Virtuelle Endoskopie

Transcription

Virtuelle Endoskopie
Seminar medizinische Visualisierung
Tobias Pirk
Inhalt
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Geschichte der Endoskopie
Was ist virtuelle Endoskopie
Pathfinding
Quicktime Ansatz von Ulf Tiede
andere Ansätze
Zusammenfassung und Aussichten
Inhalt>Geschichte>virtuelle Endoskopie>Pathfinding>Quicktime>andere>Zusammfassung
2
1807 Arzt Phillip Bozzini entwickelt Zystoskop
1853 Dr. Desormeaux verbessertes Endoskop
1868 erste Gastroskopie am lebenden Menschen
Inhalt>Geschichte>virtuelle Endoskopie>Pathfinding>Quicktime>andere Ansätze>Zusammfassung
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1879 Maximilian Nitze, Josef Leiter – Väter der modernen Endoskopie
1905 Jackson entwickelte Rohr zur Entnahme von Fremdkörpern
1928 erste Photographische Aufnahmen vom Magen
1931 erstes halbflexibles Endoskop
1958 stellte Hirchowitz erstes vollflexibles Endoskop vor
1962 Erfindung des Kaltlichts durch Richard Wolff
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1990 erste Erfahrungen mit virtueller Endoskopie
-2004 Verbesserung durch höhere CT Auflösung, geringere Schichtdicke
5
Allgemeines
• nichtinvasives Verfahren
• Datenerzeugung mittels CT, MRT oder Rotationsangiographie
• Datenaufbereitung – Segmentierung
• Videoerzeugung
• Pathfinding
• Auswertung durch den Arzt/Radiologen
6
Einsatzgebiete
• ähnlich normaler Endoskopie
• Bronochoskopie
• Koloskopie
• Laryngoskopie
• Neuroskopie
• Vielzahl von Gefäßuntersuchungen (Herz, Gehirn, Becken-/Bein-Bereich)
• Simulation operativer Eingriffe
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Untersuchungsablauf am Beispiel der Koloskopie
Am Vortag:
• Reinigen des Magendarm-Trakts
• nur leichte Speisen, Abführmittel
Am Tag der Untersuchung:
• keine Speisen
• einblasen von Luft in den Darm
• oft noch jodhaltiges Kontrastmittel intravenös
• Aufnahmen mit CT dauern nur wenige Minuten
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Möglichkeiten und Grenzen
• nichtinvasives Verfahren
• geringe Patientenbelastung
• schnelle Erkennung von räumlichen Phänomenen
• freie Kamerapositionierung, bessere Beleuchtung
• Zusatz Informationen können leicht zus. Visualisiert werden
• direkter Zugang zu Zielregion durch das Organsystem
• sehr kleine Gefäße können betrachtet werden
• Gefäßhülle kann betrachtet werden
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Möglichkeiten und Grenzen
• keine Darstellung von Gewebefarben
• Stuhlreste, Flüssigkeiten können Falsch gedeutet werden
• keine Biopsie möglich
• Beschränkung durch das Abtasttheorem
• Fehlbeurteilungen durch Stufenartefakte
• Partialvolumeneffekte
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Das Abtasttheorem
2π
ω0 =
≥ 2ωF
T0
Beträgt der Schichtabstand z.Bsp. 1,8 mm können
Objekte kleiner 3,6 mm nicht sicher
Rekonstruiert werden.
Nyquist-Frequenz:
Die obere Signalfrequenz, die nach dem Nyquist-Theorem gerade
noch zuverlässig abgetastet werden kann. Sie beträgt die Hälfte
der Abtastfrequenz.
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Pathfinding
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Pathfinding
Beweggründe
• Navigation sehr schwierig, zeitaufwändig
• häufige Kollisionen mit der Gefäßwand
• manuelle Navigation
• geplante Navigation
• geführte Navigation
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Pathfinding
Algorithmen
• Topological (morphological) Thinning
• Distance Transform Method
• Medial Axis Transform
• Voronoi Methode
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Pathfinding
Verfahrensweise
• Topological Thinning
• Distance Transform Method
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Pathfinding
Verfahrensweise
• Medial Axis Transform
- erster Ansatz von Blum 1967
- Analogon zu einem Grasbrand
• Voronoi Methode
- polygone Flächenaufteilung
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Quicktime Ansatz
Beweggründe
• Intuitive, beinahe realistische Navigation möglich
• aufwendige Darstellungsverfahren können benutzt werden
• keine spezielle Hardware wird benötigt
• Software frei verfügbar
• hohe Kompatibilität
• Datenkompression
• Interne Entzerrungsalgorithmen
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Quicktime Ansatz
zylindrische Panoramen
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Quicktime Ansatz
kubische/sphärische Panoramen
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Quicktime Ansatz
Allgemeines
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Quicktime Ansatz
Ablauf
• Datenbeschaffung
• Segmentation des Organs/Gefäßes
• Festlegen des zentralen Pfades
• Navigation, Visualisierung der Gefäß/Organ Wand
• Dokumentation des Fluges als Quicktime Movie
• Dokumentation+Report zum Mediziner
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Quicktime Ansatz
Ablauf
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Quicktime Ansatz
High Quality Rendering of Attributed Volume Data
• explizite Objekt-Repräsentation wird benötigt
• Erhöhung der Auflösung selten möglich
• Objektrand kann nicht exakt rekonstruiert werden
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Quicktime Ansatz
• geometrisch korrektes Raycasting
• Reklassifizierung durch Nachbarschaftsanalyse
• jedes Voxel erhält ein Zugehörigkeitsattribut
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Quicktime Ansatz
B = Pi − s ( Pi − Pi −1 )
t − gi −1
s=
gi − gi −1
B = Pi − s( Pi − Pi −1 )
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Quicktime Ansatz
• Interpolation der Oberflächenfarbe anhand der Grauwerte im Objekt
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Quicktime Ansatz
27
Quicktime Ansatz
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Quicktime Ansatz
Modifikationen
• Blickrichtungen werden an nächsten Node übergeben
• Z- Werte werden gespeichert
• entsprechende Schnittbilder werden angezeigt
• zusätzliche Visualisierung der Gefäß/Organhülle
• Navigation
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Quicktime Ansatz
geführte Navigation
• automatische Rückführung auf den zentralen Weg
• kein durchdringen der Gefäßwand möglich
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Quicktime Ansatz
Paket
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Quicktime Ansatz
Aussichten
• stereoskopische Ansichten
• automatisches Markieren verdächtiger Regionen
• Fähigkeiten zum Manipulieren von Gewebe
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Andere Ansätze
33
Andere Ansätze
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Andere Ansätze
Virtue, Vivendi Universität Tübingen
http://www.gris.uni-tuebingen.de/~bartz/tutorials/eg2003_star4/egstar4_2003.pdf
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Zusammenfassung
• Virtuelle Endoskopie kann reale nicht ersetzen
• eine Vielzahl von Systemen im Einsatz
• wachsende Verbreitung durch hohe Akzeptanz und geringe Belastung
• Quicktimeansatz besticht durch Transferierbarkeit, Kompatibilität und
Sparsamkeit
• Systeme sind unterschiedlich Umfangreich
bis hin zur Patientendatenverwaltung
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