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DE10311172A1 - Image segmenting of objects, especially of human/animal organs and/or results of pathological changes, involves generating object/part profiles from three-dimensional image information in image planes - Google Patents

Image segmenting of objects, especially of human/animal organs and/or results of pathological changes, involves generating object/part profiles from three-dimensional image information in image planes Download PDF

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DE10311172A1
DE10311172A1 DE10311172A DE10311172A DE10311172A1 DE 10311172 A1 DE10311172 A1 DE 10311172A1 DE 10311172 A DE10311172 A DE 10311172A DE 10311172 A DE10311172 A DE 10311172A DE 10311172 A1 DE10311172 A1 DE 10311172A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
outline
image
image plane
information
outlines
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10311172A
Other languages
German (de)
Inventor
Georgios Sakas
Oliver Steckenreiter
Pawel Zogal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Medcom Gesellschaft fur Medizinische Bildverarbeitung mbH
Original Assignee
Medcom Gesellschaft fur Medizinische Bildverarbeitung mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Medcom Gesellschaft fur Medizinische Bildverarbeitung mbH filed Critical Medcom Gesellschaft fur Medizinische Bildverarbeitung mbH
Priority to DE10311172A priority Critical patent/DE10311172A1/en
Publication of DE10311172A1 publication Critical patent/DE10311172A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The method involves using three-dimensional image information of at least one object and/or object part, generating first (1) and second (2 or 3) profiles of the object/part from the three-dimensional image information in mutually perpendicular first (Z) and second (X or Y) image planes and automatically generating profiles in further planes parallel to the first plane using points in the second image plane. An independent claim is also included for the following: (a) a computer program for implementing the inventive method (b) a data medium for loading into a computer for implementing the inventive method (c) a computer program product for implementing the inventive method (d) and an arrangement for image segmenting of objects, especially human or animal organs and/or results of pathological changes.

Description

Die Erfindung betrifft die Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen pathologischer Veränderungen, wobei örtlich dreidimensionale Bildinformationen zumindest eines Objektes und/oder eines Objektteils verwendet werden.The invention relates to the image segmentation of Objects, especially for segmenting human or animal Organs and / or results of pathological changes, being local three-dimensional image information of at least one object and / or of an object part can be used.

Prostatakrebs ist eine häufig vorkommende Diagnose bei Männern im Alter von 50 Jahren oder älter. Weltweit gesehen ist Prostatakrebs die zweit häufigste Krebsform, die zum Tod des Patienten führt.Prostate cancer is a common diagnosis in men at the age of 50 or older. Prostate cancer is the second most common form of cancer worldwide Leads to patient death.

Auf Prostatakrebs zurückzuführende Symptome sind i. d. R. nicht festzustellen bis das Karzinom bereits zu einem beträchtlichen Wachstum der Prostata geführt hat oder bis sich bereits Metastasen gebildet haben. Dagegen sind Tumore mit einer Größe von 1 bis 1,5 cm3 meist noch auf das erkrankte Organ beschränkt und können erfolgreich behandelt werden. Es kommt daher auf eine frühe und zuverlässige Erkennung des Wachstums an. Ferner ist es bei einer Behandlung wichtig, gezielt die Krebszellen zu vernichten und das gesunde Zellmaterial zu erhalten.Symptoms due to prostate cancer are usually not evident until the carcinoma has already led to considerable prostate growth or until metastases have already developed. In contrast, tumors with a size of 1 to 1.5 cm 3 are usually still limited to the diseased organ and can be treated successfully. It is therefore important to identify growth early and reliably. It is also important during treatment to specifically destroy the cancer cells and maintain the healthy cell material.

Die Verwendung von Ultraschall zur Erzeugung von dreidimensionalen Bildinformationen, insbesondere bei der Diagnose von Prostatakrebs, wird beispielsweise in den US-Patenten 5,562,095, 5,454,371 und 5,842,473 beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Ultraschall beschränkt. Alternativ oder zusätzlich zu Ultraschallbildern können die Bilddaten auf jegliche andere geeignete Weise gewonnen werden, z. B. mittels Computertomografie, Magnetresonanztomografie, Positronenemissionstomografie (PET) und/oder klassischer Röntgenverfahren.The use of ultrasound for Generation of three-dimensional image information, in particular in the diagnosis of prostate cancer, for example, in the US patents 5,562,095, 5,454,371 and 5,842,473. The present However, the invention is not limited to the use of ultrasound. alternative or additionally to ultrasound images the image data are obtained in any other suitable way, z. B. by means of computer tomography, magnetic resonance imaging, positron emission tomography (PET) and / or classic X-ray methods.

Die vorstehenden, im Zusammenhang mit der Prostata gemachten Aussagen treffen auch auf andere Organe zu. Weiterhin gibt es außerhalb der Krebsdiagnose und -therapie Anwendungsbereiche, in denen ähnliche Diagnoseansätze verfolgt werden, etwa die Bestimmung des Volumens eines Herzmuskels. Auch hierbei werden dreidimensionale Bildinformationen erzeugt und ist eine präzise und schnelle Segmentierung des Objektes anzustreben.The above, related Statements made with the prostate also affect other organs to. There is also outside cancer diagnosis and therapy areas of application in which similar diagnostic approaches be followed, such as determining the volume of a heart muscle. Here, too, three-dimensional image information is generated and is precise and strive for quick segmentation of the object.

WO 01/89386 A1 beschreibt die automatische, modellbasierte Segmentierung von Prostata, Rektum und Urethra in Ultraschallbildern. Weiterhin wird in der Einleitung dieser Schrift ein Segmentierungsverfahren beschrieben, bei dem in einer Vielzahl von Ultraschallbildern in zueinander parallelen Ebenen jeweils manuell eine Kontur der Prostata liniert wird. Dies ermöglicht die Bestimmung des Gesamtvolumens der Prostata.WO 01/89386 A1 describes the automatic, model-based segmentation of prostate, rectum and urethra in Ultrasound images. Furthermore, in the introduction to this document described a segmentation method in which in a variety of ultrasound images in mutually parallel planes, each manually a contour of the prostate is lined. This enables the determination of the total volume the prostate.

EP 1 076 318 A1 beschreibt die Rand-Segmentierung der Prostata aus zweidimensionalen und dreidimensionalen Ultraschallbildern. Nach einer manuellen Positionierung von Punkten auf der Außenkontur der Prostata wird unter Verwendung eines Modells automatisch eine weitere Segmentierung vorgenommenen. Die rein manuelle Konturierung wird in der Schrift als zeitraubend, anstrengend und daher unzweckmäßig während einer Operation bezeichnet. EP 1 076 318 A1 describes the marginal segmentation of the prostate from two-dimensional and three-dimensional ultrasound images. After manually positioning points on the outer contour of the prostate, further segmentation is automatically carried out using a model. The purely manual contouring is described in the scripture as time-consuming, exhausting and therefore unsuitable during an operation.

Bisher bekannte automatische, modellbasierte Segmentierungsverfahren haben den Nachteil, dass es einen erheblichen Prozentsatz von Exemplaren des jeweiligen Organs oder Objektes gibt, bei denen das Modell versagt. Beispielsweise kann durch die automatische, modellbasierte Segmentierung gemäß der EP 1 076 318 A1 ein Organ mit einer ungewöhnlichen Ausbuchtung nicht konturiert werden.Previously known automatic, model-based segmentation methods have the disadvantage that there is a considerable percentage of copies of the respective organ or object in which the model fails. For example, the automatic, model-based segmentation according to the EP 1 076 318 A1 an organ with an unusual bulge cannot be contoured.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen pathologischer Veränderungen im menschlichen oder tierischen Körper, anzugeben, die eine präzise und schnelle Segmentierung eines Objektes und/oder eines Objektteils ermöglichen.It is a task of the present Invention, a method and an apparatus for image segmentation of objects, especially for segmenting human or animal organs and / or results of pathological changes in the human or animal body, to indicate a precise and fast segmentation of an object and / or an object part enable.

Dabei sollen auch Objekte bzw. Objektteile mit atypischen und/oder ungewöhnlichen Formen segmentiert werden können.Objects or object parts should also be included atypical and / or unusual Shapes can be segmented.

Es wird ein Verfahren zur Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen pathologischer Veränderungen, vorgeschlagen, wobei

  • – örtlich dreidimensionale Bildinformationen zumindest eines Objektes und/oder eines Objektteils verwendet werden,
  • – aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer ersten Bildebene ein erster Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird,
  • – aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer zweiten Bildebene, die quer zu der ersten Bildebene verläuft, ein zweiter Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird,
  • – automatisch in einer Mehrzahl weiterer Bildebenen, die parallel zueinander und parallel zu der ersten Bildebene verlaufen, jeweils ein weiterer Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird, wobei in der zweiten Bildebene liegende Punkte der weiteren Umrisse durch den zweiten Umriss vorgegeben sind.
A method for image segmentation of objects, in particular for the segmentation of human or animal organs and / or results of pathological changes, is proposed, wherein
  • Locally three-dimensional image information of at least one object and / or part of an object is used,
  • A first outline of the object and / or the object part is generated from the three-dimensional image information in a first image plane,
  • A second outline of the object and / or the object part is generated from the three-dimensional image information in a second image plane, which runs transversely to the first image plane,
  • - A further outline of the object and / or the object part is generated automatically in a plurality of further image planes that run parallel to one another and parallel to the first image plane, points of the further outlines lying in the second image plane being predetermined by the second outline.

Unter Segmentierung wird jegliche Markierung, Linierung, Konturierung oder sonstige Erzeugung eines Umrisses des Objektes und/oder des Objektteils verstanden. Dabei muss der Umriss kein vollständiger Umriss und kein realer, wahrheitsgetreuer Umriss sein. Vielmehr kann es auch wünschenswert sein, zur Eliminierung nicht interessierender Bildinformationen durch Vorgabe des Umrisses einen Bild-Teilbereich zu definieren, der z. B. das Objekt und/oder ein weiteres Objekt enthält. Daher ist der Begriff Objekt auch nicht zwangsläufig gleichbedeutend mit einem Organ oder einem sonstigen abgegrenzten realen Gegenstand. Beispielsweise kann ein Nutzer mit Hilfe des Verfahrens ein Objekt segmentieren, das einen Tumor und einen den Tumor umgebenden Bereich aufweist. Auch wenn es in vielen praktischen Fällen so ist, muss der Umriss nicht einer Außenkontur eines Objektes und/oder Teilobjektes entsprechen. Weiterhin kann der Umriss auch ganz oder teilweise einer inneren Kontur eines Objektes entsprechen. Es ist auch möglich, nicht nur ein Objekt zu segmentieren, sondern eine Mehrzahl von Objekten. Beispielsweise kann so die relative räumliche Lage der Objekte erhalten und/oder dargestellt werden.Segmentation means any marking, ruling, contouring or other generation of an outline of the object and / or the object part. The outline need not be a complete outline and not a real, truthful outline. Rather, it may also be desirable to define an image subarea to eliminate irrelevant image information by specifying the outline. B. contains the object and / or another object. Therefore, the term object is not necessarily synonymous with an organ or other delimited real object. For example using the method, a user segment an object which has a tumor and an area surrounding the tumor. Even if it is so in many practical cases, the outline does not have to correspond to an outer contour of an object and / or partial object. Furthermore, the outline can also correspond wholly or partially to an inner contour of an object. It is also possible to segment not just one object, but a plurality of objects. For example, the relative spatial position of the objects can be preserved and / or displayed.

Die Segmentierung wird vorteilhaft bei Bilddaten von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen von raumfordernden Prozessen im menschlichen oder tierischen Körper angewendet. Beispiele sind: Prostata, Urethra, Gehirn, Auge, Lunge, Herz, Magen, Leber, Niere, eine Zyste und/oder eine pathologische Veränderung (insbesondere Tumor), oder jeweils ein Teil davon. Diese Aufzählung ist nicht abschließend zu verstehen.The segmentation becomes advantageous for image data from human or animal organs and / or of results of space-consuming processes in human or animal body applied. Examples are: prostate, urethra, brain, eye, lungs, Heart, stomach, liver, kidney, a cyst and / or a pathological change (especially tumor), or a part of each. This enumeration is not concluding to understand.

Durch die Erzeugung des ersten Umrisses und die Erzeugung des zweiten Umrisses aus den Bildinformationen wird die Segmentierung erheblich beschleunigt, da die weiteren Umrisse in den zu der ersten Bildebene parallelen Ebenen nicht einzeln und nicht nacheinander erzeugt werden müssen. Weiterhin bietet die Erzeugung in verschiedenen, quer (insbesondere senkrecht) zueinander stehenden Ebenen den Vorteil, dass die Bildinformationen unter Umständen mit besserem Kontrast dargestellt werden können, als dies bei der einzelnen Segmentierung in einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Bildebenen der Fall ist. Ist im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bildinformation in einer der beiden quer zueinander stehenden Ebenen von schlechter Qualität, kann auf eine dazu parallele Bildebene ausgewichen und in dieser Bildebene der Umriss erzeugt werden. Dies geschieht z. B. dadurch, dass von einem Nutzer in der ersten Bildebene die gemeinsame Schnittlinie der ersten und zweiten Bildebene festgelegt wird oder der gemeinsame Schnittpunkt der ersten bis dritten Bildebene festgelegt wird.By creating the first outline and the generation of the second outline from the image information the segmentation accelerated considerably because of the wider outlines not individually and not in the planes parallel to the first image plane must be generated one after the other. Furthermore, the generation offers in different, cross (in particular mutually perpendicular planes have the advantage that the image information in certain circumstances can be displayed with better contrast than with the individual Segmentation in a large number of parallel image planes the case is. Is the image information in the case of the method according to the invention in one of the two mutually opposed levels of worse Quality, can switch to a parallel image plane and in this Image plane of the outline are generated. This happens e.g. B. thereby that the common intersection line of a user in the first image plane the first and second image plane or the common intersection the first to third image level.

Der erste Umriss muss nicht vor dem zweiten Umriss erzeugt werden. Vielmehr kann der erste Umriss ganz oder teilweise nach dem zweiten (und oder nach dem unten beschriebenen dritten Umriss) erzeugt und/oder geändert werden.The first outline does not have to be before the second outline. Rather, the first outline can be whole or partially after the second (and or after that described below third outline) are generated and / or changed.

Es ist von der Endung mit umfasst, dass der erste und/oder der zweite Umriss automatisch oder teilautomatisch unter Verwendung eines Modells erzeugt wird. Vorzugsweise jedoch werden diese beiden Umrisse sowie der optionale dritte Umriss, auf den noch näher eingegangen wird, „manuell" erzeugt. Dabei ist „manuell" nicht wörtlich in dem Sinne zu verstehen, dass die Hände einer Person gebraucht werden müssen. Vielmehr können auch oder ausschließlich andere Mittel eingesetzt werden, wie z. B. eine Spracherkennungseinrichtung, mit denen eine Person die Erzeugung der Umrisse steuert bzw. vorgibt.It is included with the ending, that the first and / or the second outline automatically or semi-automatically is generated using a model. Preferably however these two outlines as well as the optional third outline on the even closer "manual" is generated. "manual" is not literal in to understand the sense that someone's hands are used Need to become. Rather you can also or exclusively other means are used, such as. B. a speech recognition device, with which a person controls or specifies the generation of the outlines.

Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie die Vorteile der manuellen Erzeugung mit den Vorteilen einer automatischen Segmentierung verbindet. Die Umrisse können nämlich von einem Nutzer mit großer Zuverlässigkeit und Präzision erzeugt werden, wodurch gewährleistet ist, dass auch ungewöhnliche Objektformen richtig behandelt werden. Dennoch reicht eine geringe Anzahl von Umrissen aus (im einfachsten Fall der erste und der zweite Umriss), die manuell erzeugt werden. Eine Vielzahl der weiteren Umrisse kann dann aus den manuell erzeugten Umrissen automatisch erzeugt werden. Insbesondere wird ein Teil der dreidimensionalen Bildinformationen unter Verwendung von Bilddarstellungsmitteln dargestellt und legt ein Nutzer des Verfahrens, d. h. zum Beispiel die genannte Person, anhand der dargestellten Bildinformationen den ersten und/oder den zweiten Umriss fest.This embodiment of the invention is particularly beneficial as it takes advantage of manual generation combines the advantages of automatic segmentation. The Can outline namely from a user with large reliability and precision generated, which ensures is that unusual too Object shapes are handled correctly. Still, a small one is enough Number of outlines (in the simplest case the first and the second Outline) that are created manually. A variety of others Outlines can then be created automatically from the manually generated outlines be generated. In particular, part of the three-dimensional Image information is displayed using image display means and submits a user of the method, d. H. for example the one mentioned Person, based on the displayed image information, the first and / or the second outline.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer dritten Bildebene die quer (insbesondere senkrecht) zu der ersten und quer (insbesondere senkrecht) zu der zweiten Bildebene verläuft, ein dritter Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt, wobei in der dritten Bildebene liegende Punkte der weiteren Umrisse durch den dritten Umriss vorgegeben sind. Somit sind in der Regel zumindest vier Punkte der weiteren Umrisse durch den zweiten und den dritten Umriss vorgegeben.In a particularly preferred further training is transformed from the three-dimensional image information into a third Image plane which is transverse (in particular perpendicular) to the first and transverse (in particular perpendicular) to the second image plane third outline of the object and / or the object part generated, wherein points of the further outlines lying in the third image plane the third outline are given. Thus, as a rule, at least four points of further outlines through the second and third Outline given.

Es ist auch möglich, in zumindest einer Bildebene, die parallel zu der zweiten oder dritten Bildebene verläuft, einen zusätzlichen zweiten oder zusätzlichen dritten Umriss aus den Bilddaten zu erzeugen, durch den wiederum in der Regel jeweils zwei zusätzliche Punkte der weiteren Umrisse vorgegeben werden.It is also possible, in at least one image plane, that runs parallel to the second or third image plane, one additional second or additional to generate the third outline from the image data, through which in turn usually two additional Points of the further outlines can be specified.

Weiterhin wird bevorzugt, dass aus den dreidimensionalen Bildinformationen zumindest in einer vierten Bildebene, die parallel zu der ersten Bildebene verläuft, ein zusätzlicher Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird, insbesondere manuell. Insbesondere bei Objekten, deren Form sich in einer Richtung quer zu der ersten Bildebene wesentlich verändert, ist der zusätzliche Umriss von Vorteil für eine präzise Segmentierung.It is further preferred that from the three-dimensional image information at least in a fourth Image plane that runs parallel to the first image plane additional Outline of the object and / or the object part is generated, in particular manually. Especially for objects whose shape is transverse in one direction changed significantly to the first image level is the additional one Outline beneficial for a precise Segmentation.

Eine vorteilhafte Möglichkeit, die weiteren Umrisse zu erzeugen, besteht darin, Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses und/oder, sofern vorhanden, Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses zu verwenden.An advantageous way the other outline is to provide information about the Shape and / or size of the first Outline and / or, if available, information about the shape and / or size of the additional Outline to use.

Bei einer Ausgestaltung werden unter Verwendung von Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses und oder, sofern vorhanden, unter Verwendung von Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses temporäre Umrisse in den weiteren Bildebenen erzeugt und werden unter Verwendung von Informationen über die Größe des zweiten Umrisses und/oder, sofern vorhanden, unter Verwendung von Informationen über die Größe des dritten Umrisses aus den temporären Umrissen die weiteren Umrisse erzeugt. Die temporären Umrisse müssen dabei nicht vollständig definiert sein oder gar grafisch dargestellt werden, bevor begonnen wird, die weiteren Umrisse zu erzeugen. Vielmehr können z. B. erste Koordinaten von Punkten eines der weiteren Umrisse berechnet werden, bevor aus dem ersten Umriss die zugehörigen zweiten Koordinaten des entsprechenden temporären Umrisses berechnet werden. Zumindest einer der temporären Umrisse und der erste Umriss können eine kongruente Form aufweisen.In one configuration, temporary outlines are generated in the further image planes using information about the shape and / or size of the first outline and or, if available, using information about the shape and / or size of the additional outline, and are generated using informatio generates the further outlines from the temporary outlines using the size of the second outline and / or, if available, using information about the size of the third outline. The temporary outlines do not have to be fully defined or even displayed graphically before the other outlines are created. Rather, z. B. first coordinates of points of one of the further contours are calculated before the associated second coordinates of the corresponding temporary contour are calculated from the first contour. At least one of the temporary outlines and the first outline can have a congruent shape.

Ist neben dem ersten Umriss auch der zumindest eine zusätzliche Umriss in einer parallelen Ebene vorhanden, kann wie folgt vorgegangen werden, um insbesondere die temporären Umrisse zwischen der ersten Bildebene (der Ebene des ersten Umrisses) und der vierten Bildebene (der Ebene des zusätzlichen Umrisses} zu erzeugen: Es wird zumindest ein zu einem der weiteren Umrisse gehörender temporärer Umriss, der in einer Ebene zwischen der ersten und der vierten Bildebene liegt, durch Interpolation aus den Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses und aus den Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses erzeugt.Is next to the first outline too the at least one additional Outline present in a parallel plane can be done as follows in particular the temporary outlines between the first Image plane (the plane of the first outline) and the fourth image plane (the level of the additional Outline}: At least one becomes one of the others Outline temporary outline, that in a plane between the first and the fourth image plane lies, by interpolation from the information on the Shape and / or size of the first Outline and from the information about the shape and / or size of the additional outline generated.

Bei der Erzeugung der weiteren Umrisse aus den temporären Umrissen wird z. B. ein Verhältnis einer Ausdehnung des temporären Umrisses zu einer Ausdehnung des zweiten Umrisses und/oder, sofern vorhanden, des dritten Umrisses entlang einer gemeinsamen Schnittlinie der jeweiligen Ebenen der beiden Umrisse verwendet. Auf diese Weise können die Abmessungen der weiteren Umrisse präzise skaliert werden und sind zumindest in einer Richtung (der durch die Schnittlinie definierten Richtung) eindeutig ermittelbar.When creating the further outlines from the temporary Outlined is z. B. a ratio an expansion of the temporary Outline to an extent of the second outline and / or, if available, the third outline along a common line of intersection of the respective levels of the two outlines are used. In this way can they Dimensions of the other outlines are and are precisely scaled at least in one direction (the one defined by the cutting line Direction) can be clearly determined.

Die Endung umfasst ferner ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer das Verfahren in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ausführt.The extension also includes a computer program that when running on a computer, the process in at least one of the configurations described above.

Insbesondere weist das Computerprogramm Programmcode-Mittel auf, die ausgestaltet sind, das Verfahren in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Die Programmcode-Mittel können auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.In particular, the computer program has program code means on, which are configured, the method in at least one of the Perform configurations described above when the program is on running on a computer becomes. The program code means can be stored on a computer-readable data carrier.

Weiterhin umfasst die Erfindung einen Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Hauptspeicher eines Computers das Verfahren in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ausführt.The invention further comprises a disk, on which a data structure is stored that after a load in a main memory of a computer the method in at least executes one of the configurations described above.

Die Endung umfasst auch ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, die ausgestaltet sind, das Verfahren in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.The extension also includes a computer program product with program code means stored on a machine-readable medium, which are configured, the method in at least one of the previously described configurations to perform when the program running on a computer becomes.

Unter einem Computer-Programmprodukt wird das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier, einem computerlesbaren Datenträger oder über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.Taking a computer program product will understood the program as a tradable product. It can be in any Form, for example on paper, a computer-readable disk or about a data transmission network be distributed.

Ferner wird eine Vorrichtung zur Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung einer menschlichen Prostata, Herzens und/oder eines anderen menschlichen Organs, vorgeschlagen, mit

  • – Bildeingabemitteln zum Eingeben örtlich dreidimensionaler Bildinformationen zumindest eines Objektes und/oder eines Objektteils,
  • – Erzeugungsmitteln zur Erzeugung eines ersten Umrisses des Objektes und/oder des Objektteils in einer ersten Bildebene aus den dreidimensionalen Bildinformationen,
  • – Erzeugungsmitteln zur Erzeugung zumindest eines zweiten Umrisses des Objektes und/oder des Objektteils in einer zweiten Bildebene, die quer zu der ersten Bildebene verläuft, aus den dreidimensionalen Bildinformationen,
  • – automatischen Erzeugungsmitteln, die ausgestaltet sind, in einer Mehrzahl weiterer Bildebenen, die parallel zueinander und parallel zu der ersten Bildebene verlaufen, jeweils einen weiteren Umriss des Objektes und/oder des Objektteils zu erzeugen, wobei in der zweiten Bildebene liegende Punkte der weiteren Umrisse durch den zweiten Umriss vorgegeben sind.
Furthermore, a device for image segmentation of objects, in particular for segmenting a human prostate, heart and / or another human organ, is proposed
  • Image input means for inputting locally three-dimensional image information of at least one object and / or part of an object,
  • Generating means for generating a first outline of the object and / or the object part in a first image plane from the three-dimensional image information,
  • Generating means for generating at least a second outline of the object and / or the object part in a second image plane, which runs transversely to the first image plane, from the three-dimensional image information,
  • Automatic generating means, which are designed to generate a further outline of the object and / or the object part in a plurality of further image planes that run parallel to one another and parallel to the first image plane, with points of the further outlines lying in the second image plane the second outline are given.

Die Vorrichtung ist insbesondere ein Computersystem, Teil eines Computersystems und/oder wirkt mit einem Computersystem zusammen. Das Computersystem kann eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Computerprogramms auf einem Speichermedium aufweisen und kann eine Verarbeitungseinheit zum Laden des Computerprogramms aus der Speichereinrichtung und zum Ausführen des Computerprogramms aufweisen, wobei das Computerprogramm zumindest ausgestaltet ist, die Erzeugung der weiteren Umrisse zu steuern und/oder die weiteren Umrisse zu erzeugen. Ferner kann die Vorrichtung ein oder mehrere Mittel aufweisen, die ausgestaltet sind, einzelne oder beliebige sinnvolle Kombinationen der oben beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.The device is particular a computer system, part of a computer system and / or cooperates a computer system together. The computer system can include a storage device for storing a computer program on a storage medium and can be a processing unit for loading the computer program the storage device and for executing the computer program have, the computer program being at least configured, control the generation of the further outlines and / or the further ones To create outlines. Furthermore, the device can have one or more Have means that are designed, individual or any reasonable combinations of the process steps described above perform.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel (best mode) der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Endung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:Based on the attached drawing, preferred embodiment (Best mode) of the present invention explained. The ending, however, is not limited to this embodiment. Same Reference symbols in the figures denote identical or functionally identical Elements. The individual figures of the drawing show:

1 drei jeweils paarweise zueinander senkrecht stehende Bildebenen mit einem Objekt-Umriss in einer ersten der Bildebenen; 1 three image planes perpendicular to each other in pairs with an object outline in a first of the image planes;

2 die Darstellung gemäß 1, wobei zusätzliche Umriss-Punkte in der zweiten und dritten Bildebene definiert sind; 2 the representation according to 1 , where additional outline points are defined in the second and third image plane;

3 eine Bildschirm-Darstellung der drei Bildebenen in jeweils einem von vier Bildschirmfeldern, mit einem vierten Bildschirmfeld, in dem ein segmentiertes Objekt räumlich darstellbar ist; 3 a screen representation of the three image planes in one of four screen fields, with a fourth screen field in which a segmented object can be represented spatially;

4 die Bildschirm-Darstellung gemäß 3, wobei Punkte eines Umrisses in der ersten Bildebene hervorgehoben dargestellt sind; 4 the screen display according to 3 , with points of an outline being highlighted in the first image plane;

5 die Bildschirm-Darstellung gemäß 3 und 4 während des Prozesses der Erzeugung eines zweiten Umrisses in der zweiten Bildebene; 5 the screen display according to 3 and 4 during the process of creating a second outline in the second image plane;

6 die Bildschirm-Darstellung gemäß 3 bis 5 während des Prozesses der Erzeugung eines dritten Umrisses in der dritten Bildebene; 6 the screen display according to 3 to 5 during the process of creating a third outline in the third image plane;

7 die Bildschirm-Darstellung gemäß 6 nach der Erzeugung des dritten Umrisses; 7 the screen display according to 6 after creation of the third outline;

8 die Bildschirm-Darstellung gemäß 7, wobei in der zweiten und in der dritten Bildebene Schnittlinien des durch den zweiten bzw. dritten Umriss definierten Objektes mit parallel zu der ersten Bildebene verlaufenden Ebenen dargestellt sind und wobei in dem vierten Bildschirmfeld eine räumliche Darstellung mit entsprechenden Umrisslinien erkennbar ist; 8th the screen display according to 7 , wherein in the second and in the third image plane intersection lines of the object defined by the second or third outline are shown with planes running parallel to the first image plane and wherein a spatial representation with corresponding outline lines is recognizable in the fourth screen field;

9 die Bildschirm-Darstellung gemäß 8, wobei zusätzlich Umrisse eines weiteren Objektes dargestellt sind; 9 the screen display according to 8th , with additional outlines of another object being shown;

10 ein Flussdiagramm mit Schritten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 10 a flowchart with steps of an embodiment of the method according to the invention;

11 die Skalierung eines Umrisses in einer zu der ersten Bildebene parallelen Ebene; und 11 the scaling of an outline in a plane parallel to the first image plane; and

12 eine Vorrichtung zur Bild-Segmentierung von Objekten. 12 a device for image segmentation of objects.

Die in 1 dargestellten drei paarweise zueinander senkrecht stehenden Bildebenen sind mit den Buchstaben Z (erste Bildebene), X (zweite Bildebene) und Y (dritte Bildebene) bezeichnet. Die Buchstaben Z, X, Y entsprechen jeweils der Koordinate z, x, y eines dreidimensionalen, kartesischen Koordinatensystems, die in der Ebene einen konstanten Wert hat. Die Richtungen der Achsen der Koordinaten x, y, z sind ebenfalls in 1 dargestellt, nicht jedoch der Ursprung des Koordinatensystems. Ferner sind in 1 durch unterbrochene Linien die Schnittlinien der drei Bildebenen Z, X, Y und der gemeinsame Schnittpunkt S dargestellt. Eine Linie eines Umrisses 1, der einer Außenkontur einer menschlichen Prostata entspricht, befindet sich in der Bildebene Z.In the 1 The three image planes shown perpendicular to each other in pairs are designated with the letters Z (first image plane), X (second image plane) and Y (third image plane). The letters Z, X, Y each correspond to the coordinate z, x, y of a three-dimensional, Cartesian coordinate system, which has a constant value in the plane. The directions of the axes of the coordinates x, y, z are also in 1 shown, but not the origin of the coordinate system. Furthermore, in 1 the intersection lines of the three image planes Z, X, Y and the common intersection point S are represented by broken lines. A line of an outline 1 , which corresponds to an outer contour of a human prostate, is located in the image plane Z.

In 2 sind Punkte des Umrisses 1, die auf den Schnittlinien mit den Bildebenen X, Y liegen, besonders hervorgehoben und mit den Buchstaben A, B (Schnittlinie mit der Bildebene Y) bzw. mit den Buchstaben C, D (Schnittlinie mit der Bildebene X) bezeichnet. Weiterhin ist jeweils ein zusätzlicher Punkt in der Bildebene X (Punkt F) und in der Bildebene Y eingezeichnet (Punkt E). Die Punkte C, D, F stellen den Anfang eines zweiten Umrisses dar, der in der Bildebene X erzeugt wird. Die Punkte A, B, E stellen den Anfang eines dritten Umrisses dar, der in der Bildebene Y erzeugt wird.In 2 are points of outline 1 , which lie on the intersection lines with the image planes X, Y, are particularly emphasized and are designated with the letters A, B (intersection line with the image plane Y) or with the letters C, D (intersection line with the image plane X). Furthermore, an additional point is drawn in the image plane X (point F) and in the image plane Y (point E). The points C, D, F represent the beginning of a second outline that is generated in the image plane X. The points A, B, E represent the beginning of a third outline that is generated in the image plane Y.

In 3 ist ein ähnlicher Umriss 1 wie in den 1 und 2 dargestellt, und zwar in dem ersten Bildschirmfeld links unten in der Figur. Der erste Umriss 1 wird auch als Basis-Umriss oder als Basiskontur bezeichnet. Weiterhin sind in 3 die bereits anhand von 2 beschriebenen Punkte A, B, C, D in den jeweiligen Bildebenen dargestellt, d. h. die Punkte A, B in der ersten Bildebene Z (erstes Bildschirmfeld, links unten) und in der dritten Bildebene Y (drittes Bildschirmfeld, links oben} und die Punkte C, D in der ersten Bildebene Z und in der zweiten Bildebene X (zweites Bildschirmfeld, rechts unten). Ebenfalls wie in 1 ist der gemeinsame Schnittpunkt S der drei Bildebenen Z, X, Y eingezeichnet. Weiterhin sind die Richtungen der Achsen der Koordinaten x, y, z eingezeichnet. In dem vierten Bildschirmfeld (rechts oben) ist eine räumliche Darstellung des segmentierten Objektes erkennbar. In dem in 3 dargestellten Zustand ist das segmentierte Objekt lediglich die von dem Umriss 1 umschlossene Fläche.In 3 is a similar outline 1 like in the 1 and 2 shown, in the first screen field at the bottom left of the figure. The first outline 1 is also known as the basic outline or the basic contour. Furthermore, in 3 which are already based on 2 Points A, B, C, D described are shown in the respective image planes, ie the points A, B in the first image plane Z (first screen field, bottom left) and in the third image plane Y (third screen field, top left} and the points C , D in the first image plane Z and in the second image plane X (second screen field, bottom right), as in 1 the common intersection S of the three image planes Z, X, Y is shown. The directions of the axes of the coordinates x, y, z are also shown. A spatial representation of the segmented object can be seen in the fourth screen field (top right). In the in 3 state shown, the segmented object is only that of the outline 1 enclosed area.

Bei praktischen Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in dem ersten bis dritten Bildschirmfeld jeweils auch die zugehörigen Bildinformationen (Eingangsdaten der Segmentierung) dargestellt. Um die Umrisse besser erkennen zu können, sind die Bildinformationen in den 3 bis 9 weggelassen.In practical applications of the method according to the invention or when operating the device according to the invention, the associated image information (input data of the segmentation) is also shown in the first to third screen fields. In order to better recognize the outlines, the image information is in the 3 to 9 omitted.

Das erste Bildschirmfeld (links unten) in 4 weist eine Vielzahl von Punkten auf dem Umriss 1 auf, von denen zwei beispielhaft mit dem Buchstaben P bezeichnet sind. Die Teilstücke des Umrisses 1, die jeweils zwei der Punkte P miteinander verbinden, sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gerade Linien. Bei dem Umriss 1 – und bei den anderen Umrissen, die noch beschrieben werden – handelt es sich um unregelmäßige Polygone.The first screen field (bottom left) in 4 has a variety of dots on the outline 1 on, two of which are exemplified by the letter P. The sections of the outline 1 that connect two of the points P with each other are straight lines in the exemplary embodiment described here. With the outline 1 - and the other outlines that will be described - are irregular polygons.

3 und 4 entsprechen einem frühen Stadium des Prozesses der Segmentierung. In 10 ist ein Flussdiagramm der Segmentierung dargestellt. In Schritt S1 wird von einem Anwender, insbesondere auf Grund der in den 3 bis 9 im ersten Bildschirmfeld dargestellten Bildinformationen (d. h. in der Basisebene) ein Basis-Umriss (der Umriss 1) definiert, z. B. durch Anklicken der in 4 dargestellten Punkte P mit Hilfe einer Computer-Maus. 3 and 4 correspond to an early stage of the segmentation process. In 10 a flow diagram of the segmentation is shown. In step S1, a user, in particular due to the in the 3 to 9 Image information displayed in the first screen field (ie in the basic level) is a basic outline (the outline 1 ) defined, e.g. B. by clicking the in 4 points P shown using a computer mouse.

Der Umriss 1 muss nicht die in 3 und 4 gezeigte konvexe Form haben. Vielmehr kann er z. B. zumindest eine Einbuchtung aufweisen oder jegliche andere Form haben. In dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens, das noch näher erläutert wird, definiert der Umriss 1 jedoch in jedem Fall eine in sich geschlossene Umrisslinie und somit eine zusammenhängende umrandete Fläche. Bei dem zweiten und (optionalen) dritten Umriss gibt es noch eine weitere Einschränkung in dem Ausführungsbeispiel. Um den zweiten und dritten Umriss eindeutig interpretieren und für die Skalierung der weiteren Umrisse, die in zu der ersten Bildebene parallel verlaufenden weiteren Bildebenen liegen, verwenden zu können, dürfen der zweite und der dritte Umriss nur maximal zwei Punkte auf jeder möglichen Schnittlinie mit einer der weiteren Bildebenen haben. Dies bedeutet, dass der zweite und der dritte Umriss in dieser Richtung (der Richtung der Schnittlinien) keine konkave Form haben dürfen. Diese Bedingung gilt jedoch nicht für die dazu senkrechte Richtung.The outline 1 doesn't have to be in 3 and 4 shown convex shape. Rather, he can e.g. B. have at least one indentation or have any other shape. In the exemplary embodiment of the method, which will be explained in more detail, the outline defines 1 however, in any case a self-contained outline and thus a coherent bordered area. The second and (optional) third outline, there is still another limitation in the embodiment. In order to be able to clearly interpret the second and third contours and to use them for scaling the further contours that lie in further image planes running parallel to the first image plane, the second and third contours may only have a maximum of two points on each possible intersection with one of the have other image layers. This means that the second and the third outline in this direction (the direction of the cutting lines) must not have a concave shape. However, this condition does not apply to the direction perpendicular to it.

Somit kann einer der zwei bzw. drei Umrisse eine beliebige Form haben (in der oben verwendeten Terminologie der „erste Umriss"). Im allgemeinen muss dies nicht der Umriss 1 sein. Der zweite und, falls vorhanden, der dritte Umriss unterliegen den in den Ausführungsbeispielen die genannten Einschränkungen.Thus, one of the two or three outlines can have any shape (in the terminology used above, the "first outline"). In general, the outline does not have to 1 his. The second and, if present, the third outline are subject to the restrictions mentioned in the exemplary embodiments.

In Schritt S2 ermittelt die Segmentierungsvorrichtung die (Längen-)Ausdehnung des Basis-Umrisses in zumindest einer quer zu der Basisebene verlaufenden Bildebene, nämlich zumindest in der zweiten Bildebene und/oder der dritten Bildebene. In dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben sich daraus die genannten Punkte A, B, C, D.In step S2, the segmentation device determines the (length) extension of the basic outline in at least one image plane running transversely to the basic plane, namely at least in the second image plane and / or the third image plane. In the in 3 and 4 illustrated embodiment, the points A, B, C, D.

Nun folgt in Schritt S3 die Eingabe weiterer Umrisspunkte in der zweiten und/oder der dritten Bildebene, d. h. insbesondere die Erzeugung des zweiten und/oder dritten Umrisses, wie noch anhand der 5 bis 7 beispielhaft näher erläutert wird.Now in step S3, further outline points are entered in the second and / or the third image plane, ie in particular the generation of the second and / or third outline, as is also based on 5 to 7 is explained in more detail by way of example.

Auf den Schritt S3 folgt in Schritt S4 die Erzeugung von temporären Umrissen in den weiteren Bildebenen, die parallel zu der ersten Bildebene verlaufen. Die temporären Umrisse werden aus dem Basis-Umriss und, falls vorhanden, aus zumindest einem zusätzlichen Umriss generiert, der aus den dreidimensionalen Bildinformationen erzeugt wurde und der in einer zu der Basisebene parallelen Ebene liegt. Wenn kein solcher zusätzlicher Umriss vorhanden ist, gleichen die temporären Umrisse vorzugsweise hinsichtlich ihrer Form und Größe dem Basis-Umriss. Sie werden durch Kopieren und Parallelverschiebung, d. h. insbesondere durch einheitliche Veränderung einer der drei kartesischen Koordinaten aus dem Basis-Umriss erzeugt. Wenn zumindest ein zusätzlicher Umriss vorhanden ist, werden die temporären Umrisse in dem Bereich zwischen der Basisebene und der Ebene des zusätzlichen Umrisses durch Interpolation aus dem Basis-Umriss und dem zusätzlicher Umriss gewonnen. Andere zusätzliche Umrisse werden ebenfalls vorzugsweise durch Kopieren und Parallelverschiebung aus dem nächstliegenden Umriss erzeugt, der aus den dreidimensionalen Bildinformationen gewonnen wurde. Dies ist entweder der Basis-Umriss oder ein zusätzlicher Umriss.Step S3 is followed by step S4 the generation of temporary Outlined in the other image planes, which are parallel to the first Image plane run. The temporary Outlines are made from the basic outline and, if available, from at least an additional Outline generated from the three-dimensional image information was generated and in a plane parallel to the base plane lies. If no such additional If there is an outline, the temporary outlines are preferably the same in terms of their shape and size the basic outline. she are copied and parallel-shifted, i.e. H. in particular through uniform change one of the three Cartesian coordinates generated from the basic outline. If at least one additional Outline exists, the temporary outlines in the area between the base plane and the plane of the additional outline by interpolation from the basic outline and the additional Outline won. Other additional Outlines are also preferred by copying and parallel shifting from the closest outline generated, which is obtained from the three-dimensional image information has been. This is either the basic outline or an additional one Outline.

Auf den Schritt S4 folgt schließlich der Schritt S5, in dem die weiteren Umrisse durch Skalierung der temporären Umrisse erzeugt werden, wobei Informationen aus dem zweiten und/oder dem dritten Umriss verwendet werden. Hierauf wird beispielhaft noch näher (unter Bezugnahme auf 11) eingegangen.Step S4 is finally followed by step S5, in which the further outlines are generated by scaling the temporary outlines, information from the second and / or the third outline being used. This is further exemplified (with reference to 11 ) received.

Damit ist die Segmentierung abgeschlossen und es steht ein durch den Basis-Umriss, ggf. durch die zusätzlichen Umrisse, durch den zweiten Umriss und ggf. den dritten Umriss sowie durch die weiteren Umrisse definiertes Objekt oder Teilobjekt zur Verfügung. Das segmentierte Objekt kann beispielsweise zur weiteren Interpretation und/oder Auswertung der Bildinformationen verwendet werden. Zum Beispiel kann das Volumen des Objektes bestimmt werden und/oder es kann eine Strahlungsbehandlung geplant und/oder simuliert werden.This completes the segmentation and it stands by the basic outline, if necessary by the additional ones Outlines, through the second outline and possibly the third outline as well object or sub-object defined by the further outlines Available. The segmented object can be used for further interpretation, for example and / or evaluation of the image information can be used. To the For example, the volume of the object can be determined and / or radiation treatment can be planned and / or simulated.

Wie oben erwähnt wird nun anhand der 5 bis 7 näher auf ein Ausführungsbeispiel eingegangen. 5 zeigt in dem ersten Bildschirmfeld denselben Umriss 1 wie die 3 und 4. Weiterhin zeigt 5. in dem zweiten Bildschirmfeld (rechts unten} die Entstehung einer Kontur bzw. eines Umrisses 2, der beispielsweise durch Anklicken der dargestellten Punkte, insbesondere der Punkte P, H, L, M, erzeugt wird. Wiederum ist der Umriss 2 z. B. ein Polygon. Wie auch bei den anderen Umrissen, können jedoch alternativ andere, insbesondere gekrümmte Verbindungslinien der Punkte verwendet werden und/oder Modelle mit vorgegebenen Formeigenschaften verwendet werden.As mentioned above, the 5 to 7 detailed an exemplary embodiment. 5 shows the same outline in the first screen field 1 as the 3 and 4 , Furthermore shows 5 , in the second screen field (bottom right} the emergence of a contour or an outline 2 , which is generated, for example, by clicking on the points shown, in particular the points P, H, L, M. Again, the outline is 2 z. B. a polygon. As with the other contours, however, other, in particular curved, connecting lines of the points can alternatively be used and / or models with predetermined shape properties can be used.

Der Umriss 2 weist in dem in 5 dargestellten Stadium insgesamt dreizehn dargestellte Punkte auf, von denen die Punkte C, D (wie bereits erläutert} durch den Umriss 1 vorgegeben sind und wobei der Punkt G durch Interpolation aus den benachbarten dargestellten Punkten gewonnen wurde. Die anderen Punkte wurden durch Auswertung der dreidimensionalen Bildinformationen insbesondere in der zweiten Bildebene gewonnen. Die Punkte G, H liegen auf der gemeinsamen Schnittlinie der zweiten und der dritten Bildebene. Daher sind diese Punkte auch in dem dritten Bildschirmfeld (links oben) eingezeichnet. Der Umriss 3 in dem dritten Bildschirmfeld weist daher bereits vier definierte Punkte A, B, G, H auf.The outline 2 points in the in 5 shown stage a total of thirteen points shown, of which the points C, D (as already explained} by the outline 1 are given and the point G has been obtained by interpolation from the neighboring points shown. The other points were obtained by evaluating the three-dimensional image information, in particular in the second image plane. The points G, H lie on the common intersection line of the second and the third image plane. Therefore, these points are also drawn in the third screen field (top left). The outline 3 The third screen field therefore already has four defined points A, B, G, H.

Aus dem gleichen Grund können Änderungen an dem Umriss 3 wieder zu Änderungen an dem Umriss 2 führen. Wird nämlich die Umrisslinie des Umrisses 3 derart verändert, dass sich die Lage eines der Punkte G, H ändert, muss eine entsprechende Korrektur an dem Umriss 2 durchgeführt werden.For the same reason, changes to the outline can be made 3 again to changes to the outline 2 to lead. Namely, becomes the outline of the outline 3 changed in such a way that the position of one of the points G, H changes, a corresponding correction must be made to the outline 2 be performed.

In 5, zweites Bildschirmfeld (rechts unten) ist noch ein Punkt N dargestellt, der anstelle des Punktes H definiert werden könnte und der wie oben beschrieben unzulässig ist, weil sonst in der vertikalen Richtung in dem zweiten Bildschirmfeld teilweise mehr als zwei Punkte des Umrisses 2 mit denselben z-Koordinaten liegen könnte. Die Ausdehnung bzw. Länge des Umrisses 2 in der z-Richtung wäre somit nicht überall eindeutig definiert.In 5 , second screen field (bottom right) there is also a point N which could be defined instead of the point H and which is inadmissible as described above, because otherwise in the vertical direction in the second screen field sometimes more than two points of the outline 2 could be with the same z coordinates. The extent or length of the outline 2 in the z direction would therefore not be clearly defined everywhere.

In 6, zweites Bildschirmfeld (rechts unten) ist der fertige Umriss 2 erkennbar. Weiterhin ist in dem dritten Bildschirmfeld (links oben) der bereits teilweise erzeugte Umriss 3 dargestellt, der insbesondere auf die gleiche Weise wie der Umriss 2 generiert wird. 7 zeigt darüber hinaus den fertigen Umriss 3.In 6 , second screen field (bottom right) is the finished outline 2 recognizable. Furthermore, in the third screen field (top left) is the already partially generated outline 3 shown, in particular in the same way as the outline 2 is generated. 7 also shows the finished outline 3 ,

Nun werden in einer Vielzahl von Parallelebenen zu der ersten Bildebene die oben beschriebenen temporären Umrisse erzeugt und daraus die sogenannten weiteren Umrisse generiert. In 8 sind die entsprechenden Schnittlinien 11 bis 26 der Parallelebenen mit den durch den zweiten Umriss 2 und durch den dritten Umriss 3 definierten Bereichen dargestellt. Weiterhin sind in dem vierten Bildschirmfeld die generierten weiteren Umrisse in räumlicher Darstellung gezeigt, wobei die vor der ersten Bildebene (mit dem Umriss 1) liegenden weiteren Umrisse mit den Bezugszeichen 29 bis 36 bezeichnet sind.Now the temporary outlines described above are generated in a plurality of parallel planes to the first image plane and the so-called further outlines are generated therefrom. In 8th are the corresponding cutting lines 11 to 26 of the parallel planes with those through the second outline 2 and through the third outline 3 defined areas. Furthermore, the generated further outlines are shown in a spatial representation in the fourth screen field, the ones in front of the first image plane (with the outline 1 ) lying further outlines with the reference numerals 29 to 36 are designated.

Auf die Skalierung eines der temporären Umrisse (Umriss 8) und somit die Generierung eines der weiteren Umrisse (Umriss 9} wird nun unter Bezugnahme auf 11 näher eingegangen. Der Umriss 8 wurde, insbesondere wie oben beschrieben, aus dem Basis-Umriss (z. B. Umriss 1) und/oder aus einem zusätzlichen Umriss erzeugt. In der 11 ist eine Linie eingezeichnet, die beispielsweise der Richtung der Koordinate y entspricht. Die Linie schneidet den Umriss 8 in den Punkten U, V. Weiterhin ist die Linie die Schnittlinie der Bildebene von 11 und der Bildebene des zweiten Umrisses 2 oder des dritten Umrisses 3, beispielsweise des zweiten Umrisses 2. Sofern die Linie auch diesen Umriss in zwei Punkten schneidet (was in der Regel durch geeignete Wahl der Lage der ersten bis dritten Bildebene erreicht werden kann) liegt somit der Skalieruttgsfaktor für die Anpassung der Größe des Umrisses 8 in Richtung der Linie fest. Der Skalierungsfaktor ist gleich dem Verhältnis des Abstandes der Punkte U, V zu dem Abstand der beiden Schnittpunkte der Linie mit dem genannten Umriss. Mit diesem Skalierungsfaktor wird (in Richtung der Linie} der gesamte temporäre Umriss 8 skaliert. Insbesondere wird auf diese Weise der Punkt U auf den Punkt U' und wird der Punkt V auf den Punkt V' abgebildet. Die Punkte U', V' sind bei Berücksichtigung aller drei räumlichen Koordinaten identisch mit den beiden Schnittpunkten der Linie mit dem genannten Umriss (im Beispiel der Umriss 2}.On the scaling of one of the temporary outlines (outline 8th ) and thus the generation of one of the other outlines (outline 9 will now refer to 11 discussed in more detail. The outline 8th was, in particular as described above, from the basic outline (e.g. outline 1 ) and / or generated from an additional outline. In the 11 a line is drawn in which corresponds, for example, to the direction of the coordinate y. The line intersects the outline 8th at points U, V. Furthermore, the line is the intersection of the image plane of 11 and the image plane of the second outline 2 or the third outline 3 , for example the second outline 2 , If the line also intersects this outline in two points (which can usually be achieved by a suitable choice of the position of the first to third image planes), the scaling factor for adapting the size of the outline is thus 8th in the direction of the line. The scaling factor is equal to the ratio of the distance between the points U, V to the distance between the two points of intersection of the line with the outline mentioned. With this scaling factor (in the direction of the line} the entire temporary outline 8th scaled. In particular, the point U is mapped to the point U 'and the point V is mapped to the point V' in this way. Taking all three spatial coordinates into account, the points U ', V' are identical to the two intersections of the line with the outline mentioned (in the example, the outline 2 }.

In gleicher Weise kann eine Skalierung in einer zu der Richtung der Linie senkrechten Richtung vorgenommen werden, insbesondere unter Verwendung der Information aus dem Umriss 3. Dies entspricht im Beispiel der Skalierung der x-Koordinate aller Umrisspunkte. 11 zeigt das Ergebnis der Skalierung in y- und x-Richtung.In the same way, scaling can be carried out in a direction perpendicular to the direction of the line, in particular using the information from the outline 3 , In the example, this corresponds to the scaling of the x coordinate of all outline points. 11 shows the result of scaling in the y and x direction.

9 zeigt, dass in entsprechender Weise ein zweites Objekt segmentiert werden kann, während die Informationen aus der Segmentierung des ersten Objekts erhalten bleiben. 9 shows that a second object can be segmented in a corresponding manner, while the information from the segmentation of the first object is retained.

Insbesondere ist das erste Objekt eine menschliche Prostata und ist das zweite Objekt die zugehörige Urethra. Bei der Segmentierung des zweiten Objektes wird bevorzugt, dass der gemeinsame Schnittpunkt der ersten, zweiten und dritten Bildebene (und damit die Lage der drei Bildebenen) in geeigneter Weise neu positioniert wird.In particular, the first object a human prostate and the second object is the associated urethra. When segmenting the second object, it is preferred that the common intersection of the first, second and third image plane (and thus the position of the three image planes) in a suitable manner is positioned.

Die in 12 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist Eingabemittel 52, 53 zum Eingeben von dreidimensionalen Bilddaten in einen Computer 55 auf. Die Eingabemittel 52 weisen zum Beispiel einen Ultraschallkopf zur Erzeugung und Aufnahme von Ultraschallbildern auf. Die Eingabemittel 53, die mit den Eingabemitteln 52 verbunden sind, sind ausgestaltet, Rohdaten in ein geeignetes, durch einen Computer verarbeitbares Datenformat umzuwandeln. Die Eingabemittel 53 sind z. B. als eine an das Datenformat der Rohdaten angepasste Grafikkarte ausgebildet, die von einer Aufnahme des Computers 55 aufgenommen ist und an einen Datenbus des Computers 55 angeschlossen ist.In the 12 The preferred embodiment of a device according to the invention shown has input means 52 . 53 for entering three-dimensional image data into a computer 55 on. The input means 52 have, for example, an ultrasound head for generating and recording ultrasound images. The input means 53 that with the input means 52 connected, are designed to convert raw data into a suitable data format that can be processed by a computer. The input means 53 are z. B. formed as a adapted to the data format of the raw data graphics card from a recording of the computer 55 is recorded and to a data bus of the computer 55 connected.

Die Eingabemittel 52, 53 sind mit dem Computer 55 verbunden, der zumindest eine Speichereinrichtung zum Speichern der Bilddaten aufweist. Ferner weist die Vorrichtung Erzeugungsmittel 54, 55 auf, zur Erzeugung eines ersten Umrisses eines zu segmentierenden und/oder zu konturierenden Objektes und/oder eines Objektteils und zur Erzeugung zumindest eines zweiten Umrisses des Objektes und/oder des Objektteils in einer zweiten Bildebene, die quer zu der ersten Bildebene verläuft. Der erste und der zumindest eine zweite Umriss werden aus den dreidimensionalen Bilddaten gewonnen. Hierzu weisen die Erzeugungsmittel 54 in einer bestimmten Ausführungsform eine Einrichtung zum Markieren von Bildpunkten auf, z. B. eine Computermaus, einen Trackball und/oder einen berührungsempfindlichen Bildschirm (Touchscreen). Insbesondere können ein oder mehrere Bildschirme und/oder andere Bilddarstellungsmittel zur bildlichen Darstellung der dreidimensionalen Objektdaten mit dem Computer 55 kombiniert sein. Der Computer 55 erzeugt unter Verwendung der von den Erzeugungsmitteln 54 erhaltenen Informationen die Umrisse.The input means 52 . 53 are using the computer 55 connected, which has at least one storage device for storing the image data. Furthermore, the device has generating means 54 . 55 on, for generating a first outline of an object to be segmented and / or contoured and / or an object part and for generating at least a second outline of the object and / or the object part in a second image plane which runs transversely to the first image plane. The first and the at least one second outline are obtained from the three-dimensional image data. For this purpose, the generating means 54 in a certain embodiment, a device for marking pixels on, e.g. B. a computer mouse, a trackball and / or a touch-sensitive screen (touchscreen). In particular, one or more screens and / or other image display means can be used to display the three-dimensional object data with the computer 55 be combined. The computer 55 generated using that from the generating means 54 information received the outline.

Weiterhin ist mit dem Computer 55 eine Einrichtung 57 verbunden, zur Auswertung des Ergebnisses der Segmentierung bzw. Konturierung, etwa eine Einrichtung zur Berechnung des Volumens eines durch die Segmentierung bzw. Konturierung definierten Bereiches. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise durch Software in dem Computer 55 realisiert.Furthermore, with the computer 55 An institution 57 connected, for evaluating the result of the segmentation or contouring, for example a device for calculating the volume of an area defined by the segmentation or contouring. Such a device is, for example, software in the computer 55 realized.

Im Rahmen der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar.In the context of the invention, how it through the attached claims numerous modifications and further training are defined of the described embodiments realizable.

Claims (15)

Verfahren zur Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen pathologischer Veränderungen, wobei – örtlich dreidimensionale Bildinformationen zumindest eines Objektes und/oder eines Objektteils verwendet werden, – aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer ersten Bildebene (Z) ein erster Umriss (1) des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird, – aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer zweiten Bildebene (X oder Y), die quer zu der ersten Bildebene (Z) verläuft, ein zweiter Umriss (2 oder 3) des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird, – automatisch in einer Mehrzahl weiterer Bildebenen, die parallel zueinander und parallel zu der ersten Bildebene (Z) verlaufen, jeweils ein weiterer Umriss (29 bis 36) des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird, wobei in der zweiten Bildebene (X oder Y) liegende Punkte der weiteren Umrisse (29 bis 36) durch den zweiten Umriss (2 oder 3) vorgegeben sind.Method for image segmentation of objects, in particular for segmentation of human or animal organs and / or results of pathological changes, whereby - locally three-dimensional image information of at least one object and / or part of an object is used, - from the three-dimensional image information in a first image plane ( Z) a first outline ( 1 ) of the object and / or the object part is generated, - from the three-dimensional image information in a second image plane (X or Y), which runs transversely to the first image plane (Z), a second outline ( 2 or 3 ) of the object and / or the part of the object is generated - automatically in a plurality of further image planes that run parallel to one another and parallel to the first image plane (Z), each another outline ( 29 to 36 ) of the object and / or the object part is generated, with points of the further outlines lying in the second image plane (X or Y) ( 29 to 36 ) through the second outline ( 2 or 3 ) are specified. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus den dreidimensionalen Bildinformationen in einer dritten Bildebene (Y), die quer zu der ersten (Z) und quer zu der zweiten (X) Bildebene verläuft, ein dritter Umriss (3) des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird und wobei in der dritten Bildebene (Y) liegende Punkte der weiteren Umrisse (29 bis 36} durch den dritten Umriss (3) vorgegeben sind.The method of claim 1, wherein a third outline (3) from the three-dimensional image information in a third image plane (Y), which runs transversely to the first (Z) and transversely to the second (X) image plane 3 ) of the object and / or of the object part is generated and wherein points of the further outlines lying in the third image plane (Y) ( 29 to 36 } through the third outline ( 3 ) are specified. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus den dreidimensionalen Bildinformationen zumindest in einer vierten Bildebene, die parallel zu der ersten Bildebene verläuft, ein zusätzlicher Umriss des Objektes und/oder des Objektteils erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein from the three-dimensional image information at least in a fourth Image plane that runs parallel to the first image plane additional Outline of the object and / or the object part is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter Verwendung von Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses (1) und/oder, sofern vorhanden, unter Verwendung von Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses die weiteren Umrisse erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein using information about the shape and / or size of the first outline ( 1 ) and / or, if available, the further outlines are generated using information about the shape and / or size of the additional outline. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei aus den Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses (1) und oder, sofern vorhanden, unter Verwendung von Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses temporäre Umrisse (8) in den weiteren Bildebenen erzeugt werden und wobei unter Verwendung von Informationen über die Größe des zweiten Umrisses (2 oder 3) und oder, sofern vorhanden, unter Verwendung von Informationen über die Größe des dritten Umrisses aus den temporären Umrissen (8} die weiteren Umrisse erzeugt werden.Method according to the preceding claim, wherein from the information about the shape and / or size of the first outline ( 1 ) and or, if available, using information about the shape and / or size of the additional outline, temporary outline ( 8th ) are generated in the further image planes and using information about the size of the second outline ( 2 or 3 ) and or, if available, using information about the size of the third outline from the temporary outline ( 8th } the further outlines are created. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch und nach Anspruch 3, wobei zumindest ein zu einem der weiteren Umrisse gehörender temporärer Umriss, der in einer Ebene zwischen der ersten (Z) und der vierten Bildebene liegt, durch Interpolation aus den Informationen über die Form und/oder Größe des ersten Umrisses (1) und aus den Informationen über die Form und/oder Größe des zusätzlichen Umrisses erzeugt wird.Method according to the preceding claim and according to claim 3, wherein at least one of the further outlines associated temporary outline, which lies in a plane between the first (Z) and the fourth image plane, by interpolation from the information about the shape and / or size of the first outline ( 1 ) and is generated from the information about the shape and / or size of the additional outline. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der temporären Umrisse (8) und der erste Umriss (1) eine kongruente Form aufweisen.Method according to one of the two preceding claims, wherein at least one of the temporary outlines ( 8th ) and the first outline ( 1 ) have a congruent shape. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei bei der Erzeugung der weiteren Umrisse aus den temporären Umrissen (8) ein Verhältnis einer Ausdehnung des temporären Umrisses zu einer Ausdehnung des zweiten Umrisses und/oder, sofern vorhanden, des dritten Umrisses entlang einer gemeinsamen Schnittlinie der jeweiligen Ebenen der beiden Umrisse verwendet wird.Method according to one of claims 5 to 7, wherein when generating the further outlines from the temporary outlines ( 8th ) a ratio of an extent of the temporary outline to an extent of the second outline and / or, if present, of the third outline is used along a common intersection line of the respective planes of the two outlines. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil der dreidimensionalen Bildinformationen unter Verwendung von Bilddarstellungsmitteln dargestellt wird und wobei ein Nutzer des Verfahrens den ersten (1) und/oder den zweiten (2 oder 3) Umriss festlegt.Method according to one of the preceding claims, wherein a part of the three-dimensional image information is displayed using image display means and wherein a user of the method the first ( 1 ) and / or the second ( 2 or 3 ) Outline. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Ablauf auf einem Computer das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.Computer program, characterized in that it when running on a computer, the method according to one of the preceding Claims. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmcode-Mittel ausgestaltet sind, ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program with program code means, thereby characterized in that the program code means are designed a method with the features according to any one of claims 1 to 9 perform, if the program is running on a computer. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß dem vorhergehenden Anspruch, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.Computer program with program code means according to the preceding Claim that are stored on a computer-readable data carrier. Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Hauptspeicher eines Computers das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.disk, on which a data structure is stored that after a load in a main memory of a computer, the method according to one of the Expectations 1 to 9 executes. Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmcode-Mittel ausgestaltet sind, ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier, characterized in that the program code means are designed, a Ver drive with the features according to any one of claims 1 to 9 to perform when the program is executed on a computer. Vorrichtung (51) zur Bild-Segmentierung von Objekten, insbesondere zur Segmentierung von menschlichen oder tierischen Organen und/oder von Ergebnissen pathologischer Veränderungen, mit – Bildeingabemitteln (52, 53) zum Eingeben örtlich dreidimensionaler Bildinformationen zumindest eines Objektes und/oder eines Objektteils, – Erzeugungsmitteln (54, 55} zur Erzeugung eines ersten Umrisses (1) des Objektes und/oder des Objektteils in einer ersten Bildebene (Z) aus den dreidimensionalen Bildinformationen, – Erzeugungsmitteln (54, 55) zur Erzeugung zumindest eines zweiten Umrisses (2 oder 3) des Objektes und/oder des Objektteils in einer zweiten Bildebene (X oder Y), die quer zu der ersten Bildebene (Z) verläuft, aus den dreidimensionalen Bildinformationen, – automatischen Erzeugungsmitteln (55), die ausgestaltet sind, in einer Mehrzahl weiterer Bildebenen, die parallel zueinander und parallel zu der ersten Bildebene (Z) verlaufen, jeweils einen weiteren Umriss (29 bis 36) des Objektes und/oder des Objektteils zu erzeugen, wobei in der zweiten Bildebene (X oder Y) liegende Punkte der weiteren Umrisse (29 bis 36) durch den zweiten Umriss (2 oder 3) vorgegeben sind.Contraption ( 51 ) for image segmentation of objects, in particular for the segmentation of human or animal organs and / or results of pathological changes, with - image input means ( 52 . 53 ) for entering locally three-dimensional image information of at least one object and / or part of an object, - generating means ( 54 . 55 } to create a first outline ( 1 ) of the object and / or of the object part in a first image plane (Z) from the three-dimensional image information, - generating means ( 54 . 55 ) to generate at least a second outline ( 2 or 3 ) of the object and / or the object part in a second image plane (X or Y), which runs transversely to the first image plane (Z), from the three-dimensional image information, - automatic generation means ( 55 ), which are designed in each case a further outline in a plurality of further image planes that run parallel to one another and parallel to the first image plane (Z) ( 29 to 36 ) of the object and / or the object part, with points of the further outlines (X or Y) lying in the second image plane ( 29 to 36 ) through the second outline ( 2 or 3 ) are specified.
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JP2013039246A (en) * 2011-08-17 2013-02-28 Hitachi Aloka Medical Ltd Ultrasound data processing device

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