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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung der
Sagittalebene eines mittels einer Magnetresonanzeinrichtung zu untersuchenden
Bereichs eines Objekts, wobei eine im Wesentlichen coronale localizer-Bildaufnahme
des Untersuchungsbereichs aufgenommen wird, anhand welcher durch
eine automatische Bildauswertung seitens der Bildverarbeitungseinheit
der Magnetresonanzeinrichtung die Sagittalebene bestimmt wird.
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Im
Rahmen der Aufnahme von Bildern eines Untersuchungsobjekts mittels
einer Magnetresonanzeinrichtung ist die Kenntnis der Lage bestimmter Vorzugsebenen
bezüglich
des Untersuchungsobjekts wichtig, um Kenntnis über die Lage des Untersuchungsobjekts
bezüglich
des Koordinatensystems der Magnetresonanzeinrichtung zu haben, um
die Ebenen der Schichtbilder, die aufgenommen werden sollen, exakt
definieren zu können.
Ferner ist die Kenntnis solcher ausgezeichneter Ebenen wichtig, um
im Rahmen von Wiederholungsuntersuchungen vergleichbare Schichtbilder
aufnehmen zu können.
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Eine
solche Ebene ist die Sagittalebene, wobei unter dem Begriff "Sagittalebene" jede zur Mittelebene
des Körpers
oder der Pfeilnaht des Schädels parallele
Körperebene
zu verstehen ist. Die Bestimmung der Lage der Sagittalebene oder
der Sagittalposition erfolgt im Stand der Technik manuell. Es kommt
zunächst
auf eine möglichst
exakte Positionierung des Untersuchungsobjekts, also beispielsweise
eines Patienten, dessen Wirbelsäule
aufgenommen werden soll, in der Magnetresonanzanlage an, das heißt, die
medizinisch-technische Assistentin sollte Wert darauf legen, den
Patienten möglichst
gerade und ebenflächig
liegend zu positionieren. Anschließend werden mehrere Referenzaufnahmen, gegebenenfalls
mit unterschiedlichen Kontrasten beispielsweise bezüglich der
T1, T2 oder T2*- Werte
vorgenommen. Die übliche
Anzahl liegt bei ca. 3–5
Aufnahmen, die dann zumeist dem Arzt wiedergegeben werden, der anhand
dieser Aufnahmen die Lage der Sagittalebene oder der mittleren Sagittalposition durch
optische Auswertung und anhand seines Fachwissens bestimmt. Bei
gekrümmtem
Verlauf der Wirbelsäule
versucht der Arzt entweder eine Kompromisseinstellung zu finden,
oder aber es wird eine Kompromisseinstellung nach Vorgaben des Anlagenherstellers
verwendet. Diese Vorgehensweise ist zum einen sehr aufwendig, zum
anderen ist sie auch relativ stark fehlerbelastet, da einerseits
Fehler bei der Patientenpositionierung gemacht werden können, die
zu Auswerteproblemen der nachfolgenden Aufnahmen führen, andererseits
ergeben sich mitunter auch Schwierigkeiten bei der Bildauswertung,
insbesondere wenn die Aufnahmen entweder schlechterer Qualität sind oder
keine oder nur unzureichend relevante, der Bestimmung der Sagittalposition
dienenden Bildinformationen beinhalten.
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Aus
US 5,427,100 A ist
ein Verfahren zur automatischen Bestimmung der Medianlinie und somit der
Medianebene, also der Sagittalebene, eines bestimmten Bereichs im
menschlichen Körper
bekannt, wobei diese Druckschrift lediglich den Kopf als hierbei
zu berücksichtigenden
Bereich beschreibt. Das dort beschriebene Verfahren betrifft neurologische Aufnahmen
im Kopfbereich, wobei die Ebenenbestimmung anhand etwaiger in aufgenommenen
Bildern gezeigter Blutgefäße oder
dem in einer koronalen Kopfaufnahme bestimmten Verlauf der interhemisphärischen
Naht erfolgt.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das
eine Erleichterung der Bestimmung der Sagittalebene für eine Erleichterung des
späteren
Einstellvorgangs zur Aufnahme sagittaler Schichten bietet.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der im Bild aufzunehmende Objektbereich die Wirbelsäule oder
ein Wirbelsäulenabschnitt
mit dem flüssigkeitsgefüllten Spinalkanal ist,
wobei die localizer-Bildaufnahme derart erfolgt, dass der flüssigkeitsgefüllte Bereich
optisch hervorgehoben, insbesondere heller dargestellt wird, wonach
die Ebenenbestimmung auf Basis des Spinalkanals erfolgt, oder dass
der im Bild aufzunehmende Objektbereich das Knie ist, wobei die
automatische Bestimmung der Sagittalebene durch Ermittlung der hinteren
Kondylen des Oberschenkelknochens als anatomische Landmarken erfolgt.
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Die
Erfindung schlägt
zur Unterstützung
und Vereinfachung der Ebenenbestimmung vor, diese vollautomatisch
durch eine geeignete Auswertung einer möglichst schnellen Übersichtsbildaufnahme,
die "localizer-Bildaufnahme" genannt wird und
mittels welcher der relevante Untersuchungsbereich aufgenommen wird,
vorzunehmen. Diese Bildaufnahme wird nun seitens der Bildverarbeitungseinheit
der MR-Anlage unter Verwendung eines geeigneten Auswertealgorithmus
verarbeitet und ausgewertet, um die mittlere sagittale Bildposition
und die Verkippung der Sagittalebene bezüglich des Anlagenkoordinatensystems
zu bestimmen. Das heißt,
es ist nicht erforderlich, mehrere Übersichtsaufnahmen wie bisher
im Stand der Technik aufzunehmen, vielmehr ist es ausreichend, durch
Aufnahme einer sogenannten "Single
Shot Turbo Spinecho Sequenz" die
automatische Ebenenbestimmung vorzunehmen. Darüber hinaus ist auch der Arzt
nicht mehr gefordert, zur Ebenenbestimmung tätig zu werden, wenngleich es
ihm natürlich
vorbehalten bleibt, parallel dazu beispielsweise anhand der localizer-Bildaufnahme
die Ebene zu bestimmen und das automatische Auswerteergebnis zu
kontrollieren. Insgesamt ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren
eine beachtliche Vereinfachung des Ebenenbestimmungsvorgangs wie
auch eine deutliche zeitliche Verkürzung desselben.
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Wie
bereits beschrieben können
beliebige Auswertealgorithmen zur Bildauswertung der localizer-Bildaufnahme
verwendet werden, solange sie geeignet sind, die Sagittalposition
und dar aus resultierend die Sagittalebene zu bestimmen. Zweckmäßig ist
dabei die Ebenenbestimmung auf Basis einer Analyse der Grauwertverteilung
oder einer Helligkeitsverteilung im Bild oder in einem oder mehreren ausgezeichneten
Bildbereichen vorzunehmen. Zusätzlich
oder alternativ ist es auch denkbar, die Ebenenbestimmung anhand
einer Mustererkennungsanalyse zur Ermittlung anatomischer Landmarken
im Bild oder in einem oder mehreren ausgezeichneten Bildbereichen
vorzunehmen. Der letztendlich verwendete Algorithmus hängt vom
Untersuchungsbereich ab. Die Auswahl des zu verwendenden Algorithmus
kann entweder seitens der Bildverarbeitungseinheit selbst vorgenommen
werden, sobald dieser die auszuwertende localizer-Bildaufnahme vorliegt,
oder gegebenenfalls bei entsprechender Angabe des aufzunehmenden
Untersuchungsbereichs durch den Arzt anlagenseitig voreingestellt
werden.
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Probleme
ergeben sich insbesondere im Rahmen der korrekten und reproduzierbaren
Einstellung der Sagittalebene bei Wirbelsäulenaufnahmen im gesamten Wirbelsäulenbereich,
also sowohl im Bereich der Halswirbelsäule, der Brustwirbelsäule wie
auch der Lendenwirbelsäule.
Um bei solchen Untersuchungen eine möglichst exakte Ebenenbestimmung
vorzunehmen ist vorgesehen, dass die Wirbelsäule oder ein Wirbelsäulenabschnitt
so aufgenommen wird, dass sich der flüssigkeitsgefüllte Spinalkanal
im localizer-Bild befindet, wobei die localizer-Bildaufnahme derart erfolgt, dass der
flüssigkeitsgefüllte Bereich
optisch hervorgehoben, insbesondere heller dargestellt wird. Dem
liegt der Gedanke zugrunde, dass eine hinreichend exakte Positions-
beziehungsweise Ebenenbestimmung auf Basis des die Wirbelsäule mittig
durchsetzenden Spinalkanals möglich ist.
Um diesen für
die automatische Bildauswertung brauchbar verarbeitbar aufzunehmen
wird das localizer-Bild
so aufgenommen, dass der Flüssigkeits- oder
Liquorbereich deutlich heller als die Umgebung dargestellt wird.
Hierzu ist eine entsprechende Einstellung der Aufnahmeparameter
für die
Aufnahmesequenz zu wählen.
Die effektive Messzeit bei derartigen localizer-Aufnahmen sollte
im Bereich von ca. einer Sekunde liegen.
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Zur
Ebenenbestimmung werden zweckmäßigerweise
wenigstens zwei voneinander beabstandete transversale Bildebenen
der aufgenommenen localizer-Bildaufnahme hinsichtlich der Grauwertverteilung
oder der Helligkeitsverteilung ausgewertet und anhand der sich durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene,
den Spinalkanal optisch hervorhebende Aufnahmetechnik in den wenigstens
zwei transversal-Bildebenen ergebenen Grauwert- oder Helligkeitsmaxima
die Sagittalebene bestimmt. Für
eine möglichst
genaue Ebenenbestimmung kann die Grauwert- oder Helligkeitsverteilung
auch in mehr als zwei transversalen Bildebenen bestimmt werden.
Anhand der Grauwert- oder Helligkeitsmaxima, die bei einer idealen
Positionierung des Patienten sowie einer anatomisch idealen, unverkrümmten Wirbelsäule auf
einer Linie liegen, kann dann durch Bestimmung der Maximaposition
die entsprechende Sagittalposition oder Sagittalebene genau bestimmt
werden.
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Unter
Umständen
kann der Fall eintreten, beispielsweise bei einer Verkippung oder
Verkrümmung
der Wirbelsäule,
dass innerhalb einer Bildebene im Bereich des Spinalkanals zwei
oder sogar mehr Grauwert- oder Helligkeitsmaxima innerhalb des hervorgehobenen
flüssigkeitsgefüllten Bereichs einer
einzigen transversalen Bildebene vorliegen. Dies kann auch mit dem
Untersuchungsbereich und der Lage der Ebenen zusammenhängen, beispielsweise
bei einer Aufnahme im Bereich der Halswirbelsäule und einer Lage der transversalen
Bildebene nahe dem Übergang
zum Schädel
des Patienten. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn aus den zwei oder
mehr Grauwert- oder Helligkeitsmaxima ein Maxima-Mittelwert, gegebenenfalls
bei entsprechender Gewichtung der einzelnen Maxima, gebildet wird, welcher
Maxima-Mittelwert anschließend
in die Ebenenbestimmung eingeht.
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Insbesondere
bei einer gegebenen Verkippung der Wirbelsäule, z.B. infolge einer etwas
ungenauen Positionierung des Patienten in der Anlage, oder einer
anatomisch bedingten Wirbelsäulenverkrümmung kann
es vorkommen, dass die Maxima oder die Maxima-Mittelwerte nicht
wie im Idealfall auf einer gemeinsamen Verbindungslinie liegen.
In einem solchen Fall wird die Verbindungslinie beziehungsweise
daraus resultierend die eigentliche Sagittalebene durch Interpolation
innerhalb der zur Verfügung
stehenden, zu verarbeitenden Maxima bestimmt.
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Neben
insbesondere der Untersuchung der Wirbelsäule ist aber die Sagittalebenenbestimmung auch
bei der Aufnahme anderer Objekte wichtig, zu nennen ist beispielsweise
eine Knieuntersuchung. In einem solchen Fall wird die erfindungsgemäße automatische
Sagittalebenenbestimmung zweckmäßigerweise
durch Ermittlung der hinteren Kondylen des Oberschenkelknochens
als anatomische Landmarken vorgenommen. Zur Ebenenermittlung wird
dabei zweckmäßigerweise
zunächst
eine beide Kondylen verbindende Linie ermittelt, zu welcher die
die Lage der Sagittalebene bestimmende Senkrechte ermittelt wird.
Hier erfolgt also die Ebenenbestimmung auf Basis einer Mustererkennung
und anatomischer Landmarken, wobei hier eine andere Parametereinstellung
bezüglich
der localizer-Bildaufnahme gewählt wird.
Primär
erfolgt hier die localizer-Aufnahme in Form einer T1-Messung und -Auswertung.
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Zweckmäßig ist
es ferner, wenn erfindungsgemäß neben
der Sagittalebene auch die Coronalebene zum Untersuchungsbereich
automatisch ermittelt wird. Bei einer Wirbelsäulenuntersuchung wird dabei
die Coronalebene bevorzugt anhand eines im Wesentlichen ungekrümmten Wirbelsäulenbereichs ermittelt,
was im Hinblick auf die von Haus aus gegebene S-Form der Wirbelsäule primär im Bereich
der Brustwirbelsäule,
die über
einen hinreichenden Abschnitt im Wesentlichen geradlinig verläuft, möglich ist.
Im Falle einer Knieuntersuchung erfolgt die Coronalebenenermittlung
zweckmäßigerweise
anhand der zwischen den beiden Kondylen ermittelbaren Verbindungslinie.
In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn in die Bestimmung der Coronalebene
auch die ermittelten Lagedaten der Sagittalebene eingehen beziehungsweise
dabei berücksichtigt
werden.
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Um
sicherzustellen, dass der Untersuchungsbereich insbesondere im Falle
der Wirbelsäulenaufnahme
auch tatsächlich
den gesamten zur automatischen Ebenenbestimmung relevanten Bereich zeigt,
sollte die localizer-Bildaufnahme zweckmäßigerweise mit einer Schichtdicke
von 40 mm bis 100 mm, insbesondere zwischen 60 mm und 80 mm erfolgen.
Es handelt sich also um eine dickschichtige coronale Aufnahme, über die
sichergestellt wird, dass insbesondere im Falle der Wirbelsäule trotz
der Wirbelsäulenkrümmung der
im Schnitt ca. maximal 1 cm im Durchmesser starke Spinalkanal aufgrund
der gewählten
Schichtdicke im Bild aufgenommen wird.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft
die Erfindung ferner eine Magnetresonanzanlage, die beziehungsweise
deren Bildaufnahmeeinheit zur automatischen Ebenenbestimmung im
Sinne des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage,
ausgebildet zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
in Form einer Prinzipdarstellung,
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2 eine
Prinzipdarstellung eines aufgenommenen Wirbelsäulenbereichs mit hervorgehobenem
Spinalkanal und einem Grauwert- oder Helligkeitsprofil in einer
ersten transversalen Bildebene,
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3 die
Darstellung aus 2 mit einer Grauwert- oder Helligkeitsverteilung
in einer zweiten transversalen Bildebene,
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4 die
Darstellung aus 3 mit einer Grauwert- oder Helligkeitsverteilung
in einer dritten transversalen Bildebene,
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5 die
Bestimmung der Lage der Mediosagittalschichtebene anhand der ermittelten
Maxima.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 umfassend
den Untersuchungsteil 2, in den der Patient eingeschoben
wird, sowie eine den gesamten Anlagebetrieb steuernde Steuerungseinrichtung 3 mit
integrierter Bildbearbeitungseinheit 4, die für den Bildaufnahme-
wie auch dem Bildverabeitungs- und -auswertebetrieb und auch zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen, nachfolgend
beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner ist ein Monitor 5 vorgesehen,
an dem erzeugte Bilder ausgegeben werden.
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Die
Bildverarbeitungseinrichtung 4 ist zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur
automatischen Sagittalebenenbestimmung ausgebildet. Hierzu wird
zunächst
eine localizer-Bildaufnahme in Form einer dickschichtigen coranalen
Single Shot Turbo Spinecho Localizer-Aufnahme vorgenommen. Sie erfolgt
in coronaler Einstellung mit einer Schichtdicke von beispielsweise
60–80
mm und gegebenenfalls fester Schichtposition, das heißt ohne manueller
Schichtpositionierung. Das Field of View, also der Bildaufnahmebereich
entspricht dem üblicher
Nutzmessungen, kann aber auch etwas kleiner sein, je nach aufzunehmenden
Untersuchungsbereich. Bei großen
zu erwartenden Wirbelsäulenkrümmungen
kann aber auch ein größeres Field
of View eingestellt werden.
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Zur
Aufnahme der Wirbelsäule
unter Darstellung des Spinalkanals oder Myelons in optisch hervorgehobener,
für die
spätere
Bildauswertung erforderlicher Darstellung werden die Betriebsparameter für die Bildaufnahme
entsprechend eingestellt. Für eine
schnelle Bildaufnahme wird ein TE-Wert von ca. 500 ms eingestellt,
eine spektrale Fettsättigungseinstellung
kann in der Regel entfallen, um die Messung schnell zu machen, ohne
dass die Bildqualität
leidet.
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Nach
Aufnahme der sehr kurzen localizer-Messung, deren effektive Messzeit
ca. 1 Sekunde beträgt,
wird das exemplarisch in 2 gezeigte Bild erhalten. Dieses
wird nun im Hinblick auf die Ermittlung der Sagittalebene automatisch
seitens der Bildverarbeitungseinrichtung 4 ausgewertet.
Zu diesem Zweck werden in verschiedenen transversalen Bildebenen
die Grauwert- oder Intensitäts-
oder Helligkeitsprofile der Bildpunkte des digitalen Bilds ermittelt
und ausgewertet.
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2 zeigt
das Grauwert- oder Intensitätsprofil
V1, das bei einer Auswertung der Pixelinhalte zur transversalen
Bildebene B1 ermittelt wurde. Ersichtlich zeigt sich im Bereich
des Spinalkanals S bezogen auf die Lage der Bildebene B1 ein starker Peak
P1 beziehungsweise ein ausgeprägtes
Maximum, dessen Lage auf der die Bildebene B1 anzeigende Linie angegeben
und mit M1 gekennzeichnet ist.
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3 zeigt
das aufgenommene localizer-Bild LB aus 2, wobei
hier für
eine zweite Bildebene B2, dargestellt durch die entsprechende Transversallinie,
ebenfalls die Grauwert- oder
Helligkeitsverteilung V2 ermittelt wird. Auch hier zeigt sich im
Bereich des Spinalkanals S ein ausgeprägter Peak P2 mit einem Maximum
M2 an der angegebenen Position auf der Linie der Bildebene B2.
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In
entsprechender Weise wird wie in 3 bezüglich des
localizer-Bildes LB zur Bildebene B3 wie durch die Linie gekennzeichnet
verfahren. Hier zeigen sich im Bereich des Spinalkanals S jedoch zwei
ausgezeichnete Peaks P3a und P3b, die beide zu einem Maximum M3a
und M3b führen.
Aus diesen beiden Maxima M3a und M3b wird, gegebenenfalls durch
unterschiedliche Gewichtung (z.B. nach der Stärke der Peaks), ein Maxima- Mittelwert M3 ermittelt,
dieser ist auf der Linie zur Transversalebene B3 eingezeichnet.
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Anhand
von 5 wird nun ersichtlich, wie die Lage der Sagittalebene
aus den Maxima ermittelt wird. Gezeigt ist wieder das localizer-Bild
LB, wobei zu den jeweiligen Bildebenen B1, B2 und B3 die jeweiligen
Maxima M1, M2 und M3 dargestellt sind. Im gezeigten Beispiel liegen
alle drei Maxima M1, M2 und M3 annähernd auf einer gemeinsamen
Verbindungslinie L, die gleichzeitig die darauf senkrecht stehende
Sagittalebene SE definiert. Auf die beschriebene Weise kann somit
automatisch und schnell die Mitte des Wirbelsäulenabschnitts und die Kippung des
optimalen sagittalen Verlaufs der Sagittalebene durch entsprechende
Ermittlung der Intensitäts-
oder Grauwertmaxima und gegebenenfalls durch gewichtete algorithmische
Auswertung der einzelnen Profile ermittelt werden. Die ermittelte
Schichtposition der Mitte des Wirbelsäulenabschnitts und die etwaige Kippung
werden anschließend
auf das Nutzprotokoll für
eine nachfolgende Schichtbildaufnahme kopiert. Das heißt, der
auf diese Weise ermittelte mediosagittale Verlauf des Spinalkanals
und damit die Mitte der sagittalen Schichtführung dienen als Einstellparameter
für weitere
Bildaufnahmen.
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Wie
beschrieben liegen die in 5 gezeigten
Maxima M1, M2 und M3 idealerweise annähernd auf einer Verbindungslinie
L. Für
den Fall, dass die Wirbelsäule
stärker
verkrümmt
oder verkippt ist, werden die Maxima nicht unbedingt auf einer gemeinsamen
Linie liegen, sondern versetzt dazu. Es erfolgt eine Linienbestimmung
durch Interpolation, gegebenenfalls gewichtet, das heißt, die
Lage einzelner Maxima kann unterschiedlich stark in den Interpolationsalgorithmus
eingehen, um die Linie L und darausfolgend die Lage der Sagittalebene
SE zu bestimmen.
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Anhand
der bestimmten Lageparameter zur Sagittalebene SE ist es auch denkbar,
die Lage der Coronalebene zum Untersuchungs bereich zu bestimmen.
Für Wirbelsäulenaufnahmen
bietet sich dies primär
bei der Untersuchung von relativ geradlinigen, weitgehend ungekrümmten Wirbelsäulenabschnitten
wie der Brustwirbelsäule
an, die Coronalebene verläuft
senkrecht zur Sagittalebene.