DE102004051169A1

DE102004051169A1 - Verfahren zur Schnittpositionsplannung von tomographischen Messungen unter Verwendung statistischer Bilder

Info

Publication number: DE102004051169A1
Application number: DE102004051169A
Authority: DE
Inventors: Anders Boston Dale; Martin Harder; Hans-Peter Hollenbach; Mike Müller; Ines Nimsky; Franz Sommerville Schmitt; Oliver Schreck; Andre van der Woburn Kouwe
Original assignee: Siemens AG; General Hospital Corp
Current assignee: Siemens AG; General Hospital Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2005-05-19
Also published as: CN100471454C; US6952097B2; KR20050039601A; US20050088177A1; KR100828220B1; JP4863610B2; JP2005125099A; CN1650808A

Abstract

Bei einem Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Tomographiebildgebungsvorrichtung wird ein Standardmessprotokoll (40) erzeugt durch Anzeigen einer Planungsdarstellung eines Standardobjekts (50, 60), wodurch eine räumliche Position eines Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) in der Planungsdarstellung definiert wird, und Speichern einer Referenz für das Standardobjekt (50, 60) und Parametern des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) als das Standardmessprotokoll (40) für das Standardobjekt (50, 60). Ein derartiges Standardmessprotokoll (40) kann dann bei der Schnittpositionsplanung für eine eigentliche Tomographiemessung verwendet werden, durch Erhalten von Daten, die Merkmale eines Untersuchungsobjekts (65) darstellen, entsprechend dem Standardobjekt (50, 60), Bestimmen einer geometrischen Beziehung der Merkmale des Untersuchungsobjekts zu Merkmalen des Standardobjekts (50, 60) und Erzeugen eines objektspezifischen Messprotokolls, wobei der Bildgebungsbereich (60) relativ zum Untersuchungsobjekt (65) positioniert ist, durch Modifizierung des Standardmessprotokolls (40).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnittpositionsplanung von tomographischen Kernspinresonanzuntersuchungen sowie ein Protokoll zum Betreiben einer Kernspinresonanztomographievorrichtung.

Die Kernspinresonanzbildgebung (Magnetresonanz-Bildgebung, MR-Bildgebung) basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz und wird seit über 15 Jahren erfolgreich in der Medizin und in der Biophysik zur Bildgebung eingesetzt. Bei dieser Bildgebung wird ein Objekt wie etwa ein lebender Patient einem starken konstanten Magnetfeld ausgesetzt. Dadurch werden die Kernspins der Atome in dem Objekt, die zuvor unregelmäßig orientiert waren, ausgerichtet. In das Objekt eingestrahlte Hochfrequenzenergie regt dann diese „geordneten" Kernspins auf eine spezifische Resonanz an. Diese Resonanz erzeugt das eigentliche Messsignal, das mit geeigneten Empfangsspulen empfangen wird. Indem von Gradientenspulen erzeugte nicht gleichförmige magnetische Felder (Gradientenfelder) verwendet werden, können die vom Untersuchungsobjekt empfangenen Signale in allen drei Raumrichtungen räumlich codiert werden. Ein Schnitt durch das Untersuchungsobjekt, für das ein Bild erzeugt werden soll, kann frei gewählt werden, wodurch man Tomogramme des menschlichen Körpers in allen Orientierungen erhalten kann. Die Kernspinresonanzbildgebung als ein tomographisches Verfahren zu Diagnosezwecken in der Medizin unterscheidet sich in erster Linie als eine „nicht-invasive" Untersuchungstechnik mit flexibler Kontrastfähigkeit. Wegen der ausgezeichneten Darstellung von Weichteilen hat sich die Kernspinresonanzbildgebung zu einem Bildgebungsmittel entwickelt, das der Computertomographie (CT) oftmals überlegen ist. Die Kernspinresonanzbildgebung basiert gegenwärtig z.B. auf der Verwendung von Spinechosequenzen und Gra dientenechosequenzen, mit denen man eine ausgezeichnete Bildqualität erhalten kann, und zwar bei Messzeiten in der Größenordnung von Minuten.

Jede Untersuchung (Scan) eines Objekts in einer bestimmten Situation einer Kernspinresonanzbildgebung muss im voraus geplant werden. Die Planung beinhaltet die Wahl der Pulssequenzart sowie die Wahl oder Bestimmung vieler individueller Parameter der ausgewählten Pulssequenz. Die Wahl der Pulssequenz und ihre Parameterisierung basieren wiederum auf vielen Variablen, die von Scan zu Scan differieren. Solche Variablen beziehen sich auf den spezifischen Patienten, die Art der Bildgebungsinstallation und die jeweilige Art und Orientierung des Kernspinresonanzbilds, das erhalten werden soll. Das zu erhaltende Bild hängt nicht nur von anatomischen Faktoren ab, sondern auch von dem jeweiligen pathologischen Zustand oder dem vermuteten pathologischen Zustand, der untersucht wird.

Für klinische MR-Scanner werden Protokolle hinsichtlich der Schnittpositionierung vordefiniert. Allerdings basieren derartige Protokolle nicht auf der eigentlichen Positionierung des Patienten im Scanner für die vorzunehmende jeweilige Untersuchung. Die Protokolle werden üblicherweise relativ zu der Mitte des Ursprungs des zugrundeliegenden Feldmagneten definiert, der üblicherweise auch der Ursprung des Bildgebungsvolumens ist, und je nach der bevorzugten Protokollorientierung werden einfache axiale, sagittale oder koronale Schnitte gewählt. Um den eigentlichen Scan durchzuführen, muss die endgültige Schnittposition von Hand justiert werden, da ansonsten der Schnitt nicht mit dem gewünschten Körpergebiet des Objekts übereinstimmt. Prinzipiell muss diese manuelle Prozedur bezüglich jedes Protokolls und jedes Patienten durchgeführt werden. Dies verlängert nicht nur die Zeit, die der Patient im Scanner verbringen muss, was für den Patienten unbequem ist, es verlangsamt auch den Patientendurchsatz (d.h., es führt dazu, dass innerhalb einer gegebenen Zeit eine kleinere Anzahl von Patienten gescannt wird, als dies ohne eine derartige manuelle Positionierung möglich wäre).

Herkömmlicherweise erfordert eine derartige manuelle Neuausrichtung der Schnitte für den eigentlichen Scan im Vergleich zu der Schnittausrichtung bei dem vordefinierten Protokoll den Einsatz eines sogenannten Lokalisierungsprotokolls ("localizer"-Protokoll). Dies beinhaltet, den Patienten in dem Scanner zu positionieren, einen Lokalisierungsscan vorzunehmen, die Schnitte für den eigentlichen diagnostischen Scan auf der Basis der im Lokalisierungsscan erhaltenen Bilder zu positionieren und den klinischen oder diagnostischen Scan vorzunehmen, aus dem Diagnosebilder erhalten werden.

Im Kontext der herkömmlichen Schnittpositionsplanung wird die Verwendung von Vorlagen im US-Patent Nr. 6,195,409 beschrieben. Die Verarbeitung von medizinischen Bildern unter Verwendung von Techniken, die sich für die Schnittpositionsplanung eignen, wird in der PCT-Anmeldung WO 02/43003 beschrieben. Die Abbildung einer bestimmten Eigenschaft im Kontext der Bildverarbeitung ist aus der PCT-Anmeldung WO 02/098292 bekannt, und die Registrierung von Objektansichten ist in der PCT-Anmeldung WO 01/59708 beschrieben.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Schnittpositionsplanung von Tomographiemessungen, wodurch sich die oben beschriebene manuelle Schnittneuausrichtung erübrigt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem sich die Notwendigkeit für ein Lokalisierungsprotokoll der oben beschriebenen Art erübrigt.

Diese Aufgaben werden gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zur Schnittpositionsplanung von MR-Messungen gelöst, wobei – anstelle Planung der Schnitte für jeden einzelnen Patienten für jeden einzelnen Scan – der Schnitt oder die Schnitte für einen bestimmten Scan unter Verwendung eines statistischen Datensatzes geplant werden, der die geometrischen Details des relevanten Organs im Scan darstellt. Der statistische Datensatz stellt ein „Standardbild" des relevanten Organs dar. Den Datensatz kann man z.B. aus aus einem Standardorganatlas erhalten, von denen viele bekannt und verfügbar sind, oder man kann ihn aus einem Datenerfassungssystem erzeugen, indem mehrere gemessene Datensätze gemittelt werden, die vorher von anderen Patienten erhalten und gespeichert wurden. Der statistische Datensatz oder Atlas wird als eine Planungsdarstellung in einem globalen Schnittpositionierungsumfeld angezeigt. Die Messung für einen Bildgebungsbereich (geometrische Parameter, Sequenzparameter usw.) wird unter Einsatz dieses statistischen Datensatzes geplant und als ein Standardmessprotokoll für das jeweilige fragliche menschliche „Standardorgan" gespeichert. Das Standardmessprotokoll enthält Informationen hinsichtlich beispielsweise der Position des Bildgebungsbereichs im Datensatz und der Position des Bildgebungsbereichs hinsichtlich des menschlichen „Standardorgans". Das Standardmessprotokoll enthält außerdem Informationen hinsichtlich der Anzahl der Schnitte, der Orientierung der Schnitte, der Anzahl der Pixel pro Schnitt, der Größe der Pixel usw. in dem Bildgebungsbereich. Das Standardmeßprotokoll kann die Messung einer Reihe von Bildgebungsbereichen gestatten und/oder Informationen der Sättigungsbereiche usw. enthalten.

Derartige Standardmessprotokolle können jeweils für verschiedene Arten von Scans erzeugt werden, beispielsweise einen Gehirnscan, einen Scan der Hypophyse und einen fMRI-Scan, einen Scan auf Epilepsie, einen Scan der Sehnerven oder einen Scan der Hörnerven.

Um das Standardmessprotokoll zum Untersuchen (Scannen) eines einzelnen Patienten verwenden zu können, muß das Protokoll angepasst oder modifiziert werden, um ein patientenspezifi sches Messprotokoll zu erzeugen. Dazu wird das Organ des Patienten, für das ein Bild erhalten werden soll, in dem Datenerfassungssystem (Scanner) durch eine erste niedrig aufgelöste Messung lokalisiert, wie etwa durch Einsatz eines 3D-Lokalisierungsscans oder einer automatischen Ausrichtungssequenz. Dann wird eine geometrische Abbildung des Organs vorgenommen. Für diese Abbildung muss die geometrische Beziehung des Standardorgans (statistischen Organs) zu dem Organ des Patienten bestimmt werden. Dies kann durch Vergleich von Vorlagen oder durch eine Korrelation der entsprechenden Datensätze erreicht werden. Daraus ergibt sich eine Transformationsmatrix, die definiert, wie das Bild des Organs des Patienten gedreht, verschoben, expandiert oder geschrumpft werden muss, um es auf das Standardorgan abzubilden. Die Position des Bildgebungsbereichs (Schnittbox) des Standardmessprotokolls wird entsprechend der Transformationsmatrix angepasst. Dies führt zu dem patientenspezifischen Messprotokoll.

Ein signifikanter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der hohe Grad an Reproduzierbarkeit, den man bei der Untersuchung erhalten kann. Da der Bildgebungsbereich jedes Mal durch Ausgehen von dem Standardbildbereich automatisch bestimmt wird, d.h., gemäß den eigentlichen anatomischen Merkmalen des Patienten justiert wird (die sich im allgemeinen nicht ändern), kann der gleiche Patient mit relativ langem Zeitabstand mehrmals gescannt werden, so dass die jeweiligen Bilder von den zeitlich getrennten Scans auf aussagekräftige Weise verglichen werden können. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Scans für eine Nachbehandlung für einen bestimmten pathologischen Zustand gedacht sind, wie etwa die Überwachung der Größe eines Krebstumors im Verlauf von Strahlentherapie oder Chemotherapie. Wenn ein Patient in großem zeitlichem Abstand gescannt wird, ist es manchmal schwierig, die aus den jeweiligen Scans erhaltenen Bilder zu vergleichen. Denn man kann nicht zuverlässig bestimmen, ob es zu Änderungen in den Bildern, die in Folge des Vergleichs detektiert wurden, wegen einer tatsächlichen Änderung der Größe des Tumors gekommen ist, oder ob die Orientierung des Schnitts in einem der Bilder nicht mit der Orientierung des Schnitts in dem anderen der Bilder identisch war. Wegen des hohen Grades an Reproduzierbarkeit, den man mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erzielt, wenn zwischen zeitlich getrennten Bildern Änderungen detektiert werden, kann zuverlässiger davon ausgegangen werden, dass diese Änderungen wirkliche anatomische Änderungen darstellen und nicht Änderungen sind, die sich aus einer ungleichen Schnittpositionierung ergeben.

Ein weiterer, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil ist ein höherer Patientendurchsatz bezüglich der Bildgebungsinstallation, den man durch die signifikante zeitliche Reduzierung zum Planen jeder Tomographiemessung erreicht.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren oben beschrieben worden ist und unten im Kontext der Kernspinresonanzbildgebung ausführlicher beschrieben wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren in jeder Art von Tomographiebildgebungsmittel verwendet werden, beispielsweise Computertomographie und Ultraschall.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Es folgt die Erläuterung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 1 bis 11C.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung, die in einem beispielhaften Tomographiebildgebungsmittel zum Erläutern des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
2 ist ein Flussdiagramm der Grundschritte zum Erzeugen eines Standardmessprotokolls gemäß der Erfindung.
3 veranschaulicht die Grundkomponenten oder den Inhalt des Standardmessprotokolls gemäß der Erfindung.
4 veranschaulicht das Positionieren einer Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen Gehirnscan (Gehirnstandard).
5 veranschaulicht das Positionieren der Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen Hypophysenscan (Hypophysenstandard).
6 veranschaulicht das Positionieren der Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen fMRI-Scan (fMRI-Standard).
7 veranschaulicht das Positionieren der Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen Epilepsie-Scan (Epilepsie-Standard).
8 veranschaulicht das Positionieren der Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen Sehnerven-Scan (Sehnerven-Standard).
9 veranschaulicht das Positionieren der Schnittbox relativ zu einem Standardkopf in einem gemäß der Erfindung erzeugten Standardmessprotokoll für einen Hörnerven-Scan (Hörnerven-Standard).
10 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines patientenspezifischen Messprotokolls.
11A, 11B und 11C sind beispielhafte Darstellungen zum Erläutern des erfindungsgemäßen Verfahrens von 10.
1 zeigt schematisch eine Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung (Tomographievorrichtung) zum Erzeugen eines Kernspinresonanzbilds eines Objekts, als ein Beispiel für ein Tomographiebildgebungsmittel, das gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann. Die Komponenten der Kernspinresonanztomographievorrichtung entsprechen denen einer herkömmlichen Tomographievorrichtung, doch wird sie gemäß der Erfindung gesteuert. Ein Grundfeldmagnet 1 erzeugt ein zeitlich konstantes intensives Magnetfeld für die Polarisierung (Ausrichtung) der Kernspins in dem Untersuchungsgebiet eines Objekts wie etwa beispielsweise einem zu untersuchenden Teil eines menschlichen Körpers. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche große Homogenität des magnetischen Basisfelds wird in einem kugelförmigen Messvolumen M definiert, in den der zu untersuchende Teil des menschlichen Körpers eingeführt wird. Um die Forderung hinsichtlich Homogenität zu unterstützen und insbesondere um die zeitlich invariablen Einflüsse zu eliminieren, werden an geeigneten Stellen Shim-Plättchen aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert, die von einer Shim-Stromversorgung 15 angesteuert werden.
Ein zylindrisches Gradientenspulsystem 3 ist in den Grundfeldmagneten 1 eingebaut, wobei das System 3 aus drei Teilwindungen besteht. Jede Teilwindung erhält von einem Verstärker 14 einen Strom zum Erzeugen eines linearen Gradientenfelds in den jeweiligen Richtungen eines kartesischen Koordinatensystems. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt ein Gradientenmagnetfeld G_x in der x-Richtung, die zweite Teilwicklung erzeugt ein Gradientenmagnetfeld G_y in der y-Richtung, und die dritte Teilwicklung erzeugt ein Gradientenmagnetfeld G_z in der z-Richtung. Jeder Verstärker 14 weist einen mit Digital-Analog-Umsetzer DAC auf, der von einer Sequenzsteuerung 18 für die zeitlich ge steuerte Erzeugung von Gradientenimpulsen angesteuert wird.
Eine Hochfrequenzantenne 4 ist innerhalb des Gradientenspulensystems 3 angeordnet. Die Antenne 4 wandelt die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker emittierten Hochfrequenzimpulse in ein magnetisches Wechselfeld um, um die Kerne anzuregen und die Kernspins des zu untersuchenden Objekts oder eines zu untersuchenden Gebiets des Objekts auszurichten. Die Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Übertragungsspulen und einer Reihe von HF-Empfangsspulen in Form einer Anordnung (bevorzugt linear) von Komponentenspulen. Das Wechselfeld, das von den präzedierenden Kernspins ausgeht, d.h. die Kernspinechosignale, die in der Regel von einer Impulssequenz erzeugt werden, die aus einem oder mehreren Hochfrequenzimpulsen und einem oder mehreren Gradientenimpulsen besteht, wird ebenfalls von den HF-Empfangsspulen der Hochfrequenzantenne 4 in eine Spannung umgewandelt, wobei diese Spannung über einen Verstärker 7 an einen Hochfrequenzempfangskanal 8 des Hochfrequenzsystems 22 geliefert wird. Das Hochfrequenzsystem 22 weist außerdem einen Übertragungskanal 9 auf, in dem die Hochfrequenzimpulse erzeugt werden, um die Kernspinresonanz anzuregen. Die jeweiligen Hochfrequenzimpulse werden digital als eine Sequenz von komplexen Zahlen auf der Basis einer Impulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 dargestellt, die vom Systemcomputer 20 vorgeschrieben ist. Diese Zahlensequenz wird als ein realer Teil und als ein imaginärer Teil über jeweilige Eingänge 12 an einen Digital-Analog-Umsetzer DAC im Hochfrequenzsystem 22 und von dort an einen Übertragungskanal 9 geliefert. Im Übertragungskanal 9 werden die Impulssequenzen auf ein Hochfrequenzträgersignal mit einer Grundfrequenz moduliert, das der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Das Umschalten aus dem Übertragungsmodus in den Empfangsmodus folgt über einen Übertragungs-/Empfangsdiplexer 6. Die HF-Übertragungsspule der Hochfrequenzantenne 4 strahlt die Hochfrequenzimpulse auf der Basis von Signalen von einem Hochfre quenzleistungsverstärker 16 zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ab und tastet die resultierenden Echosignale über HF-Empfangsspulen ab. Die erfassten Kernspinresonanzsignale werden in Phasenabhängigkeit in dem Empfangskanal 8 des Hochfrequenzsystems 22 demoduliert und über jeweilige Analog-Digital-Umsetzer ADC in den realen Teil und den imaginären Teil des Messsignals umgewandelt, die jeweils Ausgängen 11 zugeführt werden. Ein Bildcomputer 17 rekonstruiert aus den auf diese Weise erfassten Messdaten ein Bild. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme folgt über den Systemcomputer 20. Auf der Grundlage von Steuerprogrammen überwacht die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Impulssequenzen und die entsprechende Abtastung des k-Raums. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 das zeitliche Umschalten der Gradienten, die Emission der Hochfrequenzimpulse mit definierter Phase und Amplitude sowie den Empfang der Kernspinresonanzsignale. Die Zeitsteuersignale für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 werden durch einen Synthesizer 19 verfügbar gemacht. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zum Erzeugen eines Kernspinresonanzbilds sowie die Darstellung des erzeugten Kernspinresonanzbilds erfolgt über ein Terminal 21 mit einer Tastatur sowie einem oder mehreren Bildschirmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit dem Terminal 21 und dem Systemcomputer 20 ausgeführt werden. Zum Ausführen des im Flussdiagramm von 2 dargestellten Verfahrens können entweder in dem Systemcomputer 20 ein Atlas anatomischer Organe gespeichert sein, oder er kann Zugriff auf einen Atlas haben. Eine Reihe derartiger Atlasse sind kommerziell erhältlich, und/oder es kann online auf sie zugegriffen werden. Ein derartiger Atlas enthält einen statistischen Datensatz für jedes einer Reihe verschiedener anatomischer Organe.
Um einen Scan zu planen, wird der Atlas oder der statistische Datensatz des Organs, das im Scan abgebildet wird, geladen, es wird darauf zugegriffen, oder er wird abgerufen, und das jeweilige relevante Feld im Scan wird bezeichnet. Der Bildgebungsbereich wird dann bezeichnet und die relevanten Parameter, die eingegeben worden sind, werden zusammen mit einer Referenz zu dem Atlas gespeichert, der beim Herstellen dieses Standardmessprotokolls verwendet wurde.
Der grundlegende Inhalt eines Standardmessprotokolls 40 für jede Art von Scan, das entsprechend dem in 2 gezeigten Flussdiagramm erstellt wird, ist in 3 dargestellt. Diese Komponenten enthalten die Pulssequenz 41, die beim Scan verwendet wird, die Koordinaten 42 des Bildgebungsbereichs und eine Referenz 43 auf den Atlas, der beim Erstellen des Protokolls 40 verwendet wurde. Unter Referenz ist dabei jede Art von geeigneter Bestimmung, Anzeige oder logische Verknüpfung zu verstehen. Sie kann innerhalb eines Computerfiles oder Ordner benutzt werden, wenn alle wichtigen Daten darin enthalten sind, oder sie kann, falls notwendig, dazu benutzt werden, weitere Computerfiles oder Ordner zuzuordnen.
Das Gebiet, in dem der Schnitt oder die Schnitte im Scan erhalten werden, ist als die „Schnittbox" bekannt. Die Orientierung der Schnittbox für eine Reihe verschiedener, gemäß der Erfindung erstellter Standardmessprotokolle ist unter Referenz auf einen Standardkopf (in verschiedenen Schnittebenen) in den 4 bis 9 gezeigt.
4 veranschaulicht die Orientierung einer Schnittbox 51 relativ zum Standardkopf 50 (Kopfatlas) für einen Gehirnscan (Gehirnstandard). 5 zeigt die Orientierung einer Schnittbox 52 für einen Scan der Hypophyse (Hypophysestandard). 6 zeigt die Orientierung einer Schnittbox 53 für eine funktionelle Kernspinresonanzbildgebung (fMRI-Standard). Bei dem funktionellen Kernspinresonanzbildgebungsscan wird das Objekt periodisch stimuliert, wie etwa durch ein blinkendes Licht, und Gehirnaktivität wird detektiert durch Überwachen des erhöhten Sauerstoffverbrauchs, der in dem Teil des Gehirns auftritt, in dem Aktivität durch die Stimulierung verursacht wird.
7 veranschaulicht die Orientierung einer Schnittbox 54 relativ zum Standardkopf 50 für einen Scan zum Detektieren von Symptomen im Gehirn, die auf Epilepsie hinweisen (Epilepsie-Standard). 8 veranschaulicht die Orientierung einer Schnittbox 55 (hier, wie in 5, ein einzelner Schnitt) für einen Scan der Sehnerven (Sehnerven-Standard), und 9 veranschaulicht eine Schnittbox 56 für einen Scan der Hörnerven (Hörnervenstandard).
Die Erstellung derartiger Standardmessprotokolle für verschiedene Organe gemäß der Erfindung ist „für sich alleine" nützlich und kann für andere Zwecke verwendet werden. Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch das Standardmessprotokoll in dem in 10 dargestellten Verfahren zum Erstellen eines patientenspezifischen Messprotokolls verwendet. Wie in 10 dargestellt, wird ein Patientendatensatz mit einer automatischen Ausrichtungssequenz erzeugt, der die tatsächliche Position des Patienten in dem Scanner für eine bestimmte Untersuchung darstellt. Der Patientendatensatz wird statistisch analysiert, und das entsprechende Standardmeßssprotokoll wird unter den wie oben beschriebenen erstellten Standardmessprotokollen gewählt. Der statistische Datensatz (Atlas), auf den in dem ausgewählten Standardmessprotokoll Bezug genommen wird, wird dann geladen (oder zugegriffen oder abgerufen). Dann wird eine Transformationsmatrix berechnet, die eine Abbildung zwischen dem statistischen Datensatz und dem Patientendatensatz liefert. Das Standardmessprotokoll wird dann mit der Transformationsmatrix in ein patientenspezifisches Messprotokoll für den jeweiligen Patienten und den jeweiligen Scan transformiert oder umgewandelt.
Die in dem Flussdiagramm von 10 dargelegte Vorgehensweise ist in der in den 11A, 11B und 11C gezeigten Sequenz veranschaulicht. Die Veranschaulichungen, die in den 11A, 11B und 11C schematisch gezeigt sind, können ge gebenenfalls auf dem Schirm des Terminals 21 visuell angezeigt werden, da es jedoch nicht kritisch ist, dass der Operator tatsächlich diese Darstellungen sieht, können die 11A, 11B und 11C als schematische Veranschaulichungen der Datenverarbeitungen angesehen werden, die während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Computer stattfinden.
11A zeigt einen Standardkopf 60 (Kopfatlas) in drei verschiedenen Ansichten, wobei eine Standardmessprotokoll(SMP)-Schnittbox 61 relativ zum Standardkopf angezeigt ist. Diese Darstellung kann einem der in den 4 bis 9 gezeigten Beispiele oder einem Standardmessprotokoll für ein bestimmtes anderes Organ entsprechen.
11B zeigt die gleichen Ansichten eines Patentkopfs 65, doch werden diese Ansichten aus dem niedrig aufgelösten Scan des eigentlichen Patienten in der Scanvorrichtung erhalten. Die Orientierung des relevanten Organs, in diesem Fall des Kopfs 65 des Patienten, wird sich ganz sicher von der Orientierung des in 11A gezeigten Standardkopfs unterscheiden. Die SMP-Schnittbox 61 ist jedoch in jeder Ansicht in einer Position gezeigt, die identisch mit der Schnittboxposition in 11A ist. Da die eigentliche Position des Patientenkopfs 65 von der Position des Standardkopfs 60 verschieden ist, würde die SMP-Schnittbox 61 relativ zum eigentlichen Patientenkopf 65 nicht ordnungsgemäß orientiert sein, um den gewünschten Scan durchzuführen.
Zur Wiederherstellung der ordnungsgemäßen Orientierung zwischen dem Patientenkopf 65 und der Schnittbox wird die obenerwähnte Transformationsmatrix erzeugt, die eine Abbildung zwischen dem Standardkopf 60 und dem Patientenkopf 65 darstellt. Die die SMP-Schnittbox 61 in 11B darstellenden Daten werden dann von der Transformationsmatrix bearbeitet, wodurch eine in 11C gezeigte transformierte Schnittbox 66 erzeugt wird. Diese transformierte Schnittbox 66 weist die gleiche Orientierung relativ zum Patientenkopf 65 auf, wie sie die SMP-Schnittbox 61 relativ zum Standardkopf 60 aufweist.
11C stellt deshalb das sich ergebende patientenspezifische Messprotokoll am Ende des Flussdiagramms in 10 dar. Der eigentliche Diagnosescan kann dann mit diesem patientenspezifischen Messprotokoll durchgeführt werden.
Wenngleich die erfindungsgemäße Vorgehensweise im Kontext der Kernspinresonanzbildgebung erläutert worden ist, kann sie, wie oben angemerkt, mit ähnlichem Vorzug in anderen Arten der Tomographiebildgebung verwendet werden, wie etwa bei der Computertomographie und beim Ultraschall.
Wenngleich der Fachmann Modifikationen und Änderungen vorschlagen kann, ist es die Absicht der Erfinder, innerhalb des Patents, durch dieses gerechtfertigt, alle Änderungen und Modifikationen zu verkörpern, die vernünftigerweise und ordnungsgemäß in den Schutzbereich ihres Beitrags zur Technik fallen.

Claims

Verfahren zum Erstellen eines Standardmessprotokolls (40) für ein Tomographiebildgebungssystem, mit den folgenden Schritten: – Anzeigen einer Planungsdarstellung eines Standardobjekts (50, 60) an einer computerisierten Schnittstelle, mit der ein Operator interagieren kann; – Definieren einer räumlichen Position, relativ zu dem Standardobjekt (50, 60), eines Standardtomographiebildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) in der Planungsdarstellung durch Interagieren durch die Schnittstelle mit der angezeigten Planungsdarstellung und – Erzeugen und Speichern eines Standardmessprotokolls (40), das Parameter umfasst, die mit dem Standardbildgebungsbereich (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) verbunden sind, und eine Referenz (43), die das Standardobjekt (50, 60) bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens und Speicherns des Standardmessprotokolls (40) das Speichern von Parametern umfasst, die die räumliche Position des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) definieren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Erzeugens und Speicherns eines Standardmessprotokolls (40) weiterhin das Einschließen von Parametern in das Standardmessprotokoll (40) zum Betreiben des Tomographiebildgebungssystems umfasst, um in dem Tomographiebildgebungssystem innerhalb des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) ein Bild eines eigentlichen Objekts entsprechend dem Standardobjekt (50,60) zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tomographiebildgebungssystem eine Kernspinresonanz bildgebungsvorrichtung ist und wobei der Schritt des Erzeugens und Speicherns eines Standardmessprotokolls (40) weiterhin das Einschließen einer Bezeichnung einer Pulssequenz für die Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung umfasst, um in der Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung innerhalb des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) ein Bild eines eigentlichen Objekts entsprechend dem Standardobjekt (50, 60) zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Standardobjekt (50, 60) ein anatomisches Standardobjekt ist und wobei der Schritt des Anzeigens einer Planungsdarstellung das Anzeigen einer Planungsdarstellung des anatomischen Standardobjekts mit anatomischen Merkmalen des anatomischen Standardobjekts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, mit dem Anzeigen geometrischer Merkmale des anatomischen Standardobjekts als den anatomischen Merkmalen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, mit dem Zusammenstellen der Planungsdarstellung des anatomischen Standardobjekts als einen statistischen Mittelwert mehrerer eigentlicher Objekte entsprechend dem anatomischen Standardobjekt.
Computerprogrammprodukt, das ein Speicherungsmedium umfasst, in dem ein Standardmessprotokoll (40) gespeichert ist, wobei das Speicherungsmedium in einen Computer geladen werden kann, der den Betrieb einer Tomographiebildgebungsvorrichtung steuert, wobei das Standardmessprotokoll (40) für die Tomographiebildgebungsvorrichtung eine räumliche Position eines Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) eines Standardobjekts (50, 60) und eine das Standardobjekt (50, 60) kennzeichnende Bezeichnung definiert.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8, wobei das Standardmessprotokoll (40) geometrische Parameter umfasst, die die räumliche Position des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) definieren.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 oder 9, wobei die das Standardobjekt (50, 60) kennzeichnende Bezeichnung eine Identifikation des Standardobjekts (50, 60) ist.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 10), wobei die Kennzeichnung des Standardobjekts eine Identifikation eines Bilderfassungssystems enthält, das zum Erzeugen des Standardobjekts (50, 60) verwendet wurde.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Bezeichnung eine Darstellung von Merkmalen des Standardobjekts (50, 60), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anatomischen Merkmalen, geometrischen Merkmalen und statistischen Merkmalen, umfasst.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 12, weiter mit einer Bezeichnung einer Art von Tomographiebildgebungssystem, das mit dem Standardmessprotokoll (40) betrieben werden kann.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Standardmessprotokoll (40) weiterhin eine Bezeichnung einer Pulssequenz zum Betreiben einer Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung umfaßt, um in der Kernspinresonanzbildgebungsvorrichtung innerhalb des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) ein Bild eines eigentlichen Objekts (65) entsprechend dem Standardobjekt (50, 60) zu erhalten.
Verfahren zur Planung der Positionierung eines Bildgebungsbereichs (66) in einem eigentlichen Objekt (65) in einem Tomographiebildgebungssystem, mit den folgenden Schritten: – Anordnen des eigentlichen Objekts (65) in dem Tomographiebildgebungssystem und Erhalten von Daten, die Merkmale des eigentlichen Objekts (65) darstellen, unter Verwendung des Tomographiebildgebungssystems; – zur Verfügung Stellen eines Standardmessprotokolls (40) für einen Computer, wobei das Standardmessprotokoll (40) eine räumliche Position eines Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) unter Bezugnahme auf ein Standardobjekt (50, 60) definiert, wobei das Standardmessprotokoll (40) einen Merkmale des Standardobjekts (50, 60) darstellenden Datensatz referenziert; – Bestimmen einer geometrischen Beziehung in dem Computer zwischen den Merkmalen des eigentlichen Objekts (65) und den Merkmalen des Standardobjekts (50, 60) anhand des die Merkmale des eigentlichen Objekts (65) darstellenden Datensatzes und des die Merkmale des Standardobjekts (50, 60) darstellenden Datensatzes; – Erstellen eines für das eigentliche Objekt (65) spezifischen Messprotokolls, wobei der Bildgebungsbereich relativ zu dem eigentlichen Objekt positionert wird, durch Modifizieren des Standardmessprotokolls (40) in Abhängigkeit von der geometrischen Beziehung und – Verwenden des objektspezifischen Messprotokolls, um in dem Tomographiebildgebungssystem ein Bild des eigentlichen Objekts (65) innerhalb des Bildgebungsbereichs zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das eigentliche Objekt (65) ein Patient ist und wobei das Standardobjekt (65) ein anatomisches Standardobjekt ist und wobei die durch die jeweiligen Datensätze dargestellten Merkmale anatomische Merkmale sind.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Schritt des Modifizierens des Standardmessprotokolls (40) zum Erstellen des objektspezifischen Messprotokolls das Positionieren des Bildgebungsbereichs relativ zu dem eigentlichen Objekt (65) identisch zu einer Position des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) relativ zu dem Standardobjekt (50, 60) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, das umfasst, innerhalb des Standardmessprotokolls (40) jeweilige räumliche Positionen für eine Vielzahl von Standardbildgebungsbereichen (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) unter Referenz auf das Standardobjekt (50, 60) zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 18, das umfasst, eine Vielzahl von Bildern des eigentlichen Objekts (65) unter Verwendung des objektspezifischen Messprotokolls (40) entsprechend der Vielzahl von Standardbildgebungsbereichen (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das das Konsultieren eines Atlasses umfaßt, um das Standardobjekt (50, 60) in dem Standardmessprotokoll (40) zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, das umfasst, das Standardobjekt (50, 60) in dem Standardmessprotokoll (40) als eine statistische Zusammenstellung von Daten von mehreren eigentlichen Objekten (65) entsprechend dem Standardobjekt (50, 60) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 21, das umfasst, das Standardobjekt (50, 60) in dem Standardmessprotokoll (40) als einen Mittelwert der mehreren eigentlichen Objekte (65) zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, das umfasst, die geometrische Beziehung durch Korrelieren des Merkmale des eigentlichen Objekts (65) darstellenden Datensatzes und des Merkmale des Standardobjekts (50, 60) darstellenden Datensatzes zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, das umfasst, in dem Standardmessprotokoll (40) eine Position und Größe des Standardbildgebungsbereichs (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) zu definieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, das umfasst, in dem Standardmessprotokoll (40) eine Anzahl und Dicke von Bildschnitten in dem Standardbildgebungsbereich (51, 52, 53, 54, 55, 56, 61) zu definieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei das Tomographiebildgebungssystem ein Kernspinresonanzsystem ist, und das Einschließen einer Pulssequenz in das Standardmessprotokoll (40) zum Betreiben der Kernspinresonanzvorrichtung unter Verwendung des objektspezifischen Messprotokolls umfasst.