DE102004059133B4

DE102004059133B4 - Verfahren zur Unterstützung einer bildgebenden medizinischen Untersuchungsmethode

Info

Publication number: DE102004059133B4
Application number: DE102004059133A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Assmann; Friedrich Dr. Fuchs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: CN1785132B; CN1785132A; DE102004059133A1; US20060173279A1

Abstract

Verfahren zur Unterstützung einer bildgebenden medizinischen Untersuchungsmethode, umfassend folgende Verfahrensschritte:
– Messung von wenigstens drei Bilddatensätzen (S2) von zumindest einer interessierenden Region eines Untersuchungsobjekts unter Verwendung unterschiedlicher Messparameter und/oder unterschiedlicher bildgebender Messmethoden,
– Bildung eines Differenzbilds (S4) eines ersten und eines zweiten der Bilddatensätze,
– Segmentierung des Differenzbildes (S6),
– automatisierte Überlagerung (S8) des segmentierten Differenzbilds und des dritten Bilddatensatzes mittels einer Bildverarbeitungsmethode und
– Darstellung der Überlagerung (S10) auf einem Anzeigemedium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung einer bildgebenden medizinischen Untersuchungsmethode.
In der DE 698 11 049 T2 wird ein elektronisches Bildverarbeitungsgerät zur Detektion von dimensionellen Änderungen beschrieben. Dabei ist das beschriebene elektronische Bildverarbeitungsgerät dazu bestimmt, zwei Bilddatensätze zu empfangen, die jeweils zwei vergleichbare digitale Bilder darstellen. Dazu umfasst das beschriebene elektronische Bildverarbeitungsgerät Einstellungs- bzw. Neueinstellungseinrichtungen. Es ist fähig, aufgrund der beiden Bilddatensätze eine Neueinstellungstransformation zwischen dem einen und dem anderen der Bilder zu bewirken bzw. zu bestimmen, und es weist Abtasteinrichtungen auf, die nach dieser Neueinstellung einen ersten der beiden Bilddatensätze wieder abtasten und mit einem dasselbe Bild betreffenden dritten Bilddatensatz den zweiten Bilddatensatz Abtastwert für Abtastwert direkt zu überlagern und es weist Verarbeitungseinrichtungen auf die es, befähigen aus dem zweiten und dem dritten Bilddatensatz wenigstens einen Satz von Differenzdaten zu erarbeiten, die repräsentativ sind für die Differenzen zwischen überlagerbaren Beobachtungszonen der Bilder, jeweils gebildet durch die genannten zweiten und dritten Bilddatensätze.
Mittels bildgebender Untersuchungsmethoden ist ein Arzt oder Radiologe in der Lage, eine Vielzahl von Erkrankungen eines Patienten diagnostizieren zu können. Dabei erfordern viele Erkrankungen spezielle Untersuchungsmethoden, um eine sichere Diagnose zu gewährleisten. Insbesondere bei der Behandlung von Gefäßerkrankungen aber auch bei der Tumorbehandlung kommt der bildgebenden Diagnostik eine stetig wachsende Bedeutung zu. Bei der Diagnose und Therapie von Arteriosklerose ist es beispielsweise wünschenswert, die im Gefäßsystem eines Patienten auftretenden und zur Arteriosklerose führenden Plaques quantitativ erfassen zu können. Eine Therapie ist beispielsweise durch Diät oder den Einsatz Cholesterin senkender Medikamente möglich. Bisher ist es lediglich möglich, einzelne Plaques im zeitlichen Verlauf zu kontrollieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem derartige Erkrankungen eines Patienten visualisierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Dabei werden zunächst wenigstens drei Bilddatensätze von einer interessierenden Region eines Untersuchungsobjektes unter Verwendung unterschiedlicher Messparameter und/oder unterschiedlicher bildgebender Messmethoden, gemessen. Darauf hin wird ein Differenzbild zwischen einem ersten und einem zweiten der Bilddatensätze gebildet. Das Differenzbild wird segmentiert und abschließend wird automatisch mittels einer Bildverarbeitungsmethode eine Überlagerung des Differenzbildes und des dritten Bilddatensatzes erzeugt und die Überlagerung auf einem Anzeigemedium dargestellt. Während im dritten Bilddatensatz die interessierende Region beispielsweise vollständig abgebildet wird, ist es durch Modifikation der Messparameter oder der Wahl einer bestmöglichen Messmethode für den ersten und den zweiten Bilddatensatz möglich, die Darstellung in der Überlagerung zu beeinflussen. So ist es möglich, unter bestmöglichen Abbildungsbedingungen verschiedene zur Klärung einer medizinischen Fragestellung notwendige Aspekte hervorzuheben. Die Abbildungseigenschaften verschiedener bildgebender Messmethoden oder verschiedener Messparameter sind grundsätzlich bekannt, so dass ein Fachmann bei entsprechender Fragestellung eine geeignete Kombination finden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird Magnetresonanztomographie als bildgebende Untersuchungsmethode ein gesetzt. Hier ergeben sich viele Möglichkeiten der bildlichen Darstellung verschiedener Erkrankungen. Durch die Optimierung der Messparameter lassen sich bestimmte Erkrankungen besonders deutlich hervorheben.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird der erste Bilddatensatz unter Verwendung von Messparametern oder einer bildgebenden Messmethode derart gemessen, dass auf ihm eine Erkrankung hervorgehoben dargestellt wird. Der zweite Bilddatensatz wird unter Verwendung von Messparametern oder einer bildgebenden Messmethode derart gemessen, dass auf ihm eine Darstellung der Erkrankung weitestgehend unterdrückt wird. Durch Differenzbildung entsteht ein Differenzbild, das lediglich die Erkrankung in der interessierenden Region aufzeigt. Durch Überlagerung des Differenzbildes mit dem dritten Bilddatensatz zeigt sich folglich ein Bild der interessierenden Region, auf dem die Erkrankung deutlich hervorgehoben ist. Dies erleichtert eine Diagnose oder eine Beurteilung der Erkrankung für den behandelnden Arzt. Insbesondere ihr Ausmaß kann so einfach beurteilt werden. Durch die Verwendung verschiedener Messmethoden oder Messparameter kann die jeweils optimale Abbildung für die zu untersuchende Erkrankung gewählt werden.
Zur Darstellung von Plaques ist insbesondere eine Darstellung des Fettgewebes erforderlich. Folglich wird in einem besonders vorteilhaften Verfahren die Messung des ersten Bilddatensatzes mittels Magnetresonanztomographie ohne Fettsättigung und die Messung des zweiten Bilddatensatzes mittels Magnetresonanztomographie mit Fettsättigung durchgeführt. Da die Bilder bis auf den Fettanteil entsprechend ihrer Messung übereinstimmen, bleibt nach Differenzbildung im entsprechenden Differenzbild lediglich das Fettgewebe des Patienten erhalten. Durch Überlagerung mit dem dritten Bilddatensatz lässt sich die Plaquelast des Gefäßsystems des Patienten auf einfache Weise beurteilen.
Da das Fettgewebe des Patienten im Allgemeinen nicht auf das Gefäßsystem beschränkt ist, wird das Differenzbild vor der Überlagerung erfindungsgemäß segmentiert. Dabei wird das im nicht im Gefäßsystem liegende Fettgewebe aus dem Bilddatensatz entfernt. Um auch in Gefäßwänden eingelagerte Plaques zu visualisieren, wird die Grenze für die Segmentierung etwas außerhalb der Gefäßwände angesetzt, so dass die in den Gefäßwänden liegenden Plaques im Bild vollständig erhalten bleiben.
Die Magnetresonanztomographie eignet sich insbesondere zur Darstellung des Gefäßsystems eines Patienten. Folglich wird in einem vorteilhaften Verfahren der dritte Bilddatensatz eine Angiographie oder eine dreidimensionale Angiographie des Patienten sein. Durch die Beschränkung des dritten Bilddatensatzes auf das Gefäßsystem lässt sich die Plaquelast anhand der Überlagerung mit dem Differenzbild besonders einfach beurteilen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand des im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines vorteilhaften Verfahrens und
2 eine schematische Darstellung einer Angiographie mit dargestellten Plaques.
Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt die Quantifizierung und Darstellung von Plaques im Gefäßsystem eines Patienten mittels Magnetresonanzuntersuchungen. Gemäß 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt S2 die Bilddatensätze gemessen. Dabei wird zunächst das Gefäßsystem in einer Magnetresonanzuntersuchung als Angiographie oder dreidimensionale Angiographie nach bekannten Methoden abgebildet. Der zweite Bilddatensatz ist eine Ganzkörperaufnahme, auf der insbesondere Fettgewebe sichtbar gemacht wird. Als dritter Bilddatensatz wird die gleiche Aufnahme wie im zweiten Bilddatensatz durchgeführt; diesmal allerdings mit Unterdrückung des Fettsignals. Dabei können verschiedene Sequenzen wie zum Beispiel Turbo-Spinecho, HASTE (Half-Fourier Acquisition Single-Shot Turbo-Spinecho) oder eine Protonendichte-Sequenz eingesetzt werden. Zur Unterdrückung des Fettsignals werden mittels bekannten Techniken die Fettprotonen durch frequenzselektive Hochfrequenzpulse gesättigt, so dass es zu einer Unterdrückung der entsprechenden Magnetresonanzsignale kommt. Im resultierenden Bilddatensatz ist das Fettgewebe nicht zu sehen.
In einem zweiten Verfahrensschritt S4 wird eine Differenzbildung durchgeführt. Dabei wird die Differenz zwischen den Aufnahmen mit und ohne Fettsättigung gebildet. Dadurch bleibt lediglich eine Darstellung des Fettgewebes des Patienten aus den entsprechenden Bilddatensätzen bestehen. Da neben den Plaques im Allgemeinen noch weiteres Fettgewebe im Körper des Patienten vorliegt, wird das Differenzbild in einem dritten Verfahrensschritt S6 segmentiert. Dadurch wird das nicht im Gefäßsystem liegende Fettgewebe entfernt, woraufhin lediglich die zum Gefäßsystem gehörenden Plaques in der Darstellung er halten bleiben. Dabei wird eine Grenze für die Segmentierung zweckmäßig etwas außerhalb der Gefäßwände gesetzt, so dass auch eventuell in den Gefäßwänden liegende Plaques erhalten bleiben. In einem vierten Verfahrensschritt S8 wird das Differenzbild mit der Angiographie überlagert. Dies kann sowohl manuell durch einen Arzt am Monitor geschehen als auch automatisiert mittels bekannten Bildverarbeitungsmethoden. In einem fünften Verfahrensschritt S10 wird das überlagerte Bild auf einem Anzeigemedium dargestellt, so dass der Arzt einen Überblick über die Anzahl und Verteilung der auftretenden Plaques bekommt.
In einem sechsten Verfahrensschritt S12 kann der Arzt die identifizierten Plaques einer detaillierten Untersuchung unterziehen. Dabei können wahlweise alle Plaques oder nur einzelne Plaques berücksichtigt werden. Eine Auswahl von Plaques erfolgt mit einer Computermaus. Sie werden in verschiedenen Magnetresonanzmessungen untersucht, so dass der Arzt detaillierte Informationen über ihre Größe und Zusammensetzung erhält. Dabei werden sowohl T1- und T2-gewichtete Messungen, als auch Messungen der Protonendichte durchgeführt. Es ist weiterhin möglich, die Volumina der einzelnen Plaques mit an sich bekannten Verfahren zu ermitteln. Aus den Volumina der einzelnen Plaques lässt sich eine Gesamtsumme berechnen.
Aus den Messdaten lässt sich für einen Arzt der Grad der Arteriosklerose des Patienten quantitativ beurteilen und eine entsprechende Therapie vorschlagen. Werden zum Beispiel viele Plaques mit einem hohen Gesamtvolumen im Körper des Patienten festgestellt, so ist der Einsatz Cholesterin senkender Medikamente unter Umständen indiziert. Gegenüber bekannten Verfahren, die lediglich einzelne Plaques im Verlauf kontrollieren könnten, hat die beschriebene Methode den Vorteil, die gesamte Plaquelast des Gefäßsystems des Patienten aufzuzeigen. Außerdem ist das Verfahren auch zur Visualisierung von Plaques geeignet, die das Lumen der entsprechenden Gefäße noch nicht einengen, aber dennoch für den Patienten eine Ge fahr darstellen. Diese so genannten vulnerablen Plaques können beispielsweise zu Schlaganfällen oder Herzinfarkten führen. Ein Großteil dieser Plaques engt das jeweilige Gefäß nicht ein, sondern besteht aus in der entsprechenden Gefäßwand eingelagertem Fettgewebe. Diese Art von Plaques ist mittels Blutflussmessungen und Röntgendurchleuchtung nicht zu diagnostizieren.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Angiographie des Gefäßsystems 2 des Patienten. Sie ist mittels Magnetresonanztomographie oder Computertomographie aufgenommen. Der Angiographie ist das Differenzbild aus zwei Ganzkörperaufnahmen mit und ohne Fettsättigung überlagert. Das Differenzbild ist segmentiert, so dass nur dem Gefäßsystem zugeordnetes Fettgewebe dargestellt wird. Die gezeigten Plaques 4 sind entsprechend an den Gefäßwänden einiger Gefäße zu erkennen. Dem diagnostizierenden Arzt ist somit ein einfaches Übersichtsbild gegeben, anhand dessen er sich eine einfache Übersicht über den Fortschritt der Arteriosklerose machen kann. Ebenfalls vorhandene vulnerable Plaques 6 sind ebenfalls zu erkennen.
Das Verfahren kann nicht nur zur Darstellung von Plaques, sondern auch bei ihrer Behandlung eingesetzt werden. So können die Plaques zur Platzierung eines Katheters gut lokalisiert werden und dadurch die Behandlung vereinfacht werden. Mittels des beschriebenen Verfahrens können ansonsten unter Röntgendurchleuchtung nicht sichtbare Plaques in den Gefäßwänden sichtbar und damit einer Behandlung zugängig gemacht werden.
Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf die Darstellung und Quantifizierung von Plaques mittels Magnetresonanztomographie beschränkt. Es lassen sich auch unterschiedliche Messmethoden zur Aufnahme der Bilddatensätze einsetzen. So können beispielsweise Magnetresonanzbilder mit Computertomographiebildern überlagert werden. Der Einsatz von Kontrastmitteln bietet ein breites Spektrum zur Messung der Bildda tensätze für die Differenzbildung zur Darstellung verschiedener Erkrankungen.

Claims

Verfahren zur Unterstützung einer bildgebenden medizinischen Untersuchungsmethode, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Messung von wenigstens drei Bilddatensätzen (S2) von zumindest einer interessierenden Region eines Untersuchungsobjekts unter Verwendung unterschiedlicher Messparameter und/oder unterschiedlicher bildgebender Messmethoden, – Bildung eines Differenzbilds (S4) eines ersten und eines zweiten der Bilddatensätze, – Segmentierung des Differenzbildes (S6), – automatisierte Überlagerung (S8) des segmentierten Differenzbilds und des dritten Bilddatensatzes mittels einer Bildverarbeitungsmethode und – Darstellung der Überlagerung (S10) auf einem Anzeigemedium.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem alle Bilddatensätze mit derselben Messmethode gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem alle Bilddatensätze mittels Magnetresonanztomographie gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Bilddatensatz mittels Magnetresonanztomographie gemessen werden und der dritte Datensatz mittels Computertomographie gemessen wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste Bilddatensatz unter Verwendung von Messparametern oder einer bildgebenden Messmethode derart gemessen wird, dass auf dem ersten Bilddatensatz eine Erkrankung eines Patienten hervorgehoben dargestellt wird und der zweite Bilddatensatz unter Verwendung von Messparametern oder einer bildgebenden Messmethode derart gemessen wird, dass auf dem zweiten Bild datensatz eine Darstellung der Erkrankung weitestgehend unterdrückt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste und der zweite Bilddatensatz jeweils eine Ganzkörperuntersuchung ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem die Messung des ersten Bilddatensatzes ohne Fettsättigung und die Messung des zweiten Bilddatensatzes mit Fettsättigung erfolgt.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der dritte Bilddatensatz eine Angiographie oder eine dreidimensionale Angiographie des Patienten ist.