DE102017221280A1

DE102017221280A1 - Method and apparatus for the simulation of neurological injuries

Info

Publication number: DE102017221280A1
Application number: DE102017221280.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schmidt
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation neurologischer Verletzungen umfassend die Schritte:- Erstellung und/oder Bereitstellung von dreidimensionalen medizinischen Bilddaten (BD),- Segmentierung des neuronalen Gewebes (NG) und der Hüll- und Stützstrukturen (ST),- Erstellung eines Modells (M) mit einem Neuronalgewebe-Modell (NM) und einem Stützstrukturmodell (SM),- Zuordnung von mechanischen Eigenschaften zu dem Stützstruktur-Modell (SM) und optional zu dem Neuronalgewebe-Modell (NM),- Simulation einer mechanischen Belastungen des Neuronalgewebe-Modells (NM) durch das Stützstruktur-Modell (SM),- Ausgabe von Ergebnissen der Simulation. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Simulations-Vorrichtung bzw. eine Steuereinrichtung für ein medizintechnisches bildgebendes sowie ein entsprechendes medizintechnisches bildgebendes System.The invention relates to a method for the simulation of neurological injuries comprising the steps of: creating and / or providing three-dimensional medical image data (BD), segmenting the neuronal tissue (NG) and the envelope and support structures (ST), creating a model ( M) with a neuronal tissue model (NM) and a support structure model (SM), - assignment of mechanical properties to the support structure model (SM) and optionally to the neuronal tissue model (NM), - simulation of a mechanical load on the neuronal tissue model (NM) through the support structure model (SM), - output of simulation results. The invention also relates to a corresponding simulation device or a control device for a medical imaging and a corresponding medical imaging system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Simulations-Vorrichtung zur Simulation neurologischer Verletzungen sowie eine Steuereinrichtung für ein medizintechnisches bildgebendes System und ein entsprechendes medizintechnisches bildgebendes System.The invention relates to a method and a simulation device for the simulation of neurological injuries and to a control device for a medical imaging system and a corresponding medical imaging system.

Bei Schwerstverletzten, z.B. Patienten mit einem Polytrauma, stehen in der Akuttherapie nach der Kreislaufstabilisierung in der Regel die neurologischen Verletzungen im Vordergrund, insbesondere Verletzungen des Gehirns und des Rückenmarks. Der Grund dafür ist, dass das zentrale Nervensystem („ZNS“) bei Erwachsenen nur minimale Regenerationsmöglichkeiten besitzt, so dass Schäden meist irreversibel sind. Außerdem ist das ZNS komplett von Knochen, z.B. den Schädelknochen und den Knochen der Wirbelsäule umgeben. Bei Verletzungen der umgebenden Knochen können diese das ZNS einklemmen und quetschen oder gar beschädigen. Daher sollte es eine der ersten Aufgaben des Radiologen bei der Untersuchung eines Polytraumas sein, eine Aussage darüber zu machen, ob sowohl die Wirbelsäule, als auch der Schädel stabil bzw. intakt sind.In the severely injured, e.g. Patients with polytrauma, in the acute therapy after cardiovascular stabilization are usually the neurological injuries in the foreground, especially injuries to the brain and spinal cord. The reason for this is that the central nervous system ("CNS") in adults has only minimal regeneration possibilities, so that damage is mostly irreversible. In addition, the CNS is complete of bone, e.g. surrounding the skull bone and the spine bones. In the case of injuries to the surrounding bones, these can pinch, squeeze or even damage the CNS. Therefore, one of the first tasks of the radiologist in studying a polytrauma should be to make a statement as to whether both the spine and the skull are stable or intact.

Dies ist jedoch mit der zur Zeit bekannten Technologie schwierig, da zwar in der Regel Frakturen erkannt werden können, es aber nicht klar ist, wie sich diese Frakturen im Hinblick auf das ZNS auswirken, bzw. ob durch diese Frakturen das ZNS geschädigt werden könnte. In einem Beispielfall könnte ein feiner Riss in einem Wirbelknochen als stabil bewertet werden, bei Umlagerung des Patienten jedoch aufklaffen. Dabei könnte ein Knochenfragment „abrutschen“ und das Rückenmark einklemmen. Da der Patient z.B. auf einem CT-Tisch auf dem Rücken liegt, ist während der Aufnahme auch keine Last auf der Wirbelsäule, und es ist schwierig zu entscheiden, wie sich die Frakturstelle bei Belastung verhalten wird. However, this is difficult with the currently known technology because, although fractures can usually be detected, it is not clear how these fractures affect the CNS, or whether these fractures could damage the CNS. In one example, a fine tear in a vertebral bone could be considered stable but open up when the patient is rearranged. It could "slip off" a bone fragment and pinch the spinal cord. As the patient e.g. resting on a CT table on the back, there is no load on the spine during shooting, and it is difficult to decide how the fracture site will behave under load.

Entsprechendes gilt für den Schädel und für den Übergang Wirbelsäule-Schädel (Atlantoaxialgelenk).The same applies to the skull and the transition spine skull (Atlantoaxialgelenk).

Die Entscheidung einer gefahrlosen Bewegung des Patienten muss in der Regel sehr schnell erfolgen, weil davon die weitere Versorgung des Patienten abhängt. Wenn der Patient z.B. eine akute Blutung im Bauch hat, würde diese zuerst versorgt, wenn die Wirbelsäule vorerst stabil ist. Ist die Wirbelsäule aber instabil, so dass eine Querschnittlähmung droht, sollte vielleicht entschieden werden, den Kreislauf provisorisch zu stabilisieren und zuerst die Wirbelsäule zu operieren. In der Regel können falsche Entscheidungen in dieser Hinsicht äußerst nachteilhafte Konsequenzen haben.The decision of a safe movement of the patient must usually be made very quickly, because it depends on the further care of the patient. If the patient is e.g. If there is an acute bleeding in the abdomen, it will be taken care of first when the spine is stable for the time being. However, if the spine is unstable, causing paraplegia, it may be decided to provisionally stabilize the circulation and first operate on the spine. As a rule, wrong decisions in this regard can have extremely adverse consequences.

Derzeit sind einige Maßnahmen zur Immobilisierung des Patienten bekannt, wie z.B. Vakuummatratzen, Halskrausen oder ähnliches. Diese verhindern Schäden an der Wirbelsäule, behindern jedoch die weitere Versorgung und helfen nicht bei der Entscheidung, welche Läsion zuerst versorgt werden muss.At present, some measures for immobilizing the patient are known, e.g. Vacuum mattresses, neck collars or the like. These prevent damage to the spine, but hinder further care and do not help in deciding which lesion needs to be treated first.

Eine Entscheidung über die Bewegung des Patienten erfolgt heute lediglich anhand der Erfahrung des Radiologen.A decision on the movement of the patient is made today only on the basis of the experience of the radiologist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, komfortableres Verfahren und eine entsprechende Simulations-Vorrichtung sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer medizintechnischen bildgebenden Systems zur Erzeugung von Bilddaten und ein entsprechendes medizintechnisches bildgebendes System zur Verfügung zu stellen, mit denen die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.It is an object of the present invention to provide an alternative, more comfortable method and a corresponding simulation device as well as a control device for controlling a medical imaging system for generating image data and a corresponding medical imaging system which avoids the disadvantages described above become.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Simulations-Vorrichtung nach Patentanspruch 11 sowie durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 12 und ein medizintechnisches bildgebendes System nach Patentanspruch 13 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1, a simulation device according to claim 11 and by a control device according to claim 12 and a medical imaging system according to claim 13.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Simulation neurologischer Verletzungen und umfasst die folgenden Schritte:

- Erstellung und/oder Bereitstellung von Bilddaten. Diese Bilddaten sind Teil eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Körperbereichs eines Patienten, der ein Mensch oder ein Tier sein kann. Sie können z.B. mittels Computertomographie oder Kernspintomographie aufgenommen worden sein oder über ein aus einer Speichereinrichtung oder durch ein Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können die Bilddaten aus einer Bilddatenrekonstruktionseinheit stammen oder von einem RIS bzw. PACS (RIS: Radiologieinformationssystem; PACS: Picture Archiving and Communication System = Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem).
- Segmentierung von neuronalem Gewebe in den Bilddaten. Besonders bevorzugt umfasst das segmentierte neuronale Gewebe Nervengewebe des zentralen Nervensystems („ZNS“). Das neuronale Gewebe kann z.B. Nervengewebe des Rückenmarks bzw. des Gehirns sein.

The method according to the invention serves to simulate neurological injuries and comprises the following steps:

- Creation and / or provision of image data. This image data is part of a three-dimensional image data set of a body region of a patient, which may be a human or an animal. They may, for example, have been recorded by means of computed tomography or magnetic resonance tomography or may be made available via a memory device or through a network. For example, the image data may originate from an image data reconstruction unit or from a RIS or PACS (PACS: Picture Archiving and Communication System).
- Segmentation of neuronal tissue in the image data. Most preferably, the segmented neural tissue comprises central nervous system ("CNS") nerve tissue. The neuronal tissue may be, for example, nerve tissue of the spinal cord or of the brain.

Die Segmentierung im Sinne der Erfindung betrifft ein Teilgebiet der digitalen Bildverarbeitung. Bei der Segmentierung werden inhaltlich zusammenhängende Regionen durch eine Zusammenfassung benachbarter Pixel oder Voxel entsprechend einem bestimmten Homogenitätskriterium erzeugt. Im Stand der Technik sind mannigfaltige Verfahren zur automatischen Segmentierung bekannt. In der Regel werden sie in pixel-, kanten- und regionenorientierte Verfahren eingeteilt. Zusätzlich werden modellbasierte Verfahren, bei denen man von einer bestimmten Form der Objekte ausgeht, und texturbasierte Verfahren, bei denen auch eine innere homogene Struktur der Objekte berücksichtigt wird, unterschieden. Die Grenzen zwischen den Verfahren sind oft fließend. Auch kann man verschiedene Verfahren kombinieren, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Eine Segmentierung kann aber auch im Rahmen eines nichtautomatischen Verfahrens erfolgen bei dem die Einteilung manuell vorgenommen wird vor. Bevorzugt ist auch eine semiautomatische Bearbeitung, bei der besonders bevorzugt zunächst eine automatische Segmentierung erfolgt, die anschließend manuell überprüft wird.The segmentation according to the invention relates to a sub-area of digital image processing. In segmentation, content-related regions are represented by a Summary of adjacent pixels or voxels generated according to a specific homogeneity criterion. Various techniques for automatic segmentation are known in the art. Usually, they are divided into pixel-, edge- and region-oriented methods. In addition, a distinction is made between model-based methods based on a specific form of the objects and texture-based methods, which also take into account an internal homogeneous structure of the objects. The boundaries between the procedures are often fluid. Also, one can combine different methods to achieve better results. However, a segmentation can also take place in the context of a non-automatic method in which the classification is made manually before. Preference is also given to semi-automatic processing, in which, with particular preference, automatic segmentation first takes place, which is subsequently checked manually.

Bei der Segmentierung werden also Bereiche, die dem entsprechenden Gewebe bzw. den entsprechenden anatomischen oder pathologischen Strukturen zugeordnet werden, markiert oder computerverständlichen Datenobjekten zugewiesen.

- Segmentierung von Hüll- und Stützstrukturen. Wie in dem vorangehenden Schritt werden statt des neuronalen Gewebes die Hüll- und Stützstrukturen in den Bilddaten segmentiert, also diejenigen Strukturen, welche das neuronale Gewebe umgeben und dieses einhüllen bzw. stützen. Dabei handelt es sich insbesondere um Knochen, ggf. aber auch um Bindegewebe, Knorpel oder Muskeln.
- Erstellung eines Modells zumindest umfassend ein Neuronalgewebe-Modell basierend auf dem segmentierten neuronalen Gewebe und ein Stützstruktur-Modell basierend auf den segmentierten Hüll- und Stützstrukturen. Das Neuronalgewebe-Modell repräsentiert also das in der Realität vorliegende neuronale Gewebe und kann dabei z.B. einfach als Volumen vorliegen ohne eine innere Struktur aufweisen zu müssen. Es kann aber auch strukturiert sein, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Entsprechend repräsentiert das Stützstruktur-Modell die bei dem Patienten vorliegenden das neurale Gewebe umgebenden Knochen, Bindegewebe, Knorpel oder Muskeln.
- Zuordnung von mechanischen Eigenschaften. Zumindest dem Stützstruktur-Modell optional aber auch dem Neuronalgewebe-Modell werden mechanischen Eigenschaften zugeordnet. Dies kann beispielsweise mittels einer Datenbank mit mechanischen Eigenschaften erfolgen. Beispiele für mechanische Eigenschaften wären Elastizität, insbesondere das E-Modul, Bruchfestigkeit, Scherfestigkeit und ähnliche Eigenschaften. Bevorzugte mechanische Eigenschaften des Stützstruktur-Modells umfassen insbesondere Festigkeit und/oder Bewegungsmöglichkeiten von Knochen, und ggf. auch Federkräfte zwischen den Elementen, die den elastischen Einfluss von Knorpel- und Muskelgewebe auf Knochen repräsentieren. Bezüglich des Neuronalgewebe-Modells können die mechanischen Eigenschaften beispielsweise elastische Eigenschaften oder Maximalbelastungen sein. Sie können aber auch einfach eine maximal zulässige Eindringtiefe von Objekten in das Volumen des Neuronalgewebe-Modells wiedergeben. Unterschiedliche Teile des Stützstruktur-Modells und/oder des Neuronalgewebe-Modells können auch unterschiedliche Eigenschaften haben, was die Realität besser wiederspiegelt.
- Simulation. Dabei wird eine mechanische Belastung, insbesondere eine Reihe von unterschiedlichen mechanischen Belastungen, des Neuronalgewebe-Modells durch das Stützstruktur-Modell simuliert. Bevorzugt wirkt im Rahmen der Simulation ein äußerer Einfluss (z.B. Kräfte) auf das Stützstruktur-Modell, welcher in der Simulation zu einer Verformung des Stützstruktur-Modells basierend auf den vorher zugewiesenen mechanischen Eigenschaften führt. Bewegen sich Teile des Stützstruktur-Modells in Richtung von Teilen des Neuronalgewebe-Modells kann im Rahmen der Simulation, ggf. mit den mechanischen Eigenschaften des Neuronalgewebe-Modells festgestellt werden, welche Kräfte auf das Neuronalgewebe-Modell wirken und wie dieses deformiert oder komprimiert wird. Da das Stützstruktur-Modell als auch das Neuronalgewebe-Modell reale Strukturen bzw. Gewebe des Patienten repräsentieren, kann damit simuliert werden, was im Inneren des Patienten bei entsprechenden äußeren Einwirkungen vorgehen würde, ohne den Patienten diesen Einwirkungen (z.B. Bewegungen) auszusetzen.
- Ausgabe von Ergebnissen der Simulation. Die Ausgabe erfolgt vorzugsweise über eine Benutzerschnittstelle, besonders bevorzugt in einer grafischen Form. Die Ergebnisse können beispielsweise auf dem Monitor eines Computers ausgegeben werden, z.B. als Belastungsdiagramm oder als Film oder Bildsequenz. Auch könnte eine akustische Wiedergabe ggf. zur Unterstützung hilfreich sein, z.B. Warntöne, wenn ein Schwellwert der Belastung des Neuronalgewebe-Modells überschritten wird. Es können aber auch Belastungswerte an eine Recheneinheit für eine weitere Verarbeitung ausgegeben werden.

In the segmentation, therefore, areas which are assigned to the corresponding tissue or the corresponding anatomical or pathological structures are marked or assigned to computer-intelligible data objects.

- Segmentation of envelope and support structures. As in the previous step, instead of the neural tissue, the envelope and support structures are segmented in the image data, ie, those structures surrounding and enveloping the neuronal tissue. These are, in particular, bones, but possibly also connective tissue, cartilage or muscles.
Creation of a model at least comprising a neuronal tissue model based on the segmented neuronal tissue and a support structure model based on the segmented envelope and support structures. The neuronal tissue model thus represents the neuronal tissue present in reality and may simply be present as a volume without having to have an internal structure. But it can also be structured, as will be described in more detail below. Accordingly, the support structure model represents the bone, connective tissue, cartilage or muscle surrounding the neural tissue present in the patient.
- Assignment of mechanical properties. At least the support structure model optionally but also the neuronal tissue model are assigned mechanical properties. This can be done for example by means of a database of mechanical properties. Examples of mechanical properties would be elasticity, in particular modulus of elasticity, breaking strength, shear strength and similar properties. Preferred mechanical properties of the support structure model include in particular strength and / or movement possibilities of bones, and possibly also spring forces between the elements, which represent the elastic influence of cartilage and muscle tissue on bones. With regard to the neuronal tissue model, the mechanical properties may be, for example, elastic properties or maximum stresses. But you can also simply reflect a maximum allowable penetration of objects into the volume of the neuronal tissue model. Different parts of the support structure model and / or the neuronal tissue model can also have different properties, which better reflects the reality.
- Simulation. In this case, a mechanical load, in particular a series of different mechanical loads, of the neuronal tissue model is simulated by the support structure model. In the context of the simulation, an external influence (eg forces) preferably acts on the support structure model, which leads in the simulation to a deformation of the support structure model based on the previously assigned mechanical properties. If parts of the support structure model move in the direction of parts of the neuronal tissue model, it can be determined within the simulation, possibly with the mechanical properties of the neuronal tissue model, which forces act on the neuronal tissue model and how it is deformed or compressed. Since the support structure model as well as the neuronal tissue model represent real structures or tissue of the patient, it can be used to simulate what would happen inside the patient with corresponding external influences without exposing the patient to these effects (eg movements).
- Output of results of the simulation. The output preferably takes place via a user interface, particularly preferably in a graphical form. For example, the results can be output on the monitor of a computer, such as a stress diagram or a movie or image sequence. Also, an acoustic rendition may be helpful in assisting, eg, alert tones when a threshold of neuronal tissue model stress is exceeded. However, load values can also be output to an arithmetic unit for further processing.

Beispielsweise hat ein Patient hat nach einem Sturz eine Wirbelkörperfraktur im Lendenwirbelbereich. Das entsprechende Segment der Wirbelsäule wird wie vorangehend beschrieben als Modell segmentiert, und es werden den Teilen des Modells, zumindest den Teilen des Stützstruktur-Modells, unterschiedliche mechanische Eigenschaften zugewiesen. Dabei wird der Bruchstelle des Wirbelkörpers nur eine sehr geringe Festigkeit zugeordnet und wird als eigenständig bewegliches Element angesehen. Bei der Simulation zeigt sich, dass Querkräfte, wie sie z.B. beim Umlagern auftreten, nur eine geringe Verschiebung der Bruchstelle bewirken, aber eine Kraft in Längsrichtung der Wirbelsäule ein Fragment in Richtung des Rückenmarks verschieben würde, was dieses schädigen würde (siehe dazu auch 1). Dies alles ergibt sich als Ergebnis der Simulation der Wirkung des Stützstruktur-Modells auf das Neuronalgewebe-Modell. Als Konsequenz kann das Ergebnis der Simulation letztendlich zu der Entscheidung führen, zunächst bei entsprechend stabilisierten Patienten dringendere Operationen vorzuziehen, wobei eine Stabilisierung der Wirbelsäule dann im Anschluss erfolgen würde, bevor der Patient aufsteht. For example, a patient has a vertebral fracture in the lumbar region after a fall. The corresponding segment of the spine is segmented as described above as a model, and different mechanical properties are assigned to the parts of the model, at least to the parts of the support structure model. In this case, the fracture site of the vertebral body is assigned only a very low strength and is considered as an independent movable element. The simulation shows that lateral forces, such as those occurring during rearrangement, cause only a small displacement of the fracture site, but a force in the longitudinal direction of the spine would displace a fragment in the direction of the spinal cord, which would damage it (see also 1 ). All this results from the simulation of the effect of the support structure model on the neuronal tissue model. As a consequence, the result of the simulation may ultimately lead to the decision to first prefer more urgent surgery with appropriately stabilized patients, with stabilization of the spine then occurring before the patient gets up.

Das Ergebnis der Simulation könnte aber auch eine automatische Bildaufnahme des kritischen Bereichs in höchster Auflösung veranlassen, aus dem ein Befunder eine mögliche Schädigung des Rückenmarks erkennen könnte. Es wäre aber auch möglich, eine Stabilisierungseinrichtung entsprechend des Simulationsergebnisses entsprechend zu steuern. So kann z.B. der Sog einer Vakuummatratze automatisch erhöht oder verringert werden, sobald die Simulation ergibt, dass eine stärkere Stabilisierung nötig oder nicht nötig ist.However, the result of the simulation could also trigger an automatic image acquisition of the critical area in the highest resolution, from which a medical expert could recognize a possible damage to the spinal cord. But it would also be possible to control a stabilization device according to the simulation result accordingly. Thus, e.g. the suction of a vacuum mattress is automatically increased or decreased as soon as the simulation shows that a stronger stabilization is necessary or not necessary.

Eine erfindungsgemäße Simulations-Vorrichtung zur Simulation neurologischer Verletzungen ist besonders bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt und umfasst die folgenden Komponenten:A simulation device according to the invention for simulating neurological injuries is particularly preferably designed for carrying out the method according to the invention and comprises the following components:

Eine Einheit zur Erstellung und/oder Bereitstellung von Bilddaten eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Körperbereichs eines Patienten. Diese Einheit kann
z.B. eine Bilddatenrekonstruktionseinheit aber auch einfach eine Schnittstelle zum Empfang von Bilddaten aus einer Speichereinrichtung oder durch ein Netzwerk sein.A unit for creating and / or providing image data of a three-dimensional image data set of a body region of a patient. This unit can
For example, an image data reconstruction unit but also simply an interface for receiving image data from a storage device or through a network.

Eine Segmentierungseinheit zur Segmentierung von neuronalem Gewebe und von Hüll- und Stützstrukturen in den Bilddaten, und zur Erstellung eines Modells. Dieses Modell umfasst zumindest ein Neuronalgewebe-Modell basierend auf dem segmentierten neuronalen Gewebe und ein Stützstrukturmodell basierend auf den segmentierten Hüll- und Stützstrukturen.A segmentation unit for segmenting neuronal tissue and envelope and support structures in the image data, and creating a model. This model includes at least one neuronal tissue model based on the segmented neural tissue and a support structure model based on the segmented envelope and support structures.

Eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung von mechanischen Eigenschaften zumindest zu dem Stützstruktur-Modell und optional zu dem Neuronalgewebe-Modell.An allocation unit for the assignment of mechanical properties at least to the support structure model and optionally to the neuronal tissue model.

Eine Simulationseinheit zur Simulation einer mechanischen Belastung des Neuronalgewebe-Modells durch das Stützstruktur-Modell.A simulation unit for simulating a mechanical load of the neuronal tissue model by the support structure model.

Eine Benutzerschnittstelle, z.B. ein Computerterminal oder einen Bildschirm, zur Ausgabe der Ergebnisse der Simulation.A user interface, e.g. a computer terminal or a screen to output the results of the simulation.

Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Steuerung eines medizintechnischen Systems ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Alternativ oder ergänzend umfasst eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung eine erfindungsgemäße Simulations-Vorrichtung.A control device according to the invention for controlling a medical-technical system is designed for carrying out a method according to the invention. Alternatively or additionally, a control device according to the invention comprises a simulation device according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes medizintechnisches bildgebendes System umfasst eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung.An inventive medical imaging system comprises a control device according to the invention.

Ein Großteil der zuvor genannten Komponenten der Simulations-Vorrichtung oder der Steuereinrichtung, können ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen in einem Prozessor einer entsprechenden Simulations-Vorrichtung oder Steuereinrichtung realisiert werden. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Simulations-Vorrichtungen oder Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechenvorrichtung bzw. Steuereinrichtung eines Computertomographiesystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Rechenvorrichtung bzw. Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.A majority of the aforementioned components of the simulation device or of the control device can be implemented wholly or partly in the form of software modules in a processor of a corresponding simulation device or control device. A largely software implementation has the advantage that even previously used simulation devices or control devices can be easily retrofitted by a software update to work in the manner of the invention. In this respect, the object is also achieved by a corresponding computer program product with a computer program which can be loaded directly into a memory device of a computing device or control device of a computed tomography system, with program sections to execute all the steps of the method according to the invention when the program is executed in the computing device or control device becomes. Such a computer program product, in addition to the computer program optionally additional components such. For example, documentation and / or additional components may include hardware components, such as hardware. Hardware keys (dongles, etc.) for using the software include.

Zum Transport zur Rechenvorrichtung bzw. Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Rechenvorrichtung bzw. Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechenvorrichtung bzw. Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.For transport to the computing device or control device and / or for storage at or in the computing device or control device, a computer-readable medium, for example a memory stick, a hard disk or another portable or permanently installed data carrier, on which the data from a computing device or computer unit the controller readable and executable program sections of the Computer program are stored. For example, the computer unit may have one or more cooperating microprocessors or the like for this purpose.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.Further, particularly advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description, wherein the claims of a claim category can also be developed analogous to the claims and description parts to another claim category and in particular also individual features of different embodiments or variants new embodiments or variants can be combined.

Für das Verfahren ist bevorzugt, dass die Eingangsdaten für die Simulation der mechanischen Belastungen des Neuronalgewebe-Modells durch das Stützstruktur-Modell zumindest eine extern auf zumindest einen Teil des Stützstruktur-Modells wirkende Kraft umfassen. Bevorzugt werden eine Anzahl von aus verschiedenen Richtungen angreifende Kräfte auf Teile des Stützstruktur-Modells simuliert. Bevorzugt sind dies Längsrichtung, Querrichtung, Drehkräfte für Torsionen oder Scherkräfte wie sie bei typischen aktiven oder passiven Bewegungen auftreten. Besonders bevorzugt werden insbesondere Kräfte simuliert, die auf Bereiche wirken, in denen Frakturen oder sonstige Änderungen der Hüll- und Stützstrukturen erkannt worden sind. Dies hat den Vorteil, dass diejenigen Bereiche, bei denen die Gefahr einer Schädigung von neuronalem Gewebe besonders groß ist, in der Simulation bevorzugt behandelt werden.It is preferred for the method that the input data for the simulation of the mechanical loads of the neuronal tissue model by the support structure model comprise at least one force acting externally on at least one part of the support structure model. Preferably, a number of forces acting from different directions are simulated on parts of the support structure model. These are preferably the longitudinal direction, transverse direction, torsional forces or shearing forces as occur in typical active or passive movements. Particular preference is given in particular to simulating forces acting on areas in which fractures or other changes in the envelope and support structures have been recognized. This has the advantage that those areas, in which the risk of damage to neuronal tissue is particularly large, are preferably treated in the simulation.

Bevorzugt umfassen die Ergebnisse der Simulation Daten über kritische Belastungen und/oder die resultierenden Deformationen des Neuronalgewebe-Modells. Eine Ausgabe dieser Daten erfolgt insbesondere mit Hilfe von Symbolen oder Farbcodierungen, z.B. einer Falschfarbendarstellung. Beispielsweise wird ein eingefärbtes Bild der simulierten Region ausgegeben, bei dem die Bereiche des Neuronalgewebe-Modells, welches dem Bereich des neuronalen Gewebes entspricht, entsprechend seiner Belastung eine Farbcodierung in Form einer Falschfarbendarstellung erhält.Preferably, the results of the simulation include data on critical loads and / or the resulting deformations of the neuronal tissue model. An output of this data is in particular by means of symbols or color coding, e.g. a false color representation. For example, a colored image of the simulated region is output, in which the regions of the neuronal tissue model corresponding to the region of the neuronal tissue, according to its load receives a color coding in the form of a false color representation.

Bevorzugt wird während oder nach der Segmentierung zumindest das Stützstruktur-Modell des Körperbereichs mit vorgegebenen Vergleichsstrukturen verglichen. Dabei werden bevorzugt Trennbereiche zwischen Teilen des Stützstruktur-Modells, die in den Vergleichsstrukturen nicht vorhanden sind, als Frakturen interpretiert. Alternativ oder ergänzend werden Bereiche des Stützstruktur-Modells, die in den Vergleichsstrukturen nicht vorhanden sind, als akute oder chronische Veränderungen interpretiert. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren außer bei Verletzungen auch bei chronischen Veränderungen, z.B. einer Degeneration oder Osteoporose, oder bei Tumoren, z.B. Knochentumoren oder Metastasen, angewandt werden kann.During or after the segmentation, at least the support structure model of the body region is preferably compared with predetermined comparison structures. In this case, separation regions between parts of the support structure model which are not present in the comparison structures are preferably interpreted as fractures. Alternatively or additionally, areas of the support structure model that are not present in the comparison structures are interpreted as acute or chronic changes. This has the advantage that, in addition to injuries, the method can also be used for chronic changes, e.g. degeneration or osteoporosis, or in tumors, e.g. Bone tumors or metastases, can be applied.

Die Anatomie der verletzten Region wird also mir einer „Normanatomie“ verglichen, um Frakturstellen oder sonstige Abweichungen von der Normalität zu erkennen. Die Normanatomie kann aus früheren Aufnahmen des Patienten abgeleitet werden oder ein Modell darstellen, welches rechnerisch oder aus Aufnahmen anderer Patienten erstellt worden ist.The anatomy of the injured region is thus compared to a "norm anatomy" to detect fractures or other deviations from normality. The standard anatomy can be derived from earlier images of the patient or represent a model that has been computationally or created from images of other patients.

Bevorzugt erfolgt die Segmentierung des neuronalen Gewebes bzw. der Hüll- und Stützstrukturen und/oder die Zuordnung von mechanischen Eigenschaften zu dem Neuronalgewebe-Modell bzw. Stützstruktur-Modell und/oder das Erkennen von Frakturen in dem Stützstruktur-Modell mittels lernender Algorithmen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, welche insbesondere vorher mit entsprechenden Daten trainiert worden sind.Preferably, the segmentation of the neuronal tissue or of the enveloping and supporting structures and / or the assignment of mechanical properties to the neuronal tissue model or support structure model and / or the recognition of fractures in the support structure model are carried out by means of learning algorithms from the field the artificial intelligence, which in particular have been previously trained with appropriate data.

Bevorzugt erfolgt die Simulation der mechanischen Belastungen des Neuronalgewebe-Modells durch das Stützstruktur-Modell mittels klassischer analytischer oder numerischer Verfahren, z.B. auf finiten Elementen basierend und/oder mittels lernender Algorithmen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, z.B. neuronalen Netzen, welche insbesondere vorher mit entsprechenden Daten trainiert worden sind.Preferably, the simulation of the mechanical loads of the neuronal tissue model by the support structure model is done by classical analytical or numerical methods, e.g. based on finite elements and / or by means of learning algorithms from the field of artificial intelligence, e.g. neural networks, which in particular have been previously trained with appropriate data.

Bevorzugt erfolgt die Ausgabe der Ergebnisse interaktiv, so dass ein Benutzer, z.B. ein Arzt oder ein Techniker, manuell eine mechanische Belastung des Neuronalgewebe-Modells durch das Stützstruktur-Modell der Simulation hinzufügen kann. Bevorzugt kann der Benutzer manuell Kräfte oder Bewegungen für eine und/oder in einer Simulation hinzufügen, löschen oder ändern, wobei das manuell erstellte Szenario dann einer eigenen Simulation unterworfen wird. Ein Benutzer kann also beispielsweise ein Element des Stützstruktur Modells (z.B. einen „Modellknochen“) mit einer Maus verschieben und erhält Rückmeldung über die resultierenden Folgen für das Neuralgewebe-Modell. Ein weiteres Beispiel wäre die Auswahl einer vorgegebenen typischen Bewegung, wie z.B. „Patient setzt sich hin“ oder „Patient läuft“. Wenn der Benutzer diese Bewegung auswählt, werden die typischen Kräfte auf das Modell angewandt und simuliert.Preferably, the output of the results is interactive so that a user, e.g. a physician or technician can manually add a mechanical load of the neuronal tissue model through the simulation model of the support structure. Preferably, the user can manually add, delete or change forces or motions for and / or in a simulation, the manually created scenario then being subjected to its own simulation. For example, a user may move a member of the support structure model (e.g., a "model bone") with a mouse and receive feedback about the resulting consequences for the neural tissue model. Another example would be the selection of a given typical movement, such as e.g. "Patient sits down" or "patient runs". When the user selects this movement, the typical forces are applied to the model and simulated.

Bevorzugt werden Teilen des Neuronalgewebe-Modells und/oder Teilen des Stützstruktur-Modells jeweils unterschiedliche Funktionalitätseigenschaften bzw. Funktionalitätsinformationen und/oder unterschiedliche mechanische Eigenschaften zugeordnet. Besonders bevorzugt werden in das Neuronalgewebe-Modell Informationen zu den funktionalen Zentren des neuronalen Gewebes integriert. Durch diese funktionellen Untermodelle können gezielt Aussagen zu erwarteten neurologischen Ausfällen gemacht werden. Ein Beispiel dafür wäre das Rückenmark, wo im Hinterstrang die aufsteigenden Bahnen liegen. Eine Verletzung dort wird also die Sensibilität beeinträchtigen. Eine Verletzung im Vorderstrang dagegen wird die motorischen Funktionen zerstören und Lähmungen verursachen. Das betreffende bevorzugte Neuronalgewebe-Modell könnte so gestaltet sein, dass es im hinteren Bereich eine Verknüpfung mit der Sensibilität erhält und im vorderen Bereich eine Verknüpfung mit motorischen Funktionen.Preferably, parts of the neuronal tissue model and / or parts of the support structure model are each assigned different functionality properties or functionality information and / or different mechanical properties. Particularly preferred are in the Neuronal tissue model integrates information about the functional centers of neural tissue. By means of these functional submodels, specific statements can be made regarding expected neurological deficits. An example of this would be the spinal cord, where the ascending lanes lie in the posterior strand. An injury there will therefore affect the sensibility. An injury in the frontal strand, on the other hand, will destroy the motor functions and cause paralysis. The particular preferred model of neural tissue could be designed to be linked to sensitivity in the posterior region and linked to motor functions in the anterior region.

Bevorzugt gehen zusätzlich zu den Bilddaten weitere Informationen in das Verfahren ein, bevorzugt Daten aus einer Patientenakte, Laborwerte (z.B. frühere Knochendichtemessungen) oder Informationen zu einem Unfallhergang. Diese Informationen werden insbesondere für die Segmentierung, die Zuweisung von mechanischen Eigenschaften und/oder die Simulation an sich verwendet.Preferably, in addition to the image data, further information is included in the method, preferably data from a patient record, laboratory values (e.g., previous bone density measurements), or information about an accident occurrence. This information is used in particular for the segmentation, the assignment of mechanical properties and / or the simulation itself.

Bevorzugt wird basierend auf den Ergebnissen der Simulation ein Organprogramm bearbeitet, insbesondere erstellt, ergänzt oder geändert, und/oder ein Steuerdatensatz aus einer Steuerdatenbank eines medizintechnischen Systems zur Bildgebung, zur Messung von Körperfunktionen zur Lagerung und/oder zur Operation von Patienten ausgewählt.Preferably, based on the results of the simulation, an organ program is processed, in particular created, supplemented or changed, and / or a control data set selected from a control database of a medical imaging system, for measuring body functions for storage and / or operation of patients.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Ablaufs einer möglichen Simulation,
2 eine Blockdarstellung eines bevorzugten Verfahrensablaufs,
3 eine grob schematische Darstellung eines bildgebenden Systems mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures with reference to embodiments. The same components are provided with identical reference numerals in the various figures. The figures are usually not to scale. Show it:

1 a schematic representation of the sequence of a possible simulation,
2 a block diagram of a preferred method sequence,
3 a rough schematic representation of an imaging system with an embodiment of a control device according to the invention for carrying out the method.

Bei den folgenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, dass es sich bei der bildgebenden Anlage um ein Computertomographie-System handelt. Grundsätzlich ist das Verfahren aber auch an anderen bildgebenden Anlagen einsetzbar.The following explanations assume that the imaging equipment is a computed tomography system. In principle, however, the method can also be used on other imaging systems.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs einer möglichen Simulation. Da die Simulation Vorgänge in der Realität simulieren soll, kann die Darstellung auch auf reales neuronales Gewebe NG und reale Hüll- und Stützstrukturen ST bezogen werden. 1 shows a schematic representation of the sequence of a possible simulation. Since the simulation is intended to simulate processes in reality, the representation can also apply to real neural tissue NG and real hull and support structures ST be obtained.

Die Simulation beginnt mit dem Ausgangszustand, der rechts dargestellt ist. Gezeigt ist ein Modell M eines Teils der Wirbelsäule, durch die das Rückenmark verläuft, welches in der Simulation durch das Neuronalgewebe-Modell NM repräsentiert wird. Das Neuronalgewebe-Modell NM ist von dem Stützstruktur-Modell SM umgeben, welches die Wirbel charakterisiert. Das Stützstruktur-Modell SM umfasst in der gezeigten Darstellung zur besseren Übersicht lediglich die Knochen. In der Praxis ist es von Vorteil, wenn das Stützstruktur-Modell SM zusätzlich Knorpel- und/oder Muskelgewebe umfasst. Im hier gezeigten Fall könnte das Knorpel- und/oder Muskelgewebe aber auch mittels Federkräften zwischen den Knochen simuliert werden, da die Knochen die wahrscheinlichsten Verursacher für Quetschungen oder sonstigen Schädigungen des neuronalen Gewebes NG sein werden. Im linken Bild ist eine Fraktur F mit einem gestrichelten Kreis in einem der Elemente markiert. Hier wäre ein Wirbelknochen in der Realität gebrochen.The simulation starts with the initial state, which is shown on the right. Shown is a model M a part of the spine through which the spinal cord passes, which in the simulation by the neuronal tissue model NM is represented. The neuronal tissue model NM is from the support structure model SM surrounded, which characterizes the vertebrae. The support structure model SM includes in the illustration shown for clarity only the bones. In practice, it is advantageous if the support structure model SM additionally includes cartilage and / or muscle tissue. In the case shown here, the cartilage and / or muscle tissue could also be simulated by means of spring forces between the bones, since the bones are the most likely cause of bruising or other damage to the neuronal tissue NG will be. In the left picture is a fracture F marked with a dashed circle in one of the elements. Here, a vertebral bone would be broken in reality.

In der echten Darstellung wirkt von oben und unten eine Kraft auf das Stützstruktur-Modell SM (große Pfeile). Dieses Szenario kann beispielsweise bei einer Stauchung der Wirbelsäule beim Aufrichten des Patienten vorliegen.In real representation, a force acts on the support structure model from above and below SM (big arrows). This scenario may be present, for example, when the spine is squeezed when the patient is straightened up.

Rechts ist das Ergebnis der Simulation dargestellt. Wie mit kleinen Pfeilen angedeutet wird, bewegt sich durch die wirkenden Kräfte das obere linke Element des Stützstruktur-Modells SM etwas nach unten auf die Fraktur zu und drückt einen Teil des gebrochenen Elements des Stützstruktur-Modells SM in Richtung des Neuronalgewebe-Modells NM, welches dadurch an einer Stelle gequetscht wird.On the right is the result of the simulation. As indicated by small arrows, the upper left element of the support structure model moves through the acting forces SM something down on the fracture and pushes part of the broken element of the support structure model SM in the direction of the neuronal tissue model NM , which is thereby squeezed in one place.

Das Ergebnis der Simulation in diesem Falle wäre, dass bei einem Wirken der angenommenen Kräfte auf die Wirbelsäule mit einer Quetschung des neuronalen Gewebes NG in dem dargestellten Bereich zu rechnen wäre.The result of the simulation in this case would be that when the forces acting on the spine work with a squeezing of the neural tissue NG would be expected in the area shown.

Die Darstellung der 1 kann auch als ein Beispiel für eine grafische Ausgabe angesehen werden. Links könnte der Ausgangszustand mit den wirkenden Kräften gezeigt werden und rechts das zu erwartende Resultat.The presentation of the 1 can also be viewed as an example of a graphical output. On the left, the initial state could be shown with the forces acting and on the right the expected result.

2 zeigt eine Blockdarstellung eines bevorzugten Verfahrensablaufs zur Simulation neurologischer Verletzungen. Die einzelnen Verfahrensschritte laufen von links nach rechts in Richtung der Pfeile ab. 2 shows a block diagram of a preferred procedure for the simulation of neurological injuries. The individual process steps run from left to right in the direction of the arrows.

Als erstes erfolgt in Schritt I eine Erstellung bzw. eine Bereitstellung von Bilddaten BD eines dreidimensionalen Bilddatensatzes BS eines Körperbereichs K eines Patienten P. Dieser kann beispielsweise durch einen Computertomographen aufgenommen worden sein, wie er in 3 dargestellt ist. Der Bilddatensatz BS umfasst in diesem Beispiel eine Reihe von Schnittbildern, welche die Bilddaten BD darstellen, und auf denen unter anderem Neuronales Gewebe NG und Hüll- und Stützstrukturen ST dargestellt sind.First, in step I a creation or provision of image data BD one three-dimensional image data set BS of a body area K a patient P , This may have been recorded for example by a computer tomograph, as in 3 is shown. The image data set BS In this example, we have a series of slices that contain the image data BD and, among others, neural tissue NG and envelope and support structures ST are shown.

In einem Folgeschritt II erfolgt eine Segmentierung des neuronalen Gewebes NG. Das neuronale Gewebe NG in den Bilddaten wird automatisch erkannt und die betreffenden Voxel der Bilddaten einem Datenobjekt zugeordnet. Das nach dieser Segmentierung erhaltene Datenobjekt bildet im Folgenden das Neuronalgewebe-Modell NM.In a subsequent step II a segmentation of the neuronal tissue takes place NG , The neural tissue NG in the image data is automatically detected and associated voxels of the image data to a data object. The data object obtained after this segmentation forms the neuronal tissue model below NM ,

Ebenso erfolgt in Schritt III eine Segmentierung der Hüll- und Stützstrukturen ST und Bildung eines Stützstruktur-Modells SM.Likewise, in step III a segmentation of the envelope and support structures ST and forming a support structure model SM ,

Es ergibt sich daraus ein Modell M. Dieses Modell umfasst klar definierte Datenobjekte, die eine Rechenvorrichtung verarbeiten kann. Das Modell enthält zumindest ein Neuronalgewebe-Modell NM basierend auf dem segmentierten neuronalen Gewebe NG, also das entsprechende oben erwähnte Datenobjekt. Ebenso umfasst das Modell M ein Stützstruktur-Modell SM basierend auf den segmentierten Hüll- und Stützstrukturen ST.This results in a model M , This model includes well-defined data objects that a computing device can handle. The model contains at least one neuronal tissue model NM based on the segmented neural tissue NG that is, the corresponding data object mentioned above. Likewise, the model includes M a support structure model SM based on the segmented envelope and support structures ST ,

In Schritt IV erfolgt eine Zuordnung von mechanischen Eigenschaften zumindest zu dem Stützstruktur-Modell SM und optional zu dem Neuronalgewebe-Modell NM. Diese mechanischen Eigenschaften können z.B. Bewegungsmöglichkeiten von Knochen, also Elementen des Stützstruktur-Modells SM umfassen inclusive Federkräfte zwischen den Elementen, die den elastischen Einfluss von Knorpel- und Muskelgewebe auf Knochen repräsentieren. Bezüglich des Neuronalgewebe-Modells NM können die mechanischen Eigenschaften beispielsweise elastische Eigenschaften oder Maximalbelastungen sein.In step IV an assignment of mechanical properties takes place at least to the support structure model SM and optionally to the neuronal tissue model NM , These mechanical properties can be eg movement possibilities of bones, ie elements of the support structure model SM Include spring forces between the elements that represent the elastic impact of cartilage and muscle tissue on bone. Regarding the neuronal tissue model NM For example, the mechanical properties may be elastic properties or maximum stresses.

In Schritt V wird eine Simulation einer mechanischen Belastungen des Neuronalgewebe-Modells NM durch das Stützstruktur-Modell SM durchgeführt. Dazu werden beispielsweise Kräfte simuliert, die hier durch Pfeile angedeutet werden, und die in der Regel von außen auf das Modell M wirken. Indirekt erfolgt also eine Simulation einer mechanischen Belastungen des neuronalen Gewebes durch das Stützgewebe.In step V becomes a simulation of a mechanical stress of the neuronal tissue model NM through the support structure model SM carried out. For this purpose, for example, forces are simulated, which are indicated here by arrows, and usually from the outside on the model M Act. Indirectly, therefore, a simulation of a mechanical loading of the neuronal tissue by the supporting tissue takes place.

In Schritt VI erfolgt eine Ausgabe von Ergebnissen der Simulation, z.B. wie hier dargestellt eine Quetschung des Rückenmarks wie in 1 genauer ausgeführt wird. Dieses Ergebnis könnte in grafischer Form ausgegeben werden. In dem hier dargestellten Fall wird das Ergebnis noch für eine weitere Funktion verwendet.In step VI, results of the simulation are outputted, eg as shown here a spinal cord squeezing as in 1 will be explained in more detail. This result could be output in graphical form. In the case shown here, the result is used for another function.

In Schritt VII wird basierend auf den Ergebnissen der Simulation ein Steuerdatensatz SD aus einer Steuerdatenbank SB eines medizintechnischen Systems ausgewählt. Dieses medizintechnische System kann beispielsweise zur (ggf. automatischen) Aufnahme weiterer Bilder in einem bei der Simulation als kritisch eingestuften Bereich des neuronalen Gewebes NG verwendet werden. In einem anderen Beispiel könnte mit dem Steuerdatensatz auch ein System zur automatischen Stabilisierung von Körperbereichen gesteuert werden.In step VII becomes a control record based on the results of the simulation SD selected from a control database SB of a medical device system. This medical-technical system can, for example, be used to record (possibly automatically) further images in a region of the neuronal tissue classified as critical in the simulation NG be used. In another example, the control record could also control a system for automatically stabilizing body areas.

Wird z.B. festgestellt, dass eine Stauchung der Wirbelsäule für einen bestimmten Bereich des Rückenmarks fatal wäre, eine Verdrehung aber tolerierbar, so könnte die Stabilisierungseinrichtung für eine optimale Lagerung des Patienten so gesteuert werden, dass er bezüglich Stauchungen fixiert wäre, eine leichte Verdrehung (z.B. für notwendige Operationen) aber noch möglich wäre.If e.g. it has been found that spinal compression would be fatal to a particular area of the spinal cord but twisting is tolerable, the stabilization device for optimal patient support could be controlled to be fixed for compression, a slight twist (eg, for necessary operations ) but still possible.

3 zeigt grob schematisch ein Computertomographiesystem 1 mit einer Steuereinrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Computertomographiesystem 1 weist in üblicher Weise einen Scanner 2 mit einer Gantry auf, in der eine Röntgenquelle 3 rotiert, die jeweils einen Patienten P durchstrahlt, welcher mittels einer Liege 5 in einen Messraum der Gantry hineingeschoben wird, so dass die Strahlung auf einen der Röntgenquelle 3 jeweils gegenüberliegenden Detektor 4 trifft. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nur um ein Beispiel eines CTs handelt und die Erfindung auch an beliebigen CT-Konstruktionen, beispielsweise mit ringförmigem feststehendem Röntgendetektor und/oder mehreren Röntgenquellen genutzt werden kann. 3 shows roughly schematically a computed tomography system 1 with a control device 10 for carrying out the method according to the invention. The computer tomography system 1 has a scanner in the usual way 2 with a gantry in which an x-ray source 3 rotates, each one patient P radiates, which means a couch 5 is pushed into a measuring room of the gantry, so that the radiation on one of the X-ray source 3 each opposite detector 4 meets. It is expressly understood that it is in the embodiment according to 3 is only an example of a CT and the invention can also be used on any CT constructions, for example, with an annular fixed X-ray detector and / or multiple X-ray sources.

Ebenso sind bei der Steuereinrichtung 10 nur die Komponenten dargestellt, die für die Erläuterung der Erfindung wesentlich sind. Grundsätzlich sind derartige CT-Systeme und zugehörige Steuereinrichtungen dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht im Detail erläutert zu werden.Likewise, in the control device 10 only the components that are essential for the explanation of the invention. Basically, such CT systems and associated control devices are known in the art and therefore need not be explained in detail.

Eine Kernkomponente der Steuereinrichtung 10 ist hier ein Prozessor 11, auf dem verschiedene Komponenten in Form von Softwaremodulen realisiert sind. Die Steuereinrichtung 10 weist weiterhin eine Terminalschnittstelle 14 auf, an die ein Terminal 20 angeschlossen ist, über das ein Bediener die Steuereinrichtung 10 und somit das Computertomographiesystem 1 bedienen kann. Eine weitere Schnittstelle 15 ist eine Netzwerkschnittstelle zum Anschluss an einen Datenbus 21, um so eine Verbindung zu einem RIS bzw. PACS herzustellen.A core component of the control device 10 here is a processor 11 on which various components in the form of software modules are realized. The control device 10 also has a terminal interface 14 on, to which a terminal 20 is connected, via which an operator, the control device 10 and thus the computed tomography system 1 can serve. Another interface 15 is a network interface for connection to a data bus 21 to connect to a RIS or PACS.

Über eine Steuerschnittstelle 13 kann von der Steuereinrichtung 10 der Scanner 2 angesteuert werden, d. h. es werden z.B. die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry, die Verschiebung der Patientenliege 5 und die Röntgenquelle 3 selbst gesteuert. Über eine Akquisitionsschnittstelle 12 werden die Rohdaten RD aus dem Detektor 4 ausgelesen. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 10 eine Speichereinheit 16 auf, in der u. a. verschiedene Messprotokolle bzw. Steuerdatensätze hinterlegt sein können.Via a control interface 13 can from the controller 10 the scanner 2 be controlled, ie there are, for example, the rotational speed of the gantry, the displacement of the patient bed 5 and the X-ray source 3 self-controlled. Via an acquisition interface 12 become the raw data RD from the detector 4 read. Furthermore, the control device 10 a storage unit 16 on, in which, inter alia, various measurement protocols or control records can be stored.

Als eine Softwarekomponente ist auf dem Prozessor 11 eine Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18 realisiert, mit welcher aus den über die Datenakquisitions-Schnittstelle 12 erhaltenen Rohdaten RD die gewünschten Bilddaten BD rekonstruiert werden.As a software component is on the processor 11 an image data reconstruction unit 18 realized with which from the via the data acquisition interface 12 obtained raw data RD the desired image data BD be reconstructed.

In dem Prozessor liegen zusätzlich zur Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18 auch die Komponenten der Simulations-Vorrichtung als Softwaremodule vor. Zur Simulation neurologischer Verletzungen werden mittels der Bilddaten-Rekonstruktionseinheit 18 Bilddaten BD eines 3-dimensionalen Bilddatensatzes BS eines Körperbereichs K eines Patienten P erstellt. Mittels einer Segmentierungseinheit 6 werden neuronales Gewebe NG sowie Hüll- und Stützstrukturen ST in den Bilddaten segmentiert. Es werden also Bereiche in den Bilddaten, die neuronales Gewebe NG bzw. Hüll- und Stützstrukturen ST darstellen, erkannt.In the processor are in addition to the image data reconstruction unit 18 also the components of the simulation device as software modules. For the simulation of neurological injuries, the image data reconstruction unit is used 18 image data BD a 3-dimensional image data set BS of a body area K a patient P created. By means of a segmentation unit 6 become neural tissue NG as well as envelope and support structures ST segmented in the image data. So there are areas in the image data, the neural tissue NG or envelope and support structures ST represent, recognized.

Mittels dieser Segmentierung wird aus den Bildelementen des neuronalen Gewebes ein Neuronalgewebe-Modell NM gebildet. Aus den Hüll- und Stützstrukturen ST wird auf entsprechende Weise ein Stützstruktur-Modell SM gebildet. Kurz gesagt wird das abgebildete neuronale Gewebe NG zu dem Neuronalgewebe-Modell NM und die Hüll- und Stützstrukturen ST zu dem Stützstruktur-Modell SM. Diese beiden Teilmodelle bilden zusammen das Modell M. In der Praxis kann das Modell M noch weitere Teilmodelle umfassen.By means of this segmentation, the picture elements of the neuronal tissue become a neuronal tissue model NM educated. From the envelope and support structures ST becomes a support structure model in a similar way SM educated. In short, the imaged neuronal tissue becomes NG to the neuronal tissue model NM and the envelope and support structures ST to the support structure model SM , These two submodels together form the model M. In practice, the model M include more submodels.

Eine Zuordnungseinheit 7 ordnet nun dem Stützstruktur-Modell SM und optional auch dem Neuronalgewebe-Modell NM mechanische Eigenschaften zu. Diese mechanischen Eigenschaften können beispielsweise betreffend das Neuronalgewebe-Modell NM eine Elastizität und/oder eine maximale Verformung sein. Betreffend das Stützstruktur-Modell SM, was ja die Knochen und Knorpel sowie ggf. auch das umgebende Muskelgewebe repräsentiert, können die mechanischen Eigenschaften z.B. Gleitwerte von Kochen, Federkonstanten des Knorpels und/oder des Muskelgewebes sowie Freiheitsgrade für potentielle Bewegungen sein.An allocation unit 7 now assigns the support structure model SM and optionally also the neuronal tissue model NM mechanical properties too. These mechanical properties may be, for example, regarding the neuronal tissue model NM be an elasticity and / or a maximum deformation. Regarding the support structure model SM which represents the bones and cartilage and possibly also the surrounding muscle tissue, the mechanical properties may be, for example, lubricating values of cooking, spring constants of the cartilage and / or the muscle tissue as well as degrees of freedom for potential movements.

Eine Simulationseinheit 8 simuliert nun mechanische Belastungen des Neuronalgewebe-Modells NM durch das Stützstruktur-Modell SM. Wurden die mechanischen Eigenschaften zuvor passend gewählt wird damit also indirekt eine mechanische Belastung des neuronalen Gewebes durch die Hüll- und Stützstrukturen simuliert, wie sie in der Realität auftreten könnten. Beispielsweise können Kräfte simuliert werden, wie sie auf den betreffenden Bereich wirken würden, wenn der Patient in verschiedene Richtungen bewegt wird, etwa beim Drehen des Patenten auf den Bauch, beim Heben des Patienten oder beim Aufrichten des Patienten. Auch kann simuliert werden, was passieren würde, wenn auf bestimmte Körperbereiche von außen Druck ausgeübt wird.A simulation unit 8th now simulates mechanical loads on the neuronal tissue model NM through the support structure model SM , If the mechanical properties have been selected appropriately, this indirectly simulates a mechanical load on the neuronal tissue through the envelope and support structures that could occur in reality. For example, forces can be simulated as they would act on the area in question when the patient is moved in different directions, such as turning the patent on the abdomen, lifting the patient or when raising the patient. It can also be simulated what would happen if pressure is exerted on certain parts of the body from the outside.

Auch wenn es vorteilhaft ist, ist es für die Simulation nicht zwingend notwendig, dass dem Neuronalgewebe-Modell NM mechanische Eigenschaften zugewiesen wurden. Es könnte im einfachsten Fall als einfaches Volumen angesehen werden, und in dem Falle eines Hereinragens eines Elements des Stützstruktur-Modells in dieses Volumen eine Verletzung des neuronalen Gewebes angenommen werden.Although it is advantageous, it is not mandatory for the simulation to assign mechanical properties to the neuronal tissue model NM. It could, in the simplest case, be regarded as a simple volume, and in the case of an intrusion of an element of the support structure model into this volume, a violation of the neuronal tissue is assumed.

Die Ergebnisse der Simulation werden dann mittels der Ausgabe-Einheit 9, die hier der Monitor eines Computers ist, der als Benutzerschnittstelle dient. Die Ergebnisse können z.B. in einer grafischen Form auf dem Monitor ausgegeben werden, z.B. als Belastungsdiagramm oder als Film oder Bildsequenz wie z.B. in 1 angedeutet ist.The results of the simulation are then output by means of the output unit 9 Here is the monitor of a computer that serves as a user interface. For example, the results can be output in a graphical form on the monitor, eg as a stress diagram or as a film or image sequence such as in 1 is indicated.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei dem dargestellten Computertomographiesystem 1 lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriff „Einheit“ und „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.It is finally pointed out again that it is in the previously described in detail methods and in the illustrated computer tomography system 1 are merely exemplary embodiments, which can be modified by the skilled person in various ways, without departing from the scope of the invention. Furthermore, the use of the indefinite article "on" or "one" does not exclude that the characteristics in question may also be present multiple times. Likewise, the term "unit" and "module" do not exclude that the components in question consist of several interacting sub-components, which may possibly also be spatially distributed.

Claims

Method for the simulation of neurological injuries comprising the steps: - generating and / or providing image data (BD) of a three-dimensional image data set (BS) of a body region (K) of a patient (P), - segmentation of neuronal tissue (NG) in the image data (BD ), Segmentation of envelope and support structures (ST) in the image data (BD), creation of a model (M) at least comprising a neuronal tissue model (NM) based on the segmented neural tissue (NG) and a support structure model (SM) based on the segmented envelope and support structures (ST), - assignment of mechanical properties at least to the support structure model (SM) and optionally to the neuronal tissue model (NM) - simulation of a mechanical load of the neuronal tissue model (NM) by the support structure model (SM), - output of simulation results.

Method according to Claim 1 in which input data for the simulation of the mechanical loads of the neuronal tissue model (NM) by the support structure model (SM) comprise at least one force externally acting on at least a part of the support structure model (SM), preferably a number of attacking from different directions Forces on parts of the support structure model (SM).

Method according to one of the preceding claims, wherein the results of the simulation comprise data on critical loads and / or the resulting deformations of the neuronal tissue model (NM), and an output of this data, in particular by means of symbols or color codings.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least the support structure model (SM) of the body region (K) is compared with predetermined comparison structures, preferably separating regions between parts of the support structure model (SM), which are not present in the comparison structures, as fractures are interpreted and / or areas of the support structure model (SM) that are not present in the comparison structures, interpreted as acute or chronic changes.

Method according to one of the preceding claims, wherein the segmentation of the neuronal tissue (NG) and / or the envelope and support structures (ST) and / or the assignment of mechanical properties to the neuronal tissue model (NM) and / or to the support structure model (SM), and / or the recognition of fractures in the support structure model (SM) takes place by means of learning algorithms from the field of artificial intelligence.

Method according to one of the preceding claims, wherein the simulation of the mechanical loads of the neuronal tissue model (NM) by the support structure model (SM) by means of classical analytical or numerical methods and / or takes place by means of learning algorithms in the field of artificial intelligence.

The method of any one of the preceding claims, wherein the output of the results is interactive such that a user can manually add a mechanical load of the neural tissue model (NM) through the support structure model (SM) to the simulation.

Method according to one of the preceding claims, wherein parts of the neuronal tissue model (NM) and / or parts of the support structure model (SM) are each assigned different functionality properties and / or different mechanical properties.

Method according to one of the preceding claims, wherein in addition to the image data (BD) include further information in the process, preferably data from a patient record, laboratory values and / or information on an accident.

Method according to one of the preceding claims, wherein, based on the results of the simulation, an organ program is processed and / or a control data record (SD) from a control database (SB) of a medical imaging system, for measuring body functions for storage and / or operation of patients is selected.

Comprehensive simulation device for the simulation of neurological injuries a unit (18) for generating and / or providing image data (BD) of a three-dimensional image data record (BS) of a body region (K) of a patient (P), a segmentation unit (6) for segmenting neuronal tissue (NG) and envelope and support structures (ST) in the image data (BD), and constructing a model (M) comprising at least a neuronal tissue model (NM) based on the segmented one neural tissue (NG) and a support structure model (SM) based on the segmented envelope and support structures (ST), an allocation unit (7) for the assignment of mechanical properties at least to the support structure model (SM) and optionally to the neuronal tissue model (NM), a simulation unit (8) for simulating a mechanical loading of the neuronal tissue model (NM) by the support structure model (SM), a user interface (20) for outputting the results of the simulation.

Control device (10) for controlling a medical-technical system which is suitable for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 10 is designed and / or a simulation device according to Claim 11 includes.

Medical-technical imaging system (1) comprising a control device (10) according to Claim 12 ,

A computer program product having a computer program that can be loaded directly into a memory device of a control device (10) or a computing device, with program sections for carrying out all the steps of the method according to one of Claims 1 to 10 execute when the computer program is executed in the control device (10) or the computing device.

Computer-readable medium on which are stored by a computer unit readable and executable program sections to all steps of the method according to one of Claims 1 to 10 execute when the program sections are executed by the computer unit.