-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft Systeme und Verfahren für medizinische Bildgebung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren, mit welchen es möglich ist, medizinische Bilder zu koregistrieren, die von unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommen wurden.
-
Unterschiedliche bildgebende Modalitäten stellen unterschiedliche Stärken und Schwächen auf unterschiedlichen Strukturen dar. Zum Beispiel zeigt die Röntgen-Computertomographie (»CT«) die Knochenstruktur besonderes gut und die Magnetresonanztomographie (»MRT«) zeigt den Kontrast des Weichgewebes besonderes gut.
-
Für die chirurgische Planung bzw. intraoperative Steuerung kann es erstrebenswert sein, die Informationen aus mehreren Modalitäten simultan darzustellen, um die Vorteile der jeweiligen Modalität wirksam einzusetzen. Zum Beispiel, ist bei der orthopädischen Chirurgie die Visualisierung der Knochen, Bände und Sehnen für den chirurgischen Eingriff wichtig. Die Möglichkeit mit unterschiedlichen Modalitäten aufgenommene Bilder zu registrieren, kann herausfordernd sein, weil diese unterschiedliche anatomische und physiologische Strukturen darstellen könnten, wie z. B. Knochen versus Weichgewebe.
-
Deswegen ist das Bereitstellen von Systemen und Verfahren immerhin notwendig, indem die bildenden Dateien aus den verschiedenen Modalitäten, wie z. B. CT und MRT, zuverläßig kombinieren, anschließend die Ergebnisse während eines intraoperativen Eingriffs effektiv dargestellt werden können. Zum Beispiel, hängt die Registrierung mehren dreidimensionalen bildenden Volumen davon ab, die gemeinsamen anatomischen und anderen Merkpunkten auf dem jeweiligen bildenden Volumen zu identifizieren. Falls die bildenden Volumen deutliche Unterschiede in den relativen Kontrasten in diesen Schlußstrukturen (z. B. Knochen versus Gewebe) zeigen, wie sie üblicherweise bei CT und MRT zu finden sind, wird der Verlauf der Koregistrierung sehr herausfordernd sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung überwindet die obengenannten Nachteile durch Bereitstellung eines Systems und Verfahrens zur Registrierung eines ersten medizinischen Bildes mit einem zweiten medizinischen Bild durch Nutzung eines Computersystems. Ein erstes medizinisches Bild, welches mit einer ersten bildgebenden Modalität aufgenommen wurde, wird für das Computersystem bereitgestellt. Die erste bildgebende Modalität entspricht mindestens einer Röntgenbildgebung oder Magnetresonanztomographie (»MRT«). Anschließend wird ein zweites mit MRT aufgenommenes medizinisches Bild für das Computersystem bereitgestellt. Ein erster Satz anatomischer Eigenschaften wird auf dem ersten medizinischen Bild identifiziert, und ein zweiter Satz anatomischer Eigenschaften, welche ein bekanntes räumliches Verhältnis mit dem ersten Satz anatomischer Eigenschaften enthält, wird auf dem zweiten medizinischen Bild identifiziert. Der erste Satz anatomischer Eigenschaften enthält mindestens einen anatomischen Merkpunkt auf einer Knochenstruktur, und der zweite Satz anatomischer Eigenschaften enthält mindestens einen anatomischen Merkpunkt auf einer Knochenstruktur oder einen Teil des faserigen Bindegewebes. Das Computersystem wird angewiesen, die Registrierungsparameter zu ermitteln, basierend auf dem ersten Satz anatomischer Eigenschaften, dem zweiten Satz anatomischer Eigenschaften und dem bekannten räumlichen Verhältnis zwischen den zwei Sätzen anatomischer Eigenschaften. Das Computersystem wird dann angewiesen, das erste medizinische Bild und das zweite medizinische Bild durch die berechneten Registrierungsparameter zu koregistrieren.
-
Die vorhergehenden sowie anderen Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in nachstehender Beschreibung aufgezeigt. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden, und in denen zur Veranschaulichung eine bevorzugte Darstellungsform der Erfindung gezeigt wird. Eine solche Darstellungsform stellt jedoch nicht notwendigerweise den vollen Umfang der Erfindung dar, und es wird daher Bezug auf die Ansprüche und nachstehend zur Interpretation des Umfangs der Erfindung genommen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zur Koregistrierung von medizinischen Bildern, die mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommen wurden, auf der Grundlage von anatomischen Eigenschaften, die in den Bildern identifiziert wurden, und auf bekannte räumliche Verhältnisse zwischen den anatomischen Eigenschaften darstellt;
-
2 ist ein Beispiel von Bildern, die mit einem Computertomographie (»CT«) Bildgebungssystem und einem Digital rekonstruierten Röntgenbild (»DRR«) aufgenommen wurden;
-
3 ist ein Beispiel von Bildern, die von Magnetresonanztomographie (»MRT«) mittels einer Pulssequenz von Ultrakurz-Echozeit (»UTE«) und mit DRR aufgenommen wurden;
-
4A–4D stellen Beispiele von Knochenstrukturen und Weichgewebe dar, einschließlich Muskeln und faserigem Bindegewebe, und die Koregistrierung dieser anatomischen Eigenschaften auf der Grundlage des bekannten räumlichen Verhältnisses zwischen der Knochenstruktur und dem faserigen Bindegewebe;
-
5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften MRT-Systems;
-
6A ist ein beispielhaftes CT-Bildgebungssystems;
-
6B ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften CT-Bildgebungssystems;
-
7 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems, das konfiguriert werden kann, um die hier beschriebenen Verfahren zu implementieren;
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Hier beschrieben sind Systeme und Verfahren für die Koregistrierung medizinischer Bilder, die mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommen wurden. Beispielsweise können mit Röntgenbildgebung aufgenommene Bilder, wie z. B. Röntgen-Computertomographie (»CT«), mit Bildern, die mit Magnetresonanztomographie (»MRT«) aufgenommen wurden, koregistriert werden. Da verschiedene bildgebende Modalitäten Bilder erzeugen, die unterschiedliche visuelle Gewebeeigenschaften aufweisen, ist es oft schwierig, Bilder, die mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommen wurden, direkt zu registrieren.
-
Die Systeme und Verfahren, welche die vorliegende Erfindung betrifft, überwindet diese Einschränkungen der Koregistrierung der mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommenen Bilder, indem die anatomischen Eigenschaften auf den mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommen Bilder identifiziert werden, um dann unter Verwendung eines bekannten räumlichen Verhältnisses zwischen den Eigenschaften, die Bilder auszurichten. Als ein Beispiel, wenn ein Bild eine gute Visualisierung der Knochenstruktur darstellt, und ein anderes Bild eine gute Visualisierung des Weichgewebes, einschließlich faserigem Bindegewebe, darstellt, dann lassen die zwei Bilder sich koregistrieren, basierend auf den anatomischen Eigenschaften des jeweiligen Bildes und dem bekannten räumlichen Verhältnis zwischen diesen Eigenschaften. Zum Beispiel können Regionen auf der Knochenstruktur, in denen faserige Bindegewebe entstehen oder liegen, identifiziert und verwendet werden, um das Bild der Knochenstruktur mit dem Bild des Weichgewebes auf der Grundlage des bekannten anatomischen Verhältnisses zwischen der Knochenstruktur und dem faserigen Bindegewebe auszurichten.
-
Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung identifizieren somit anatomische oder funktionale Merkpunkte in einem ersten bildgebenden Volumen, das mit einer ersten bildgebenden Modalität aufgenommen wurde, um dann diese Merkpunkte zu anderen anatomischen oder funktionalen Merkpunkten in anderen bildgebenden Modalitäten ins Verhältnis zu setzen, um die Registrierung zwischen diesen bildgebenden Volumen zu unterstützen. Die Verwendung dieser anatomischen oder funktionalen Merkpunkte kann die Registrierungsgenauigkeit und -geschwindigkeit verbessern oder die Registrierungskomplexität vereinfachen und kann daher bei der Durchführung dieser Art von Registrierungen in einer intraoperativen Umgebung helfen.
-
Es wird sich jetzt auf 1 bezogen, wo ein Flussdiagramm dargestellt ist, indem die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zum Koregistrieren der mit unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten aufgenommenen medizinischen Bilder gezeigt werden, basierend auf den verschiedenen anatomischen Eigenschaften, die in den Bildern identifiziert wurden.
-
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten mit einer ersten bildgebenden Modalität aufgenommenen medizinischen Bildes, wie in Schritt 102 angegeben wurde. Als ein Beispiel kann die erste bildgebende Modalität eine Röntgenbildgebung sein, und das erste medizinische Bild kann ein mit einem CT-System aufgenommenes Bild sein. Infolgedessen liefert das erste medizinische Bild eine Visualisierung der Knochenstrukturen des abgebildeten Subjektes.
-
2 veranschaulicht Beispiele typischer CT-Bilder eines Schädels in drei orthogonalen Ebenen, zusätzlich zu einem digital rekonstruierten Röntgenbild (»DRR«) im oberen rechten Panel. Diese Bilder sind repräsentativ für Bilder, die mit Röntgenbildgebung aufgenommen wurden und ermöglichen eine gute Visualisierung von Knochenstrukturen.
-
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst das Verfahren auch die Bereitstellung eines zweiten medizinischen Bildes, das mit einer zweiten bildgebenden Modalität aufgenommenen wurde, wie in Schritt 104 angegeben. Beispielsweise kann die zweite bildgebende Modalität MRT sein und das zweite medizinische Bild kann ein mit einem MRT-System aufgenommenes Bild sein. In einigen Ausführungsformen kann das zweite medizinische Bild unter Verwendung diffusionsgewichteter MRT-Techniken, einschließlich Diffusionstorsor-Bildgebung (»DTI«), aufgenommen werden, um organisierte, faserige Strukturen wie faseriges Bindegewebe zu visualisieren. Die bekannten Verhältnisse zwischen faserigen Bindegeweben und ihren damit verbundenen Knochen können dann, wie unten beschrieben, für die Registrierung verwendet werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann das zweite medizinische Bild unter Verwendung mit Ultrakurz-Echozeit (»UTE«) MRT-Verfahren aufgenommen werden, um die Knochenstruktur direkt abzubilden.
-
3 zeigt beispielhaft typische Magnetresonanzbilder, die unter Verwendung einer UTE-Sequenz zusätzlich zu einem DRR in der oberen rechten Tafel aufgenommen wurden. Diese Bilder sind repräsentativ für mit einem MRT-System aufgenommen Bilder, die eine gute Visualisierung von Knochenstrukturen ermöglichen, und daher verwendet werden können, um anatomische Eigenschaften zu identifizieren, die auf jenen Knochenstrukturen basieren, die den anatomischen Merkmalen ähnlich sind, die in Röntgenbildern identifiziert werden können.
-
Unter erneuter Bezugnahme auf 1, wird ein erster Satz anatomischer Eigenschaften auf dem ersten medizinischen Bild identifiziert, wie in Schritt 106 veranschaulicht. In manchen Ausführungsformen können diese anatomischen Eigenschaften von einem Anwender manuell identifiziert werden. In manchen anderen Ausführungsformen können diese anatomischen Eigenschaften automatisch oder halbautomatisch durch z. B. atlasbasierte Methoden identifiziert werden. Beispielsweise kann ein bildbasierter Atlas, der die Visualisierung von anatomischen Strukturen in der ersten Bildgebungsmodalität anzeigt, verwendet werden, um den ersten Satz anatomischer Eigenschaften im ersten medizinischen Bild automatisch oder halbautomatisch zu identifizieren.
-
Beispielsweise kann der erste Satz anatomischer Eigenschaften Knochenstrukturen oder Teile davon umfassen. Zum Beispiel kann der erste Satz anatomischer Eigenschaften entweder anatomische Merkpunkte oder andere Orte auf einer Knochenstruktur sein. In einigen Ausführungsformen enthält der erste Satz anatomischer Eigenschaften einen oder mehrere Ansatz- oder Ursprungspunkte auf einer Knochenstruktur. Ein Ansatzpunkt kann jene Punkte auf einer Knochenstruktur enthalten, in denen ein Muskel durch eine Sehne einsetzt, oder faseriges Bindegewebe, wie ein Band oder eine Faszie, auf einer Knochenstruktur auftritt. Ebenso kann ein Ursprungspunkt jene Punkte auf einer Knochenstruktur enthalten, wo ein Muskel über einer Sehne entsteht oder wo ein anderes faseriges Bindegewebe, wie ein Band oder eine Faszie, von der Knochenstruktur stammt. Da die anatomischen Orte dieser Ansatz- und Ursprungspunkte wohlbekannt sind, können sie als anatomische Merkpunkte für die Koregistrierung von Bildern verwendet werden, in denen Knochenstrukturen nicht sichtbar sein könnten.
-
Ein zweiter Satz anatomischer Eigenschaften wird auf dem zweiten medizinischen Bild identifiziert, wie in Schritt 108 veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen können diese anatomischen Eigenschaften von einem Anwender manuell identifiziert werden. In einigen anderen Ausführungsformen können diese anatomischen Eigenschaften automatisch oder halbautomatisch, beispielsweise durch Verwendung von atlasbasierten Methoden, identifiziert werden. Im Allgemeinen ist der zweite Satz anatomischer Eigenschaften von dem ersten Satz anatomischer Eigenschaften verschieden aber verwandt. Beispielsweise kann ein bildbasierter Atlas, der die Visualisierung von anatomischen Strukturen in der zweiten Bildgebungsmodalität anzeigt, verwendet werden, um den zweiten Satz anatomischer Eigenschaften im zweiten medizinischen Bild automatisch oder halbautomatisch zu identifizieren.
-
Beispielsweise, weil Knochenstrukturen schwierig mit MRT abzubilden sind, können die anderen anatomischen Strukturen, welche die bekannten räumlichen Verhältnisse mit Knochenstrukturen aufweisen, identifiziert werden, und als Grundlage für die Registrierung eines Magnetresonanz-Bildgebungsvolumens auf ein Knochenstruktur-basiertes Volumen, wie z. B. Röntgen- oder CT-Bildgebungsvolumen, verwendet werden.
-
Als ein Beispiel kann der zweite Satz anatomischer Eigenschaften faseriges Bindegewebe oder Teile davon umfassen. Zum Beispiel kann der zweite Satz anatomischer Eigenschaften den Anfangs- oder Endpunkt einer Sehne oder eines Bandes enthalten. Im Allgemeinen entsprechen diese Endpunkte einer Sehne oder eines Bandes einem Ursprungs- oder Ansatzpunkt auf einer Knochenstruktur. Als solche haben die Endpunkte der Sehne oder des Bandes ein einzigartiges räumliches Verhältnis mit dem verwandten Ursprungs- oder Ansatzpunkt auf der Knochentruktur. Die verschiedenen anatomischen Eigenschaften bieten somit unterschiedliche, aber ergänzende Informationen, die zur Verbesserung der Koregistrierung der ersten und zweiten medizinischen Bilder verwendet werden können. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann dieses räumliche Verhältnis als Grundlage für die Berechnung von Registrierungsparametern zwischen dem ersten medizinischen Bild und dem zweiten medizinischen Bild verwendet werden.
-
In einigen Ausführungsformen kann jedoch der zweite Satz anatomischer Eigenschaften derselbe sein wie der erste Satz anatomischer Eigenschaften. Zum Beispiel können die anatomischen Eigenschaften Knochenstrukturen oder Teile davon enthalten, wie oben beschrieben. In solchen Ausführungsformen kann die erste bildgebende Modalität eine Röntgenbildgebung und die zweite bildgebende Modalität ein MRT sein, bei der eine bildgebende Technik verwendet wird, die in der Lage ist, eine von Knochenstruktur zu visualisieren. Zum Beispiel können UTE-MRT-Verfahren so verwendet werden, dass Knochenstrukturen direkt dargestellt werden. Die Koregistrierung der Magnetresonanzbilder und Röntgenbilder kann sich dann auf eine direkte Registrierung von Knochenstruktur Merkpunkten zwischen den UTE- und Röntgenbildgebenden-Volumen beziehen.
-
Diese Ausführungsformen sind besonders nützlich für die Strahlungsbehandlungsplanung und -führung, wo es erstrebenswert ist, die unnötige Strahlungsdosis, die dem Patienten gegeben wird, zu reduzieren. Dementsprechend kann die Strahlungsbehandlung unter Verwendung von Magnetresonanzbildern geführt werden, die während des Behandlungsverfahrens erfasst und mit einem CT-Bildgebungsvolumen koregistriert werden, das während der Behandlungsplanungsphase erworben wurde. Mit diesen Ansatz muss der Patient während der Behandlung keiner zusätzlichen Strahlung von einer Röntgenbildgebungsquelle ausgesetzt werden.
-
Nachdem der erste und zweite Satz anatomischer Eigenschaften auf den entsprechenden ersten und zweiten medizinischen Bildern identifiziert wurden, werden die Registrierungsparameter auf der Grundlage des bekannten räumlichen Verhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Satz anatomischer Bilder berechnet, wie in Schritt 110 angegeben. Beispielsweise können der erste und zweite Satz anatomischer Eigenschaften durch den bekannten Ursprung und Ansatz der Sehne, der Faszien oder anderen faserigen Bindegeweben auf Knochenstrukturen verknüpft werden. Auf Grundlage dieses bekannten räumlichen Verhältnisses kann eine Transformation zwischen den beiden Sätzen anatomischer Eigenschaften berechnet werden, um das erste und zweite medizinische Bild zu koregistrieren.
-
In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Informationen von den Quellen nicht anatomischer Merkpunkte bereitgestellt werden, um den Registrierungsprozess, wie in Schritt 112 angegeben, zu führen. Zum Beispiel können externe, gemeinsame Referenzpunkte verwendet werden, um die Registrierung weiter zu führen. Beispielsweise können in der orthopädischen Chirurgie verschiedene Positioniervorrichtungen an dem Patienten fixiert werden. Wenn solche Geräte verwendet werden, können Merkpunkte definiert werden, die sich auf dem Gerät befinden oder sich auf die bekannten Befestigungspunkte des Geräts beziehen. Diese zusätzlichen Merkpunkte, die im ersten medizinischen Bild, im zweiten medizinischen Bild oder in beiden visualisiert werden können, können als zusätzliche Merkpunkte zum Zweck der Registrierung verwendet werden.
-
Die berechneten Registrierungsparameter werden somit verwendet, um die ersten und zweiten medizinischen Bilder, wie in Schritt 114 angegeben, zu koregistrieren. Die obengenannten Prozesse können für eine beliebige Anzahl von Bildern in einer Bildserie oder einem Bildvolumen wiederholt werden, so dass die Bildserie oder das Bildvolumen koregistriert werden können.
-
Ein veranschaulichendes Beispiel des obengenannten Registrierungsverfahrens kann mit Bezug auf 4A–4D beschrieben werden. Beispielsweise stellt 4A ein erstes medizinisches Bild eines Subjekts dar, das mit einer ersten bildgebenden Modalität aufgenommen wurde. 4B stellt ein zweites medizinisches Bild dar, das mit einer zweiten bildgebenden Modalität aufgenommen wurde. Zum Beispiel stellt 4A ein mit Röntgenbildgebung aufgenommenes Bild dar, das gute Visualisierungseigenschaften für Knochen aufweist und 4B stellt ein mit MRT aufgenommenes Bild dar, das gute Visualisierungseigenschaften für Weichgewebe, aber schlechte für Knochenstrukturen aufweist.
-
4A stellt ein Bild einer Knochenstruktur (10) in einem Subjekt dar. Da die Anatomie der Knochenstruktur bekannt ist, können die Ursprungs- und Ansatzpunkte für verschiedene faserige Bindegewebe, die an der Knochenstruktur (10) anhaften, im Bild identifiziert werden. Diese anatomischen Eigenschaften können die Ursprünge und Ansätze von Muskeln über Sehnen, oder die Ursprünge und Ansätze von verschiedenen Bändern oder Faszien umfassen. Bei dem in 4A gezeigten Beispiel sind die Ansatzpunkte (12) für verschiedene Muskeln, die an der Knochenstruktur (10) befestigt sind, bekannt und können in dem Bild identifiziert werden.
-
4B stellt ein Bild von Weichgewebe, einschließlich Muskeln (14), welche die Knochenstruktur (10) umgeben, dar. Das in 4B vorgestellte Bild stellt die Muskeln (14) gut dar, gibt aber keine signifikante Differenzierung von Sehnen und Bändern. So kann in einigen Ausführungsformen das Weichgewebebild unter Verwendung eines bildgebenden Verfahrens erfasst werden, welche die Visualisierung von faserigem Bindegewebe, einschließlich Sehnen, Bändern, Faszien und Aponeurosen, verbessert.
-
Ein Beispiel für ein Weichgewebebild, das unter Verwendung eines bildgebenden Verfahrens aufgenommen wurde, welche die Visualisierung von faserigem Bindegewebe verbessert, ist in 4C dargestellt, in welchen neben den Muskeln (14) außerdem Sehnen (16) aufgezeigt sind. Beispielsweise kann das Bildverfahren, welches die Visualisierung von faserigen Bindegeweben verbessert, eine diffusionsgewichtete Bildgebung einschließen. Insbesondere kann das Weichgewebebild eine Traktographiekarte enthalten, die unter Verwendung von Informationen aus Diffusionstensoren erzeugt wird, die aus diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildern berechnet werden. Diese Traktographiekarte zeigt die Mikrostruktur des faserigen Bindegewebes und liefert so eine genaue Visualisierung der Endpunkte des faserigen Bindegewebes.
-
Durch räumliche Registrierung der Endpunkte der Sehnen (16) im Weichgewebebild und der Ansatzpunkte (12) auf der Knochenstruktur (10) können Registrierungsparameter berechnet und zur Koregistrierung der ersten und zweiten medizinischen Bilder verwendet werden. Als solches können die jeweiligen Bildvolumen ausgerichtet werden, um das Weichgewebe in der geeigneten räumlichen Orientierung und Skalierung relativ zu der Knochenstruktur zu zeigen, wie in 4D dargestellt ist.
-
Insbesondere bezogen auf 5 ist ein Beispiel eines Magnetresonanztomographiesystem (»MRT«) (500) dargestellt. Die MRT-System (500) umfasst eine Bedienerstation (502), die typischerweise ein Bildschirm (504); ein oder mehrere Eingabegeräte (506) wie z. B. eine Tastatur und Maus, und einen Rechner (508) enthält. Der Prozessor (508) kann eine handelsübliche programmierbare Maschine umfassen, die ein handelsübliches Betriebssystem ausführt. Die Bedienerstation (502) stellt eine Benutzeroberfläche zur Verfügung, welche die Eingabe von Verschreibungen für einen medizinischen Scan in das MRT-System (500) ermöglicht. Im Allgemeinen kann die Bedienerstation (502) mit vier Servern gekoppelt werden: Einem Pulssequenzserver (510), einem Datenerfassungsserver (512), einem Datenverarbeitungsserver (514) und einem Datenspeicherserver (516). Die Bedienerstation (502) und die jeweiligen Server (510, 512, 514, 516) werden verbunden, um miteinander zu kommunizieren. Beispielsweise können die Server (510, 512, 514, 516) über ein Kommunikationssystem (540) verbunden werden, welches jede geeignete Netzverbindung, ob drahtgebunden, drahtlos, oder eine Kombination von beiden, umfassen kann. Als Beispiel kann das Kommunikationssystem (540) sowohl geschützte oder zugeordnete Netzwerke als auch offene Netzwerke wie das Internet umfassen.
-
Der Pulssequenzserver (510) funktioniert als Antwort auf die von der Bedienerstation (502) heruntergeladenen Anweisungen, um ein Gradientensystem (518) und ein Hochfrequenzsystem (»HF«) (520) zu betreiben. Gradientenwellenformen, die erforderlich sind, um den verschriebenen Scan durchzuführen, werden erzeugt und an das Gradientensystem (518) angelegt, das Gradientenspulen in einer Anordnung (522) anregt, um die Magnetfeldgradienten Gx, Gy und Gz zu erzeugen, die für räumlich kodierende Magnetresonanzsignale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung (522) bildet einen Teil einer Magnetanordnung (524), die einen Polarisationsmagneten (526) und eine Ganzkörper-HF-Spule (528) enthält.
-
HF-Wellenformen werden durch das HF-System (520) an die HF-Spule (528) oder eine separate Lokalspule (nicht in 5 gezeigt) angelegt, um die verschriebene Magnetresonanz-Pulssequenz durchzuführen. Reagierende Magnetresonanzsignale, die von der HF-Spule (528) oder einer separaten Lokalspule (nicht in 5 gezeigt) entdeckt werden, werden von dem HF-System (520) empfangen, wo sie laut Richtung der Anweisungen, erzeugt von dem Pulssequenzserver (510), verstärkt, demoduliert, gefiltert und digitalisiert werden. Das HF-System (520) umfasst einen HF-Sender zum Erzeugen einer Vielzahl von HF-Impulsen, die in MRT-Pulssequenzen verwendet werden. Der HF-Sender reagiert auf die Verschreibung des Scans und die Anweisung des Pulssequenzservers (510), um HF-Pulse der gewünschten Frequenz-, Phasen- und Impulsamplitudenwellenform zu erzeugen. Die erzeugten HF-Pulse können an die Ganzkörper-HF-Spule (528) oder an eine oder mehrere Lokalspulen bzw. Spulenanordnungen (nicht in 5 gezeigt) angelegt werden.
-
Das HF-System (520) umfasst auch einen oder mehrere HF-Empfängerkanäle. Jeder HF-Empfängerkanal enthält einen HF-Vorverstärker, der das von der Spule (528) empfangene Magnetresonanzsignal verstärkt, mit dem es verbunden ist, und einen Indikator, der die I- und Q-Quadraturkomponenten des empfangenen Magnetresonanzsignals erfasst und digitalisiert. Die Größe des empfangenen Magnetresonanzsignals kann daher an jedem abgetasteten Punkt durch die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der I- und Q-Komponenten bestimmt werden: (Q^2 + I^2)^(1/2).
-
und die Phase des empfangenen Magnetresonanzsignals kann auch gemäß des folgenden Verhältnisses bestimmt werden: φ = arctan (Q/I).
-
Der Pulssequenzserver (510) empfängt auch optional Patientendaten von einer physiologischen Erfassungssteuerung (530). Beispielsweise kann die physiologische Erfassungssteuerung (530) Signale von einer Anzahl verschiedener Sensoren empfangen, die mit dem Patienten verbunden sind, wie z. B. elektrokardiographische (»EKG«) Signale von Elektroden, oder Atemsignale von einem Atembalg oder einem anderen Atemüberwachungsgerät. Solche Signale werden typischerweise vom Pulssequenzserver (510) verwendet, um die Leistung des Scans mit dem Herzschlag oder Atmung des Subjekts zu synchronisieren bzw. „anzusteuern”.
-
Der Pulssequenzserver (510) verbindet auch eine Scan-Raum-Bedienoberfläche (532), die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die dem Zustand des Patienten und dem Magnetsystem zugeordnet sind. Dazu kann das Patientenpositionierungssystem (534) Befehle durch die Scan-Raum-Bedienoberfläche (532) empfangen, um den Patienten während des Scans in die gewünschten Positionen zu bewegen.
-
Die digitalisierten Magnetresonanzsignalproben, die durch das HF-System (520) erzeugt werden, werden von dem Datenerfassungsserver (512) empfangen. Der Datenerfassungsserver (512) arbeitet in Reaktion auf Anweisungen, die von der Bedienstation (502) heruntergeladen werden, um die Echtzeit-Magnetresonanzdaten zu empfangen und einen Pufferspeicher bereitzustellen, so dass keine Daten durch Datenüberlauf verloren gehen. Bei einigen Scans führt der Datenerfassungsserver (512) wenig mehr als die erfassten Magnetresonanzdaten an den Datenverarbeitungsserver (514) weiter. Jedoch ist bei Scans, die Informationen erfordern, die von erfassten Magnetresonanzdaten abgeleitet werden um die weitere Leistung des Scans zu steuern, der Datenerfassungsserver (512) so programmiert, dass er diese Information erzeugt und an den Pulssequenzserver (510) übermittelt. Zum Beispiel werden Magnetresonanzdaten während der Prescans erfasst und verwendet, um die durch den Pulssequenzserver (510) durchgeführte Pulssequenz zu kalibrieren. Als weiteres Beispiel können Navigatorsignale erfasst und verwendet werden, um die Betriebsparameter des HF-Systems (520) oder des Gradientensystems (518) anzupassen oder um die Anordnung zu steuern, in welcher der k-Raum abgetastet wird. In einem weiteren Beispiel kann der Datenerfassungsserver (512) auch verwendet werden, um Magnetresonanzsignale zu verarbeiten, die verwendet werden um die Ankunft eines Kontrastmittels in einer Magnetresonanzangiographie (»MRA«) Abtastung festzustellen. Beispielsweise erfasst der Datenerfassungsserver (512) Magnetresonanzdaten und verarbeitet ihn in Echtzeit, um Informationen zu erzeugen, die zur Steuerung des Scans verwendet werden.
-
Der Datenverarbeitungsserver (514) empfängt Magnetresonanzdaten von dem Datenerfassungsserver (512) und verarbeitet diese laut Anweisungen, die von der Bedienerstation (502) heruntergeladen werden. Eine solche Verarbeitung kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden umfassen: Rekonstruieren zweidimensionaler oder dreidimensionaler Bilder durch Ausführen einer Fourier-Transformation von unverarbeiteten k-Raum-Daten; Durchführen anderer Bildrekonstruktionsalgorithmen, wie iterative oder Rückprojektionsrekonstruktionsalgorithmen; Anwendung von Filtern auf unverarbeitete k-Raum-Daten oder auf rekonstruierte Bilder; Erzeugen von funktionellen Magnetresonanzbildern; Berechnen von Bewegungs- oder Flußbildern; und so weiter.
-
Bilder, die durch den Datenverarbeitungsserver (514) rekonstruiert werden, werden an die Bedienerstation (502) zurückgeführt, wo sie gespeichert werden. Echtzeitbilder werden in einem Datenbank-Arbeitsspeicher-Cache gespeichert (nicht in 5 gezeigt), von dem sie an den Bedienerbildschirm (512) oder einen Bildschirm (536) ausgegeben werden können, welcher sich in der Nähe der Magnetanordnung (524), zur Verwendung durch die behandelnden Ärzte befindet. Batch-Modus-Bilder oder ausgewählte Echtzeit-Bilder werden in einer Host-Datenbank auf dem Festplattenspeicher (538) gespeichert. Wenn solche Bilder rekonstruiert und in den Speicher übertragen worden sind, benachrichtigt der Datenverarbeitungsserver (514) den Datenspeicherserver (516) auf der Bedienerstation (502). Die Bedienerstation (502) kann von einem Benutzer verwendet werden, um die Bilder zu archivieren, Filme zu erzeugen oder die Bilder über ein Netzwerk an andere Einrichtungen zu senden.
-
Das MRT-System (500) kann auch eine oder mehrere vernetzte Arbeitsstationen (542) umfassen. Beispielsweise kann eine vernetzte Arbeitsstation (542) einen Bildschirm (544), eine oder mehrere Eingabevorrichtungen (546) wie beispielsweise eine Tastatur und eine Maus, sowie einen Prozessor (548) umfassen. Die vernetzte Arbeitsstation (542) kann sich innerhalb derselben Einrichtung wie die Bedienerstation (502), oder in einer anderen Einrichtung befinden, wie z. B. einer anderen Gesundheitseinrichtung oder einer Klinik.
-
Die vernetzte Arbeitsstation (542), ob innerhalb derselben Einrichtung oder in einer anderen Einrichtung als die Bedienerstation (502), kann über das Kommunikationssystem (540) einen Fernzugriff auf den Datenverarbeitungsserver (514), oder den Datenspeicherserver (516) erhalten. Dementsprechend können mehrere vernetzte Arbeitsstationen (542) Zugriff auf den Datenverarbeitungsserver (514) und den Datenspeicherserver (516) haben. Auf diese Weise können Magnetresonanzdaten, rekonstruierte Bilder oder andere Daten zwischen dem Datenverarbeitungsserver (514) oder dem Datenspeicherserver (516) und den vernetzten Arbeitsstationen (542) ausgetauscht werden, so dass die Daten oder Bilder von einer vernetzten Arbeitsstation (542) entfernt verarbeitet werden können. Diese Daten können in jedem geeigneten Format, laut z. B. dem Übertragungssteuerungsprotokoll (»TCP«), dem Internetprotokoll (»IP«) oder anderer bekannten oder geeigneten Protokolle ausgetauscht werden.
-
Unter Bezugnahme insbesondere auf die 6A und 6B ist ein Beispiel eines Röntgen-Computertomographie Bildgebungssystems (»CT«) (600) dargestellt. Das CT-System (600) umfasst eine Gantry (602), an die mindestens eine Röntgenquelle (604) gekoppelt ist. Die Röntgenstrahlenquelle (604) projiziert einen Röntgenstrahl (606), der ein Fächerstrahl oder Kegelstrahl von Röntgenstrahlen sein kann, zu einer Detektoranordnung (608) auf der gegenüberliegenden Seite des Gantry (602) vor. Die Detektoranordnung (608) enthält eine Anzahl von Röntgendetektorelementen (610). Die Röntgendetektorelemente (610) nehmen zusammen die projizierten Röntgenstrahlen (606) auf, die durch ein Subjekt (612) laufen, wie beispielsweise ein medizinischer Patient oder ein Untersuchungsobjekt, das sich im CT-System (600) befindet. Als ein Beispiel erzeugt jedes Röntgendetektorelement (610) ein elektrisches Signal, das der Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls entsprechen kann, und somit der Dämpfung des Strahls, wenn er das Subjekt (612) durchläuft. In einigen Konfigurationen ist jeder Röntgendetektor (610) in der Lage die Anzahl von Röntgenphotonen zu zählen, die auf den Detektor (610) treffen. Während eines Scans zum Erfassen von Röntgenprojektionsdaten drehen sich die Gantry (602) und die darauf montierten Komponenten um einen Drehpunkt (614), der sich innerhalb des CT-Systems (600) befindet.
-
Das CT-System (600) umfasst auch eine Bedienerstation (616), der typischerweise einen Bildschirm (618), eine oder mehrere Eingabegeräte (620), wie z. B. eine Tastatur und eine Maus und einen Rechner (622) umfasst. Der Rechner (622) kann eine handelsübliche programmierbare Maschine umfassen, die ein handelsübliches Betriebssystem ausführt. Die Bedienerstation (616) stellt die Benutzeroberfläche bereit, die es ermöglicht, dass Steuerparameter für den Scan in das CT-System (600) eingegeben werden. Im Allgemeinen steht die Bedienerstation (616) mit einem Datenspeicherserver (624) und einem Bildrekonstruktionssystem (626) in Verbindung. Beispielsweise können die Bedienerstation (616), der Datenspeicherserver (624) und das Bildrekonstruktionssystem (626) über ein Kommunikationssystem (628) verbunden sein, das jede geeignete Netzwerkverbindung, ob drahtgebunden, drahtlos oder eine Kombination von beiden, umfassen kann. Als Beispiel kann das Kommunikationssystem (628) sowohl geschlossene als auch zugeordnete Netzwerke sowie offene Netzwerke wie das Internet umfassen.
-
Die Bedienerstation (616) steht auch mit einem Steuersystem (630) in Verbindung, das den Betrieb des CT-Systems 600 steuert. Das Steuersystem (630) umfasst im Allgemeinen eine Röntgensteuerung (632), eine Tischsteuerung (634), eine Gantrysteuerung (636) und ein Datenerfassungssystem (638). Die Röntgensteuerung (632) liefert Schalt- und Taktungssignale an die Röntgenstrahlenquelle (604), und die Gantrysteuerung (636) steuert die Drehzahl und die Position der Gantry (602). Die Tischsteuerung (634) steuert einen Tisch (640), um das Subjekt (612) in der Gantry (602) des CT-Systems (600) zu positionieren.
-
Das Datenerfassungssystem (638) tastet Daten von den Detektorelementen (610) ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur weiteren Verarbeitung um. Beispielsweise werden digitalisierte Röntgen-Daten vom Datenerfassungssystem (638) an den Datenspeicherserver (624) übertragen. Das Bildrekonstruktionssystem (626) ruft dann die Röntgen-Daten aus dem Datenspeicher-Server (624) ab und rekonstruiert daraus ein Bild. Das Bildrekonstruktionssystem (626) kann einen handelsüblichen Rechner umfassen, oder es kann eine hochparallele Computerarchitektur sein, wie z. B. ein System, das Mehrkernprozessoren und massivparallele, High-Density-Computing-Geräte umfasst. Optional kann eine Bildrekonstruktion auch auf dem Rechner (622) in der Bedienerstation (616) durchgeführt werden. Rekonstruierte Bilder können dann an den Datenspeicherserver (624) zur Speicherung oder an die Bedienerstation (616) übertragen werden, um dem Bediener oder Kliniker angezeigt zu werden.
-
Das CT-System (600) kann auch eine oder mehrere vernetzte Arbeitsstationen (642) umfassen. Beispielsweise kann eine vernetzte Arbeitsstation (642) einen Bildschirm (644), eine oder mehrere Eingabegeräte (646), wie beispielsweise eine Tastatur und eine Maus und einen Rechner (648) umfassen. Die vernetzte Arbeitsstation (642) kann sich innerhalb derselben Einrichtung wie die Bedienerstation (616) befinden oder in einer anderen Einrichtung, wie z. B. einer anderen Gesundheitseinrichtung oder Klinik.
-
Die vernetzte Arbeitsstation (642), ob innerhalb derselben Einrichtung oder in einer anderen Einrichtung als die Bedienerstation (616), kann über das Kommunikationssystem (628) einen Fernzugriff auf den Datenspeicherserver (624), das Bildrekonstruktionssystem (626) oder auf beide erhalten. Dementsprechend können mehrere vernetzte Arbeitsstationen (642) Zugriff auf den Datenspeicherserver (624), oder das Bildrekonstruktionssystem (626) oder auf beide haben. Auf diese Weise können Röntgen-Daten, rekonstruierte Bilder oder andere Daten zwischen dem Datenspeicherserver (624), dem Bildrekonstruktionssystem (626) und den vernetzten Arbeitsstationen (642) ausgetauscht werden, so dass die Daten oder Bilder von einer vernetzten Arbeitsstation (642) entfernt verarbeitet werden können. Diese Daten können in jedem geeigneten Format, wie z. B. laut Übertragungssteuerungsprotokoll (»TCP«), Internetprotokoll (»IP«) oder anderen bekannten bzw. geeigneten Protokollen ausgetauscht werden.
-
Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems (700) dargestellt, das konfiguriert werden kann um medizinische Bilder, die mit unterschiedlichen Abbildungsmodalitäten aufgenommen wurden, wie oben beschrieben, zu koregistrieren. Die zu koregistrierenden medizinischen Bilder können dem Computersystem (700) von den jeweiligen medizinischen Bildgebungssystemen, wie z. B. einem MRT-System und einem CT-System, oder von einer Datenspeichervorrichtung bereitgestellt und in einer Verarbeitungseinheit (702) empfangen werden.
-
In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit (702) einen oder mehrere Prozessoren umfassen. Als Beispiel kann die Verarbeitungseinheit (702) einen oder mehrere von einem digitalen Signalprozessor (»DSP«) (704), eine Mikroprozessoreinheit (»MPU«) (706) und eine Grafikprozessoreinheit (»GPU«) (708) umfassen. Die Verarbeitungseinheit (702) kann auch eine Datenerfassungseinheit (710) umfassen, die konfiguriert ist, um elektronisch zu verarbeitende Daten zu empfangen, welche erste und zweite medizinische Bilder, Bildreihen oder Bildvolumen umfassen können. Der DSP (704), die MPU (706), die GPU (708) und die Datenerfassungseinheit (710) sind alle mit einem Kommunikationsbus (712) gekoppelt. Als Beispiel kann der Kommunikationsbus (712) eine Gruppe von Drähten oder eine feste Kabelverbindung sein, der zur Vermittlung von Daten zwischen den Peripheriegeräten oder zwischen einer beliebigen Komponente innerhalb der Verarbeitungseinheit (702) verwendet wird.
-
Der DSP (704) kann so konfiguriert werden, dass er die ersten und zweiten medizinischen Bilder empfängt und verarbeitet. Die MPU (706) und die GPU (708) können auch so konfiguriert werden, dass sie die ersten und zweiten medizinischen Bilder in Verbindung mit dem DSP (704) verarbeiten. Als Beispiel kann die MPU (706) konfiguriert sein, um den Betrieb von Komponenten in der Verarbeitungseinheit (702) zu steuern und kann Anweisungen enthalten, um die Verarbeitung der ersten und zweiten medizinischen Bilder auf dem DSP (704) durchzuführen. Auch als ein Beispiel kann die GPU (708) Bildgrafiken verarbeiten.
-
In einigen Ausführungsformen kann der DSP (704) konfiguriert sein, um die ersten und zweiten medizinischen Bilder, die von der Verarbeitungseinheit (702) empfangen werden, gemäß den oben beschrieben Algorithmen zu verarbeiten. Somit kann der DSP (704) konfiguriert sein, um anatomische Eigenschaften in den Bildern zu identifizieren, um Registrierungsparameter basierend auf den identifizierten anatomischen Merkmalen und bekannten räumlichen Verhältnissen zwischen ihnen zu berechnen und die Bilder unter Verwendung der Registrierungsparameter zu koregistrieren.
-
Die Verarbeitungseinheit (702) umfasst vorzugsweise einen Kommunikationsanschluss (714) in elektronischer Kommunikation mit anderen Geräten, der ein Speichergerät (716), einen Bildschirm (718) und eine oder mehrere Eingabegeräte (720) umfassen kann. Beispiele eines Eingabegeräts (720) umfassen, sind aber nicht beschränkt auf eine Tastatur, eine Maus und einem Touchscreen, durch den ein Benutzer eine Eingabe machen kann.
-
Das Speichergerät (716) ist konfiguriert, um Bilder zu speichern, die von der Verarbeitungseinheit (702) bereitgestellt oder verarbeitet werden. Der Bildschirm (718) dient zur Darstellung von Bildern, wie z. B. Bilder, die auf dem Speichergerät (716) gespeichert werden können, und anderen Informationen. So kann in einigen Ausführungsformen, das Speichergerät (716) und der Bildschirm (718) für die Anzeige der Bilder vor und nach der Registrierung und für die Ausgabe von anderen Informationen wie Datenplots oder anderen Berichten basierend auf der Registrierung verwendet werden.
-
Die Verarbeitungseinheit (702) kann sich auch in elektronischer Kommunikation mit einem Netzwerk (722) befinden, um Daten, einschließlich CT-Bilder, MR-Bilder und anderer Informationen zu senden und zu empfangen. Der Kommunikationsanschluss (714) kann auch über eine geschaltete zentrale Ressource, beispielsweise den Kommunikationsbus (712), mit der Verarbeitungseinheit (702) gekoppelt sein.
-
Die Verarbeitungseinheit (702) kann auch einen Zwischenspeicher (724) und eine Bildschirmsteuereinheit (726) enthalten. Als Beispiel kann der Zwischenspeicher (724) temporäre Informationen speichern. Beispielsweise kann der Zwischenspeicher (724) ein Direktzugriffsspeicher sein.
-
Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, und es sollte anerkannt werden, dass viele Äquivalente, Alternativen, Variationen und Modifikationen, abgesehen von den ausdrücklich erwähnten, möglich sind und innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.
