DE10137658A1

DE10137658A1 - Automatische Ermittlung der Wirbelsäulen-Achse und von Wirbelsäulen-Abgrenzungen in der digitalen Radiografie

Info

Publication number: DE10137658A1
Application number: DE10137658A
Authority: DE
Inventors: Guo-Quing Wei; Jianzhong Quian
Original assignee: Siemens Corporate Research Inc
Current assignee: Siemens Corporate Research Inc
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-09-26
Also published as: JP2002150303A; US6608916B1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes System und ein Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Wirbelsäulen-Achse sowie Wirbelsäulen-Abgrenzungen aus einer Abbildung schließt das Abtasten einer Eingabe-Abbildung in mindestens zwei Einleserichtungen ein, um so eine Grat-Karte zu jeder Abtastrichtung (16 und 18) zu erzeugen. Die Grat-Karten werden zusammengeführt, um eine projizierte Wirbelsäulen-Achse (20) zu verstärken. Eine stückweise lineare Approximation der projizierten Wirbelsäulen-Achse wird bereitgestellt (22), und eine Gradientenkarte der Eingabe-Abbildung wird verstärkt, um projizierte Wirbelsäulen-Abgrenzungen hervorzuheben. Wirbelsäulen-Abgrenzungen werden durch Einschränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen zueinander und zur Wirbelsäulen-Achse bestimmt (30).

Description

HINTERGRUND 1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft die digitale Radiogra fie, und insbesondere eine vollständig automatische Ermitt lung einer Wirbelsäulen-Achse und einer Wirbelsäulen- Abgrenzung in der digitalen Radiografie.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Mit der Entwicklung von digitalen Abbildungstechnologien steigt das Interesse an der Verwendung von Computern in der Radiografie zur Unterstützung der Deformitätsanalyse von sko liotischen Wirbelsäulen. Gegenwärtig werden die meisten die ser Messungen/Untersuchungen manuell durchgeführt. Manuelle Messungen sind nicht nur zeitraubend, sondern unterliegen auch Fehlern, welche abhängig vom Sachverstand, der Erfahrung der Person sowie anderen menschlichen Faktoren sind.

Wirbelsäulen-Achse und Wirbelsäulen-Abgrenzungen sind wichti ge anatomische Merkmale, welche nicht nur Bestandteil von De formatitätsuntersuchungen sind, sondern auch die Vergleichs- Positionen darstellen, die für die Deformatitäts-Quantifi kation von vielen anderen anatomischen Orientierungspunk ten/Merkmalen (landmark) verwendet werden. Bestehende Algo rithmen zur Ermittlung von Wirbelsäulen-Achsen und Wirbelsäu len-Abgrenzungen erfordern eine menschliche Wechselwirkung. Gewöhnlich muss ein Satz von Kontrollpunkten manuell auf der Wirbelsäulen-Achse angebracht werden.

Kauffmann und Guise verwendeten in "Digital Radiography Seg mentation of Scoliotic Vertebral Body Using Deformable Mo dels", Proceedings of SPIE-Medical Imaging, Band 3034, Seiten 243-251, 1997, eine Kurve dritten Grades, um einen Satz manu ell angebrachter Kontrollpunkte zu interpolieren, um dadurch die Wirbelsäulen-Achse zu bestimmen. Ein mit "aktive Kontur" bezeichnetes Verfahren wird zur Ermittlung jedes Rückenwir bels angewendet. Die Wirbelsäulen-Abgrenzung wird durch ein faches Verbinden der Abgrenzungen der ermittelten Rückenwir bel gefunden. Da das aktive Kontur-Verfahren gegenüber Abbil dungsrauschen empfindlich ist, hängt der Erfolg des Verfah rens von der Bildqualität und dem Erfolg der Ermittlung ein zelner Rückenwirbel ab.

Verdonck et al., verwendeten in "Computer Assisted Quantita tive Analysis of Deformities of the Human Spine", Proceedings of Medical Image Computing and Computer Assisted Interventi on, Seiten 822-831, 1998, eine Poly-Bezier-Kurve für die In terpolation der Wirbelsäulen-Achse aus einem Satz manuell an gebrachter Kontrollpunkte, mit der Möglichkeit des interakti ven Bearbeitens der Interpolation. Die Wirbelsäulen- Abgrenzungen werden durch Verbinden von starken Kanten an je der Seite der Wirbelsäulen-Achse gefunden. Da starke Kanten, die nicht zur Wirbelsäulen-Abgrenzung gehören, den Verbin dungsprozess stören können, können die so ermittelten Abgren zungen unklar und durch Rauschen verfälscht erscheinen und gelegentlich Fehler enthalten.

Daher besteht ein Bedarf nach einem stabilen Ermittlungsver fahren, welches keine menschliche Wechselwirkung erfordert. Ein weiteres Bedürfnis besteht nach einem Verfahren, bei wel chem das Anbringen von Kontrollpunkten auf der Wirbelsäulen- Achse nicht erforderlich ist. Weiterer Bedarf besteht nach einem Verfahren, welches fachspezifisches Wissen bezüglich Wirbelsäulenformen in systematischer Weise in ein Ermitt lungsverfahren integriert, so dass Fehler in einem frühen Stadium der Ermittlung vermieden werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes System und ein Verfahren zur automati schen Ermittlung einer Wirbelsäulen-Achse sowie von Wirbel säulen-Abgrenzungen aus einer Abbildung umfasst das Einlesen (scanning) eines Eingabebilds (input image) in mindestens zwei Einleserichtungen, um eine Grat-Karte/Kanten-Karte (rid ge map) zu jeder Einleserichtung zu erzeugen. Die Grat-Karten werden verschmolzen, um eine projizierte Wirbelsäulen-Achse zu verstärken. Eine stückweise lineare Approximation der pro jizierten Wirbelsäulen-Achse wird durchgeführt und eine Gra dientenkarte der Eingabe-Abbildung wird verstärkt, um Wirbel säulen-Abgrenzungen zu projizieren. Wirbelsäulen-Abgrenzungen werden durch Einengen (constraining) der projizierten Wirbel säulen-Abgrenzungen relativ zueinander und zur Wirbelsäulen- Achse bestimmt.

Ein anderes Verfahren zum automatischen Ermitteln einer Wir belsäulen-Achse und von Wirbelsäulen-Abgrenzungen umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Eingabe-Abbildung einer Wirbel säule, Einlesen der Eingabe-Abbildung in mindestens zwei Ein leserichtungen, um so eine Grat-Karte zu jeder Einleserich tung zu erzeugen, Zusammenführen der Grat-Karten, um eine projizierte Wirbelsäulen-Achse zu verstärken, Durchführen ei ner stückweise linearen Annäherung der projizierten Wirbel säulen-Achse, Verstärken einer Gradientenkarte der Eingabe- Abbildung, um projizierte Wirbelsäulen-Abgrenzungen, die zu der linearen Annäherung der projizierten Wirbelsäulen-Achse in Beziehung stehen, hervorzuheben, Durchführen einer stück weise linearen Annäherung der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen, und Einengen der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen relativ zueinander und zur projizierten Wirbel säulen-Achse, um die Wirbelsäulen-Abgrenzungen zu bestimmen.

Bei anderen Verfahren kann der Schritt des Bereitstellens einer stückweise linearen Annäherung der projizierten Wirbel säulen-Achse die Schritte umfassen, eine Abbildung der proji zierten Wirbelsäulen-Achse unter Verwendung mehrerer gleich mäßig beabstandeter Schnittlinien zu zerschneiden und die Endpunkte der Segmente zu ermitteln, um die Wirbelsäulen- Achse als stückweise lineare Segmente anzunähern. Das Verfah ren kann auch den Schritt umfassen, die Segmente durch Be rücksichtigung von Winkel-Verhältnissen zwischen den Segmenten und von Segment-Projektionsstärken einzuengen.

Bei wieder anderen Verfahren kann der Schritt des Bestimmens der Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Schritte umfassen, die Gra dientenkarte der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen unter Verwendung einer Vielzahl von Schnittlinien mit gleichen Ab ständen in Segmente zu zerschneiden und Endpunkte der Segmen te an Kreuzungspunkten zwischen den Schnittlinien und den projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen zu definieren, wobei die Segmente als Linien angenähert sind. Das Einengen der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen kann außerdem den Schritt umfassen, die Segmente, durch Berücksichtigen von Winkel-Verhältnissen zwischen den Segmenten, von Abständen zwischen benachbarten Segmenten sowie von Projektionsstärken der Segmente einzuengen.

Das Verfahren kann auch den Schritt der Erzeugung einer mit den Wirbelsäulen-Abgrenzungen aktualisierten Wirbelsäulen- Achse enthalten. Der Schritt der Bestimmung der Wirbelsäulen- Abgrenzungen kann die Verwendung eines dual-dynamischen Pro grammier-Verfahrens zur Ermittlung der Wirbelsäulen-Abgrenz ungen einschließen. Das Verfahren kann auch den Schritt des Verkleinerns und Glättens der Eingabe-Abbildung umfassen. Die oben genannten Verfahren können zur Durchführung dieser Ver fahrensschritte mittels einer maschinenlesbaren Programmspei chervorrichtung, welche ein Programm mit Befehlen verkörpert, das von der Maschine ausführbar ist, implementiert werden.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegen den Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Be schreibung, sowie den erläuternden Ausführungsformen dersel ben, welche im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen sind, offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsformen mit Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren, bei denen

Fig. 1 ein Block-/Fluss-Diagram ist, welches ein Ermittlungs- System/Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein schematisches Diagram ist, welches Schnittlinien zum erfindungsgemäßen Zerteilen einer projizierten Wirbelsäu len-Achse in Segmente zeigt;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm ist, welches eine erfin dungsgemäß stückweise lineare Annäherung der projizierten Wirbelsäulen-Achse mit Einschränkungen zeigt;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm ist, welches Schnittlinien zum Zerteilen einer projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzung in Segmente in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm ist, welches eine stückwei se lineare Annäherung der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen mit Einschränkungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6a eine Wirbelsäulen-Abbildung zeigt, die im Zusammen hang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll;

Fig. 6b eine verbundene Grat-Karte in gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6c die verbundene Grat-Karte von Fig. 6b mit einer de tektierten Wirbelsäulen-Achse gemäß der vorliegenden Erfin dung zeigt;

Fig. 6d die detektierte Wirbelsäulen-Achse von Fig. 6c, wel che erfindungsgemäß mit der Wirbelsäulen-Abbildung von Fig. 6a überlagert ist, zeigt; und

Fig. 6e die erfindungsgemäß ermittelten Wirbelsäulen- Abgrenzungen zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung bietet eine vollständig automati sche Ermittlung der Wirbelsäulen-Achse sowie von Wirbelsäu len-Abgrenzungen in der digitalen Radiografie. Das Ermitt lungsverfahren/Detektionsverfahren erfordert keine Eingriffe durch den Benutzer, wie etwa das Anbringen eines Satzes von Kontrollpunkten durch Menschen, wie dies herkömmliche Verfah ren tun. Ein Pfadprojektionsverfahren (path projection me thod) wird bereitgestellt, um eine stückweise lineare Annähe rung der Wirbelsäulen-Achse und Abgrenzungen aufzufinden. Vorheriges Wissen kann in das Ermittlungsverfahren integriert werden, um eine stabile und genaue Ermittlung zu ermöglichen. Diese ermittelten anatomischen Merkmale (landmarks) umfassen Informationen zur weiteren quantitativen Analyse, zur Krank heitsdiagnose sowie zur Planung von Eingriffen.

Die vorliegende Erfindung extrahiert nützliche Informationen bezüglich der Wirbelsäulen-Position aus einer verkleinerten und geglätteten Wirbelsäulen-Abbildung in verschiedenen Maß stäben, wobei irrelevante Informationen automatisch unter drückt werden. Extrahierte Positions-Informationen werden dann bei feineren Bild-Auflösungen als Beschränkungen bei der nachfolgenden Lokalisierung der Grenzen verwendet. Gleichzei tig wird Wissen über die Wirbelsäule-Form, wie etwa der Be reich der Orientierung und das Ausmaß der möglichen Biegung (z. B. infolge einer Wirbelsäule-Erkrankung, Skoliose, andere Krankheiten, etc.), in das Verfahren aufgenommen, um sowohl den Bereich zulässiger Lösungen einzuschränken, als auch um die Verlässlichkeit der Ermittlung zu erhöhen. Dies wird durch ein Optimierungs-Verfahren auf Basis eines projizier ten-Pfads (projected path based optimization method) ermög licht, welches in der vorliegenden Erfindung enthalten ist.

Selbstverständlich können die in der Fig. 1 gezeigten Elemen te in verschiedenen Arten von Hardware, Software oder Kombi nationen derselben ausgeführt werden können. Vorzugsweise sind diese Elemente in einem oder mehreren geeignet program mierten Allzweck-Digital-Computer(n) mit einem Prozessor, ei nem Speicher und Eingangs-/Ausgangsschnittstellen implemen tiert. Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genom men, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder identi sche Elemente aus verschiedenen Ansichten bezeichnen. In Fig. 1 ist ein Block-/Flussdiagram für ein Ermittlungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Obwohl die vorliegende Offenbarung sich zur Veranschaulichung auf das Beispiel einer Wirbelsäulen-Position bezieht, können das hierin beschriebene Verfahren und das System zum Aufspüren und Definieren anderer anatomischer Merkmale, Strukturen oder Organe verwendet werden. Beispielweise kann das erfindungsge mäße Ermittlungsverfahren für die Planung von chirurgischen Eingriffen zur Wiederherstellung von gebrochenen oder fraktu rierten Knochen angewendet werden.

In Block 12 wird eine Abbildung für die Verarbeitung eingege ben. Die Abbildung umfasst in diesem Beispiel eine Abbildung einer Wirbelsäule, die mittels Röntgenstrahlung oder anderen Abbildungs-Technologien, wie etwa Computer-Axial-Tomografie (z. B. CAT Scan), Sonogramm, magnetische Resonanz (MRI) oder andere Techniken, aufgenommen wurde. Die Abbildung wird vor zugsweise in digitale Form umgewandelt oder in digitaler Form aufgenommen. In Block 14 wird die Digital-Abbildung verklei nert und geglättet. Das Verkleinern kann die Anwendung von, dem Fachmann bekannten, Kompressions-Algorithmen einschlie ßen. Auch das Glätten der Abbildung kann durch Anwendung von bekannten Techniken durchgeführt werden. In den Blöcken 16 und 18 werden aus der verkleinerten und geglätteten Abb. Intensitäts-Grate/Intensitäts-Kanten (intensity ridges) aus verschiedenen bevorzugten Abbildungsrichtungen (scan orienta tions) extrahiert und in Block 20 verbunden. In diesem Bei spiel umfasst die Abbildungs-Orientierung horizontale und di agonale Orientierungen, andere Orientierungen können eben falls angewendet werden.

Die Grat-Abbildungen werden erhalten durch Abtasten der Ab bildung in vorbestimmten Richtungen und durch Berechnen der Krümmungen der Intensitätsprofil-Krümmungen in den vorbe stimmten Richtungen bei jedem Bildpunkt. An Positionen, an welchen sich Grate (ridges) in der Original-Abbildung befin den, erscheint die Grat-Abbildung heller. Diese Grat- Berechnung wird in mindestens zwei Einlese-Richtungen durch geführt. Die mindestens zwei Abbildungen (Karten) werden zu sammengeführt, um eine resultierende Abbildung oder Grat- Karte in Block 20 zu erhalten.

In Block 22 wird die erhaltene Grat-Abbildung oder werden die erhaltenen Grat-Abbildungen zur Ermittlung eines projizierten Wirbelsäulenverlaufs verwendet. (Hier wird nur eine angenä herte Position der Wirbelsäulen-Achse ermittelt, z. B. der in teressierende Bereich der Wirbelsäulen-Achse). Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein interessierender Bereich (region of in terest, ROI) 100 in der Grat-Abbildung auf dem projizierten Wirbelsäulenachsenverlauf in verschiedene Teile in der glei chen Richtung durch Schnittlinien 102 aufgeteilt, welche durch eine vorbestimmte Schrittgröße 104 voneinander getrennt sind.

Bezug nehmend auf Fig. 3, stellt die Auswahl eines Punkts 101 auf jeder der horizontalen Schnittlinien 102 eine stück weise lineare Annäherung der Wirbelsäulen-Achse dar. Fakto ren, welche die Auswahl der Punkte beeinflussen umfassen die Orientierungen der Liniensegmente, den Winkel zwischen nach folgenden Segmenten und die Stärke der Grate, durch welche die Segmente laufen, welche als Projektion der Grat-Karte entlang dem Verlauf gemessen wird. Das Verfahren zur Auswahl des Punkts auf jeder horizontalen Schnittlinie unter Berück sichtigung der oben genannten Beschränkungen basiert auf dy namischem Programmieren, das einen bevorzugte Optimierungs ansatz darstellt. Dynamische Programmierungs-Algorithmen sind in der Technik bekannt.

In Block 24 werden Beschränkungen auf der Grundlage der Posi tionen des interessierenden Bereichs (ROI) der Wirbelsäulen achse erzeugt. Diese Beschränkungen schließen den Positions bereich sowie den Orientierungsbereich der Wirbelsäulen- Abgrenzung ein.

In Block 26 wird eine Gradientenkarte aus der Eingabe- Abbildung von Block 12 bereitgestellt. Eine Gradientenkarte wird auf der Grundlage der Intensitäts-Unterschiede in den horizontalen und vertikalen Richtungen berechnet und die Gra dientenkarte misst den Grad des Intensitätswechsels um jeden Pixel herum. Die Gradientenkarte kennzeichnet Intensitätskan ten in der Eingabe-Abbildung. Durch Verwendung der Wirbelsäu len-Achse (Block 24) und der Gradientenkarte (Block 26) wer den in Block 28 die Abbildungs-Gradienten in der Ausrichtung der Wirbelsäulen-Achse verstärkt. Das Filtern oder Verstärken entfernt einige Bildpunkte, die weniger wahrscheinlich von der Wirbelsäulen-Abgrenzung stammen.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine verstärkte Gradientenab bildung (zur Bestimmung der projizierten Abgrenzungen der Wirbelsäule) 110 durch die Schnittlinien 102 ähnlich der oben beschriebenen Gratkarte unterteilt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine stückweise lineare Annäherung einer Wirbelsäu len-Abgrenzung 108 erhalten, indem zwei Punkte 106 auf jeder der Schnittlinien 102 ausgewählt werden. Die Bereiche der beiden Punkte sind auf die vorher aufgefundene benachbarte Wirbelsäulen-Achsen beschränkt (siehe Fig. 2). Andere Be schränkungen für die Auswahl der Punkte berücksichtigen nicht nur die Winkel-Beziehungen zwischen den Segmenten (ℏ_L und ℏ_LR) und die Projektionsstärke (z. B. die Stärke der verstärkten Gradientenkarte) entlang der Segmente, sondern auch die Ab stände (d) zwischen den Segmenten.

In Block 30 wird ein duales dynamisches Programmierungs- Verfahren angewendet, um die Wirbelsäulen-Abgrenzungen einzu schränken/einzugrenzen. Das duale dynamische Programmierungs- Verfahren integriert zwei dynamische Programmierungs- Optimierungen (eines für jede Abgrenzung) in eine einzige Op timierung und erlaubt eine Wechselwirkung der Optimierungen und eine gegenseitige Einschränkung. Das duale dynamische Programmierungs-Verfahren schließt horizontale Koordinaten auf allen Schnittlinien als Zustandsvariablen ein. Die Zu standsvariablen sind gemäß der Schnittlinien von unten nach oben geordnet. Da die Schnittlinien die Wirbelsäulen- Abgrenzungen in Abgrenzungs-Segmente aufteilen (jedes Segment schließt eine linke Seite und eine rechte Seite ein). Die Trefferwerte (scores) für alle möglichen Positionen können für die gesamte Wirbelsäulen-Abgrenzung (die bestimmt ist durch die Zustandsvariablen) durch ein sukzessives Berech nungs-Schema berechnet werden.

Zuerst werden die Trefferwerte für das niedrigste Abgren zungssegment berechnet. Dann werden, nach Zufügen eines Seg ments, die Trefferwerte auf der Grundlage von bereits berech neten Trefferwerten für das vorherige Segment, die Gradien tenstärke für das momentane Segment und geometrische Be schränkungen zwischen dem/den momentanen Segment(en) und vor herigen Segment(en) berechnet. Dieses Verfahren wird solange wiederholt, bis alle Trefferwerte für die gesamte Wirbelsäu len-Abgrenzung berechnet sind. Dann wird der maximale Tref ferwert zur Bestimmung der Position der Wirbelsäulen- Abgrenzung ausgewählt.

In Block 32 wird nach der Abgrenzungs-Ermittlung eine genaue re Position der Wirbelsäulen-Achse aus der Wirbelsäulen- Abgrenzung berechnet. Dies kann durch Bestimmung eines Orts von äquidistanten Punkten zu den benachbarten Abgrenzungsli nien oder durch Gewichten der Wirbelsäulen-Achse in Verbin dung mit anderen Faktoren (z. B. Krümmungen, etc.) durchge führt werden.

In Fig. 6a-e ist ein Beispiel der erfindungsgemäßen Ermitt lung von Wirbelsäulen-Abgrenzungen gezeigt. In Fig. 6a wird eine Wirbelsäulen-Abbildung in Form einer digitalen Röntgen aufnahme bereitgestellt. In Fig. 6b ist eine Gratkarte ge zeigt, welche durch Abtasten Wirbelsäulen-Abbildung von Fig. 6a erzeugt worden ist. In Fig. 6c ist eine Wirbelsäulen-Achse aus der Gratkarte von Fig. 6b ermittelt worden. In Fig. 6d ist die Wirbelsäulen-Abbildung der in Fig. 6c ermittelten Wirbelsäulen-Achse überlagert, um die tatsächliche Position der Wirbelsäule in der Abbildung zu zeigen. In Fig. 6e wird eine Wirbelsäulen-Abgrenzung ermittelt und der Wirbelsäulen- Abbildung überlagert.

Die ermittelte Wirbelsäulen-Achse und Wirbelsäulen-Abgrenzung kann dann für weitere automatische quantitative Untersuchun gen, Krankheits-Diagnosen und chirurgische Eingriffsplanung verwendet werden. Die Wirbelsäulen-Abgrenzung und Wirbelsäu len-Achse auch automatisch als Festlegung des interessieren den Bereiches zur Ermittlung von anderen anatomischen Merkma len dienen und kann beispielweise für die Messung einer Wir belsäulen-Deformität etc. verwendet werden.

Nachdem bevorzugte Ausführungsformen für die automatische Er mittlung der Wirbelsäulen-Achse und von Wirbelsäulen- Abgrenzungen in der digitalen Radiografie zur Deformitätsana lyse unter Verwendung von dualem dynamischem Programmieren und von Pfadprojektionen beschrieben wurden (welche als ver anschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen sind), sei darauf hingewiesen, dass Abwandlungen und Veränderungen von einem Fachmann im Sinne der obigen Beschreibung durchge führt werden können. Es ist daher davon auszugehen, dass Än derungen in besonderen Ausführungsformen der offenbarten Er findung vorgenommen werden können, welche im Bereich der Er findung liegen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen be schrieben ist. Nachdem auf diese Weise die Erfindung mit den im Patentgesetz geforderten Einzelheiten beschrieben ist, wird das Schutzbegehren sowie der durch das Patent ersuchte Schutz in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Wirbelsäulen- Achse und von Wirbelsäulen-Abgrenzungen aus einer Abbildung, umfassend die Schritte:
Abtasten einer Eingabe-Abbildung in mindestens zwei Abtast richtungen, um eine Grat-Karte zu jeder der Abtastrichtungen zu erzeugen;
Zusammenführen der Grat-Karten, um eine projizierte Wirbel säulen-Achse zu verstärken;
Bereitstellen einer stückweise linearen Annäherung der proji zierten Wirbelsäulen-Achse;
Verstärken einer Gradientenkarte der Eingabe-Abbildung, um diejenigen Bildpunkte hervorzuheben, die auf den projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen liegen; und
Bestimmen der Wirbelsäulen-Abgrenzungen durch Einschränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen relativ zueinander und zu der Wirbelsäulen-Achse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereit stellens einer stückweise linearen Annäherung der projizier ten Wirbelsäulen-Achse die Schritte umfasst:
Zerteilen einer Abbildung der projizierten Wirbelsäulen-Achse in Segmente durch Verwendung mehrerer gleichmäßig beabstande ter Schnittlinien; und
Bestimmen von Endpunkten der Segmente, um die Wirbelsäulen- Achse als stückweise lineare Segmente anzunähern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, welches außerdem den Schritt umfasst, die Segmente durch Berücksichtigen von Winkel- Verhältnissen zwischen den Segmenten und von Projektionsstär ken der Segmente zu beschränken.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestim mens der Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Schritte umfasst:
Zerteilen der Gradientenkarte der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen in Segmente durch Verwendung mehrerer gleichmä ßig beabstandeter Schnittlinien mit gleichen Abständen; und
Definieren von Endpunkten der Segmente an Kreuzungspunkten zwischen den Schnittlinien und den projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen, wobei die Segmente als Linien angenähert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Definieren von End punkten außerdem den Schritt umfasst, die Segmente durch Be rücksichtigen von Winkel-Beziehungen zwischen den Segmenten, von Abständen zwischen benachbarten Segmenten und von Projek tionsstärken der Segmente einzuschränken.

6. Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem den Schritt umfasst, eine aktualisierte Wirbelsäulenachse aus den Wirbel säulen-Abgrenzungen zu erzeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestim mens der Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Verwendung eines dual dynamischen Programmier-Verfahrens zur Ermittlung der Wirbel säulen-Abgrenzungen einschließt.

8. Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Wirbelsäulen- Achse sowie von Wirbelsäulen-Abgrenzungen aus einer Abbil dung, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Eingabe-Abbildung einer Wirbelsäule;
Abtasten der Eingabe-Abbildung in mindestens zwei Abtastrich tungen, um eine Grat-Karte zu jeder Abtastrichtung zu erzeu gen;
Zusammenführen der Grat-Karten, um eine projizierte Wirbel säulen-Achse zu verstärken;
Bereitstellen einer stückweise linearen Annäherung der proji zierten Wirbelsäulen-Achse;
Verstärken einer Gradientenkarte der Eingabe-Abbildung, um Bildpunkte hervorzuheben, die auf den projizierten Wirbelsäu lengrenzen, die der linearen Annäherung der projizierten Wir belsäulen-Grenzen zugeordnet sind, liegen;
Bereitstellen einer stückweise linearen Annäherung der proji zierten Wirbelsäulen-Achse;
Einschränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen rela tiv zueinander und zu der projizierten Wirbelsäulen-Achse, um Wirbelsäulen-Abgrenzungen zu ermitteln.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bereit stellens einer stückweise linearen Annäherung der projizier ten Wirbelsäulen-Achse die Schritte umfasst:
Zerteilen einer Abbildung der projizierten Wirbelsäulen-Achse in Segmente durch Verwenden mehrerer gleichmäßig beabstande ter Schnittlinien; und
Bestimmen von Endpunkten der Segmente um die Wirbelsäulen- Achse als stückweise lineare Segmente zu anzunähern.

10. Verfahren nach Anspruch 8, welches außerdem den Schritt umfasst, die Segmente durch Berücksichtigen von Winkel- Beziehungen zwischen den Segmenten sowie von Projektionsstär ken der Segmente einzuschränken.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Bereit stellung einer stückweise linearen Annäherung der projizier ten Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Schritte umfasst:
Zerteilen der Gradientenkarte der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen in Segmente durch Verwendung mehrerer gleichmä ßig beabstandeter Schnittlinien; und
Bestimmen von Endpunkten der Segmente an Kreuzungspunkten zwischen den Schnittlinien und den projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen, wobei die Segmente als Linien angenähert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ein schränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen außerdem den Schritt umfasst, die Segmente durch Berücksichtigen von Winkel-Beziehungen zwischen den Segmenten, von Abständen zwi schen benachbarten Segmenten und von Projektionsstärken der Segmente einzuschränken.

13. Verfahren nach Anspruch 8, welches außerdem den Schritt der Erzeugung einer mit den Wirbelsäulen-Abgrenzungen aktua lisierten Wirbelsäulen-Achse umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Ein schränkung der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Verwendung eines dual dynamischen Programmierverfahrens zur Ermittlung der Wirbelsäulen-Abgrenzungen umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 8, welches außerdem den Schritt des Verkleinerns und Glättens der Eingabe-Abbildung umfasst.

16. Maschinenlesbare Programmspeichervorrichtung, welche ein Programm von Befehlen, das von der Maschine ausführbar ist, zur Durchführung von Verfahrensschritten zur automatischen Ermittlung einer Wirbelsäulen-Achse und von Wirbelsäulen- Abgrenzungen aus einer Abbildung, beinhaltet, wobei das Ver fahren die Schritte umfasst:
Abtasten einer Eingabe-Abbildung in mindestens zwei Abtast richtungen, um eine Grat-Karte zu jeder Einleserichtung zu erzeugen;
Zusammenführen der Grat-Karten, um eine projizierte Wirbel säulen-Achse zu verstärken;
Bereitstellen einer stückweise linearen Annäherung der proji zierten Wirbelsäulen-Achse;
Verstärken einer Gradientenkarte der Eingabe-Abbildung, um projizierte Wirbelsäulen-Abgrenzungen hervorzuheben; und
Bestimmen der Wirbelsäulen-Abgrenzungen durch Einschränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen zueinander und zu der Wirbelsäulen-Achse.

17. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Bereitstellens einer stückweise linearen Annähe rung der projizierten Wirbelsäulen-Achse die Schritte um fasst:
Zerteilen einer Abbildung der projizierten Wirbelsäulen-Achse in Segmente durch Verwendung mehrerer gleichmäßig beabstande ter Schnittlinien; und
Bestimmen von Endpunkten der Segmente, um die Wirbelsäulen- Achse als stückweise lineare Segmente zu anzunähern.

18. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 17, welche au ßerdem den Schritt des Einengens der Segmente durch Berück sichtigung von Winkel-Beziehungen zwischen den Segmenten und von Projektionsstärken der Segmente umfasst.

19. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Bestimmens der Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Schritte umfasst:
Zerteilen der Gradientenkarte der projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen in Segmente durch Verwendung mehrerer gleichmä ßig beabstandeter Schnittlinien; und
Definieren von Endpunkten der Segmente an Kreuzungspunkten zwischen den Schnittlinien und den projizierten Wirbelsäulen- Abgrenzungen, wobei die Segmente als Linien angenähert sind.

20. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Einschränken der projizierten Wirbelsäulen-Abgrenzungen au ßerdem den Schritt des Einschränkens der Segmente durch Be rücksichtigen von Winkel-Beziehungen zwischen den Segmenten, von Abständen zwischen benachbarten Segmenten sowie von Pro jektionsstärken der Segmente umfasst.

21. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 17, welche au ßerdem den Schritt der Erzeugung einer mit den Wirbelsäulen- Abgrenzungen aktualisierten Wirbelsäulen-Achse umfasst.

22. Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Schritt der Bestimmung der Wirbelsäulen-Abgrenzungen die Ver wendung eines dual dynamischen Programmierverfahren zur Er mittlung der Wirbelsäulen-Abgrenzungen umfasst.