用於自動確定矢狀面的方法
2023-05-20 07:31:46 3
專利名稱：用於自動確定矢狀面的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於自動確定對象的藉助於磁共振裝置進行檢查的區域的矢狀面的方法。
背景技術：
在藉助磁共振裝置拍攝檢查對象的圖像的範圍內，為了了解關於檢查對象相對於磁共振裝置的坐標系的位置，以及為了能夠精確地定義要拍攝的體層圖像的平面，關於檢查對象的特定優選平面的位置的認知是重要的。此外，為了能夠拍攝到在重複的檢查中可以進行比較的體層圖像，對於這種標出的平面的認知也是重要的。
一種這樣的平面是矢狀面，在此，「矢狀面」的概念被理解為每個與身體的中心平面或者頭蓋骨的矢狀縫相平行的身體平面。在現有技術中矢狀面或者弧矢位置的確定是手動實現的。首先，在磁共振設備中對檢查對象進行儘可能精確的定位，例如對要拍攝其脊椎的患者進行儘可能精確的定位，也就是說，醫療技術輔助人員應該注意使患者儘可能筆直和平坦仰臥地定位。然後拍攝多幅參考照片，必要時例如利用針對T1、T2或T2*值的不同對比度來拍攝這些。通常參考照片的數目是3-5幅，然後將其為醫生再現，後者通過光學分析並結合其專業知識確定矢狀面或者中心弧矢位置的狀態。在脊椎彎曲曲線的條件下，醫生或者試圖找出一種折衷設置，或者根據設備製造商的設定應用一個折衷設置。這種方式方法一方面非常昂貴，另一方面也相對地極其容易出錯，因為一方面可能在患者定位時出現導致在隨後的拍攝中計算問題的錯誤，另一方面在圖像計算中也不時出現困難，特別是當拍攝質量較差或不包括或僅僅包括不足的用來確定弧矢位置的重要圖像信息。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種為了簡化隨後的拍攝矢向層的設置過程而使得矢狀面的確定容易的方法。
為了解決該技術問題，在一種本文開始部分所述類型的方法中按照本發明建議，拍攝一幅檢查區域的基本上冠狀的定位器照片，根據該照片通過磁共振裝置的圖像處理單元的自動圖像分析來確定矢狀面。
為了支持和簡化平面的確定，本發明建議完全自動地通過對儘可能快地拍攝的概略圖像的適當分析來確定平面，其中，概略圖像照片被稱為「定位器照片」並且藉助於其拍攝重要的檢查區域。然後，由磁共振設備的圖像處理單元採用適當的分析算法來對這些圖像照片進行處理和分析，以便相對於設備坐標系來確定平均矢狀圖像位置和矢狀面的傾斜。也就是說，不需要像在迄今為止的現有技術中拍攝多幅概略圖像，而是通過拍攝一個所謂的「單脈衝快速自旋迴波序列(Single Shot Turbo Spinecho Sequenz)」就足以進行自動的平面確定。此外，也不再需要醫生來進行平面確定，儘管自然地為醫生保留了與此平行地例如根據定位器照片肯定平面以及檢查自動分析的結果。總之，通過本發明的方法實現了對平面確定過程的明顯的簡化以及明顯的時間縮短。
如上所述，可以將任意分析算法用於對定位器照片的圖像分析，只要這些算法適合於確定弧矢位置並由其產生矢狀面。在此適當的是，平面的確定在對圖像或者一個或多個標出的圖像區域中的灰度值分布或者亮度分布的分析基礎上進行。或者可選地也可以考慮，在對圖像或者一個或多個標出的圖像區域中的用於確定解剖標記的模式識別分析的基礎上進行平面的確定。後一種應用的算法取決於檢查區域。對要使用的算法的選擇可以由圖像處理單元本身進行(只要為其提供了用於分析的定位器照片)，或者必要時在設備一側由醫生對於待拍攝的檢查區域的對應輸入而預先設定。
在對整個脊椎區域(即在頸椎、胸椎以及腰椎區域)進行脊椎拍攝時，尤其會在對矢狀面的正確和可再現的設置中出現問題。為了在這種檢查中儘可能精確地確定平面，在本發明思路的優選的擴展中，這樣拍攝脊椎或者脊椎片段，使得填充著液體的脊椎腔位於定位器照片中，其中，這樣拍攝定位器照片，使得填充著液體的區域在光學上突出、特別是更亮地顯示出來。這是基於這樣的思路，基於貫穿於脊椎中間的脊椎腔可以足夠精確地進行位置確定或平面確定。為了使其可用於自動圖像分析的處理地拍攝，這樣拍攝定位器照片，使得液體或流體區域明顯地比背景更亮地顯示出來。為此，選擇對於拍攝序列相應拍攝參數。在這種定位器拍攝中的有效測量時間應該在大約一秒範圍內。
合適的是，為了確定平面在所拍攝的定位器照片的至少兩個相互分開的橫向圖像平面中計算灰度值分布或者亮度分布，並且根據按照本發明建議的光學突顯脊髓的拍攝技術得到的在該至少兩個橫向圖像平面中的灰度值或亮度最大值來確定矢狀面。為了儘可能精確地確定平面也可以在多於兩個橫向圖像平面中確定灰度值分布或者亮度分布。然後根據在對患者的理想定位以及解剖上理想的、不彎曲的脊椎處於一條線上的條件下的灰度值或亮度最大值，可以通過確定最大值位置而精確地確定對應的弧矢位置或者矢狀面。
例如在脊椎傾斜或者彎曲的情況下，也許可能出現這樣的情況，即，在一個圖像平面內在脊椎腔區域中在單個橫向圖像平面突顯的填充液體區域中出現兩個或者甚至更多灰度值或亮度最大值。這也可能與檢查區域以及平面的位置有關係，例如對患者頸椎區域的拍攝以及在接近於向顱骨過渡的橫向圖像平面位置。在這種情況下，從兩個或者多個灰度值或亮度最大值中建立一個隨後用來確定平面的最大值平均值是適當的，必要時為單個最大值進行相應的加權。
特別是在給定的脊椎傾斜下，例如由於在設備中對患者的不夠精確的定位，或者解剖情況下的脊椎彎曲，可能出現最大值或者最大值平均值不象在理想情況下那樣位於公共的連接線上。在這種情況下，通過在現有的待處理的最大值中進行內插來確定連接線以及由其產生的實際矢狀面。
除了特別是對脊椎的檢查之外，矢狀面的確定在對其它對象的拍攝中也是重要的，例如對膝蓋的檢查。在這種情況下，根據本發明的對矢狀面的自動確定是通過將大腿骨的後骨節確定為解剖標記實現的。在此，適合地首先確定一條連接兩個骨節的線，與該線垂直地確定矢狀面的位置。即，這裡是在模式識別和解剖標記的基礎上實現平面的確定的，在此針對定位器照片選擇另一參數設置。在此首先以T1測量和分析的形式進行定位器拍攝。
適當的還有，按照本發明除了矢狀面還自動地確定冠狀面。其中，在脊椎檢查中優選地根據一個基本上不彎曲的脊椎區域確定冠狀面，這對於自然為S型的脊椎而言首先是在胸椎區域是可能的，胸椎在足夠的片段上基本上成直線地展開。在膝蓋檢查中適當地根據可以在兩個骨節之間確定的連線來確定冠狀平面。在每種情況下優選的是，在確定冠狀平面時還使用或者考慮所確定的矢狀面的位置數據。
為了保證，特別是在脊椎拍攝的情況下檢查區域也實際示出所有用來自動確定平面的重要區域，應該適當地用40mm至100mm、特別是在60mm至80mm之間的層厚來拍攝定位器照片。即，厚層的冠狀照片，通過其保證了特別是在脊椎的情況下儘管脊椎彎曲，由於所選擇的層厚還是能在圖像中以直徑最大約為1cm的片段拍攝到較強的脊椎腔。
除了按照本發明的方法之外，本發明還涉及一種磁共振設備，該設備以及其圖像拍攝單元構造用來按照上述方法的精神進行自動的平面確定。
本發明的其它優點、特徵和細節由下面對實施方式和附圖的描述給出。圖中，圖1以原理圖的形式示出了用於實施按照本發明方法的本發明的磁共振設備，圖2示出帶有突出了脊椎腔和在第一橫向圖像平面中的灰度值或亮度特性的所拍攝的脊椎區域的原理圖，圖3示出在圖2中第二橫向圖像平面中的灰度值或亮度分布，圖4示出圖3中在第三橫向圖像平面中的灰度值或亮度分布，圖5示出根據所確定的最大值確定的中間矢狀體層平面的位置。
具體實施例方式
圖1示出了按照本發明的磁共振設備1，其包括將患者推入其中的檢查部件2以及帶有一體化圖像處理單元4的、控制整個設備運行的控制器3，其中，圖像處理單元4構造用於圖像拍攝、圖像處理和圖像分析運行，以及用來實施下面將描述的本發明的方法。此外，還設置了在其上輸出所生成圖像的顯示器5。
圖像處理單元4構造用來實施用於自動確定矢狀面的本發明的方法。為此，首先以厚層冠狀單脈衝快速自旋迴波(Single Shot Turbo Spinecho)定位器拍攝的形式進行定位器圖像拍攝。這種拍攝以例如60mm至80mm的層厚和必要時固定的層位置進行冠狀設置，即無需手動進行層定位。根據待拍攝的檢查區域的不同，視野(即圖像拍攝區域)對應於通常的有效測量，不過也可以稍小一些。但在所預期的脊椎彎曲大的情況下也可以設置更大的視野。
為了在光學上突出的、用於隨後的圖像分析所需的顯示中在顯示脊椎腔或脊髓的條件下拍攝脊椎，相應地設定拍攝圖像所需的運行參數。對於快速圖像拍攝將TE值設置為大約500ms，頻譜上的脂肪飽和設置通常可以省略，以便在不影響圖像質量的條件下快速進行測量。
在拍攝完很短的定位器測量(其有效測量時間為大約1秒)之後，得到在圖2中舉例示出的圖像。然後，由圖像處理單元4對該圖像進行分析，自動地確定矢狀面。為此目的，在不同的橫向圖像平面上確定並計算數字圖像圖像點的灰度值特性或強度特性或亮度特性。
圖2示出了在對橫向圖像平面B1的像素內容進行分析時確定的灰度值特性或強度特性V1。顯然，相對於圖像平面B1的位置在脊椎腔S的區域顯示出一個較強的峰值P1或凸現的最大值，其位置在圖像平面B1上顯示的線上給出並用M1加以標記。
圖3示出圖2中所拍攝的定位器照片LB，其中，這裡為通過對應的橫線表示的第二圖像平面B2同樣確定了灰度值或亮度分布V2。在此，利用在圖像平面B2的線上給定位置上的最大值M2，也在脊椎腔S的區域顯示出凸現的峰值P1。
以相應的方式在圖4中相對於定位器照片LB也對通過線標出的圖像平面B3進行如圖3的過程。不過，這裡在脊椎腔S的區域示出了兩個峰值P3a和P3b，兩者造成兩個最大值M3a和M3b。由這兩個最大值M3a和M3b確定出最大平均值M3，必要時通過不同的加權(例如按照峰值的強度)來確定，其被標記在橫向平面B3的線上。
根據圖5可以看出如何從最大值確定矢狀面的位置。再次示出了定位器照片LB，其中，對於每個圖像平面B1、B2和B3分別示出了各最大值M1、M2和M3。在示出的例子中所有三個最大值M1、M2和M3都位於共同的連線L附近，該連線L同時定義了與其垂直的矢狀面SE。由此，可以按照所述方式通過相應地確定強度或灰度值最大值以及必要時通過對各特徵進行加權算法分析，自動並迅速地確定脊椎片段的中心以及矢狀面的最佳弧矢變化的傾斜(Kippung)。然後，將所確定的脊椎片段中心的層位置和可能的傾斜拷貝到用於隨後的體層圖像拍攝的使用記錄中。也就是說，按照這種方式確定的脊椎腔的中間弧矢變化以及由此的矢狀層導引的中心用作後續圖像拍攝的設置參數。
如上所述，圖5中示出的最大值M1、M2和M3在理想情況下位於連線L附近。對於脊椎較強彎曲或傾斜的情況，這些最大值不一定位於一條公共的線上，而是與其錯開。通過(必要時加權的)內插進行線的確定，也就是說，為了確定線L和由此的矢狀面SE的位置，可以將各最大值的位置以不同的強度應用到內插算法中。
根據對於矢狀面SE的特定位置參數還可以考慮，相對於檢查區域確定冠狀面的位置。對於脊椎拍攝在對相對直線的、在很大程度上不彎曲的脊椎片段的檢查中的原理也能用於胸椎，冠狀面垂直於矢狀面。
權利要求
1.一種用於自動確定藉助於磁共振裝置進行檢查的對象區域的矢狀面的方法，其特徵在於，拍攝一幅檢查區域的基本上為冠狀的定位器照片，根據該照片通過磁共振裝置的圖像處理單元的自動圖像分析來確定矢狀面。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述平面的確定是在對圖像或者一個或多個標出的圖像區域中的灰度值分布或亮度分布的分析基礎上，或者是在對圖像或者一個或多個標出的圖像區域中的用於確定解剖標記的模式識別分析的基礎上實現的。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在圖像中要拍攝的對象區域是帶有填充著液體的脊椎腔的脊椎或者脊椎片段，其中，這樣拍攝定位器照片，使得該填充著液體的區域在光學上突出、特別是更亮地顯示出來。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，為了確定平面在至少兩個相互分開的橫向圖像平面中確定灰度值分布或者亮度分布，並且根據灰度值或亮度最大值確定矢狀面。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，在多於兩個橫向圖像平面中確定灰度值分布或者亮度分布。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，在一個橫向圖像平面的突顯的填充著液體的區域內有兩個或者多個灰度值或亮度最大值的情況下，求出最大值平均值用來確定平面。
7.根據權利要求4至6中任一項所述的方法，其特徵在於，根據連接所確定的最大值、必要時為一個圖像平面的最大值平均值的線，或者根據其位置通過內插來確定的線，來確定所述矢狀面。
8.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在圖像中要拍攝的對象區域是膝蓋，其中，通過將大腿骨的後骨節確定為解剖標記來自動地確定矢狀面。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，為了確定平面首先確定一條連接兩個骨節的線，與該線垂直地確定矢狀面的位置。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，除了所述矢狀面還自動地確定冠狀面。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，在脊椎檢查中根據一個基本上不彎曲的脊椎區域來確定所述冠狀面。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，還根據所確定的矢狀面的位置數據來確定所述冠狀面。
13.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，在膝蓋檢查中根據可在兩個骨節之間確定的連線來確定所述冠狀面。
14.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述定位器照片是利用40mm至100mm、特別是在60mm至80mm之間的層厚拍攝的。
15.一種磁共振設備，其構造用來實施根據上述權利要求中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於自動確定藉助於磁共振裝置檢查的對象區域的矢狀面的方法，其中，拍攝一幅檢查區域的基本上為冠狀的定位器照片，根據該照片通過磁共振裝置的圖像處理單元的自動圖像分析來確定矢狀面。
文檔編號A61B5/055GK1661390SQ200510052518
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月28日 優先權日2004年2月27日
發明者喬基姆·格雷斯納 申請人:西門子公司