Oberflächenscanner werden zunehmend in der Medizin genutzt. Im Gegensatz zu radiologischen Modalitäten wie CT, MRT oder Ultraschall ist aber die Anbindung an einen zentralen Datenspeicher und die Kombination der Geräte mit Produkten unterschiedlicher Hersteller noch nicht möglich. Dadurch werden die Arbeitsabläufe zur Langzeitarchivierung der Daten erschwert, sowie Interoperabilität zwischen Systemen behindert. Um dies zu ändern wurden Gespräche mit Herstellern, Ärzten und Forschungseinrichtungen geführt, um die klinischen Anwendungsfälle (use cases), in denen Oberflächenscannern aktuell und zukünftig eingesetzt werden, zu identifizieren. Die derzeit gebräuchlichen proprietären Datenstrukturen und Datenverarbeitugsmethodiken wurden für die einzelnen Anwendungsfälle analysiert und auf Gemeinsamkeiten überprüft. Aus den erarbeiteten Anwendungsfällen konnte eine DICOM-Datenstruktur abgeleitet werden, welche sich nahtlos in den DICOM Standard einfügt und alle Anwendungsfälle berücksichtigt. Nach Erteilung eines „Work Items“ durch das DICOM Standards Committee und erfolgreichem „First Read“ vor der DICOM Working Group „Base Standard“ stellt dieser Beitrag den derzeitigen Entwurf der DICOM Erweiterung vor. Das starke Interesse von Herstellern und Anwendern für die Erweiterung des DICOM-Standards um Oberflächenscanner-Daten lässt eine breite Implementierung nach Beendigung des Standardisierungsprozesses erwarten.
Um eine detaillierte Datenstruktur in DICOM erstellen zu können, ist die Kenntnis der Anwendungsfälle in der klinischen Routine von großer Bedeutung. Ziel war es, alle erforderlichen Datenstrukturen in Abhängigkeit der Anwendungsfälle zu beschreiben.
Im Zuge dieser Arbeit wurde eine erste Version des DICOM-Supplements entwickelt, welches sowohl die Anforderungen der Firmen und Anwender, als auch die Einschränkungen des DICOM-Standards berücksichtigt. 2
Zunächst wurde eine umfangreiche Literaturreche der wissenschaftlichen Publikationen im Bereich der computerassistierten Chirurgie der letzten fünf Jahre vorgenommen, um moderne Anwendungsfälle für optische Oberflächenscanner zu identifizieren (siehe Abbildung 1). Parallel wurde eine internationale Marktrecherche durchgeführt, um Hersteller von optischen Oberflächenscannern und darauf basierenden Systemlösungen zu identifizieren. Diese wurden daraufhin angeschrieben und dazu eingeladen, sich an den Standardisierungsaktivitäten zu beteiligen. Es wurde die DICOM Working Group 22 „Dentistry“ eingeladen, Anwendungsfälle aus der Dentalprothetik – einem der kommerziell bedeutendsten Anwendungsgebiete für optische Oberflächenscanner in der Medizin – beizusteuern.
Ein Treffen mit Chirurgen und Vertretern aus Wirtschaft und Forschung wurde organisiert und die Anwendungsfälle angefangen vom dentalen Bereich bis hin zu Schönheitsoperationen an der Brust diskutiert. Basierend auf diesen klinischen Anwendungsfällen wurden die verwendeten Datenstrukturen und Verarbeitungsmethodiken identifiziert. Ein wesentlicher Aspekt war dabei die Klärung und Vereinheitlichung von Begrifflichkeiten. Des Weiteren wurde am ICCAS ein mobiler Oberflächenscanner in 13 Fällen zur Dokumentation der Formänderung der Nase durch Septorhinoplastik eingesetzt.
Die Ergebnisse der Literaturrecherche und der grobe Rahmen, wie eine DICOM-Erweiterung aussehen könnte, wurden
erstmalig detailliert in [
Die in den Anwendungsfällen genutzten Datenstrukturen wurden analysiert und dem DICOM Standards Committee
vorgestellt. Das Komitee erteilte den Auftrag zur Entwicklung eines Supplements, der Zwischenstand wurde in [
Die Oberflächen werden durch das in der Surface Segmentation IOD bereits vorhandene Modul „Surface
Mesh“ [
Der aktuelle Entwurf der DICOM Erweiterung umfasst zudem beschreibende Attribute, mit welchen die Parameter der
Aufnahme festgelegt werden können. Die jeweils aktuelle Version der Erweiterung findet sich als „Supplement 154:
Support for Optical Surface Scanner Modalities Storage SOP Class“ unter [
Anhand von zwei Beispielen soll die Struktur der DICOM Erweiterung verdeutlicht werden.
Wird beispielsweise bei einer Septorhinoplastik die Nase des Patienten vermessen, sind mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln notwendig. Die einzelnen Aufnahmen können als Punktmenge in einer Serie gespeichert werden (Abbildung 2). Werden die Punktmengen anschließend in Oberflächen umgewandelt und mit einer externen Anwendung korrekt zu einem einzigen Objekt zusammengesetzt, wird das Ergebnis der Rekonstruktion in der selben „Study“ als Oberfläche in einer eigenen Serie abgelegt. Ein ähnlicher Anwendungsfall ist der Scan eines Gebissabdrucks mit Hilfe eines Drehtellers. Auch hier entstehen mehrere Scans eines einzelnen Objekts, welche erst nachträglich zusammengefasst werden.
In dem Beispiel von Abbildung 3 wird gezeigt, wie eine texturierte Oberfläche im DICOM-Format des in Entwicklung befindlichen Supplements beschrieben werden kann. Ein Anwendungsfall ist die Dokumentation des Heilungsverlaufs von kleineren Flächen bei Verbrennungen. Das Ablegen von Bildern ist im DICOM-Format bereits definiert, die Oberfläche wird mit Hilfe des Moduls „Frame of Reference“ dem Bild zugewiesen. Dabei wird die Methode des UVMappings unterstützt.
Es ist gelungen, auf Grund der identifizierten Anforderungen eine Datenstruktur in DICOM zu entwickeln, mit welcher die bekannten Anwendungsfälle für Oberflächenscanner in DICOM abgebildet werden können. Ein erfolgreicher „First Read“ vor der DICOM Working Group „Base Standard“ hat die DICOM-Konformität des gewählten Entwicklungsansatzes bestätigt. Durch die flexible Datenstruktur und die gewählte Aufteilung in Studien und Serien ist es möglich, für jedes klinische Anwendungsgebiet Regeln zu definieren, wie mit den Daten der Oberflächenscanner umgegangen werden soll. So ist es beispielsweise möglich, die Rohdaten nur kurzfristig vorzuhalten und zur Langzeitarchivierung einen voll rekonstruierten Datensatz ohne Speicherung der Verarbeitungsschritte zuzulassen. Sollten für solche Fragen allgemeingültige Regularien notwendig sein, wären diese außerhalb von DICOM, beispielsweise in Form eines IHE-Profils, zu entwickeln.
Die Erfahrungen bei der Erweiterung des DICOM-Standards zeigen, dass sowohl bei Herstellern von 3D-Software und von Scanner-Geräten, als auch bei Klinikern ein gemeinsamer Standard auf großes Interesse stößt. Aus technischer Sicht unterscheiden sich die Schnittstellen von Oberflächenscanner nur unwesentlich von denen der bereits durch Klinikinformationssysteme unterstützten radiologischen Geräte.