运行成像医疗检查设备的方法

专利名称：运行成像医疗检查设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在一个测量、处理和成像周期内运行成像医疗检查设备的方法，该检查设备具有一个拍摄单元、一个数据处理单元和一个成像单元。
背景技术：
在利用成像医疗检查设备进行心脏病检查时，例如进行所谓的CINE-Studie(电影-研究)测量，以借助心脏断层图像的动画来显示心脏的动力学。为此，在自己的工作台上将一系列例如利用核磁共振设备(MR设备)拍摄的照片加载到安装在工作台的工作站上的数据分析和后处理软件中。该数据分析和后处理软件自动或半自动地例如沿着心肌内部和外部的轮廓对照片进行分段。对这些分段进行两维或三维分析，从而心脏病医生获得患者心脏的动力学生理数据。心脏病检查一方面包括获取患者的照片，另一方面包括对照片的二次分析。该二次分析相当耗费时间和人力。大多数情况下在患者已经离开检查设备后才进行分析。如果心脏病医生根据所作分析确定需要重新进行检查，则这意味着再一次计划和实施成像医疗检查。对医生、医院和患者来说这样做既费时又费钱。
对于利用成像医疗检查设备进行血管检查(血管造影)来说，要进行同样的步骤。首先借助检查设备拍摄血管数据组。接着，多半在患者离开检查设备之后，再在自己的工作台上将血管数据加载到另一个数据分析和后处理软件中，以便例如通过量化形成的缺损(如狭窄或动脉瘤)进行诊断。这种同样分为两部分的过程——在检查设备上进行测量和在自己工作台上进行数据分析既耗费时间又耗费人力。如果检查医生根据其分析确定需要重新进行检查，以便例如对狭窄处作详细测量，这同样对于医生、医院和患者来说意味着要再次花费时间和金钱。
用于分段的方法例如由WO 02/093188公开。其中介绍了一种用于分段心脏图像，特别是用于借助轮廓传播(Konturpropagierung)来分段左心室的方法。

发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种省时省钱地进行成像医疗检查和分析的方法。
按照本发明，上述技术问题是通过一种用于在一个测量、处理和成像周期内运行一台具有一拍摄单元、一数据处理单元和一成像单元的成像医疗检查设备的方法来解决的其中首先利用拍摄单元测量图像原始数据组；然后借助数据处理单元将原始数据组处理成图像数据组，且基本上同时地对至少一个分段数据组进行计算，其中所述计算借助分段算法来完成，所述分段数据组描述了图像数据组中一个分段的空间变化，尤其是其轮廓和/或体积变化；最后借助成像单元一起显示所述分段数据组和图像数据组，其中所述显示基本上与测量和数据处理同时完成。
上述方法的优点是，利用检查设备的数据处理单元以联机(inline)方式对照片进行分析。此处，对于联机(联机技术)应理解为对数据进行即时处理而不是后处理，也就是说，联机技术表示在图像再现期间进行实时处理。这意味着，图像数据的处理已经在图像计算机或者在例如控制测量心脏照片的计算机中完成，从而可以在紧接着测量之后立即进行诊断或计划后续检查。这是可以实现的，因为已经在测量、处理和成像周期内对图像数据进行了分析。通过以提取(extrahiert)形式提供图像数据组的重要信息，例如分段的空间变化，在此时产生的分段数据组的可用性还具有另一个优点为计算和存储这些信息只需要很少的附加存储介质。
另一个优点在于，进行检查的医生根据联机处理，例如通过心脏的收缩性能或通过其它描述患者生理状态的参数立即获得经可视化处理的信息。这样，例如可以由分段数据组获得如搏动幅度(Schlagvolumen)、射血分数(Auswurffraktion)或心脏质量(Herzmasse)的信息。
另一个优点在于，已经可以利用一个例如与分析和后处理软件相比大大减少的分析软件进行诊断。此时，例如在心脏病学中不再由放射科医生进行检查和分析，而是由心脏病学医生独立地进行检查，并在可能情况下计划后续的测量。因而，这样的检查和分析除了赢得时间外还适应心脏病学的要求。
在本发明方法的一个特别优选的实施方式中，该检查设备的操作者可依据成像单元上的显示启动在时间上紧接前一周期的第二测量、处理和成像周期。此处，“在时间上紧接”理解为在同一次检查期间还要进行用于澄清可能出现的问题的后续测量(Folgemessung)，从而无需重新调整患者，进行检查的准备工作。这明显加快了对患者的处理。因而，本方法的这种实施方式具有以下优点除了分析和计划后续检查外，还完成了该后续检查。这避免了不必要的反复测量，显著提高了检查工作流程的效率。例如，患者在成像检查设备中的总停留时间大大缩短了。
在另一种实施方式中，对由所述分段数据组描述的分段的几何形状进行分析，以便计算尤其随时间或空间的体积变化和/或绝对体积大小，并借助成像单元显示成图或表。这样具有以下优点可以使联机分析与实施检查的医生的不同需求协调一致，从而向该医生直接可视化地呈现重要的医疗和生理参数(心脏-射血-分数、心肌质量、心脏舒张和心脏收缩的幅度、博动幅度、心脏搏动效率、最大射血率、最大充盈率、达到最大射血的时间、心率…)。
在另一实施方式中，在进行分段算法期间就已经将全部已可供使用的分段数据组或该分段数据组最后计算的部分连同图像数据组一起可视化。这使得具有优点的、借助联机分析而立即提供信息的显示成为可能。
在另一个特别优选的实施方式中产生多个二维(2D)图像数据组，其所属的、表征特定类型组织的空间变化特性的分段数据组由处理单元分段地利用实施测量、处理和成像周期组合成一个三维和/或与时间有关地再现该组织的三维(3D)分段数据组。这具有以下优点由于显示动态或空间关系而改善了诊断。这样的3D分段数据组可以方便地进行处理和显示，因为其与图像数据组相比是极度压缩的、要求很少存储器的数据组。因而可以进行例如旋转透视那样的快速操作。
在优选实施方式中，图像数据组是三维数据组，尤其是借助CT或MR设备的血管造影测量产生的三维数据组。
在优选实施方式中，通过分段算法选择一个血管作为分段，所述分段数据组尤其是描述了该血管中心的变化和/或其尤其与方向有关的半径。
在优选实施方式中，在显示中标记与方向有关的半径的最大值和/或最小值。
在优选实施方式中，特定类型组织是内心肌和/或外心肌。
在优选实施方式中，将2D图像数据组组合成一个与3D分段数据组一起显示的3D图像数据组。
在优选实施方式中，将时间上前后相随的图像数据组和/或属于该图像数据组的分段数据组以电影显示方式可视化。


下面结合图1至11对本发明的多个实施方式进行说明图1为说明本发明的方法和医生进行人机对话可能性的示意图；图2为用于实施本发明方法的成像医疗检查设备的概貌图；图3为借助显示单元显示的心脏搏动期间的图像，其中a)示意地表示心肌的分段MR照片、b)描述了3D分段数据组以及c)显示了心肌直径随时间的变化；图4表示由3D模型计算出的心肌收缩情况的图像；图5描述了分段开始时的血管树(Gefβbaum)；图6描述了继续分段时的血管树；图7描述了完成分段后的血管树；图8描述了一种可以特别好地跟随分段算法的分段开始时的血管树；图9描述了具有两个标记的血管树；图10用来说明血管造影中分段数据组的结构；图11给出了图10中支路血管半径与血管行程的关系。
具体实施例方式
图1示出了用于说明本发明的方法的示意图。成像医疗检查设备1包括一拍摄单元3、一数据处理单元5和一成像单元7。该检查设备例如可以是核磁共振设备、计算机断层造影设备或超声仪器。此外，图1中一方面示出了负责该检查的医生9，另一方面示出了用于表示各单元的关系以及医生9进行人机对话可能性的箭头。
利用拍摄单元3进行例如二维或三维测量，该测量以原始数据组3R的形式发送到处理单元5。处理单元5例如包括测量计算机和/或专用的图像处理计算机。在那里将原始数据组3R换算为图像数据组5B，并同时对其进行数据分析。在此，该分析通过一个或多个特定的、例如识别MR照片中平面结构的分段算法进行。通过该算法获得一个以其几何形状作为分段数据组5S的分段，例如通过获得边界(Rnder)的方法。在分段时可以考虑不同的输入参数。例如在第一种方案中算法可以采用多个例如包括该待分段的恒等值或分段起始点的标准参数。
利用成像单元7一方面可以将图像数据组5B和/或所有到此时所进行的测量概貌可视化。此外还可以显示产生的分段数据组5S。例如，医生9可以在显示首先计算出的分段数据组5S之后对起始参数进行修正，从而所有继续进行的分段算法都以修改后的参数运行。
分段数据组5S可以显示为二维的，也可以在具有多个照片时显示为三维的。此外，例如还可以利用成像单元7显示对分段数据组5S的数据分析。
陪同检查的医生9从向他提供的可视化信息中获得对患者诊断的支持。同时他可以对在相同检查位置所要进行的继续测量调整可能的测量参数。除了对分段方式施加影响外，医生9还可以选择显示方式。
图2以MR设备11为例说明本方法。该设备具有例如包括基本磁场磁铁以及发送和接收天线的拍摄单元3A。置于卧塌15上的患者13被送入MR设备11的拍摄区域中。患者13的MR照片由图像处理单元5A转换为图像数据组。利用一个或多个分段算法从该图像数据组中产生分段数据组。该图像数据组和分段数据组由具有屏幕的成像单元7A显示。医生9A可以借助MR照片的显示进行诊断，或决定是否需要为诊断作进一步测量。在此，该显示可以针对专业医生、例如心脏病学医生给出。这样一来就取消了首先由放射科医生对所获得的数据进行处理的中间环节。
因此，本发明方法的一个很大的优点在于，医生在检查之后立即以联机方式获知如与患者生理有关的测量结果，例如以3D模型、图和/或表说明测量结果(心脏的收缩情况、体积数据，…)。这在患者还平躺在检查设备中时就已完成。对于通常的对检查独立进行数据分析处理的过程(Vorgehensweise)来说，本方法具有以下优点患者13的定位只需要进行一次，多次检查的工作流程得到了优化，并将患者13在检查设备11中的停留时间减少至最小。
可以将多种分段算法集成到数据处理中，以便例如对形状(Formen)和强度变化进行分段。对应的算法及其参数可以用于多次拍摄，也就是说，这些算法及其参数可以对每一个图像数据组使用，从而对图像数据组进行一致的处理。用于查找轮廓的算法可以例如全自动地进行，也可以需要附加输入。
下面说明三种可能用于获得左心室或右心室点阵结构(Gitterstruktur)形式3D模型的情况。
第一种情况(Szenario)描述了利用心脏短轴截面的分段实施而自动产生的心脏3D模型。在此，将心脏的第一短轴截面作为“电影-研究”进行测量。也就是说，以时间序列拍摄圆形的心肌截面，该序列可以在显示单元的监视器上作为图像序列播放。在这种二维的“电影-研究”中，可以看出该心肌环如何在收缩阶段抽紧和在舒张阶段松弛的。此时，“电影-研究”的显示相应于如在实施MR测量时显示图形断层定位。
为了分段进行“电影-研究”，医生在显示心肌截面时单击心肌中部，启动这样一种围绕心肌内部或心肌外部的分段和轮廓描绘。或者利用测量自动进行分段，其中将标准初始参数作为该算法的基础。将这样产生的轮廓提供给医生参考。他可以接受该轮廓或根据需要进行校正。还在测量期间或与显示同时对“电影-研究”的所有MR照片完成该认可的分段算法，从而可以在所有心脏状态传送该轮廓，并反映到该“电影-研究”中。
医生测量该心脏的其它短轴截面作为“电影-研究”，其中也将分段算法应用到该“电影-研究”的MR照片中。给出包括心脏在内、且相应具有围绕心肌的轮廓的MR照片。
除了二维显示截面之外，并行地建立心脏的3D模型，并在监视器的一个窗口中显示。3D模型逐步由逐渐产生的轮廓构成，直到再现出整个左心室或右心室。其一方面示出心肌活动的空间动力学，另一方面示出其时间动力学。
在一定条件下，其优点在于如果可以将所测量的MR照片添加到3D模型中或从3D模型中取走，这样一来医生可以检验模型和测量的一致性。
在第二种情况中，利用多个短轴和长轴截面半自动化地产生3D模型。这些截面为圆形或马蹄铁形的心肌截面。在所构成的3D“”中可以看出心肌的动力学。与第一种情况相应，医生通过在至少一幅短轴截面图像中单击心肌环的中部，启动围绕心肌内部以及心肌外部的分段和轮廓描绘。接着，再次自动地在短轴截面的所有心脏状态传播这样产生的轮廓。
在分段心脏的长轴截面时，医生单击心肌的内轮廓线和外轮廓线，以便设置可视化表示的点。他对多个时间点和不同长轴截面重复该手动标记。
再次与测量并行地将根据长轴截面和短轴截面获得的分段数据组合成为一个3D模型，该模型由产生的轮廓和长轴截面的点逐渐形成，直到再现出整个左心室或右心室。这里，为了检验该模型也可以与测量的截面进行比较。
第三种情况说明手动为主的分段启动。这种方式在超声检查中尤其具有优点。再次对心脏的多个短轴和长轴截面进行测量作为“电影-研究”。医生对多个时间点以打点的方式既在长轴截面又在短轴截面中标注心肌的内部与外部轮廓。
在一个分窗口中再次与测量并行地显示作为可与该测量相匹配的心脏3D模型的分段。
对于所有三种情况都适用的是，心脏的3D模型通过连续的测量和标示轮廓来构成，并可以在另一个窗口中例如显示反映心脏搏动期间心脏大小随时间变化的体积曲线。该体积曲线在测量期间是变化的，因为只要例如将另一个截面的轮廓拍摄到3D模型中或手动更改3D模型，该曲线就要不断更新。
将心脏短轴截面和长轴截面进行组合的优点在于基于正交的截面图像只需较少的测量就足以产生3D模型。但是该3D模型比短轴截面经过精确分析的测量粗略，并以大量的额外输入为条件，但是对心脏病的分辨率来说多半已足够了。
图3说明在3D立体化时，尤其是在对测量值随时间变化作几何形状分析时可能进行的不同显示方式的布置。在该例中，显示区(显示在MR、CT或US显示单元的窗口中)分为3个部分，其中在左边的图像区域A中示意地示出了心脏的短轴截面19。在该图中只拍摄了重要的心肌生理结构。此外，对环形变化的心肌21的分段与在该情况下的短轴截面19同时显示。在心肌21中具有用于医生启动分段的单击点23。该分段通过心肌21外部和心肌21内部的两个环形轮廓线25A、25B来表示。心肌在由箭头指示的位置处具有厚度D，其可以根据该分段数据组计算出来。
在中间的图像区域B中显示了一个联机计算的心脏3D模型25，在该模型中标出了左边图像区域A显示的短轴截面19。该3D模型25建立在自动或半自动地分段该心脏的短轴截面图像和/或长轴截面图像的基础上，并例如由该心脏的一系列短轴截面的轮廓线25A、25B组成。该3D模型25可以显示成以动画方式反映心肌活动的3D“电影-研究”。
在右边的图像区域C中显示了计算出的心肌厚度D随时间变化的曲线，该厚度在舒张期变厚，在收缩期变薄。
图4示出了另一种可用来表示该短轴截面19的分段数据组的数据分析结果C`。在此，分段计算心肌21的活动(以靶的形式来显示)。所给出的各段心肌厚度变化的百分率可以用附加的色标方式来表示。
通常可以由该3D模型对每个断层心肌的收缩性能进行联机分析处理。此外可以联机计算其它生理数据，例如描述在整个心脏周期中的心肌动力学性能的体积曲线。这些数据可以在MR、CT或US显示单元中的一个窗口中例如以表的形式提供给医生。
下面以血管造影为例(尤其是那些与对空间大小进行几何形状分析有关的情况)讨论本发明的方法。借助本方法可以自动检测和标记出人的血管系统中形成的缺损。该检测是联机完成的，即紧接着测量血管数据组之后进行，而且是在没有或具有用户输入的情况下完成。
本方法例如允许在测量之后立即自动地由形成的缺陷确定和显示狭窄程度或动脉瘤大小。此时，例如在成像单元监视器的一个分区中显示三维的血管数据组。在另一分区中在属于缺损的分段数据组上对形成的缺损作出明显标记。在第三个分区中例如借助所计算的数值(直径)对狭窄/动脉瘤的分析结果作出说明。
按照本发明，在图像处理单元的一特定计算机或者在控制血管造影测量的测量计算机上已经对血管系统进行了自动分段。多数情况下需要医生输入应当对哪个血管进行分段。对血管的选择例如借助第一次测量来完成。
为了使医生能跟随着分段的进程，例如仅显示血管树已经被分段的部分，或者对当时最后分段的部分用血管的变化例如彩色将其突显出来。反映出血管直径收缩的位置可能存在血管狭窄。在反映血管直径变厚、且接着又变窄的位置可能存在一个动脉瘤。
为了标明狭窄或动脉瘤，在所述各位置处分别做出彩色的固定标记。从而这些标记告知医生，血管系统中的哪些位置可能存在畸形。作出这种标记的血管树可以如上述那样显示在一个分区中，并与原始的血管树测量进行比较。
如果医生单击该标记，则可以在另一个分区中显示该位置处经过计算得到的狭窄程度或动脉瘤大小。或者，开始进行另一次对该标记区域作更高分辩率拍摄的测量。本发明的方法有助于医生的诊断。此外，他可以在对可能的狭窄或动脉瘤进行量化之后立即计划和实施进一步的检查。
图5、6和7对血管树41的分段进行了说明。图5示出了分段过程的初始情况。该分段从医生在测量显示中例如每次单击鼠标时设置的起始点43开始。分段算法借助属于该主血管的像素(Pixel)的、可比较的、在该情况下较高的强度识别出主血管47的变化。
图6描述了在较晚时刻的分段过程。分段算法识别出了该血管树41的分支位置45，现在一方面跟随主血管47，另一方面跟随支路血管49。
图7相应于完成分段测量后的三维显示。整个血管变化已由算法识别，此时以分段数据组的形式来使用。相当方便地由分段数据组计算出血管变窄的位置50A或识别出可能的动脉瘤50B。
图8中示出了另一种可以跟随分段进程的显示方式。此时，一个突出显示的区域51从起始点43出发，沿着主血管47移动。该区域51被限制在最后计算的分段数据组部分。相应得到了该区域51在血管树41中向前运动的印象。在血管分支51处该区域分裂成两部分。一部分跟随主血管47，另一部分跟随较细的血管49。这种显示方式的优点是，清楚地说明了分段过程的动态。血管直径的特殊之处(狭窄程度、动脉瘤)用血管树中的固定标记51A、51B显示出来(参见图9)。
图10说明了血管造影中的分段数据组的结构示例。该分段数据组一方面包括所有分段血管47、49的中线57、59以及血管47、49的半径61、63。该半径例如或者与方向有关地或作为平均半径与所检查到的血管变化的最大值和最小值一起存储。此外，在分段数据组中标记出记录血管变化中出现偏差的位置X0、X1。
图11示出了支路血管49平均半径R的变化曲线。该半径R在X0处具有最小值。这种变化曲线例如可以在单击3D模型中位于X0处的标记时由显示单元显示出来。
权利要求
1.一种用于运行成像医疗检查设备(1，11)的方法，该设备具有一个拍摄单元(3，3A)、一个数据处理单元(5，5A)和一个成像单元(7，7A)；该方法在一个测量、处理和成像周期内具有以下方法特征-利用所述拍摄单元(3，3A)测量图像原始数据组(3R)，-借助所述数据处理单元(5，5A)将图像原始数据组(3R)处理成图像数据组(5B)，且基本上同时借助分段算法对至少一个分段数据组(5S)进行计算，其中该分段数据组(5S)描述了图像数据组(5B)中一个分段的空间变化，尤其是其轮廓和/或体积变化，-借助成像单元(7，7A)一起显示所述分段数据组(5S)和图像数据组(5B)，其中所述显示基本上与测量和数据处理同时完成。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述检查设备(1，11)的操作者(9，9A)可以依据所述成像单元(7，7A)上的显示启动在时间上紧接前一周期的第二测量、处理和成像周期。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述分段算法在所述图像数据组(5B)中以可比较信号强度来选择一个相关的分段。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于对由所述分段数据组描述的分段的几何形状进行分析，以便计算尤其随时间或空间的体积变化和/或绝对体积大小(D，D(tA))，并借助所述成像单元(7，7A)显示成图(C，C`)或表。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在进行所述分段算法期间，将全部已可供使用的分段数据组(5S)或者该分段数据组(5S)最后计算的部分连同所述图像数据组一起可视化。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述图像数据组(5B)是三维数据组，尤其是借助CT或MR设备(1)的血管造影测量产生的三维数据组。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于通过所述分段算法选择一个血管作为分段，以及所述分段数据组(5S)尤其是描述了该血管中心的变化和/或其尤其与方向有关的半径(R)。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在所述显示中标记所述与方向有关的半径(R)的最大值和/或最小值。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于完成多个测量、处理和成像周期，这些周期产生多个在空间上有位移的和/或时间上相互跟随的2D图像数据组(5B)。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于属于所述2D图像数据组(5B)的分段数据组(5S)表征特定类型组织(21，41)的空间变化特性，并由所述处理单元分段地利用实施测量、处理和成像周期组合成一个三维和/或与时间有关地再现该组织(21，41)的3D-分段数据组。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述特定类型组织(21，41)是内心肌和/或外心肌(21)。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于将所述2D图像数据组(5B)组合成一个与所述3D分段数据组一起显示的3D图像数据组。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于将时间上前后相随的图像数据组(5B)和/或属于该图像数据组(5B)的分段数据组(5S)以电影显示方式可视化。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行成像医疗检查设备(1，11)的方法，该设备具有一个拍摄单元(3，3A)、一个数据处理单元(5，5A)和一个成像单元(7，7A)。该方法在一个测量、处理和成像周期内按下述步骤实施利用拍摄单元(3，3A)测量图像原始数据组(3R)；然后借助数据处理单元(5，5A)将图像原始数据组(3R)处理成图像数据组(5B)，且基本上同时借助分段算法对至少一个分段数据组(5S)进行计算，其中所述分段数据组(5S)描述了图像数据组(5B)中一个分段的空间变化，尤其是其轮廓和/或体积变化；最后借助成像单元(7，7A)一起显示所述分段数据组(5S)和图像数据组(5B)，其中所述显示基本上与测量和数据处理同时完成。
文档编号G06F19/00GK1531904SQ20041003006
公开日2004年9月29日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月19日
发明者斯蒂芬·阿斯曼, 斯蒂芬 阿斯曼 申请人:西门子公司