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Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten 3D-Bereichsdefinition mit anschliessender 3D-Fragmentsegmentierung auf der Basis von volumengerenderten Ansichten

IP.com Disclosure Number: IPCOM000184129D
Published in the IP.com Journal: Volume 9 Issue 6B (2009-06-25)
Included in the Prior Art Database: 2009-Jun-25
Document File: 8 page(s) / 326K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In der medizinischen Bildgebung werden Volumenscans erzeugt, die sich primaer als geschlossene Voxelbloecke darstellen. Die Voxelbloecke enthalten sowohl Informationen ueber die Patientenanatomie als auch ueber sonstige Gegenstaende wie z.B. Tisch, Halterungen, Instrumente. Die Voxelbloecke koennen durch ein geeignetes Volumenrendern (VR: volume rendering) analysiert werden. Darueberhinaus erweist es sich als vorteilhaft, interessante Teilstrukturen zu isolieren und zu behandeln sowie deren Oberflaeche z.B. als trianguliertes Netz genau bestimmen zu koennen. Dieser Vorgang wird ueblicherweise als Segmentierung bezeichnet. Das VR ermoeglicht eine direkte Visualisierung der Voxelbloecke, ist jedoch grundsaetzlich eine eher transparente Darstellung mit Strukturuebergaengen. Bei bisherigen 3D-Segementierungsverfahren faellt ueblicherweise der Rechen- und Suchaufwand hoch aus. Daher wird in vielen Faellen zuerst eine besser strukturierte Beschreibung des Volumens generiert, um den Berechnungsaufwand zu verringern. Das Volumen wird hierbei hierarchisch in mehreren Stufen zu sogenannten Octrees umstrukturiert, um den Speicher- und Rechenaufwand zu reduzieren. Andere Verfahren zur Segmentierung orientieren sich zunaechst an den 2D-Schichtbildern aus denen das betrachte Volumen zusammengesetzt ist. Die 2D-Konturen werden anschliessend ueber die Schichten hinweg zu 3D-Konturen zusammengesetzt. Bei den meisten Segementationstechniken ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da das Volumen Stoerungen bzw. Rauschen aufweist. Bei medizinischen Datensaetzen wird dies vor allem durch Roentgenrauschen oder Signalrauschen verursacht. Auch lokale Aenderungen der Signalstaerke erweisen sich als problematisch, da Schwellenwerte oder Oberflaechenfilter nur in bestimmten oertlichen Bereichen zuverlaessig eingesetzt werden koennen. Da benachbarte Oberflaechenelemente aufgrund der Stoerungen getrennt werden, treten Luecken in den Oberflaechen auf. Ferner koennen sogar fehlerhafte Einbuchtungen oder Ausstuelpungen entstehen.

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Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten 3D-Bereichsdefinition mit anschliessender 3D-Fragmentsegmentierung auf der Basis von volumengerenderten Ansichten

Idee: Dr. Karl Barth, DE-Erlangen; Dr. Clemens Bulitta

In der medizinischen Bildgebung werden Volumenscans erzeugt, die sich primaer als geschlossene Voxelbloecke darstellen. Die Voxelbloecke enthalten sowohl Informationen ueber die Patientenanatomie als auch ueber sonstige Gegenstaende wie z.B. Tisch, Halterungen, Instrumente. Die Voxelbloecke koennen durch ein geeignetes Volumenrendern (VR: volume rendering) analysiert werden. Darueberhinaus erweist es sich als vorteilhaft, interessante Teilstrukturen zu isolieren und zu behandeln sowie deren Oberflaeche z.B. als trianguliertes Netz genau bestimmen zu koennen. Dieser Vorgang wird ueblicherweise als Segmentierung bezeichnet. Das VR ermoeglicht eine direkte Visualisierung der Voxelbloecke, ist jedoch grundsaetzlich eine eher transparente Darstellung mit Strukturuebergaengen. Bei bisherigen 3D-Segementierungsverfahren faellt ueblicherweise der Rechen- und Suchaufwand hoch aus. Daher wird in vielen Faellen zuerst eine besser strukturierte Beschreibung des Volumens generiert, um den Berechnungsaufwand zu verringern. Das Volumen wird hierbei hierarchisch in mehreren Stufen zu sogenannten Octrees umstrukturiert, um den Speicher- und Rechenaufwand zu reduzieren. Andere Verfahren zur Segmentierung orientieren sich zunaechst an den 2D-Schichtbildern aus denen das betrachte Volumen zusammengesetzt ist. Die 2D- Konturen werden anschliessend ueber die Schichten hinweg zu 3D-Konturen zusammengesetzt. Bei den meisten Segementationstechniken ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da das Volumen Stoerungen bzw. Rauschen aufweist. Bei medizinischen Datensaetzen wird dies vor allem durch Roentgenrauschen oder Signalrauschen verursacht. Auch lokale Aenderungen der Signalstaerke erweisen sich als problematisch, da Schwellenwerte oder Oberflaechenfilter nur in bestimmten oertlichen Bereichen zuverlaessig eingesetzt werden koennen. Da benachbarte Oberflaechenelemente aufgrund der Stoerungen getrennt werden, treten Luecken in den Oberflaechen auf. Ferner koennen sogar fehlerhafte Einbuchtungen oder Ausstuelpungen entstehen.

Daher wird ein neuartiges Verfahren fuer eine verbesserte 3D-Segementierung vorgeschlagen, bei dem die zugehoerigen Bereiche fuer mindestens ein Fragment automatisch bestimmt werden. Dies bedeutet, dass mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens in dem Speicher fuer einen 3D-Bereich nur die Voxelpositionen belegt sind, die zu dem betreffenden Fragment gehoeren. Erfindungsgemaess wird zunaechst eine 3D-Darstellung des gesamten Voxelblock durchgefuehrt, wobei die 3D-Ansicht in einem 2D-Speicher abgelegt. Die 3D-Darstellung des Voxelblock ist zudem so ausgefuehrt, dass nur bestimmte Objektklassen wie z.B. Knochen,...