DE102004043058A1

DE102004043058A1 - Verfahren zur Bestimmung ausgezeichneter coronaler und sagittaler Ebenen für die nachfolgende Aufnahme neuer Magnetresonanz-Schichtbilder oder die Darstellung von Magnetresonanz-Schichtbildern aus einem bereits vorhandenen Bilddatensatz eines Schultergelenks

Info

Publication number: DE102004043058A1
Application number: DE200410043058
Authority: DE
Inventors: Sari Lehtonen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-04-06
Also published as: US7227358B2; US20060079760A1; CN100539940C; CN1745706A

Abstract

Verfahren zur Bestimmung ausgezeichneter coronaler und sagittaler Ebenen für die nachfolgende Aufnahme neuer Magnetresonanz-Schichtbilder oder die Darstellung von Magnetresonanz-Schichtbildern aus einem bereits vorhandenen Bilddatensatz eines Schultergelenks, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Aufnahme oder Verwendung eines transversalen Schichtbildes des Schultergelenks, DOLLAR A - Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des Schulterblatts und Bestimmung zweier darauf liegender Punkte, die die coronale Ebene definieren, DOLLAR A - Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des halbmondförmigen Bogens der Gelenkverbindung zwischen dem Oberarmknochengelenkkopf und dem Schulterblatt und Bestimmung zweier Punkte auf dem Bogen im Bereich der Gelenkverbindung zum Schulterblatt, die die sagittale Ebene definieren, und DOLLAR A - Aufnahme oder Ermittlung und Darstellung coronaler oder sagittaler Schichtbilder unter Orientierung an den bestimmten ausgezeichneten Ebenen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung ausgezeichneter coronaler und sagittaler Ebenen für die nachfolgende Aufnahme neuer Magnetresonanz-Schichtbildern oder die Darstellung von Magnetresonanz-Schichtbildern aus einem bereits vorhandenen Bilddatensatz eines Schultergelenks.

Erkrankungen im Bereich des Schultergelenks sind schmerzhaft und beeinträchtigen den Patienten in seiner Bewegungsfreiheit. Eine schonende Methode zur Untersuchung des Schultergelenks stellt die Magnetresonanztomographie dar. Um möglichst viele Informationen aus dem Untersuchungsbereich zu erhalten, um anhand dieser aussagefähige Schichtbilder erstellen zu können, wird das Schultergelenk in Form mehrerer Schichtbild-Sätze, die jeweils in bestimmten Ebenen aufgenommen werden, erfasst. Die Erfassung erfolgt dabei in transversaler, coronaler und sagittaler Richtung, wobei diese Ebenen nicht unbedingt senkrecht aufeinander stehen, sondern gegebenenfalls zueinander verkippt sein können. Jeder Schichtbild-Satz besteht aus beispielsweise zwanzig bis vierzig einzelnen Schichtbildern, die alle in parallelen, aneinander angrenzenden Schichtebenen aufgenommen wurden. Auf diese Weise kann das gesamte Untersuchungsvolumen erfasst werden.

Schwierigkeiten ergeben sich aber dann, wenn zu einem späteren Zeitpunkt eine Nachfolgeuntersuchung erfolgen soll, um eine Therapiekontrolle durchzuführen. Nachdem üblicherweise die einzelnen Schichtbild-Gruppen bzw. die verschiedenen Messprotokolle (z.B. T1 oder T2) in coronaler, sagittaler und transversaler Orientierung vom jeweiligen Untersucher manuell eingestellt werden, ergeben sich hier Schwierigkeiten hinsichtlich einer reproduzierbaren Schichtebenenpositionierung. Dies gilt selbst dann, wenn der selbe Untersucher zu einem späteren Zeitpunkt die Einstellung vornimmt, insbesondere, wenn der Untersucher wechselt. Die vormals aufgenommenen Schichtbilder liegen als Referenzen in der Regel nicht vor, so dass sich der Untersucher daran auch nicht orientieren kann.

Ähnliche Probleme ergeben sich auch, wenn aufgenommene Schichtbilder zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden sollen. Auch hier erfolgt die jeweilige Bilddarstellung anhand von Schichtbildern, die in coronaler, transversaler oder sagittaler Orientierung liegen. Je nachdem, wie nun der Arzt die jeweilige Orientierung legt, erhält er unterschiedliche Ebenenverläufe und damit auch unterschiedliche Bilddarstellungen. Auch hier ist keine Reproduzierbarkeit gegeben.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine reproduzierbare Ebenenbestimmung der coronalen und sagittalen Ebenen ermöglicht, um eine reproduzierbare Schichtbildaufnahme oder Schichtbilddarstellung zu ermöglichen.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, folgende Schritte durchzuführen:

– Aufnahme oder Verwendung eines transversalen Schichtbildes des Schultergelenks,
– Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des Schulterblatts und zur Bestimmung zweier darauf liegender Punkte, die die coronale Ebene definieren,
– Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des halbmondförmigen Bogens der Gelenkverbindung zwischen dem Oberarmknochengelenkkopf und dem Schulterblatt und Bestimmung zweier Punkte auf dem Bogen im Bereich der Gelenkverbindung zum Schulterblatt, also an den Bogenrändern im Übergangsbereich zum Schulterblatt, wobei diese Punkte die sagittale Ebene definieren, und
– Aufnahme oder Ermittlung und Darstellung coronaler oder sagittaler Schichtbilder unter Orientierung an den bestimmten ausgezeichneten Ebenen.

Unter Verwendung eines oder mehrerer Analysealgorithmen schlägt die Erfindung vor, ausgezeichnete anatomische Strukturen des Schultergelenks, die in dem transversalen Schichtbild eindeutig identifiziert werden können, zu ermitteln und diese zur Ebenenbestimmung heranzuziehen. Erfindungsgemäß wird hierzu das Schulterblatt, das im transversalen Schichtbild zu sehen ist, ermittelt. Über den Analysealgorithmus kann definiert werden, welcher Bereich des dort als Transversalschnitt gezeigten Schulterblatts relevant ist, um durch diesen die Ebene zu legen. Bevorzugt wird der laterale Schulterblattabschnitt bzw. dessen Kante. Entlang dieser Kante oder anhand zweier ausgezeichneter Punkte, die vom Algorithmus bestimmt werden, wird nun die coronale Ebene entlang einer Geraden durch das Schulterblatt und damit das gesamte Untersuchungsvolumen gelegt.

In einem zweiten Schritt wird das transversale Schichtbild unter Verwendung ebenfalls wenigstens eines Analysealgorithmus, bei dem es sich um denselben oder einen anderen Analysealgorithmus wie für die erste Analyse handeln kann, zur Ermittlung des halbmondförmigen Bogens der Gelenkverbindung zwischen dem Oberarmknochengelenkkopf und dem Schulterblatt analysiert. Dieser halbmondförmige Bogen tritt in der transversalen Aufnahme deutlich hervor. Es werden nun ebenfalls zwei auf dem Bogen liegende Punkte bestimmt, vornehmlich im Übergangsbereich zum Schulterblatt hin, also an den Bogenrändern. Durch diese beiden Punkte wird nun ebenfalls eine Linie gelegt, die die sagittale Ebene definiert.

Nun sind – neben der bereits bekannten Transversalebene – auch die coronale und die sagittale Ebene definiert, wobei dies ausschließlich anhand anatomischer Strukturen, die für das Schultergelenk typisch sind, erfolgte. Eine nachfolgend nötige Bildaufnahme kann nun auf Basis dieser automatisch ermittelten Ebenen erfolgen, gleich wie aus einem bereits aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensatz entsprechende Schnittbilder entlang dieser Ebenen ermittelt werden können.

Der Umstand, dass anatomische Landmarken zur automatischen Ebenenermittlung herangezogen werden, lässt ein reproduzierbares Bestimmen der Ebenen zu. Denn die Anatomie ändert sich in der Regel nicht. Voraussetzung ist lediglich, dass die transversale Schichtbildaufnahme, die Grundlage für die Anatomieanalyse ist, im Rahmen von Nachfolgeaufnahmen im Wesentlichen die gleiche ist. Entsprechendes gilt im Falle einer reproduzierbaren Bilddarstellung aus bereits vorhandenen Bilddaten. Auch hier kann eine nachfolgende Auswertung stets anhand von Bildern, die reproduzierbar in derselben Ebene liegen wie im Rahmen der Erstauswertung, erfolgen.

In Weiterbildung des Erfindung kann vorgesehen sein, dass für eine nachfolgende Schichtbildaufnahme nach der Ermittlung der coronalen oder der sagittalen Ebene unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus der Mittelpunkt des im transversalen Schichtbild gezeigten Oberarmknochengelenkkopfes ermittelt wird, durch den die ermittelten coronalen und sagittalen Ebenen gelegt werden, die als Zentralebenen für die nachfolgend aufgenommenen Ebenen parallelen Schichtbilder dienen. Diese Erfindungsausgestaltung ermöglicht es, eine Coronal- und eine Sagittalebene als Zentrumsebene für die Aufnahme nachfolgender Ebenen paralleler Schichtbildscharen zu definieren. Eine zuvor bestimmte coronale bzw. sagittale Ebene wird erfindungsgemäß in die Mitte des ebenfalls als anatomische Landmarke dienenden Oberarmknochengelenkkopfs, der über ein Analysealgorithmus ermittelt wird, ebenenparallel geschoben. Diese Ebene bildet die Zentralebene für die späteren Schichtbilder, die daran anschließend beidseitig ebenenparallel aufgenommen werden. Die Ermittlung des Zentrums des Oberarmknochengelenkkopfes ist ebenfalls anhand des Analysealgorithmus ohne weiteres automatisch möglich, nachdem der Gelenkkopf im Wesentlichen rund im transversalen Schichtbild zu sehen ist. Hierzu kann z.B. rechnerisch eine der Kontur oder Randform des im transversalen Schnittbildes gezeigten Oberarmgelenkkopfs genäherte Kreislinie um den Gelenkkopf gelegt werden, deren Mittelpunkt bestimmt wird. Auch dies geschieht automatisch seitens der Bildverarbeitungseinrichtung, die eine entsprechend ausgebildete bzw. programmierte Recheneinrichtung aufweist, die auch die anderen Analysen vornimmt. Diese Erfindungsausgestaltung ermöglicht also eine automatische Zentralebenenermittlung. Alternativ kann der Arzt natürlich ausgehend von der Ermittlung der beiden coronalen und sagittalen Orientierungsebenen selbst bestimmen, in welche Richtung das Untersuchungsvolumen aufgenommen werden soll, ausgehend von diesen beiden Orientierungsebenen.

Das transversale Schichtbild, das Basis für die Anatomieanalyse ist, kann erfindungsgemäß aus einer unmittelbar vorher aufgenommenen oder bereits länger vorhandenen Schar an ein Untersuchungsvolumen im Schultergelenkbereich erfassenden Schichtbildern ausgewählt werden, wobei diese Schichtbildauswahl manuell oder automatisch erfolgen kann, d.h. die transversale Ebene kann automatisch bestimmt werden.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Magnetresonanzanlage, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens der beschriebenen Art.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Magnetresonanzanlage,
2 eine Prinzipdarstellung zur Ermittlung der coronalen Ebene,
3 eine Prinzipdarstellung zur Ermittlung der sagittalen Ebene, und
4 eine Prinzipdarstellung zur Ermittlung der coronalen und sagittalen Zentralebene.
1 zeigt als Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1, bestehend aus dem eigentlichen Untersuchungsanlagenteil 2, dem eine den Betrieb steuernde Steuerungseinrichtung 3 mit zugeordneter Bildverarbeitungseinrichtung 4 umfassend eine geeignet ausgebildete bzw. programmierte Recheneinrichtung zugeordnet ist. Die Steuerungseinrichtung 3 steuert den gesamten Betriebsablauf einschließlich der Bildaufnahme, die Bildverarbeitung erfolgt in der Bildverarbeitungseinrichtung 4, der ein Monitor 5 zur Bilddarstellung zugeordnet ist.
Soll nun eine Schultergelenksuntersuchung vorgenommen werden, so werden zunächst wie üblich drei Localiser-Aufnahmen, also Übersichtsbilder, in drei standardmäßig definierten orthogonalen Orientierungen vom Schultergelenksbereich aufgenommen, die der Erstellung eines groben Übersichtsbilds dienen. Anhand dieser Localiser-Aufnahmen wird nun automatisch eine Transversalebene bestimmt, die durch das Schultergelenk verläuft. Basierend auf dieser automatisch bestimmten Ausrichtung der Transversalebene wird nun automatisch eine erste Transversal-Schichtbild-Schar aufgenommen. Diese transversalen Schichtbilder, beispielsweise zwanzig bis vierzig Einzelbilder, beschreiben in ihrer Gesamtheit das Untersuchungsvolumen, also das Schultergelenk. Aus dieser transversalen Schichtbild-Schar wird nun ein ausgezeichnetes Schichtbild bevorzugt automatisch ausgewählt, in dem bestimmte anatomische Strukturen zu sehen sind, auf die in Bezug auf die 2 bis 4 eingegangen wird. Die Auswahl kann gezielt im Hinblick auf die gesuchten und benötigten Strukturen erfolgen, d.h. es wird das für die durchzuführende Analyse am besten geeignete Schichtbild ausgewählt.
2 zeigt ein ausgewähltes transversales Schichtbild 6, das einen transversalen Schnitt durch das Schultergelenk 7 eines Patienten zeigt. Gezeigt ist der Oberarmknochengelenkkopf 8 sowie das Schulterblatt 9, an dem die in diesem Schnitt nicht näher gezeigte Gelenkpfanne ist, in der der Oberarmknochengelenkkopf aufgenommen ist.
In einem ersten Verfahrensschritt wird nun unter Verwendung eines Analysealgorithmus das Schulterblatt 9 durch beispielsweise eine Kantenanalyse des Schichtbilds 6 ermittelt. Dabei wird automatisch ein bestimmter ausgezeichneter Schulterblattabschnitt, hier der laterale, eine gerade Kante beschreibende Abschnitt 10 ermittelt. Auf diesem Abschnitt werden zwei Punkte P, die jeweils über ein Kreuz markiert sind, automatisch definiert. Durch diese beiden Punkte P wird nun eine Gerade oder Linie C gelegt, die die Orientierung der Coronalebene beschreibt.
In einem zweiten Schritt wird, siehe 3, der halbmondförmige Bogen 11 des Schultergelenks bestimmt. Dieser Bogen 11 ist sehr gut erkennbar, er wird letztlich von der Knorpelsubstanz des Schultergelenks gebildet. An den Enden des Bogens werden auch hier zwei durch jeweils ein Kreuz dargestellte Punkte P auf dem Bogen bestimmt, durch die ebenfalls eine Gerade oder Linie S gelegt wird, die die Orientierung der Sagittalebene bestimmt.
In einem dritten Schritt wird nun ebenfalls unter Verwendung eines Analysealgorithmus der im Transversalbild rund gezeigte Oberarmknochengelenkkopf 8 und eine dessen Kontur genäherte Kreislinie K ermittelt, deren ermittelt sowie dessen Mittelpunkt M bestimmt wird, der ebenfalls durch ein Kreuz dargestellt ist. Die zuvor bestimmten Linien C und S werden nun ebenenparallel so lange verschoben, bis sie durch den Mittelpunkt M laufen, wie in 4 durch die Linie C' und S' angedeutet ist. Diese Linie C' und S' definieren die Lagen der coronalen und sagittalen Zentralebenen. Ausgehend von diesen Zentralebenen werden in einer nachfolgenden Bildaufnahme beidseits der ausgezeichneten Zentralebene die weiteren Schichtbilder aufgenommen und das Untersuchungsvolumen in seiner Gänze ebenenspezifisch aufgenommen.
Wie beschrieben wird erfindungsgemäß eine reproduzierbare Ebenenbestimmung allein anhand ausgezeichneter anatomischer Schultergelenksstrukturen bestimmt. Die ermittelten Coronal- und Sagittallinien bzw. -ebenen C und S dienen der letztendlichen Ebenendefinierung sowie der korrekten Angulation für die nachfolgend aufzunehmenden Schichtbildscharen. Anhand der bestimmten ausgezeichneten Ebenen erfolgt dann die nachfolgende Bildaufnahme, gesteuert über die Steuerungseinrichtung 3 der Magnetresonanzanlage 1.

Claims

Verfahren zur Bestimmung ausgezeichneter coronaler und sagittaler Ebenen für die nachfolgende Aufnahme neuer Magnetresonanz-Schichtbildern oder die Darstellung von Magnetresonanz-Schichtbildern aus einem bereits vorhandenen Bilddatensatz eines Schultergelenks, mit folgenden Schritten: – Aufnahme oder Verwendung eines transversalen Schichtbildes des Schultergelenks, – Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des Schulterblatts und Bestimmung zweier darauf liegender Punkte, die die coronale Ebene definieren, – Analyse des Schichtbilds unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus zur Ermittlung des halbmondförmigen Bogens der Gelenkverbindung zwischen dem Oberarmknochengelenkkopf und dem Schulterblatt und Bestimmung zweier Punkte auf dem Bogen im Bereich der Gelenkverbindung zum Schulterblatt, die die sagittale Ebene definieren, und – Aufnahme oder Ermittlung und Darstellung coronaler oder sagittaler Schichtbilder unter Orientierung an den bestimmten ausgezeichneten Ebenen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine nachfolgen-de Schichtbildaufnahme nach der Ermittlung der coronalen oder der sagittalen Ebene unter Verwendung wenigstens eines Analysealgorithmus der Mittelpunkt des im transversalen Schichtbild gezeigten Oberarmknochengelenkkopfes ermittelt wird, durch den die ermittelten coronalen und sagittalen Ebenen gelegt werden, die als Zentralebenen für die nachfolgend aufgenommenen ebenenparallelen Schichtbilder dienen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das transversale Schichtbild aus einer vorher aufgenommenen oder vorhandenen Schar an ein Untersuchungsvolumen im Schultergelenkbereich erfassenden Schichtbildern ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das transversale Schichtbild manuell oder automatisch ausgewählt wird.
Magnetresonanzanlage, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.