用於將放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系中的方法

2023-06-28 16:13:46 3

專利名稱：用於將放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系中的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於將至少一部分大腦的起始放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系中的方法。此外，本發明還涉及一種相應的圖像數據處理裝置，該裝置依據這種方法將起始放射圖像數據轉移到神經解剖學坐標系中，以及一種具有這種圖像數據處理裝置的放射系統。
背景技術：
例如像X射線系統、計算機斷層造影或核自旋斷層造影等醫療技術的成像系統(也稱為「模態」)目前經常在檢查大腦時使用。由成像系統產生的放射圖像數據用於例如提供病情診斷、分析病灶變化或者計劃手術介入。此外，成像系統也用於對大量患者或者受檢者進行臨床研究，其中，檢查大腦解剖或者功能的共性，但也檢查個性化的差異。
顯而易見的是，大腦的個性化解剖學特性，例如大腦各自幾何延伸和形狀中的差異，妨礙了對放射圖像數據的有效分析。這一點特別是也適用於藉助機能性磁共振檢查所拍攝的大腦活動的解剖學定位。專利文獻US 6.240.308 B1描述了一種方法，其中，對來自專業領域中公知的「大腦圖譜」中的數位化卡片這樣處理，使其可與患者大腦的個性化拍攝疊加，從而例如在卡片中所使用的醫學術語處於個性化患者圖像數據的對應部位上，由此簡化了用戶對圖像數據的分析。然而，因為在這種方法中患者圖像數據儘可能地保持不變，所以大腦的個性化特性使得多人的放射圖像數據的統計分析(例如為產生解剖學或者機能性平均值圖像)變得困難。因此，在醫療實踐中經常需要將大腦的個性化放射圖像數據映像到標準化的神經解剖學坐標系中。
作為這種神經解剖學坐標系的例子，特別是大腦活動的定位中擴展的坐標系可以按照Talairach命名。圖3示出了映像到Talairach坐標系中的大腦放射圖像數據的例子。除了別的之外，這種映像需要在個性化放射圖像數據的內部識別特有的解剖學結構，例如所謂的「解剖學地標」，其幾何形狀位置通常在大腦圖譜中得到說明。解剖學結構的幾何位置預先規定以何種方式處理放射圖像數據，以達到向標準化的神經解剖學坐標系內的映像。專利文獻US 5.827.499已經提出藉助於解剖學地標進行正電子發射斷層造影(PET)的圖像數據的標準化。然而，解剖學地標的識別和通過圖像數據的用戶映像放射圖像數據需要花費很多時間。此外，這種過程容易出錯，因為例如解剖學地標的準確識別取決於用戶的各自經驗。因此，顯而易見的還有對由不同的用戶映像到神經解剖學坐標系上的圖像數據的比較，由於用戶個人施加的影響在映像時只能是有條件的。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題在於，提供一種用於將至少一部分大腦的起始放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系中的方法，該方法可以儘可能地自動進行，從而將圖像數據及時並以統一的格式提供給用戶使用。
上述技術問題是通過按本發明的方法以及通過按照本發明的圖像數據處理裝置和按照本發明的放射系統得以解決的。
在此，在依據本發明的方法中，首先自動確定起始放射圖像數據中的解剖學基準標記。除了別的之外，解剖學基準標記可以是點、線或者平面。例如，大腦的前面空間界限構成點狀的解剖學基準標記，而大腦兩半部分之間的腦半球間隙(IHS)則為平面方式的解剖學基準標記。線狀的解剖學基準標記可以是大腦的兩個特有解剖學地標之間的連接線。作為例子這裡可以命名為前連合(anteriorcommisure，AC)與後連合(posterior commisure，PC)之間的連接線。也就是說，自動確定解剖學基準標記除了自動分析放射圖像數據外，也可以包括對線或者平面的自動計算。
在另一步驟中，旋轉和/或移動起始放射圖像數據，目的是使旋轉和/或移動的圖像數據中的至少一部分解剖學基準標記與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致。由此，達到使通過例如頭部扭動的圖像數據拍攝或者通過大腦的特殊解剖學特性產生的移動和扭動正常化。例如在向Talairach坐標系內映像時，這樣旋轉和/或移動起始放射圖像數據，直至AC與PC之間的連接線水平分布和IHS平面通過坐標原點。需要時在旋轉和/或移動時不是達到與神經解剖學坐標系的解剖學基準標記的完全覆蓋，而是僅達到接近完全覆蓋。
在此，依據本發明的自動確定解剖學基準標記和旋轉和/或移動起始放射圖像數據的步驟原則上也可以反覆多次進行，也就是說，在起始放射圖像數據完成一次旋轉和/或移動後，接著繼續自動確定解剖學基準標記，它又成為繼續旋轉和/或移動的起點。
在另一步驟中，將旋轉和/或移動的圖像數據變換到神經解剖學的坐標系內，也就是說，為這些圖像數據藉助變換方法分配神經解剖學坐標系的坐標。除了別的之外，這些變換方法可以通過多個線性或者非線性方程式產生，利用這些方程式計算神經解剖學坐標系的坐標。此外，可以考慮這樣的變換方法，其中，將三維圖像數據分成多個體元並將這些體元的每一個通過神經解剖學坐標系的坐標值的組合來描述。
藉助於依據本發明的方法可以儘可能地自動並因此相當迅速地這樣整理大腦的放射圖像數據，使其可以簡單地與其它大腦的圖像數據進行比較，即使起始放射圖像數據由於大腦各自特殊的解剖學特性和圖像數據拍攝期間可能存在特殊狀況而存在差別。特別是確定解剖學基準標記的「標準化」使得通過依據本發明的方法可以有效產生大量患者或者受檢者的解剖學或者機能上的平均值圖像，由此特別是使進行臨床研究變得容易。在解剖學基準標記通過用戶的參與進行識別的情況下可能產生的偏差被排除。
依據本發明的將至少一部分大腦的起始放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系中的圖像數據處理裝置，必須包括用於自動確定起始放射圖像數據中的解剖學基準標記的識別裝置。此外，該圖像數據處理裝置需要一種標準化裝置，其對起始放射圖像數據進行旋轉和/或移動，目的是使旋轉的和/或移動的圖像數據中的至少一部分解剖學基準標記與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致。最後圖像數據處理裝置必須具有一種變換裝置，其從旋轉和/或移動的圖像數據中確定神經解剖學坐標系中的變換的圖像數據。
本發明其它特別具有優點的結構和擴展由下面的說明給出。
優選地，為了自動確定解剖學的基準標記而對起始放射圖像數據內的亮度值進行分析。圖像數據內的亮度值通常代表著透射大腦時成像信號衰減的程度。該衰減程度實踐中通常相對於透射水時的衰減以所謂的豪斯菲爾德單位(Hounsfield-Einheiten，HE)給出。因此，HE的局部強變化例如可以說明從組織向骨材料的過渡。特別是在確定說明大腦最大幾何延伸的特有解剖學基準標記時，對按照HE的圖像數據的分析是足夠的。
對亮度值的分析優選地可以限定在起始放射圖像數據的子集上。對解剖學基準標記「搜尋空間」的這種限定簡化其在圖像數據中的識別。因此例如有意義的是，將上大腦界限的搜尋空間相應限定在上部圖像數據範圍。而限定在大腦內部的一個圖像數據範圍適用於確定AC。
除了分析亮度值之外，自動確定解剖學基準標記可以如下得到支持在起始放射圖像數據中識別這樣的解剖學結構，對於這些結構來說，大腦內的各自獨特位置及其與解剖學基準標記的相對位置已知。例如，對專業領域的專家來說大腦的液體空間作為地標適用於確定解剖學基準標記。在此，解剖學結構和解剖學基準標記的識別也可以採用人工智慧的方法，例如像神經網絡或者模糊邏輯的方法。
在依據本發明方法的一種優選實施方式中，旋轉和/或移動的圖像數據附加地包括縮放(Skalierung)。除了別的之外，這種縮放可以用於放射圖像數據由不同的人這樣進行修改，使得大腦的延伸、也就是例如前大腦界限和後大腦界限之間的距離按照統一的數值映像。由此，提高了放射圖像數據的可比性。
依據本發明的方法並不局限於確定的神經解剖學坐標系。使用何種神經解剖學坐標系可以取決於特定的檢查目的或者醫學專業領域，例如像神經病理學、神經解剖學或者神經學。在依據本發明方法的一種優選實施方式中，這樣構成方法步驟，使得起始放射圖像數據轉移到Talairach坐標系內。在這種情況下，作為解剖學基準標記自動確定前(anterior)、後(posterior)、左、右、上(cranial，頭蓋)和下(caudal)大腦界限以及IHS和AC與PC之間的連接線。通過使用旋轉和/或移動步驟將AC與PC之間的連接線轉移到水平位置內以及將IHS平面轉移到坐標原點內。接著按區域計算Talairach坐標。例如，為此在冠向(「從前面」的觀察方向)上將IHS與右或左大腦界限之間的右和左大腦半球分成四個各自獲得坐標值a、b、c和d的部分。在坐標變換的下面步驟中，以類似方式確定其它坐標方向的坐標值(A至I，1至12)，從而在變換結束時Talairach坐標(例如F3b)可供所有區域的圖像數據使用。這些變換步驟對專業領域的專家來說是公知，因此在這裡不再贅述。
在將起始放射圖像數據利用依據本發明的方法映像到神經解剖學坐標系內之後，這些圖像數據可以在適當的圖像輸出裝置上進行顯示。優選地，這種顯示如下得到完善為圖像數據的觀察者提供顯示神經解剖學坐標系坐標的可能性。這一點可以由此進行轉換，即坐標通過觀察者的行為(例如通過確認輸入裝置上的按鍵)在圖像輸出裝置上顯示所選擇的圖像數據範圍的圖像數據。
在顯示映像到神經解剖學坐標系內的放射圖像數據的另一優選實施方式中，同時顯示不同大腦的變換的圖像數據。由此，觀察者可以相當簡單地研究圖像數據之間的共性和差別。
依據本發明方法的步驟適用於自動實施。因此，依據本發明方法的一種優選實施方式是這樣一種解決方案，其中，在選擇起始放射圖像數據和確認啟動裝置後，所有方法步驟全自動地被執行。
為實施依據本發明的方法，放射系統包括相應的圖像數據處理裝置以及用於在圖像輸出裝置上顯示變換圖像數據的用戶接口。在此，圖像數據處理裝置可以是放射系統的診斷站的一部分。這種診斷站通常空間上與拍攝裝置(也稱為「掃描儀」)分開。正常情況下在圖像數據拍攝結束之後，也就是說，診斷站在所謂的「offline」模式下工作時對圖像數據進行處理。依據本發明方法的這種轉換特別適用於需要將大量圖像數據映像到神經解剖學坐標系內，例如在臨床研究的範圍內。作為替換，圖像數據處理裝置可以是一種模態的控制裝置(也稱為「掃描儀控制臺」)的組成部分，也就是說，該裝置空間上靠近拍攝裝置。由此，可以使圖像數據在患者或者受檢者仍處於拍攝裝置時映像到神經解剖學坐標系內。在這種情況下特別具有優點的是，變換的圖像數據迅速可供使用並還可能為圖像拍攝時的其它進程迅速得出結論。
依據本發明方法的轉換可以全部或者部分通過在放射系統內執行的軟體組成部分進行，也就是說，特別是識別裝置、標準化裝置或者變換裝置可以作為軟體組成部分實現。常用的放射系統具有用於圖像數據處理可編程的相應裝置，從而本發明可以通過現有圖像數據處理程序的相應配合和補充加以實現。也就是說，將電腦程式產品直接裝入放射系統可編程圖像數據處理裝置的存儲器內，該系統具有程序代碼裝置，以便實施依據本發明方法的所有步驟。


下面參考附圖根據實施例對本發明再次進行詳細說明。圖中圖1示出依據本發明放射系統的示意圖；圖2示出依據本發明方法一種優選實施例的流程圖；以及圖3示出在Talairach坐標系中顯示大腦的例子。
具體實施例方式
圖1示出了可以按照本發明的方法工作的放射系統1的實施例。在此，放射系統1由診斷站2以及可以產生患者或者受檢者21大腦原始圖像數據19的模態24組成。模態24的例子有計算機斷層造影儀或核自旋斷層造影儀。由控制裝置17控制的拍攝裝置20產生通常儲存在模態24內部原始圖像數據存儲器18內的原始圖像數據19。其它系統、如診斷站2可以訪問存儲器18和調用原始圖像數據19。模態24可以具有其它組成部分和特徵，例如圖像數據的處理裝置、圖像重建裝置、圖像輸出裝置、鍵盤或者指示裝置，但出於清楚的原因在圖1中沒有示出。
原始圖像數據19的進一步處理通常在診斷站2上進行，該診斷站不一定非得處於模態24空間附近。診斷站2一般通過用戶接口12被控制，該接口上連接著輸入裝置，例如「滑鼠」的指示裝置14或者鍵盤15。圖像數據的觀察和分析在一個或者多個圖像輸出裝置13上進行。此外，診斷站2可以包括圖像數據處理裝置3以及用於儲存起始放射圖像數據5或者變換的圖像數據11的資料庫4、10。例如，圖像數據處理裝置3可以從模態24的原始圖像數據存儲器18接收原始圖像數據19並且執行處理步驟，如配合對比度或者亮度值的所謂開窗，並隨後將產生的起始放射圖像數據5儲存在資料庫4內，在該資料庫中這些數據然後可供進一步的圖像數據處理使用。
為實施依據本發明的方法，診斷站2具有圖像數據處理裝置22，該裝置將至少一部分大腦的起始放射圖像數據5映像到神經解剖學坐標系內。為此，圖像數據處理裝置22包括識別裝置6，用於自動確定起始放射圖像數據5內的解剖學基準標記23。從確定的解剖學基準標記23出發，標準化裝置8對起始放射圖像數據5進行旋轉和/或移動，目的是使旋轉的和/或移動的圖像數據7中的至少一部分解剖學基準標記23與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致。此外，依據本發明的圖像數據處理裝置22具有變換裝置9，該裝置從旋轉和/或移動的圖像數據7中確定神經解剖學坐標系中的變換的圖像數據11。變換的圖像數據11隨後可以例如直接通過用戶接口在圖像輸出裝置13上顯示。
需要時診斷站2的用戶可以在觀察變換的圖像數據11時利用輸入裝置、例如指示裝置14或者鍵盤15改變顯示或者查詢其它信息。在此，特別包括諸如顯示的旋轉或者局部放大的改變。查詢信息的例子可以是將神經解剖學坐標系的坐標輸出到利用指示裝置14選定的圖像區域。診斷站2也可以具有儲存變換圖像數據11的資料庫10。此外，診斷站2可以將變換的圖像數據11輸出到其它裝置，如圖1所示的圖像處理系統16。這種圖像處理系統16例如為用於灌注、擴散或者機能成像的系統。
需要指出的是，圖1中所示的放射系統僅是本發明的一個實施方式。在另一個實施方式中，例如模態24可以包括圖像數據處理裝置22以及用戶接口、圖像輸出裝置和輸入裝置，從而將模態24中的放射圖像數據映像到神經解剖學坐標系內並相應進行顯示。此外，圖1中所示的資料庫4和10也可以空間上與診斷站2分開設置。此外，依據本發明的診斷站2也可以對多個模態24的原始圖像數據19進行訪問，以便將其映像到神經解剖學坐標系內。
圖2示出依據本發明方法的一種優選實施方案，其中，將起始放射圖像數據5映像到Talairach坐標系內。依據本發明方法的各個步驟通過概括在步驟B(該步驟代表著將起始放射圖像數據至Talairach坐標系圖像數據內的全部映像)內的步驟K至R實現。(分)步驟K、M、O、P和Q是自動確定通過識別裝置6實施的上部和解剖學基準標記23的方法步驟。在此，在步驟K中自動確定解剖學基準標記AC和PC，而在步驟M中自動確定IHS平面。步驟O代表著前大腦界限和後大腦界限的自動確定，步驟P代表著右大腦界限和左大腦界限的自動確定，而步驟Q代表著上大腦界限和下大腦界限的自動確定。圖2中所示旋轉圖像數據的步驟L直到從AC到PC的連接線水平定向，而移動圖像數據的N則直到IHS平面通過坐標原點，與通過標準化裝置8執行的旋轉和/或移動的方法步驟相應。此外，步驟R表示用於將旋轉和/或移動的圖像數據7變換到的神經解剖學坐標系內的方法步驟，該步驟由變換裝置9執行。
除了步驟A中起始放射圖像數據5的輸入外，圖2還示出了作為通過依據本發明方法產生的圖像數據進一步處理的例子的步驟C至F。在此，步驟C相當於顯示利用Talairach坐標軸輸出的映像圖像數據。步驟D代表著用戶對顯示的處理，例如區域放大或者與其它變換圖像數據的比較，步驟E代表著圖像數據在Talairach坐標系內的儲存，而步驟F代表著圖像數據向其它圖像處理系統的傳送。
圖3示出了在Talairach坐標系中顯示大腦的例子。在此，除了這裡未進一步介紹的患者或者受檢者21的三維圖像U外，還可以看到矢狀視向S、冠狀視向T和橫向視向V上的圖像。為三個顯示S、T和V的每個給出了Talairach坐標系的坐標，例如為矢狀視向S上的顯示規定Talairach坐標A至I以及1至12。除了變換圖像數據11的這種二維顯示外，執行依據本發明方法的診斷站2還可以例如三維地顯示變換的圖像數據11。
最後再次需要指出的是，上述放射系統和方法過程是實施例，它們可以由專業領域的專家以不同方式進行改變，而不會偏離本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於將至少一部分大腦的起始放射圖像數據(5)映像到神經解剖學坐標系中的方法，包括以下方法步驟-自動確定起始放射圖像數據(5)中的解剖學基準標記(23)，-旋轉和/或移動起始放射圖像數據(5)，目的是使旋轉的和/或移動的圖像數據(7)中的至少一部分解剖學基準標記(23)與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致，以及-將旋轉和/或移動的圖像數據(7)變換到神經解剖學的坐標系內。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，為了自動確定解剖學的基準標記(23)對起始放射圖像數據(5)內的亮度值進行分析。
3.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，為了自動確定解剖學的基準標記(23)將亮度值的分析限定在起始放射圖像數據(5)的子集上。
4.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，在起始放射圖像數據(5)中識別解剖學結構，將其作為在自動確定解剖學基準標記(23)時的其它標準使用。
5.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述變換包括對旋轉的和/或移動的圖像數據(7)的縮放。
6.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述神經解剖學坐標係為Talairach坐標系。
7.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，在顯示(C)變換的圖像數據(11)時顯示神經解剖學坐標系的坐標。
8.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，不同大腦的多個變換的圖像數據(11)同時為顯示(C)的部分。
9.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，在選擇起始放射圖像數據(5)和確認啟動裝置後自動執行所有方法步驟。
10.一種圖像數據處理裝置(22)，該裝置將至少一部分大腦的起始放射圖像數據(5)映像到神經解剖學的坐標系內，其特徵在於，-識別裝置(6)，用於自動確定起始放射圖像數據(5)中的解剖學基準標記(23)，-標準化裝置(8)，其對起始放射圖像數據(5)進行旋轉和/或移動，目的是使旋轉的和/或移動的圖像數據(7)中的至少一部分解剖學基準標記(23)與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致，以及-變換裝置(9)，其從旋轉的和/或移動的圖像數據(7)中確定神經解剖學坐標系中的變換圖像數據(11)。
11.一种放射系統(1)，具有按權利要求10所述的圖像數據處理設置和用於在圖像輸出裝置(13)上顯示(C)變換的圖像數據的用戶接口(12)。
12.一种放射系統(1)的診斷站(2)，具有按權利要求10所述的圖像數據處理裝置(22)。
13.一种放射系統(1)的模態(24)，包括控制裝置(17)，其具有按權利要求10所述的圖像數據處理裝置(22)。
14.一種可直接裝入放射系統(1)可編程圖像數據處理裝置(22)的存儲器內的電腦程式產品，具有程序代碼裝置，以便在該程序在放射系統(1)內得到執行的情況下實施按權利要求1至9之一所述方法的所有步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用於將至少一部分大腦的放射圖像數據(5)映像到神經解剖學坐標系中的方法。為此，自動確定起始放射圖像數據(5)中的解剖學基準標記(23)並對起始放射圖像數據(5)進行旋轉和/或移動，目的是使旋轉的和/或移動的圖像數據(7)中的至少一部分解剖學基準標記(23)與神經解剖學坐標系中相應的解剖學基準標記相一致。旋轉和/或移動的圖像數據(7)然後通過變換轉移到神經解剖學的坐標系內。此外，本發明還涉及一種用於依據上述方法映像起始放射圖像數據(5)的圖像數據處理裝置(22)以及一種具有相應圖像數據處理裝置(22)的放射系統(1)。
文檔編號A61B19/00GK1954778SQ200610149528
公開日2007年5月2日 申請日期2006年9月26日 優先權日2005年9月26日
發明者埃克哈德·亨佩爾 申請人:西門子公司