Wahle A:
Inhaltsverzeichnis
Teil A: Einführung | ||||
| 1. | Einleitung und Problemstellung | 1 | ||
| 2. | Kardiologische Anwendung bildgebender Verfahren | 5 | ||
| 2.1 | Röntgenangiographische Verfahren | 5 | ||
| 2.1.1 | Koronar-Angiographie | 5 | ||
| 2.1.2 | Ventrikulographie, Lävographie | 6 | ||
| 2.2 | Tomographische Verfahren | 6 | ||
| 2.3 | Bildgebung durch Ultraschall | 7 | ||
| 2.4 | Archivierung und Befundung | 8 | ||
| 3. | Biplane Röntgensysteme | 9 | ||
| 3.1 | Theorie der Bildgebung durch Röntgenstrahlung | 9 | ||
| 3.2 | Angulationsverhalten der verschiedenen Stativtypen | 10 | ||
| 3.3 | Archivierung der Bilddaten | 12 | ||
| 4. | Bestehende Verfahren zur 3D-Rekonstruktion | 14 | ||
| 4.1 | Binäre Rekonstruktionsverfahren | 14 | ||
| 4.2 | Geometrische Rekonstruktionsverfahren | 15 | ||
| 4.2.1 | Punktrekonstruktion | 15 | ||
| 4.2.2 | Generalisierter Schnittpunkt | 16 | ||
| 4.2.3 | Analytische Geometriebestimmung | 17 | ||
| 4.2.4 | Korrespondenzproblematik | 18 | ||
| 4.2.5 | Modellierung und Visualisierung | 20 | ||
| 4.2.6 | Rekonstruktion von Bildsequenzen | 20 | ||
| 4.3 | Multiplane Rekonstruktionen | 21 | ||
| 4.4 | Multimodale Ansätze | 22 | ||
Teil B: Methodik | ||||
| 5. | Rekonstruktion und Modellierung der räumlichen Morphologie koronarer Gefäßsysteme | 23 | ||
| 5.1 | Bildaquisition und Vorverarbeitung | 24 | ||
| 5.1.1 | Aufnahme und Digitalisierung | 24 | ||
| 5.1.2 | Globale Bildverbesserungs-Verfahren | 26 | ||
| 5.1.3 | Lokale Bildmischung | 28 | ||
| 5.1.4 | Lokale Histogrammspreizung | 30 | ||
| 5.1.5 | Entzerrung | 31 | ||
| 5.2 | Geometriemodelle | 33 | ||
| 5.2.1 | Isozentrisches vs. Iso-Achsen-Modell | 33 | ||
| 5.2.2 | Koordinatensysteme und -transformationen | 35 | ||
| 5.2.3 | Herleitung der Rotationsmatrizen | 37 | ||
| 5.2.4 | Skalierung der Bildverstärker-Eingangsfläche | 38 | ||
| 5.3 | Aufbau der zweidimensionalen Bäume | 38 | ||
| 5.3.1 | Definition der Gefäßtopologie | 38 | ||
| 5.3.2 | Automatische Verfolgung des Gefäßverlaufes | 40 | ||
| 5.3.3 | Interne Repräsentation | 41 | ||
| 5.4 | Rekonstruktion | 43 | ||
| 5.4.1 | Rekonstruktion der Knoten | 44 | ||
| 5.4.2 | Segmentrekonstruktion | 45 | ||
| 5.4.3 | Querschnittsrekonstruktion | 46 | ||
| 5.4.4 | Rekonstruktion der Konturen | 48 | ||
| 5.5 | Visualisierung | 50 | ||
| 5.5.1 | Das Visualisierungs-Koordinatensystem | 50 | ||
| 5.5.2 | Triangulierung und Darstellung | 51 | ||
| 5.5.3 | Alternative Darstellungsarten | 52 | ||
| 5.5.4 | Lokale und entfernte Ansteuerung der graph. Hardware | 54 | ||
| 5.5.5 | Anbindung an kommerzielle Visualisierungssysteme | 55 | ||
| 5.6 | Quantitative Auswertung | 56 | ||
| 5.6.1 | Lokalisierung, 2D/3D-Matching | 56 | ||
| 5.6.2 | Distanzberechnung | 57 | ||
| 5.6.3 | Winkelberechnung | 57 | ||
| 5.6.4 | Gefäßvolumen | 58 | ||
| 5.6.5 | Gefäßlängen | 60 | ||
| 5.6.6 | Aufsummierung über Unterbäume | 60 | ||
| 5.7 | Archivierung | 61 | ||
| 5.7.1 | Geräteparameter | 62 | ||
| 5.7.2 | Aufnahmeparameter | 63 | ||
| 5.7.3 | Kombiniertes Modell | 64 | ||
| 5.7.4 | Zusammenfassen von Modellen | 65 | ||
| 5.7.5 | Anbindung externer Applikationen | 66 | ||
| 5.7.6 | Archivierung in medizinischen Standard-Formaten | 66 | ||
| 6. | Empirische Geometrie-Analyse und -Korrektur | 68 | ||
| 6.1 | Iterative Geometrie-Approximation | 69 | ||
| 6.1.1 | Analyse der Fehlerkomponenten | 69 | ||
| 6.1.2 | Linearer Lösungsansatz | 70 | ||
| 6.1.3 | Lösung durch lineare Regression | 73 | ||
| 6.1.4 | Statistisches Mittelwertorientiertes Verfahren | 76 | ||
| 6.1.5 | Ermittlung der initialen Geometrie | 81 | ||
| 6.2 | Kalibrierung | 82 | ||
| 6.2.1 | Distanz zweier Punkte im Raum | 84 | ||
| 6.2.2 | Länge eines Abschnittes im Raum | 84 | ||
| 6.2.3 | Schleifen-, Scheiben- oder Kugel-Durchmesser im Raum | 85 | ||
| 6.2.4 | Monoplane Vorkalibrierung | 86 | ||
| 6.3 | Lokale Geometriekorrektur | 86 | ||
Teil C: Validierung und Anwendung | ||||
| 7. | Phantomstudien | 88 | ||
| 7.1 | Synthetische Phantombilder | 88 | ||
| 7.1.1 | Absolute Rekonstruktionsgenauigkeit | 88 | ||
| 7.1.2 | Genauigkeit der Geometrie-Approximation | 89 | ||
| 7.1.3 | Korrespondenzbildung bei Segmenten | 92 | ||
| 7.2 | Analyse der Toleranzen biplaner angiographischer Systeme | 94 | ||
| 7.2.1 | Angulationsfehler und Verschiebungen orthogonal zu den Projektionsachsen | 95 | ||
| 7.2.2 | Toleranzen bei theoretisch festen Abständen | 97 | ||
| 7.3 | Vergleich der Kalibrierungsmethoden | 100 | ||
| 7.3.1 | Test- und Referenzobjekte | 100 | ||
| 7.3.2 | Dreifachorthogonale Lage des Kalibrierobjektes | 101 | ||
| 7.3.3 | Schräge Lage des Katheters bei leichter Krümmung | 102 | ||
| 7.3.4 | Schräge Lage des Katheters bei S-förmiger Krümmung | 103 | ||
| 7.3.5 | Bewertung | 104 | ||
| 7.4 | Validierung des Volumenmodells | 105 | ||
| 7.4.1 | Auswirkung der Objektlage | 106 | ||
| 7.4.2 | Auswirkung der Angulation | 106 | ||
| 7.4.3 | Fehler bei der Annahme der Angulation | 109 | ||
| 7.5 | Durchmesseranalyse im Submillimeterbereich | 111 | ||
| 8. | Medizinische Anwendung | 115 | ||
| 8.1 | Analyse lokaler Gefäßverengungen (Stenosen) | 115 | ||
| 8.1.1 | Aufbau der 2D-Modelle | 115 | ||
| 8.1.2 | Rekonstruktion und Visualisierung | 120 | ||
| 8.1.3 | Quantitative Auswertung des stenotischen Segments | 122 | ||
| 8.1.4 | Umfassendere Analyse am Beispiel Laser-Angioplastie | 123 | ||
| 8.1.5 | Finden optimaler Angulationen | 123 | ||
| 8.2 | Planung und Verifikation chirurgischer Eingriffe am 3D-Modell | 129 | ||
| 8.2.1 | Die Arterial-Switch-Operation | 129 | ||
| 8.2.2 | Bilddaten | 131 | ||
| 8.3 | Ermittlung morphologischer Parameter von komplexen Gefäß-Subsystemen zur Quantifizierung diffuser Erkrankungen | 137 | ||
| 8.3.1 | Dekomposition der fraktalen Gefäßhierarchie | 139 | ||
| 8.3.2 | Quantifizierung durch Korrelation logarithmisch transformierter Parameter | 143 | ||
| 8.3.3 | Patientenbezogene Korrelationen | 144 | ||
| 8.3.4 | Interventionen mit vasoaktiven Substanzen | 145 | ||
| 8.4 | Lokalisierung von Kathetern und Zuordnung im 3D-Modell | 146 | ||
| 8.4.1 | Intravasale Flußgeschwindigkeitsmessung durch Ultraschall | 146 | ||
| 8.4.2 | 2D/3D-Matching | 148 | ||
| 8.4.3 | 3D/3D-Matching | 150 | ||
| 8.5 | Rekonstruktion großer Gefäße | 150 | ||
| 9. | Ausblick | 154 | ||
| 9.1 | Rekonstruktions- und Modellierungs-Algorithmen | 154 | ||
| 9.2 | Modularisierung und Integration der Programme | 155 | ||
| 10. | Konklusion | 159 | ||
Anhänge | ||||
| A. | Mathematische Details | 161 | ||
| A.1 | Rotationsmatrizen für die einzelnen Geometrietypen | 161 | ||
| A.2 | Punktrekonstruktion | 163 | ||
| A.3 | Generierung fließender Konturen | 164 | ||
| A.4 | Aufsummieren der Volumenelemente | 165 | ||
| A.5 | Ausschlußkriterien bei Geometrieapprox. durch Regression | 166 | ||
| B. | Visualisierung | 167 | ||
| B.1 | Transformationsmatrizen für die Visualisierung | 167 | ||
| B.2 | Beschreibung der Pixelmaschine | 167 | ||
| B.3 | Triangulierung | 169 | ||
| B.4 | Spool-System für Anfragen an die Pixelmaschine | 171 | ||
| Literaturverzeichnis | 173 | |||