CN1954778A - 用于将放射图像数据映像到神经解剖学坐标系中的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将至少一部分大脑的放射图像数据(5)映像到神经解剖学坐标系中的方法。为此，自动确定起始放射图像数据(5)中的解剖学基准标记(23)并对起始放射图像数据(5)进行旋转和/或移动，目的是使旋转的和/或移动的图像数据(7)中的至少一部分解剖学基准标记(23)与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致。旋转和/或移动的图像数据(7)然后通过变换转移到神经解剖学的坐标系内。此外，本发明还涉及一种用于依据上述方法映像起始放射图像数据(5)的图像数据处理装置(22)以及一种具有相应图像数据处理装置(22)的放射系统(1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将至少一部分大脑的起始放射图像数据映像到神经解剖学坐标系中的方法。此外，本发明还涉及一种相应的图像数据处理装置，该装置依据这种方法将起始放射图像数据转移到神经解剖学坐标系中，以及一种具有这种图像数据处理装置的放射系统。
背景技术
例如像X射线系统、计算机断层造影或核自旋断层造影等医疗技术的成像系统(也称为“模态”)目前经常在检查大脑时使用。由成像系统产生的放射图像数据用于例如提供病情诊断、分析病灶变化或者计划手术介入。此外，成像系统也用于对大量患者或者受检者进行临床研究，其中，检查大脑解剖或者功能的共性，但也检查个性化的差异。
显而易见的是，大脑的个性化解剖学特性，例如大脑各自几何延伸和形状中的差异，妨碍了对放射图像数据的有效分析。这一点特别是也适用于借助机能性磁共振检查所拍摄的大脑活动的解剖学定位。专利文献US 6.240.308 B1描述了一种方法，其中，对来自专业领域中公知的“大脑图谱”中的数字化卡片这样处理，使其可与患者大脑的个性化拍摄叠加，从而例如在卡片中所使用的医学术语处于个性化患者图像数据的对应部位上，由此简化了用户对图像数据的分析。然而，因为在这种方法中患者图像数据尽可能地保持不变，所以大脑的个性化特性使得多人的放射图像数据的统计分析(例如为产生解剖学或者机能性平均值图像)变得困难。因此，在医疗实践中经常需要将大脑的个性化放射图像数据映像到标准化的神经解剖学坐标系中。
作为这种神经解剖学坐标系的例子，特别是大脑活动的定位中扩展的坐标系可以按照Talairach命名。图3示出了映像到Talairach坐标系中的大脑放射图像数据的例子。除了别的之外，这种映像需要在个性化放射图像数据的内部识别特有的解剖学结构，例如所谓的“解剖学地标”，其几何形状位置通常在大脑图谱中得到说明。解剖学结构的几何位置预先规定以何种方式处理放射图像数据，以达到向标准化的神经解剖学坐标系内的映像。专利文献US 5.827.499已经提出借助于解剖学地标进行正电子发射断层造影(PET)的图像数据的标准化。然而，解剖学地标的识别和通过图像数据的用户映像放射图像数据需要花费很多时间。此外，这种过程容易出错，因为例如解剖学地标的准确识别取决于用户的各自经验。因此，显而易见的还有对由不同的用户映像到神经解剖学坐标系上的图像数据的比较，由于用户个人施加的影响在映像时只能是有条件的。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于将至少一部分大脑的起始放射图像数据映像到神经解剖学坐标系中的方法，该方法可以尽可能地自动进行，从而将图像数据及时并以统一的格式提供给用户使用。
上述技术问题是通过按本发明的方法以及通过按照本发明的图像数据处理装置和按照本发明的放射系统得以解决的。
在此，在依据本发明的方法中，首先自动确定起始放射图像数据中的解剖学基准标记。除了别的之外，解剖学基准标记可以是点、线或者平面。例如，大脑的前面空间界限构成点状的解剖学基准标记，而大脑两半部分之间的脑半球间隙(IHS)则为平面方式的解剖学基准标记。线状的解剖学基准标记可以是大脑的两个特有解剖学地标之间的连接线。作为例子这里可以命名为前连合(anteriorcommisure，AC)与后连合(posterior commisure，PC)之间的连接线。也就是说，自动确定解剖学基准标记除了自动分析放射图像数据外，也可以包括对线或者平面的自动计算。
在另一步骤中，旋转和/或移动起始放射图像数据，目的是使旋转和/或移动的图像数据中的至少一部分解剖学基准标记与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致。由此，达到使通过例如头部扭动的图像数据拍摄或者通过大脑的特殊解剖学特性产生的移动和扭动正常化。例如在向Talairach坐标系内映像时，这样旋转和/或移动起始放射图像数据，直至AC与PC之间的连接线水平分布和IHS平面通过坐标原点。需要时在旋转和/或移动时不是达到与神经解剖学坐标系的解剖学基准标记的完全覆盖，而是仅达到接近完全覆盖。
在此，依据本发明的自动确定解剖学基准标记和旋转和/或移动起始放射图像数据的步骤原则上也可以反复多次进行，也就是说，在起始放射图像数据完成一次旋转和/或移动后，接着继续自动确定解剖学基准标记，它又成为继续旋转和/或移动的起点。
在另一步骤中，将旋转和/或移动的图像数据变换到神经解剖学的坐标系内，也就是说，为这些图像数据借助变换方法分配神经解剖学坐标系的坐标。除了别的之外，这些变换方法可以通过多个线性或者非线性方程式产生，利用这些方程式计算神经解剖学坐标系的坐标。此外，可以考虑这样的变换方法，其中，将三维图像数据分成多个体元并将这些体元的每一个通过神经解剖学坐标系的坐标值的组合来描述。
借助于依据本发明的方法可以尽可能地自动并因此相当迅速地这样整理大脑的放射图像数据，使其可以简单地与其它大脑的图像数据进行比较，即使起始放射图像数据由于大脑各自特殊的解剖学特性和图像数据拍摄期间可能存在特殊状况而存在差别。特别是确定解剖学基准标记的“标准化”使得通过依据本发明的方法可以有效产生大量患者或者受检者的解剖学或者机能上的平均值图像，由此特别是使进行临床研究变得容易。在解剖学基准标记通过用户的参与进行识别的情况下可能产生的偏差被排除。
依据本发明的将至少一部分大脑的起始放射图像数据映像到神经解剖学坐标系中的图像数据处理装置，必须包括用于自动确定起始放射图像数据中的解剖学基准标记的识别装置。此外，该图像数据处理装置需要一种标准化装置，其对起始放射图像数据进行旋转和/或移动，目的是使旋转的和/或移动的图像数据中的至少一部分解剖学基准标记与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致。最后图像数据处理装置必须具有一种变换装置，其从旋转和/或移动的图像数据中确定神经解剖学坐标系中的变换的图像数据。
本发明其它特别具有优点的结构和扩展由下面的说明给出。
优选地，为了自动确定解剖学的基准标记而对起始放射图像数据内的亮度值进行分析。图像数据内的亮度值通常代表着透射大脑时成像信号衰减的程度。该衰减程度实践中通常相对于透射水时的衰减以所谓的豪斯菲尔德单位(Hounsfield-Einheiten，HE)给出。因此，HE的局部强变化例如可以说明从组织向骨材料的过渡。特别是在确定说明大脑最大几何延伸的特有解剖学基准标记时，对按照HE的图像数据的分析是足够的。
对亮度值的分析优选地可以限定在起始放射图像数据的子集上。对解剖学基准标记“搜寻空间”的这种限定简化其在图像数据中的识别。因此例如有意义的是，将上大脑界限的搜寻空间相应限定在上部图像数据范围。而限定在大脑内部的一个图像数据范围适用于确定AC。
除了分析亮度值之外，自动确定解剖学基准标记可以如下得到支持：在起始放射图像数据中识别这样的解剖学结构，对于这些结构来说，大脑内的各自独特位置及其与解剖学基准标记的相对位置已知。例如，对专业领域的专家来说大脑的液体空间作为地标适用于确定解剖学基准标记。在此，解剖学结构和解剖学基准标记的识别也可以采用人工智能的方法，例如像神经网络或者模糊逻辑的方法。
在依据本发明方法的一种优选实施方式中，旋转和/或移动的图像数据附加地包括缩放(Skalierung)。除了别的之外，这种缩放可以用于放射图像数据由不同的人这样进行修改，使得大脑的延伸、也就是例如前大脑界限和后大脑界限之间的距离按照统一的数值映像。由此，提高了放射图像数据的可比性。
依据本发明的方法并不局限于确定的神经解剖学坐标系。使用何种神经解剖学坐标系可以取决于特定的检查目的或者医学专业领域，例如像神经病理学、神经解剖学或者神经学。在依据本发明方法的一种优选实施方式中，这样构成方法步骤，使得起始放射图像数据转移到Talairach坐标系内。在这种情况下，作为解剖学基准标记自动确定前(anterior)、后(posterior)、左、右、上(cranial，头盖)和下(caudal)大脑界限以及IHS和AC与PC之间的连接线。通过使用旋转和/或移动步骤将AC与PC之间的连接线转移到水平位置内以及将IHS平面转移到坐标原点内。接着按区域计算Talairach坐标。例如，为此在冠向(“从前面”的观察方向)上将IHS与右或左大脑界限之间的右和左大脑半球分成四个各自获得坐标值a、b、c和d的部分。在坐标变换的下面步骤中，以类似方式确定其它坐标方向的坐标值(A至I，1至12)，从而在变换结束时Talairach坐标(例如F3b)可供所有区域的图像数据使用。这些变换步骤对专业领域的专家来说是公知，因此在这里不再赘述。
在将起始放射图像数据利用依据本发明的方法映像到神经解剖学坐标系内之后，这些图像数据可以在适当的图像输出装置上进行显示。优选地，这种显示如下得到完善：为图像数据的观察者提供显示神经解剖学坐标系坐标的可能性。这一点可以由此进行转换，即坐标通过观察者的行为(例如通过确认输入装置上的按键)在图像输出装置上显示所选择的图像数据范围的图像数据。
在显示映像到神经解剖学坐标系内的放射图像数据的另一优选实施方式中，同时显示不同大脑的变换的图像数据。由此，观察者可以相当简单地研究图像数据之间的共性和差别。
依据本发明方法的步骤适用于自动实施。因此，依据本发明方法的一种优选实施方式是这样一种解决方案，其中，在选择起始放射图像数据和确认启动装置后，所有方法步骤全自动地被执行。
为实施依据本发明的方法，放射系统包括相应的图像数据处理装置以及用于在图像输出装置上显示变换图像数据的用户接口。在此，图像数据处理装置可以是放射系统的诊断站的一部分。这种诊断站通常空间上与拍摄装置(也称为“扫描仪”)分开。正常情况下在图像数据拍摄结束之后，也就是说，诊断站在所谓的“offline”模式下工作时对图像数据进行处理。依据本发明方法的这种转换特别适用于需要将大量图像数据映像到神经解剖学坐标系内，例如在临床研究的范围内。作为替换，图像数据处理装置可以是一种模态的控制装置(也称为“扫描仪控制台”)的组成部分，也就是说，该装置空间上靠近拍摄装置。由此，可以使图像数据在患者或者受检者仍处于拍摄装置时映像到神经解剖学坐标系内。在这种情况下特别具有优点的是，变换的图像数据迅速可供使用并还可能为图像拍摄时的其它进程迅速得出结论。
依据本发明方法的转换可以全部或者部分通过在放射系统内执行的软件组成部分进行，也就是说，特别是识别装置、标准化装置或者变换装置可以作为软件组成部分实现。常用的放射系统具有用于图像数据处理可编程的相应装置，从而本发明可以通过现有图像数据处理程序的相应配合和补充加以实现。也就是说，将计算机程序产品直接装入放射系统可编程图像数据处理装置的存储器内，该系统具有程序代码装置，以便实施依据本发明方法的所有步骤。
附图说明
下面参考附图根据实施例对本发明再次进行详细说明。图中：
图1示出依据本发明放射系统的示意图；
图2示出依据本发明方法一种优选实施例的流程图；以及
图3示出在Talairach坐标系中显示大脑的例子。
具体实施方式
图1示出了可以按照本发明的方法工作的放射系统1的实施例。在此，放射系统1由诊断站2以及可以产生患者或者受检者21大脑原始图像数据19的模态24组成。模态24的例子有计算机断层造影仪或核自旋断层造影仪。由控制装置17控制的拍摄装置20产生通常储存在模态24内部原始图像数据存储器18内的原始图像数据19。其它系统、如诊断站2可以访问存储器18和调用原始图像数据19。模态24可以具有其它组成部分和特征，例如图像数据的处理装置、图像重建装置、图像输出装置、键盘或者指示装置，但出于清楚的原因在图1中没有示出。
原始图像数据19的进一步处理通常在诊断站2上进行，该诊断站不一定非得处于模态24空间附近。诊断站2一般通过用户接口12被控制，该接口上连接着输入装置，例如“鼠标”的指示装置14或者键盘15。图像数据的观察和分析在一个或者多个图像输出装置13上进行。此外，诊断站2可以包括图像数据处理装置3以及用于储存起始放射图像数据5或者变换的图像数据11的数据库4、10。例如，图像数据处理装置3可以从模态24的原始图像数据存储器18接收原始图像数据19并且执行处理步骤，如配合对比度或者亮度值的所谓开窗，并随后将产生的起始放射图像数据5储存在数据库4内，在该数据库中这些数据然后可供进一步的图像数据处理使用。
为实施依据本发明的方法，诊断站2具有图像数据处理装置22，该装置将至少一部分大脑的起始放射图像数据5映像到神经解剖学坐标系内。为此，图像数据处理装置22包括识别装置6，用于自动确定起始放射图像数据5内的解剖学基准标记23。从确定的解剖学基准标记23出发，标准化装置8对起始放射图像数据5进行旋转和/或移动，目的是使旋转的和/或移动的图像数据7中的至少一部分解剖学基准标记23与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致。此外，依据本发明的图像数据处理装置22具有变换装置9，该装置从旋转和/或移动的图像数据7中确定神经解剖学坐标系中的变换的图像数据11。变换的图像数据11随后可以例如直接通过用户接口在图像输出装置13上显示。
需要时诊断站2的用户可以在观察变换的图像数据11时利用输入装置、例如指示装置14或者键盘15改变显示或者查询其它信息。在此，特别包括诸如显示的旋转或者局部放大的改变。查询信息的例子可以是将神经解剖学坐标系的坐标输出到利用指示装置14选定的图像区域。诊断站2也可以具有储存变换图像数据11的数据库10。此外，诊断站2可以将变换的图像数据11输出到其它装置，如图1所示的图像处理系统16。这种图像处理系统16例如为用于灌注、扩散或者机能成像的系统。
需要指出的是，图1中所示的放射系统仅是本发明的一个实施方式。在另一个实施方式中，例如模态24可以包括图像数据处理装置22以及用户接口、图像输出装置和输入装置，从而将模态24中的放射图像数据映像到神经解剖学坐标系内并相应进行显示。此外，图1中所示的数据库4和10也可以空间上与诊断站2分开设置。此外，依据本发明的诊断站2也可以对多个模态24的原始图像数据19进行访问，以便将其映像到神经解剖学坐标系内。
图2示出依据本发明方法的一种优选实施方案，其中，将起始放射图像数据5映像到Talairach坐标系内。依据本发明方法的各个步骤通过概括在步骤B(该步骤代表着将起始放射图像数据至Talairach坐标系图像数据内的全部映像)内的步骤K至R实现。(分)步骤K、M、O、P和Q是自动确定通过识别装置6实施的上部和解剖学基准标记23的方法步骤。在此，在步骤K中自动确定解剖学基准标记AC和PC，而在步骤M中自动确定IHS平面。步骤O代表着前大脑界限和后大脑界限的自动确定，步骤P代表着右大脑界限和左大脑界限的自动确定，而步骤Q代表着上大脑界限和下大脑界限的自动确定。图2中所示旋转图像数据的步骤L直到从AC到PC的连接线水平定向，而移动图像数据的N则直到IHS平面通过坐标原点，与通过标准化装置8执行的旋转和/或移动的方法步骤相应。此外，步骤R表示用于将旋转和/或移动的图像数据7变换到的神经解剖学坐标系内的方法步骤，该步骤由变换装置9执行。
除了步骤A中起始放射图像数据5的输入外，图2还示出了作为通过依据本发明方法产生的图像数据进一步处理的例子的步骤C至F。在此，步骤C相当于显示利用Talairach坐标轴输出的映像图像数据。步骤D代表着用户对显示的处理，例如区域放大或者与其它变换图像数据的比较，步骤E代表着图像数据在Talairach坐标系内的储存，而步骤F代表着图像数据向其它图像处理系统的传送。
图3示出了在Talairach坐标系中显示大脑的例子。在此，除了这里未进一步介绍的患者或者受检者21的三维图像U外，还可以看到矢状视向S、冠状视向T和横向视向V上的图像。为三个显示S、T和V的每个给出了Talairach坐标系的坐标，例如为矢状视向S上的显示规定Talairach坐标A至I以及1至12。除了变换图像数据11的这种二维显示外，执行依据本发明方法的诊断站2还可以例如三维地显示变换的图像数据11。
最后再次需要指出的是，上述放射系统和方法过程是实施例，它们可以由专业领域的专家以不同方式进行改变，而不会偏离本发明的范围。
Claims (14)
1.一种用于将至少一部分大脑的起始放射图像数据(5)映像到神经解剖学坐标系中的方法，包括以下方法步骤：
-自动确定起始放射图像数据(5)中的解剖学基准标记(23)，
-旋转和/或移动起始放射图像数据(5)，目的是使旋转的和/或移动的图像数据(7)中的至少一部分解剖学基准标记(23)与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致，以及
-将旋转和/或移动的图像数据(7)变换到神经解剖学的坐标系内。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为了自动确定解剖学的基准标记(23)对起始放射图像数据(5)内的亮度值进行分析。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，为了自动确定解剖学的基准标记(23)将亮度值的分析限定在起始放射图像数据(5)的子集上。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在起始放射图像数据(5)中识别解剖学结构，将其作为在自动确定解剖学基准标记(23)时的其它标准使用。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换包括对旋转的和/或移动的图像数据(7)的缩放。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述神经解剖学坐标系为Talairach坐标系。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在显示(C)变换的图像数据(11)时显示神经解剖学坐标系的坐标。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，不同大脑的多个变换的图像数据(11)同时为显示(C)的部分。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在选择起始放射图像数据(5)和确认启动装置后自动执行所有方法步骤。
10.一种图像数据处理装置(22)，该装置将至少一部分大脑的起始放射图像数据(5)映像到神经解剖学的坐标系内，其特征在于，
-识别装置(6)，用于自动确定起始放射图像数据(5)中的解剖学基准标记(23)，
-标准化装置(8)，其对起始放射图像数据(5)进行旋转和/或移动，目的是使旋转的和/或移动的图像数据(7)中的至少一部分解剖学基准标记(23)与神经解剖学坐标系中相应的解剖学基准标记相一致，以及
-变换装置(9)，其从旋转的和/或移动的图像数据(7)中确定神经解剖学坐标系中的变换图像数据(11)。
11.一种放射系统(1)，具有按权利要求10所述的图像数据处理设置和用于在图像输出装置(13)上显示(C)变换的图像数据的用户接口(12)。
12.一种放射系统(1)的诊断站(2)，具有按权利要求10所述的图像数据处理装置(22)。
13.一种放射系统(1)的模态(24)，包括控制装置(17)，其具有按权利要求10所述的图像数据处理装置(22)。
14.一种可直接装入放射系统(1)可编程图像数据处理装置(22)的存储器内的计算机程序产品，具有程序代码装置，以便在该程序在放射系统(1)内得到执行的情况下实施按权利要求1至9之一所述方法的所有步骤。
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