Bild mit räumlich-perspektivischem Effekt.
Über das vorliegende Beispiel hinausgehend kann auf Grundlage der bestimmten zeitlichen Korrelation 7 zwischen den Zeitpunkten t₁, t₂, ... t_i, i = 1, 2, 3 ... praktisch jede absolut räumliche translatorische Bewegung des Auswertevolumens 3, 3' – hier in Form eines Gefäßes – aus der 4D-Bilddarstellung eliminiert werden. Damit kann aus Sicht einer räumlich relativfesten Betrachterposition 5, 5', also im Rahmen eines mitgeführten, aber relativ zum Auswertevolumen 3, 3' festen Koordinatensystems 11, 11' jede tatsächliche Veränderung des in 1 dargestellten Gefäßes – beispielsweise eine Kontrak tion oder eine Expansion oder andere interessante Vorgänge innerhalb des Gefäßes – authentisch dargestellt werden. Durch die Darstellung des Gefäßes ohne störende translatorische Effekte ergeben sich eine Vielzahl wertvoller diagnostischer Möglichkeiten. Insbesondere kann eine Bilddarstellung für die Vielzahl von Zeitpunkten t_i, i = 1, 2, 3 ..., und für eine ausgewählte räumlich relativfeste Betrachterposition 5, 5' so erfolgen, dass das zweidimensionale Bild als ein zeitlich veränderliches Bewegtbild vorliegt. Dieses Bewegtbild kann mit einer variabel einstellbaren Geschwindigkeit ablaufen oder der Anwender kann das Bewegtbild Seite für Seite, d. h. Zeitschritt für Zeitschritt t_i, durchblättern.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird also zu jedem Zeitpunkt t₁, t₂, ... t_i, i = 1, 2, 3 ..., eine geeignete Betrachterposition 5, 5', insbesondere eine geeignete räumlich relativfeste Betrachterposition 5', für eine perspektivische Darstellung des Gefäßes aus einem mitbewegten Koordinatensystem 11, 11' heraus und unter Nutzung eines entsprechenden Suchstrahls 13, 13' ermittelt. Die Betrachterposition 5, 5' liegt für den gerade perspektivisch zu sehenden Volumenabschnitt des Auswertevolumens 3, 3' in relativer Ruhe. Die vorliegende Ausführungsform erlaubt auf diese Weise die Innenansicht einer Koronararterie, in der man sich befindet, obwohl sich die Arterie absolut durch den Herzschlag bewegt, weil die Betrachterposition 5, 5' innerhalb der Arterie liegt.
2 zeigt einen Ablaufplan einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Computertomographie ausgehend von einem unter Verwendung eines Kontrastmittel gewonnenen 3D-Datenvolumens. Nach dem Start 21 Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt 23 ein Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina V₁, V₂, V₃, ... V_i zu einer Vielzahl von Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, ... t_i, wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen V_i einem Zeitpunkt t_i zugeordnet ist. Dabei steht der Index i für natürliche Zahlen 1, 2, 3 usw., ggf. bis zu einer maximalen Zahl n, und numeriert die 3D-Datenvolumina V_i und die Zeitpunkte durch.
Im Verfahrensschritt 25 erfolgt das Vorgeben einer räumlich absolutfesten Betrachterposition O₁ innerhalb eines Auswertevolumen für wenigstens ein 3D-Datenvolumen V₁ zu einem ersten Zeitpunkt t₁. Die Betrachterposition O₁ kann beispielsweise in Form einer Betrachterposition 5 der 1 gewählt sein. Das Auswertevolumen kann beispielsweise in Form eines Auswertevolumens 3 der 1 gewählt sein.
Im Verfahrensschritt 27 erfolgt das Bestimmen einer zeitlichen Korrelation zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition O₁ und dem Auswertevolumen für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen V₂ zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt t₂. Die Korrelationen sind im Verfahrensschritt 27 beispielhaft zwischen einer Betrachterposition O₁ und einem 3D-Datenvolumen V₃ und zwischen einer Betrachterposition O₁ und einem 3D-Datenvolumen V_i, i = 1, 2, 3 ..., dargestellt.
Im Verfahrensschritt 29 erfolgt ein Ermitteln einer zum Auswertevolumen räumlich relativfesten Betrachterposition O₂, O₃ für weitere 3D-Datenvolumian V₂, V₃, ... V_i für zweite Zeitpunkte t₂, t₃, ... V_i. Die räumlich relativfeste Betrachterposition O_i kann beispielsweise in Form einer in 1 dargestellten räumlich relativfesten Betrachterposition 5' für das Auswertevolumen 3' gewählt sein.
Im Verfahrensschritt 31 erfolgt das Darstellen des Auswertevolumens aus einer Perspektive der Betrachterposition O₁, O₂, O₃, ... O_i für die 3D-Datenvolumina V₁, V₂, V₃, ... V_i zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, ... t_i, i = 1, 2, 3, ....
Das Verfahren kann bis zum Ende 35 durch eine Vielzahl von Darstellungs- und Interaktionsmöglichkeiten für das zweidimensionale zeitlich veränderliche Bewegtbild ergänzt werden, beispielsweise durch eine Interaktion des Anwenders im Ver fahrensschritt 33, bei der ein Ablauf des zeitlich veränderlichen Bewegtbildes mit variabler Geschwindigkeit einstellbar ist oder das Bewegtbild Seite für Seite durchgeblättert werden kann.
Die in 2 dargestellten Verfahrensschritte 21 bis 35 können auch ein Bedienelement zur Durchführung des Verfahrens bei einem Computertomographiegerät oder einer Arbeitsstation zur Bilddarstellung und Verarbeitung von Computertomographiebildern darstellen. Insbesondere können die in 2 dargestellten Verfahrensschritte 21 bis 35 ein Programmmodul zur Durchführung des Verfahrens bei einem Computerprogrammprodukt zur Bilddarstellung und Verarbeitung von Computertomographiebildern darstellen. Insbesondere kann der Verfahrensschritt 29 als ein Programmmodul bei einem Computerprogrammprodukt aufgefasst werden, wobei das Programmmodul eine zum Auswertevolumen räumlich relativfeste Betrachterposition O₂, O₃ ... O_i für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen V₂, V₃ ... V_i zu einem wenigstens zweiten Zeitpunkt t₂, t₃ ... t_i ermittelt.
Um eine vorteilhafte räumlich-zeitliche Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung zu ermöglichen sieht ein Verfahren im Rahmen des neuen Konzepts folgende Verfahrensschritte vor:

– Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung, aufweisend die Verfahrensschritte:
– Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina 1, 1', V_i zu einer Vielzahl von Zeitpunkten t₁, t₂, t_i, wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen 1, 1', V_i, einem Zeitpunkt t₁, t₂, t_i zugeordnet ist,
– Vorgeben einer räumlich absolutfesten Betrachterposition 5, O_i innerhalb eines Auswertevolumens 3 für wenigstens ein 3D-Datenvolumen 1, V₁ zu einem ersten Zeitpunkt t_i,
– Bestimmen einer zeitlichen Korrelation 7 zwischen der räumlich absoluttfesten Betrachterposition 5, O₁ und dem Aus wertevolumen 3' für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen 1', V_i zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt t₂, t_i,
– Ermitteln einer zum Auswertevolumen 3' räumlich relativfesten Betrachterposition 5', O_i für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen 1', V_i zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt t₂, t_i,
– Darstellen des Auswertevolumens 3' aus einer Perspektive der räumlich relativfesten Betrachterposition 5', O_i für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen 1', V_i zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt t₂, t_i.

Claims

Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung in Form einer perspektivischen Volumendarstellung, aufweisend die Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina (1, 1', V_i) zu einer Vielzahl von Zeitpunkten (t₁, t₂, t_i), wobei jeweils ein 3D-Datenvolumen (1, 1', V_i), einem Zeitpunkt (t₁, t₂, t_i) zugeordnet ist, – Vorgeben einer räumlich absolutfesten Betrachterposition (5, O_i) innerhalb eines Auswertevolumens (3) für wenigstens ein 3D-Datenvolumen (1, V₁) zu einem ersten Zeitpunkt (t_i), – Bestimmen einer zeitlichen Korrelation (7) zwischen der räumlich absolutfesten Betrachterposition (5, O₁) und dem Auswertevolumen (3') für wenigstens ein weiteres 3D-Datenvolumen (1', V_i) zu wenigstens einem zweiten Zeitpunkt (t₂, t_i), – Ermitteln einer zum Auswertevolumen (3') räumlich relativfesten Betrachterposition (5', O_i) innerhalb des Auswertevolumens (3') für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen (1', V_i) zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt (t₂, t_i), – Darstellen des Inneren des Auswertevolumens (3') aus einer Perspektive der räumlich relativfesten Betrachterposition (5', O_i) für das wenigstens eine weitere 3D-Datenvolumen (1', V_i) zu dem wenigstens einen zweiten Zeitpunkt (t₂, t_i).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ermitteln einer Vielzahl von räumlich relativfesten Betrachterpositionen (5', O₂, O₃, ... O_i) für die Vielzahl von zeitlich gestaffelten 3D-Datenvolumina (V₂, V₃, ... V_i) zu der Vielzahl von Zeitpunkten (t₂, t₃, ... t_i) und Darstellen des Auswertevolumens (3') jeweils aus einer Perspektive einer räumlich relativfesten Betrachterposition (5', O₂, O₃, ... O_i).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddarstellung aus der Perspektive einer räumlich relativfesten Betrachterposition (5, 5') und unter Vorgabe eines Suchstrahls (13, 13') als ein zweidimensionales Bild erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddarstellung in Form zweier oder mehrerer zweidimensionaler Bilder unter Verwendung zweier oder mehrerer räumlich vergleichsweise leicht zueinander verschobener relativfester Betrachterpositionen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der vergleichsweise leicht zueinander verschobenen relativfesten Betrachterpositionen ein Suchstrahl zugeordnet ist, wobei insbesondere sich die Suchstrahlen kreuzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine 3D-Bilddarstellung in Form einer virtuellen Endoskopie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddarstellung für die Vielzahl von Betrachterpositionen (5', O₂, O₃, ... O_i) von einem ausgewählten Zeitpunkt erfolgt, so dass das zweidimensionale Bild als ein räumlich veränderliches Bewegtbild vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine räumliche Navigationsmöglichkeit innerhalb eines 3D-Datenvolumens (1, 1', V_i) für einen ausgewählten Zeitpunkt, insbesondere durch eine räumliche Navigationsmöglichkeit innerhalb des Auswertevolumens (3, 3').
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddarstellung für die Vielzahl von Zeitpunkten (t₁, t₂, ... t_i) von einer ausgewählten Betrachterposition (5, 5', O_i) erfolgt, so dass das zweidimensionale Bild als ein zeitlich veränderliches Bewegtbild vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine variabel einstellbare Geschwindigkeit für den Ablauf des zeitlich veränderlichen Bewegtbildes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine zeitliche Navigationsmöglichkeit innerhalb eines 3D-Datenvolumens (1, 1', V_i) für eine ausgewählte Betrachterposition, insbesondere durch eine zeitliche Navigationsmöglichkeit innerhalb des Auswertevolumens (3, 3').
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung ein bildgebendes Verfahren in der Computertomografie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung und -verarbeitung ein bildgebendes Verfahren in der Magnetresonanztomografie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgehend von einem unter Verwendung eines Kontrastmittels gewonnenen 3D-Datenvolumen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern innerhalb eines Kolons.
Verfahren zur nach einem der Ansprüche 1 bis 14 Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern innerhalb einer Bronchie.
Verfahren zur nach einem der Ansprüche 1 bis 14 Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern innerhalb eines Blutgefäßes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern innerhalb eines Herzens.
Computertomografie-Gerät, welches Bedienelemente für die Verfahrensschritte (21 bis 35) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Arbeitsstation zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern, welche Bedienelemente für die Verfahrensschritte (21 bis 35) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Computerprogrammprodukt zur Bilddarstellung und -verarbeitung von Computertomografie-Bildern, welches Programmmodule für die Verfahrensschritte (21 bis 35) des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.