DE102007007803B4

DE102007007803B4 - Verfahren zur automatischen Auswertung tomographischer Bilddatensätze, Tomographiesystem und Bildschirmarbeitsplatz

Info

Publication number: DE102007007803B4
Application number: DE102007007803.1A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Haras
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2027-02-17
Also published as: US20080212741A1; DE102007007803A1; US7835497B2

Abstract

Verfahren zur automatischen Auswertung tomographischer Bilddatensätze eines Patienten (7) bei einer diagnostischen Fragestellung für die die Struktur eines Wirbels (W) selbst von Belang ist, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Scan eines Patienten mit einem Tomographiesystem, 1.2. Rekonstruktion eines dreidimensionalen tomographischen Bilddatensatzes zumindest eines Teils des Patienten (7), 1.3. Bestimmung der räumlichen Position und Lage von Wirbeln (W), 1.4. automatische Ermittlung medizinisch relevanter Schnittflächen (Sa, Sf, Ss, Sz) gemäß einer zuvor definierten diagnostischen Fragestellung bezüglich Position, Orientierung und Ausdehnung zur Wirbelsäulendiagnostik, und 1.5. Erstellung und Anzeige von Schnittbildern dieser relevanten Schnittbildflächen (Sa, Sf, Ss, Sz), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 1.6. Bestimmung der Längsachse des Dornfortsatzes (D) des ausgewählten Wirbels (W), 1.7. Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte (ED, EB) und der winkelhalbierenden Ebene (= axiale Zwischenplattenebene) (M) zwischen Deckplatte und Bodenplatte, 1.8. Bestimmung der Ebene (= sagittale Wirbelebene) senkrecht zur axialen Zwischenplattenebene und parallel zur Längsachse des Dornfortsatzes, und 1.9. Errechnen einer Vielzahl von zur sagittalen Wirbelebene paralleler Schnittbildflächen (= sagittale Wirbel-Schnittbildflächen) (Ss).

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur automatischen Auswertung tomographischer Bilddatensätze eines Patienten, in Bezug auf die räumliche Position und Lage von Wirbeln und der lagegerechten Erzeugung von Schnitten im Bereich der Wirbel beziehungsweise im Bereich der Zwischenräume zwischen den Wirbeln. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Tomographiesystem und einen Bildschirmarbeitsplatz zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, automatisch Schnitte im Bereich der Wirbelsäule eines Patienten auf der Basis von zuvor ermittelten tomographischen Datensätzen zu gewinnen, wobei auch die Lage und Position der einzelnen Wirbel in den tomographischen Datensätzen automatisch erkannt und entsprechende Schnitte gelegt werden.
Diesbezüglich wird beispielsweise auf die Druckschrift W. A. Kalender, H. Brestowsky, D. Felsenberg, Radiology Vol. 168 No. 1, 1988, S. 219 bis 221, Bone Mineral Measurement: Automated Determination of Midvertebral CT Section, hingewiesen. Weiterhin wird auf die Druckschriften US 2006/0110017 A1 , DE 103 46 410 A1 und US 2002/0054662 A1 verwiesen.
Ein Problem bei den bisher bekannten Verfahren zur automatischen Auswertung von tomographischen Datensätzen besteht darin, dass die für den Operator notwenige Handarbeit extrem aufwendig ist. Es wird heutzutage für die Bestimmung der Ebenen von Schnittbildern im Bereich der Wirbelsäule je Wirbelsäulenabschnitt, also z. B. je HWS (= Halswirbelsäule), BWS (= Brustwirbelsäule) oder LWS (= Lendenwirbelsäule), ca. 5 min. benötigt. Werden bei der Betrachtung der Wirbelsäule mehrere solcher Abschnitte benötigt, multipliziert sich die benötigte Zeit entsprechend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren, ein Tomographiesystem und einen Bildschirmarbeitsplatz zu finden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder schlägt daher ein Verfahren zur automatischen Auswertung tomographischer Bilddatensätze eines Patienten bei einer diagnostischen Fragestellung, für die die Struktur eines Wirbels selbst von Belang ist, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vor.
Bei derartigen Schnittbildern ist es vorteilhaft, wenn diese den Wirbel mit Ausnahme der Querfortsätze vollständig umfassen. Außerdem sollte vorteilhaft zumindest eine der sagittalen Wirbel-Schnittbildflächen durch den Dornfortsatz selbst verlaufen.
In einer vorteilhaften Variante des oben beschriebenen Verfahrens schlägt der Erfinder vor, dass die relevanten Schnittbilder patientenspezifisch abgespeichert werden. Hierdurch ist es möglich, bei Bedarf jeweils die vorhandene Dokumentation nochmals zu betrachten beziehungsweise der Dokumentationspflicht genüge zu tun. Allerdings besteht hierbei auch das Problem, dass aufgrund des relativ hohen Speicherbedarfes pro Schnittbild sehr schnell enorme Datenmengen entstehen, die patientenspezifisch gespeichert werden müssen. Zur Verbesserung dieser Situation schlägt der Erfinder vor, dass lediglich die Position, Orientierung und Ausdehnung der relevanten Schnittbilder patientenspezifisch abgespeichert werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Referenz zum verwendeten tomographischen Bilddatensatz mit abgespeichert wird, so dass aus den Lageinformationen der Schnittbilder jederzeit die original automatisch erstellten Schnittbilder wieder erzeugt werden können.
In einer anderen Variante wird vorgeschlagen, zusätzlich zur Lage der relevanten Schnittbilder zumindest eine Referenz zu ursprünglichen Detektordaten, aus denen der verwendete tomographische Bilddatensatz rekonstruiert wurde, abzuspeichern. Hierdurch besteht die Möglichkeit, aufgrund der ursprünglichen Detektordaten des Scans des Patienten den tomographischen Bilddatensatz neu zu rekonstruieren, gegebenenfalls unter anderen Bedingungen zu rekonstruieren, und trotzdem die Schnittbilder an der zuvor bestimmten Stelle wieder zu erzeugen, wobei im Falle einer Rekonstruktion und unter anderen Randbedingungen zusätzlich weitere Bildinformationen in den relevanten Schnittbildern zu finden sind.
Bezüglich der automatischen Erstellung der relevanten Schnittbilder schlägt der Erfinder speziell vor, unterschiedliche Bereiche zu betrachten, wobei jeweils bei der Angabe einer diagnostischen Fragestellung der richtige Bereich durch das Auswerteverfahren gesucht und dann die relevanten Schnittebenen ermittelt werden. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die nachfolgend verwendeten Bezeichnungen der Schnittebenen sich jeweils auf die Achsen der betrachteten anatomischen Struktur, also zum Beispiel des oder der Wirbel oder der insgesamt betrachteten Wirbelsäule, beziehen und nicht auf die Hauptachsen des Patienten oder des CTs. Auf diese Weise werden Unklarheiten vermieden, die zum Beispiel bei starken Krümmungen der Wirbelsäule und der damit bedingten Schieflage relativ zu den Hauptachsen des Patienten oder des CTs entstehen könnten.
Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass bei der Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der der Zwischenwirbelbereich, gegebenenfalls mit benachbarten Deck- und Bodenplatten der benachbarten Wirbel, von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

– Bestimmung der Lage der Bodenplatte eines oben liegenden Wirbels,
– Bestimmung der Lage der Deckplatte eines darunter liegenden Wirbels,
– Bestimmung der Lage der winkelhalbierenden Fläche (= winkelhalbierende Zwischenwirbelfläche) zwischen zuvor bestimmter Boden- und Deckplatte, und
– Errechnen einer Vielzahl von zur winkelhalbierenden Fläche paralleler, vorzugsweise äquidistanter, Schnittbildflächen (= Zwischenwirbel-Schnittbildfläche).

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die beiden äußeren Zwischenwirbel-Schnittbildflächen jeweils die benachbarten Wirbel schneiden. Des Weiteren ist es auch vorteilhaft, wenn zusätzlich mindestens eine Schnittbildfläche errechnet wird, welche parallel zur und durch die Deckplatte des unteren Wirbels oder durch die Bodenplatte des oberen Wirbels verläuft.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens schlägt der Erfinder vor, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der die Struktur eines Wirbels selbst von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

– Bestimmung der Position der Endpunkte der Querfortsätze des ausgewählten Wirbels,
– Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte und der winkelhalbierenden Ebene (axialen Zwischenplattenebene) zwischen Deckplatte und Bodenplatte,
– Bestimmung der Ebene (= Koronalebene) parallel zur Verbindungslinie der Enden der Querfortsätze und senkrecht zur Zwischenplattenebene, und
– Errechnen einer Vielzahl von zur Koronalebene paralleler, vorzugsweise äquidistanter, Schnittbildflächen (= koronale Wirbel-Schnittbildflächen).

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die koronalen Wirbel-Schnittbildflächen derart ausgebildet sind, dass sie den Wirbel vollständig umfassen.
Sind bezüglich der diagnostischen Fragestellung der Struktur des Wirbels selbst axiale Schnitte von besonderer Bedeutung, so schlägt der Erfinder hierbei vor, dass die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

– Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte und der winkelhalbierenden Ebene (= axialen Zwischenplattenebene) zwischen Deckplatte und Bodenplatte, und
– Errechnen einer Vielzahl von zur axialen Zwischenplattenebene paralleler, vorzugsweise äquidistanter, Schnittbildflächen (= axiale Wirbel-Schnittbildflächen).

Auch hierbei ist es sinnvoll, wenn die Vielzahl der axialen Wirbel-Schnittbildflächen den Wirbel vollständig umfassen.
Zur Diagnostik des Spinalkanals schlägt der Erfinder vor, dass die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

– Bestimmung der Position der Mitte des Wirbelkanals in mehreren ausgewählten Wirbeln,
– Bestimmung der Lage der Längsachsen der Dornfortsätze der ausgewählten Wirbel,
– Bestimmung der mittleren Ebene (= mittlere sagittale Spinalebene) durch die Längsachse der Dornfortsätze und die Positionen der Mitte der Wirbelkanäle der ausgewählten Wirbel, und
– Errechnen zumindest einer Schnittbildfläche entlang der mittleren sagittalen Spinalebene.

Bei dieser Auswahl und Dimensionierung der Schnittbildflächen ist es vorteilhaft, wenn diese sagittalen Schnitte parallel zu der mittleren sagittalen Spinalebene geführt werden.
Ist weiterhin für die diagnostische Fragestellung die Wirbelsäule insgesamt von Belang, so werden erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

– Bestimmung der Position der Mitte der ausgewählten Wirbel,
– Bestimmung der Lage der Längsachsen der Dornfortsätze der ausgewählten Wirbel,
– Bestimmung der mittleren Ebene (= mittlere sagittale Wirbelebene) durch die Längsachse der Dornfortsätze und die Positionen der Mitte der ausgewählten Wirbel, und
– Errechnen zumindest einer Schnittbildfläche entlang der mittleren sagittalen Wirbelebene.

Auch hier sollte eine Vielzahl, vorzugsweise äquidistanter, sagittaler Schnittbildflächen parallel zu der mittleren sagittalen Wirbelebene geführt werden.
Des Weiteren wird in Bezug auf die Dimensionierung der Schnittbildflächen allgemein vorgeschlagen, dass diese derart ausgestaltet sind, dass der oder die darzustellenden Wirbel zumindest zu 50%, vorzugsweise zumindest zu 75%, formatfüllend im Bild dargestellt sind. Da im Bereich der CT-Aufnahmen und der entsprechenden Bilddarstellung meist Bildformate von 512×512 Pixel verwendet werden, ist es besonders günstig, hier relativ formatfüllend die zu betrachtenden Wirbel einzuschließen, da nur unter diesen Bedingungen eine ausreichende Detailauflösung gewährleistet wird.
Entsprechend einer weiteren Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass in mindestens einem Topogramm und/oder im dreidimensionalen tomographischen Bilddatensatz eine automatische Bezeichnung der Wirbel vorgenommen wird. Hierbei kann die Bezeichnung der Wirbel auf die in den Schnittflächenbildern gezeigten Wirbel übertragen werden, so dass bei der Anzeige eines Schnittflächenbildes jeweils der gezeigte Wirbel beziehungsweise der Zwischenraum zwischen zwei Wirbeln benannt wird.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die automatische Bezeichnung der Wirbel auf einer manuellen Angabe eines Wirbels aufsetzt. Dies ist beispielsweise besonders dann relevant, wenn lediglich ein Teil des Patienten gescannt wurde und dadurch Beginn oder Ende der Wirbelsäule nicht erkennbar ist, so dass eine automatische Nummerierung nur sehr schwer beziehungsweise mit einer hohen Fehlerrate möglich ist. Beispielsweise kann hierbei ein bestimmter Wirbel am Bildschirm markiert werden und die Nummerierung dieses Wirbels vom Operateur eingegeben werden, worauf basierend auf dieser Eingabe, die restlichen Wirbel des gescannten Bereiches automatisch durch die Maschine bezeichnet werden können.
Ergänzend wird weiterhin vom Erfinder vorgeschlagen, dem Operator zum Betrachten der Schnittbildflächen die Möglichkeit zu geben die automatisch ermittelten Ebenen, vorzugsweise mit einem Mausrad, auf einem Display durchzuscrollen, wobei es besonders günstig ist, wenn beim Durchscrollen neben der Ansicht der gerade angewählten Schnittbildfläche auch der aktuell gezeigte Schnitt in einer Übersichtsdarstellung der Wirbelsäule angezeigt wird. Das Durchscrollen findet dabei nicht, wie an sich bekannt, in einer Ebene statt, sondern es wird jeweils die Ebene der automatisch ermittelten Schnittbildflächen gezeigt. Entsprechend kippt diese Ebene beim Durchscrollen über mehrere Wirbel, entsprechend der Lage der Wirbel im Körper des Patienten. Hierfür können entweder die automatisch ermittelten Schnittbildflächen der Reihe nach aus einem Speicher abgerufen werden oder es werden auf der Basis zuvor gespeicherter Lagedefinitionen der Schnittbildflächen diese aus den Volumendaten des Patienten jeweils neu berechnet.
Ergänzend zum zuvor beschriebenen Verfahren schlägt der Erfinder auch ein Röntgen-CT-System mit einer Rechen- und Steuereinheit mit einem Speicher für Programmcode vor, wobei im Speicher der Rechen- und Steuereinheit ein Programmcode gespeichert sein soll, der im Betrieb die Verfahrensschritte gemäß einem der zuvor beschriebenen Verfahren durchführt.
Für den Fall, dass die Detektordaten beziehungsweise die daraus errechneten Bilddaten bereits vorliegen, so kann dieser entsprechende Programmcode auch in einem einfachen Bildschirmarbeitsplatz gespeichert werden, ohne dass unbedingt eine direkte Verbindung mit einem Röntgen-CT-System bestehen muss. Auf diese Weise kann ohne den Ablauf der CT-Untersuchungen zu stören eine entsprechende Bearbeitung der CT-Bilddaten zugeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: verschiebbare Patientenliege; 9: Systemachse des CT-Systems; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Speicher; 12: Computerarbeitsplatz; 13: Speicher des Computerarbeitsplatzes; 14: Datenbus; 15: Scanbereich; 16: sagittale Schnittebene relativ zum Patienten; 17: Mittellinie der Wirbelkörper einer Wirbelsäule; 18: Spinalkanal; a1 bis a5: Abstandslinien zwischen Deckplatte und Bodenplatte; D: Dornfortsatz; E_B: Ebene der Bodenplatte eines Wirbels; E_D: Ebene der Deckplatte eines Wirbels; HW1 bis HW7: Halswirbel; K: koronale Schnittebene entlang der Verbindung der Endpunkte der Querfortsätze eines Wirbels; LW1 bis LW5: Lendenwirbel; M: mittlere Schnittebene zwischen Deck- und Bodenplatte eines Wirbels; Prg₁–Prg_i–Prg_n: Computerprogramme; Q_L: Querfortsatz links; Q_R: Querfortsatz rechts; S: sagittale Schnittebene durch die Längsachse des Dornfortsatzes eines Wirbels; S_f: koronale Schnittfläche; S_k: koronale Schnittbildfläche; S_s: sagittale Schnittfläche; S_a: axiale Schnittfläche; TH1 bis TH12: Brustwirbel; W_k: Wirbelkörper; Z: mittlere Schnittebene zwischen Deck- und Bodenplatte zweier benachbarter Wirbel; Z1 bis Z10: Zwischenwirbelkörper – Schnittbildflächen.
Es zeigen im Einzelnen:
1: Schematische Darstellung eines CTs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: vollständige Wirbelsäule in seitlicher Ansicht mit Scanbereich und automatisch positionierten axialen Schnitten;
3: Wirbelsäule aus 2 in koronaler Ansicht;
4: Darstellung einer beispielhaften Variante zur Ermittlung einer mittleren Schnittebene zwischen zwei Wirbeln;
5: Darstellung axialer mitvertebraler Schnittebenen in Detailansicht von vier Wirbeln TH9 bis TH6;
6: Darstellung eines axialen Schnittes eines Wirbels mit automatisch angelegten koronalen Schnittbildern;
7: axialer Schnitt eines Wirbels mit automatisch angelegten sagittalen Schnittbildern;
8: Darstellung des Wirbels aus den 6 und 7 in seitlicher Ansicht mit axialen Schnitten durch den gesamten Wirbel;
9: koronaler Schnitt durch eine Wirbelsäule mit starker Skoliose und Darstellung des Verlaufs einer automatisch berechneten Mittellinie der Wirbel;
10: sagittaler Schnitt durch eine gekrümmte Halswirbelsäule, ähnlich der 9, wobei sich die Mittellinie in Schnittbildebene aufspannt und durch Begrenzungen markiert ist, und
11: ähnliche Darstellung wie 10, jedoch mit Markierung des Spinalkanals.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Tomographiesystems, hier ein CT-System 1, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Das CT-System 1 verfügt über ein Gantrygehäuse 6, in dem sich eine hier nicht näher dargestellte Gantry befindet, auf der zumindest ein Fokus-Detektor-System, bestehend aus einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3, gegebenenfalls auch ein zweites Fokus-Detektor-System, hier dargestellt durch die Röntgenröhre 4 und dem gegenüberliegenden Detektor 5, befinden. Die Fokus-Detektor-Systeme werden mit Hilfe der Gantry während des Scans gedreht, während der Patient 7 auf einer verschiebbaren Patientenliege 8 entlang der Systemachse 9 durch den Scanbereich der Fokus-Detektor-Systeme geschoben wird, so dass relativ zum Patienten eine spiralförmige Abtastung entsteht. Der Betrieb des CT-Systems 1 wird durch eine Steuer- und Recheneinheit 10 kontrolliert, welche einen Speicher 11 aufweist, in dem Programme Prg₁ bis Prg_n für den Betrieb der Anlage, die Auswertung der Detektordaten und die Rekonstruktion der tomographischen Datensätze verantwortlich sind. Erfindungsgemäß befindet sich in diesem Programmpool auch ein Programm Prg_i, welches ein Programmcode aufweist, der das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich der Auswertung der tomographischen Daten vornimmt. Gegebenenfalls kann durch ein solches Programm auch zusätzlich in die Steuerung des CT-Systems 1, beispielsweise durch eine entsprechende Kippung der Gantry gegenüber der Systemachse 9, eingegriffen werden.
Wie in der 1 dargestellt besteht auch die Möglichkeit, dass die Steuer- und Recheneinheit 10 des CT-Systems 1 an einen Datenbus 14 angeschlossen, an dem wiederum eine oder mehrere Arbeitsstationen 12 mit eigenem Speicher 13 angeschlossen sind. In diesen Arbeitsstationen 12 können dann, ohne die Arbeit des CT-Systems zu beeinflussen, Bildauswertungen im Sinne der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise können hier nach der Übertragung von tomographischen Bilddaten auf eine solche Arbeitsstation 12 die gewünschten Schnittebenen automatisch festgelegt werden und die Schnittebenen dargestellt werden.
Die 2 und 3 zeigen jeweils eine vollständige Wirbelsäule in einer seitlichen Ansicht beziehungsweise in einer Koronalansicht. Zur besseren Orientierung sind die Bezeichnungen der einzelnen Wirbel HW1 bis HW7 (Halswirbel), TH1 bis TH12 (Brustwirbel) und LW1 bis LW5 (Lendenwirbel), angeschrieben. Zusätzlich ist der Scanbereich des CTs 15 für diesen Patienten beispielhaft als gestrichelt dargestelltes Viereck eingetragen, so dass die eigentliche Bildbearbeitung und Bestimmung der relevanten Schnittebenen in diesem Bereich erfolgt. In der gezeigten Darstellung sind beispielhaft die automatisch ermittelten Schnittebenen des Zwischenwirbelbereiches mit den Schnittebenenpaketen Z1 bis Z10 dargestellt, die den Bereich vom 6. Halswirbel HW6 bis zum 9. Brustwirbel TH9 umfasst. Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, ist es hierbei nicht möglich, eine einzige Schnittebene zu verwenden, sondern es muss für jeden einzelnen Zwischenwirbelbereich eine neue Lage der Schnittebenen bestimmt werden und zwar nicht nur in der seitlichen Ansicht, sondern zusätzlich auch in der koronalen Ansicht, wie aus der 3 zu entnehmen ist. Eine derartige manuelle Auswahl der Schnittebenen ist aufwendig und führt gegebenenfalls am CT beziehungsweise allgemein am Tomographiesystem zu unerwünschten Wartezeiten.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Schnittbildflächen in der Praxis auch größer beabstandet sein können und/oder eine höhere Anzahl Schnittbildflächen erzeugt werden können, so dass die Pakete der Schnittbildflächen weiter in die Wirbel hineinreichen.
Die Mechanismen der Bildbearbeitung zur automatischen Bestimmung von gewünschten Schnittebenen, beispielsweise im Zwischenwirbelbereich – wie es in den 2 und 3 dargestellt ist –, sind grundsätzlich allgemein bekannt. Trotzdem wird in der 4 beispielhaft eine Variante zur Bestimmung der optimalen Zwischenebene dargestellt. Die 4 zeigt eine Röntgenaufnahme eines Zwischenwirbelbereiches mit einem oberen Wirbel TH1 und dem darunter liegenden Wirbel TH2. Die Mittelebene M wird nun so bestimmt, in dem eine Vielzahl von Abstandslinien a1 bis a5 zwischen der Bodenplatte des Wirbels TH1 und der Deckplatte des Wirbels TH2 ermittelt werden, deren Mittelpunkt bestimmt wird und eine mittlere Zwischenwirbelebene Z bestimmt wird, die die Mittelpunkte der Abstandslinien a1 bis a5 statistisch günstig annähert. Selbstverständlich kann dieses Verfahren nicht nur in einer Ebene durchgeführt werden, sondern es können die Abstandslinien auch im Raum zwischen Deckplatte und Bodenplatte ermittelt werden, so dass insgesamt eine Mittelebene Z berechnet wird, die einer winkelhalbierenden Ebene zwischen Boden- und Deckplatte benachbarter Wirbel möglichst nahe kommt.
Ein solches Ergebnis ist in der 5 nochmals in einer Vergrößerung dargestellt. Hier sind die Wirbel TH6 bis TH9 gezeigt. Zwischen den Wirbeln sind die mittleren Zwischenwirbelebenen Z – etwas fetter dargestellt – eingezogen und parallel zu diesen Ebenen Z werden automatisch die Zwischenwirbel-Schnittbildflächen äquidistant in Paketen Z8 bis Z10 eingetragen.
Diese so eingetragenen Zwischenwirbel-Schnittbildflächen kennen dann für die eigentliche Diagnostik entweder ausgedruckt werden, oder auf einem Bildschirm für den Arzt angezeigt werden. Erfindungsgemäß kann bei einer solchen Schnittbildfläche zusätzlich der jeweils geschnittene Wirbel beziehungsweise die Angabe der benachbarten Wirbel eingeblendet werden.
Die 6 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Wirbel, bestehend aus dem Wirbelkörper W_k, den hinten seitlich links und rechts angeordneten Querfortsätzen Q_L, Q_R und dem Dornfortsatz D. Zusätzlich ist der Spinalkanal 18 dargestellt, der zentral im Wirbel verläuft. Entsprechend den Vorstellungen des Erfinders werden nun im Falle der Angabe einer diagnostischen Relevanz koronale Schnitte automatisch durch die einzelnen Wirbel gelegt. Dies geschieht dadurch, dass eine Frontallinie bestimmt wird, die die beiden Querfortsätze Q_L und Q_R randseitig miteinander verbinden und damit eine erste Orientierung für die koronalen Schnittflächen, liefert. Zusätzlich wird die Orientierung der Mittelebene M – dargestellt in der 8 – zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte des Wirbelkörpers bestimmt und als koronale Schnittebene K die hierauf stehende senkrechte Ebene, die zur Orientierung der Verbindungslinie zwischen den Querfortsätzen parallel verläuft, verwendet.
Parallel zu dieser koronalen Schnittfläche F werden, vorzugsweise äquidistant, eine Vielzahl von koronalen Schnittbildflächen S_k automatisch aufgespannt, die den Wirbel durchschneiden und vollständig, weitgehend formatfüllend und vorzugsweise alle im gleichen Maßstab darstellen.
In der 7 sind sagittale Schnittbildflächen S_s dargestellt, die automatisch bestimmt werden, indem beim betrachtenden Wirbel wiederum die Mittelebene M – dargestellt in der 8 – zwischen Boden- und Deckplatte des Wirbelkörpers W_k ermittelt wird. Des Weiteren wird die Längsachse des Dornfortsatzes D bestimmt, zu der definitionsgemäß die sagittale Schnittebene S parallel verläuft. Die sagittale Schnittebene S wird vollständig dadurch definiert, dass sie senkrecht auf der Mittelebene M und parallel zur Längsachse des Dornfortsatzes D des Wirbels verläuft. Die sagittalen Schnittbildflächen S_s werden parallel hierzu aufgespannt. Der gesamte Satz an sagittalen Schnittbildflächen S_s wird dann äquidistant über den Wirbel verteilt, so dass die in diesen Schnittbildflächen S_s berechneten Darstellungen den Wirbel vollständig, weitgehend formatfüllend und vorzugsweise alle im gleichen Maßstab zeigen.
Sollen axiale Schnitte des ausgewählten Wirbels dargestellt werden, so wird entsprechend der 8 vorgegangen. Die 8 zeigt beispielhaft drei übereinander angeordnete Wirbel, wobei der mittlere Wirbel dem axial dargestellten Wirbel aus den 6 und 7 entsprechen soll. Dieser Wirbel weist ebenfalls eine obere Deckplatte und eine untere Bodenplatte auf, die jeweils eine Ebene E_D und E_B definieren. Die zwischen diesen Ebenen E_D und E_B gelegene mittlere winkelhalbierende Ebene M entspricht erfindungsgemäße der axialen Ebene des Wirbels. Die axialen Schnittbildflächen S des Wirbels werden somit parallel und äquidistant zu dieser axialen Schnittebene M über den gesamten Wirbel aufgespannt, so dass auch hier die Darstellung der Schnittbildflächen den Wirbel vollständig und weitgehend formatfüllend für eine optimale Diagnostik darstellen können. In der 8 sind die axialen Schnittebenen M des oberen und unteren Wirbels dargestellt, wobei zusätzlich die mittleren Ebenen E_D und E_B der jeweiligen Deck- und Bodenplatte gestrichelt gezeigt sind. Zur besseren Übersicht wurden beim mittleren Wirbel die Ebenen E_D und E_B weggelassen.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die in der Erfindung bezeichneten Richtungsangaben wie axial, koronal und sagittal sich jeweils auf die in Betracht stehende Knochenstruktur bezieht und nicht wie allgemein üblich auf den Patienten und seine Längsachse. Da diese Knochenstrukturen meist schräg zur Patientenlängsachse angeordnet sind, sind auch die zuvor genannten Ebenen relativ zum Patienten oblique angeordnet.
Werden die nun in den 2 bis 8 beschriebenen Schnittbildebenen automatisch ermittelt, so stehen dem Arzt alle relevanten Schnittbilder zur Verfügung, die er für eine optimale Diagnostik der Wirbelsäule benötigt. Im Rahmen der Erfindung wird auch vorgesehen, dass nicht automatisch generalisiert alle hier gezeigten Schnittbildebenen ermittelt werden, sondern dass lediglich die Schnittbildebenen ermittelt werden, die für die diagnostische Fragestellung relevant sind.
Die 9 bis 11 beschreiben nun nochmals ein weiteres Problem der Wirbelsäulendiagnostik. Hierbei soll einerseits der Spinalkanal der Wirbelsäule und andererseits die Strecke der Wirbelkörper gemeinsam in einem Bild aufgespannt werden. Problematisch ist dies beispielsweise bei starken Skoliosen eines Patienten. Hier ist die Wirbelsäule stark seitlich gekrümmt, so dass ein patientenbezogener sagittaler Schnitt durch 16 – wie er in der 9 gezeigt ist – nicht alle Wirbel der Wirbelsäule darstellen würde. Entsprechend schlägt der Erfinder vor, die Mittellinie 17 durch die einzelnen Wirbelkörper automatisch zu bestimmen und anschließend ein Bild zu erzeugen, welches einen Schnitt entlang der Mittellinie durch die Wirbelkörper in einer Ebene aufspannt.
Ein solches Bild ist beispielsweise in der 10 gezeigt, in der trotz starker Krümmung der Wirbelsäule ein Bild erzeugt wurde, welches alle Halswirbel und ein Teil der Brustwirbel in einer Schnittebene darstellt.
Entsprechend besteht auch die Möglichkeit, anstelle der Mittellinie der Wirbelkörper die Mittellinie des Spinalkanals in den einzelnen Wirbeln zu bestimmen und auch hier einen gekrümmten Schnitt hindurch zu legen und diesen, wie es in der 11 gezeigt ist, als ebenes Schnittbild darzustellen.
Auch diese Erzeugung von Schnittbildflächen gemäß der 10 für die Wirbelkörper beziehungsweise gemäß der 11 für den Spinalkanal können automatisch durchgeführt werden und entlasten damit die manuelle Arbeit am Bildschirm drastisch.
Insgesamt wird also mit der Erfindung eine Möglichkeit dargestellt, mit der der Workflow bei einer Wirbelsäulendiagnostik drastisch automatisiert werden kann und die Bearbeitungszeit pro Wirbelsäulenabschnitt von ca. 5 min auf 1 min gesenkt werden kann. Es können damit auch weniger versierte Anwender schnell ein zufriedenstellendes Ergebnis liefern, da durch die Automatisierung nur relativ wenig Fachwissen vorausgesetzt wird. Das zuvor beschriebene Verfahren kann sowohl in Verbindung mit CT-Daten als auch mit tomographischen Daten aus Magnetresonanzuntersuchungen oder anderen tomographischen Untersuchungen durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen. Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur automatischen Auswertung tomographischer Bilddatensätze eines Patienten (7) bei einer diagnostischen Fragestellung für die die Struktur eines Wirbels (W) selbst von Belang ist, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Scan eines Patienten mit einem Tomographiesystem, 1.2. Rekonstruktion eines dreidimensionalen tomographischen Bilddatensatzes zumindest eines Teils des Patienten (7), 1.3. Bestimmung der räumlichen Position und Lage von Wirbeln (W), 1.4. automatische Ermittlung medizinisch relevanter Schnittflächen (S_a, S_f, S_s, S_z) gemäß einer zuvor definierten diagnostischen Fragestellung bezüglich Position, Orientierung und Ausdehnung zur Wirbelsäulendiagnostik, und 1.5. Erstellung und Anzeige von Schnittbildern dieser relevanten Schnittbildflächen (S_a, S_f, S_s, S_z), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 1.6. Bestimmung der Längsachse des Dornfortsatzes (D) des ausgewählten Wirbels (W), 1.7. Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte (E_D, E_B) und der winkelhalbierenden Ebene (= axiale Zwischenplattenebene) (M) zwischen Deckplatte und Bodenplatte, 1.8. Bestimmung der Ebene (= sagittale Wirbelebene) senkrecht zur axialen Zwischenplattenebene und parallel zur Längsachse des Dornfortsatzes, und 1.9. Errechnen einer Vielzahl von zur sagittalen Wirbelebene paralleler Schnittbildflächen (= sagittale Wirbel-Schnittbildflächen) (S_s).
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der sagittalen Wirbel-Schnittbildflächen (S_s) den Wirbel (W) mit Ausnahme der Querfortsätze (Q_L, Q_R) vollständig umfassen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der sagittalen Wirbel-Schnittbildflächen durch den Dornfortsatz (S_s) verläuft.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittbilder dieser relevanten Schnittflächen (S_a, S_f, S_s, S_z) patientenspezifisch abgespeichert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position, Orientierung und Ausdehnung der relevanten Schnittbildflächen (S_a, S_f, S_s, S_z) abgespeichert werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine Referenz zum verwendeten tomographischen Bilddatensatz abgespeichert wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine Referenz zu ursprünglichen Detektordaten, aus denen der verwendete tomographische Bilddatensatz rekonstruiert wurde, abgespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der der Zwischenwirbelbereich gegebenenfalls mit benachbarten Deck- und Bodenplatten der benachbarten Wirbel (W) von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 8.1. Bestimmung der Lage der Bodenplatte (E_B) eines oben liegenden Wirbels, 8.2. Bestimmung der Lage der Deckplatte (E_D) eines darunter liegenden Wirbels (W), 8.3. Bestimmung der Lage der Winkelhalbierenden Ebene (= Winkelhalbierende Zwischenwirbelebene) (Z) zwischen zuvor bestimmter Boden- und Deckplatte, und 8.4. Errechnen einer Vielzahl von zur Winkelhalbierenden Ebene (Z) paralleler Schnittbildflächen (= Zwischenwirbel-Schnittbildfläche) (Z1–Z10).
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Zwischenwirbel-Schnittbildflächen jeweils die benachbarten Wirbel schneiden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Schnittbildfläche errechnet wird, welche parallel zur und durch die Deckplatte des unteren Wirbels verläuft.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine Schnittbildfläche errechnet wird, welche parallel zur und durch die Bodenplatte des oberen Wirbels verläuft.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der die Struktur eines Wirbels (W) selbst von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 12.1. Bestimmung der Position der Endpunkte der Querfortsätze (Q_R, Q_L) des ausgewählten Wirbels, 12.2. Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte (E_D, E_B) und der winkelhalbierenden Ebene (= axialen Zwischenplattenebene) (M) zwischen Deckplatte und Bodenplatte, 12.3. Bestimmung der Ebene (= Koronalebene) parallel zur Verbindungslinie (F) der Enden der Querfortsätze (Q_L, Q_R) und senkrecht zur mittleren Zwischenplattenebene (M), und 12.4. Errechnen einer Vielzahl von zur Koronalebene paralleler Schnittbildflächen (= koronale Wirbel-Schnittbildflächen) (S_k).
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der koronalen Wirbel-Schnittbildflächen (S_k) den Wirbel vollständig umfassen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der die Struktur eines Wirbels (W) selbst von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 14.1. Bestimmung der Ebenen der Deckplatte und Bodenplatte (E_D, E_B) und der winkelhalbierenden Ebene (= axialen Zwischenplattenebene) (M) zwischen Deckplatte und Bodenplatte, und 14.2. Errechnen einer Vielzahl von zur axialen Zwischenplattenebene paralleler Schnittbildflächen (= axiale Wirbel-Schnittbildflächen) (S_a).
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der axialen Wirbel-Schnittbildflächen (S_a) den Wirbel vollständig umfassen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittbildflächen (S_a, S_f, S_s, S_z) je relevanter Schnittebene (M, F, S, Z) äquidistant angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände aller Schnittbildflächen (S_a, S_f, S_s, S_z) je Schnittebene (M, F, S, Z) über alle Schnittebenen (M, F, S, Z) gleich sind.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der der Spinalkanal von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 18.1. Bestimmung der Position der Mitte des Wirbelkanals in mehreren ausgewählten Wirbeln, 18.2. Bestimmung der Lage der Längsachsen der Dornfortsätze der ausgewählten Wirbel, 18.3. Bestimmung der mittleren Ebene (mittlere sagittale Spinalebene) durch die Längsachse der Dornfortsätze und der Positionen der Mitte der Wirbelkanäle der ausgewählten Wirbel, und 18.4. Errechnen zumindest einer Schnittbildfläche entlang der mittleren sagittalen Spinalebene.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl, vorzugsweise äquidistanter, sagittaler Schnittbildflächen parallel zu der mittleren sagittalen Spinalebene geführt wird.
Verfahrene gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angabe einer diagnostischen Fragestellung bei der die Wirbelsäule insgesamt von Belang ist, zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: 20.1. Bestimmung der Position der Mitte der ausgewählten Wirbel, 20.2. Bestimmung der Lage der Längsachsen der Dornfortsätze der ausgewählten Wirbel, 20.3. Bestimmung der mittleren Ebene (mittlere sagittale Wirbelebene) durch die Längsachse der Dornfortsätze und der Positionen der Mitte der ausgewählten Wirbel, und 20.4. Errechnen zumindest einer Schnittbildfläche entlang der mittleren sagittalen Wirbelebene.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl, vorzugsweise äquidistanter, sagittaler Schnittbildflächen parallel zu der mittleren sagittalen Wirbelebene geführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittbildflächen derart dimensioniert sind, dass der oder die darzustellenden Wirbel zumindest zu 50%, vorzugsweise zumindest zu 75%, formatfüllend dargestellt ist/sind.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Topogramm und/oder im dreidimensionalen tomographischen Bilddatensatz eine automatische Bezeichnung (HW1–7, TH1–12, LW1–5) der Wirbel (W) vorgenommen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bezeichnung (HW1–7, TH1–12, LW1–5) der Wirbel (W) auf die in den Schnittflächenbildern gezeigten Wirbel übertragen wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 23 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Bezeichnung der Wirbel (W) auf einer manuellen Angabe eines Wirbels aufsetzt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Bildschirmdarstellung dem Operator zum Betrachten der Schnittbildflächen die Möglichkeit gegeben wird die automatisch ermittelten Ebenen, vorzugsweise mit einem Mausrad, durchzuscrollen.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchscrollen neben der gerade angewählten Schnittbildfläche auch der aktuell gezeigte Schnitt in einer Übersichtsdarstellung der Wirbelsäule angezeigt wird.
Tomographiesystem mit einer Rechen- und Steuereinheit (10) mit einem Speicher (11) für Programmcode (Prg₁–Prg_n), dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (11) der Rechen- und Steuereinheit (10) Programmcode (Prg_i) gespeichert ist, der im Betrieb die Verfahrensschritte gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche durchführt.
Bildschirmarbeitsplatz mit einer Recheneinheit (10) mit einem Speicher (11) für Programmcode (Prg₁–Prg_n), dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (11) der Rechen- und Steuereinheit (10) ein Programmcode (Prg_i) gespeichert ist, der im Betrieb die Verfahrensschritte gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche durchführt.