患者检查区域的对比度改善的图像数据组的建立的制作方法

专利名称：患者检查区域的对比度改善的图像数据组的建立的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于建立患者检查区域的对比度改善的图像数据组的 一种 方法以及一种图像处理单元和一种医学图像拍摄设备，特别是磁共振设备。
背景技术：
医学中的现代成像技术(例如，计算机断层造影、超声波和磁共振断 层造影)使得医生容易非侵入地建立对患者的检查区域的诊断。根据所检 查的组织的不同，不同的成像技术对于高质量的拍摄的良好适应的程度不 同。对于软组织显示，》兹共振技术由于其公知的良好的软组织对比度而在 很高程度上适用。除了别的之外，其允许按照不同的对比度拍摄同一组织， 从而根据需要不同地凸现出检查区域的不同区域。磁共振技术(下面以缩写MR代表磁共振)是一种可以用来产生检查 对象的内部的图像的公知的技术。简而言之，将检查对象在MR设备中定 位在一个相对较强的静态均匀基本磁场(磁场强度为0.2特斯拉至7特斯拉 或更多)中，使得其核自旋沿着基本磁场定向。为了触发核自旋共振在检 查对象中入射高频的激励脉冲，对所触发的核自旋共振进行测量并且在其 基础上重建MR图像。为了对测量数据进行位置编码，在基本磁场上叠加 一个快速通断磁梯度场。将所记录的测量数据进行数字化并且作为复数值 存放在k空间矩阵中。从填充了值的k空间矩阵中可以借助于多维傅立叶 变换重建所对应的MR图像。对于诊断来说经常必须能够区分健康的与病变的组织。 一种用于使得 病变的(例如严重坏死的或结疤的)组织可见的专门技术是造影剂加强的 延迟拍才菱(英i吾为 "late enhacement，，或者"delayed enhancement")。 在jt匕, 利用了灌注的造影剂(例如，包含钆、镁和铁)在病变的组织中随着时间 的变化比在健康的组织中集聚得更慢，这可以通过适当的MR序列表示出。 在等待时间之后造影剂已经再次被从健康的区域中冲走，因此其仅仅提供 了微弱的信号(即，显得暗)；而与此相反，造影剂集聚的区域则信号强烈，
并因此显示为亮。典型地，在给予造影剂之后10至15分钟到达最大的对 比度。因此，该技术提供了健康的未集聚的组织区域与病变的集聚的组织 之间的良好的对比度。例如，在EP 0994352 A2中公开了为了检查心肌而采用造影剂加强的延 迟拍摄。不过，依赖于所采用的序列，尽管病变的组织和健康的组织之间 的对比度良好，但是，为了能够进行可靠的区分而经常额外地希望的病变 的组织与血液之间的对比度通常是不充分的。例如，在心脏梗塞之后的心 脏的内部层损害的情况下，经常不能界定相邻的血液体积。造影剂的剂量、 等待时间以及冲洗率(Auswaschrate )也影响到了图像质量并且可能使得诊 断困难。为了避免所提到的问题，可以将按照不同方式获得的多个图像进行相 互比较。在R Kellman等的一篇文章(Multicontrast Delayed Enhancement Provides Improved Contrast Between Myocardial Infarction and Blood Pool, Journal of Magnetic Resonance Imaging 22: 605-613, 2005 )中，公开了 一种用于同时拍摄两种造影剂加强的延迟拍摄的方法。 一个拍摄按照T,加权的对 比度被拍摄，而另一个拍摄按照丁2加权的对比度被拍摄。通过比较两个拍 :摄应该可以更好地区分梗塞的心肌组织与血液。除了别的以外，这种比较 通过两个拍摄的份额成像实现。不过，在这种情形下提到了利用该措施的 困难，因为也得到了恰好的对立面、即梗塞的心肌组织与血液之间的对比 度的减小，而不是该对比度的提高。因此，仍然需要用于改善检查区域的医学拍摄的对比度的方法。发明内容本发明要解决的技术问题是，允许可以多方面使用以及开销低廉地建 立患者检查区域的对比度改善的图像数据组。按照本发明，加载所述检查区域的第一图像数据组，其中，健康的组 织被按照比血液和病变的组织更低的强度表示，以及加载所述检查区域的 第二图像数据组，其中，血液被按照比健康的组织和病变的组织更低的强 度表示。例如，病变的组织可以是患者的心脏或其它器官或肌肉的坏死的 或结泡的组织。借助于至少一个用于图像处理的算术运算，将两个数据组(例如逐像
素地)处理成一个对比度改善的图像数据组。将这样产生的所述对比度改 善的图像数据组进行显示和/或存储。一方面，在第 一 图像数据组中用来表示健康的组织的强度与用来表示 病变的组织和血液的强度相比越低，另一方面，在第二图像数据组中用来 表示血液的强度与用来表示病变的组织和健康的组织的强度相比越低，则 所给出的方法的效率就越高。在此，在第一图像数据组中病变的组织和血 液之间的强度差以及在第二图像数据组中健康的与病变的组织之间的强度 差是不重要的，特别是它们也可以趋于无穷小，直到为零。也就是说，该方法的优点在于，从两个不同的图像数据组(这些图像 数据组就本身而言不足以通过其对比度来保证可靠地区分血液、健康的和 病变的组织三个区域)中，产生了一个允许这种区分的对比度改善的图像 数据组。因为在第一以及第二图像数据组中都明亮地显示病变的组织，所 以尤其是该病变所涉及的组织已经能够通过简单的图像处理措施容易地识 别出来。通常，第一和第二图像数据组是准同时地和/或在相同的条件下拍摄的。 由此，除了其它的之外，所成像的检查区域分别在形状、位置和大小上可 以直接地比较，而例如无需事前的配准，这点对该方法是有利的。在心脏的拍摄中这例如可以如下地实现分别在心脏和呼吸周期内部相同的时间 点拍摄两个图像数据组。优选地，所述第一图像数据组是在给予造影剂并且等待适当的等待时 间(典型地为10至30分钟)后拍摄的。由此，在拍摄中病变的组织的强 度相对于健康的组织得到了提高。在按照本发明的方法中，有利的是，对于至少一个图像数据组拍摄采 用MR设备。对于软组织的成像MR断层造影尤其提供了可变的(因此是 具有优势的)设置可能性，特别是涉及到软组织对比度，因此可以多方面 地应用。通常，MR设备拥有多个序列，它们可以用于以与为第一或第二图 像数据组规定的对比度相同的对比度来拍摄图像数据组。按照特别具有优势的方式，借助于带有T，加权的对比度的造影剂加强 的延迟拍摄(例如，借助于"Inversion Recovery TrueFISP,反转恢复全聚焦 稳态快速梯度回波"在给予造影剂之后大约10至30分钟)拍摄第一图像
一图像数据组，其中按照比血液和病变的组织更低的强度表示健康的组织， 从而使用者可以容易低识别出健康的组织。对于其中按照比健康的和病变的组织明显更低的强度表示血液的第二图像数据组的拍摄合适的是，压制血液的信号。这点可以通过专门的MR系列实现。因为这样血液多数情况下显现为黑色，将这种拍摄称为"暗血 液，，或"黑血液"拍摄。在流动的血液的条件下，理论上为此足够的是，选才奪足够长的回波时间(TE)，以1更血液在一个脉冲和其回波之间继续流动 并且由此其信号丢失。目前经常是人工地引入"暗血液"效果，这点缩短 了拍摄时间。 一般地适合的序列例如是DIR Ti ( "double inversion recovery Tn双反转恢复iy')或者双反转技术。在该双反转技术中，第一反转脉沖 按照这样的方式使得血液去相位(dephasieren):即，消除自旋的信号并因 此从血液中不能再测量到信号。第二反转脉冲使得组织相位重聚 (rephasieren),组织因此提供正常的信号。因此，在血液显现为暗的同时 得到了在组织中的正常对比度。特别优选的是，采用一种按照上面描述的 技术工作的！^加权的拍摄序列。在处理第一和第二图像数据组以便产生对比度改善的图像数据组时， 优选地使用至少 一种例如按照逐像素地相乘和/或相加的形式的算术运算， 以便对两个所加载的图像数据组进行开销低的图像处理。相加的一个优点 是，不能实现如可能在被零除时出现的未定义的结果。在本发明的另一种实施方式中，至少借助于一种算术运算(例如逐像 素的相乘)处理第一和第二图像数据组，并且在此基础上建立蒙片(Maske )。行标记。然后，将该蒙片置于检查区域的图像数据组(例如原始的第一或 第二图像数据组)之上。这种蒙片也可以被用在随后的拍摄上，例如作为 用于(也可以自动地)确定病变的组织的尺寸的可能的改变的辅佐手段。特别合适的是，将按照本发明的对比度改善的图像数据组的建立应用 在对患者的心脏的检查中、例如检查心脏梗塞。心肌的梗塞的、结疤的或 损坏的组织经常处于心脏的内壁上，因此靠近充满血液的心室，这迄今为 止使得找出病变的组织的区域是困难的。此外，提供了一种计算机程序，如果将该计算机程序在计算机单元上 执行，则在该计算机单元上实现按照本发明的方法；还提供了一种图像处
理单元，构造用于实施按照本发明的方法；以及提供了一种医学图像拍摄 设备、特别是MR设备，带有被构造用于实施按照本发明的方法的图像处 理单元。按照本发明的图像拍摄设备具有这样的优点借助于其可以拍摄图像 数据组，可以根据这些图像数据组按照两个步骤建立对比度改善的图像数 据组。由此，为用户提供了一种独特的设备，用户利用该设备可以实施从 图像拍摄直至建立对比度改善的图像的所有步骤。


下面对照附图1至图8利用按照本发明的特征的实施方式，对本发明 的示例性的实施例进行说明。所解释的例子不构成对于本发明的限制。尤 其尺寸比例关系是纯粹示例性的。附图中图1示出了磁共振设备的示意性结构，图2示出了用于建立患者检查区域的对比度改善的图像数据组的方法 的流程图，图3示出了在第一和第二图像数据组中的血液、健康的和病变的组织这三个区域的强度分布的示意图，图4示出了对比度改善的图像数据组的一种优选的建立的流程图，图5结合心脏的短轴截面示出了在第一图像数据组中对比度关系的示意图，图6示出了在第二图像数据组中对比度关系的类似示意图，图7示出了借助于第一与第二图像数据组相乘产生的第一对比度改善的图像数据组的对比度关系的示意图，以及图8示出了借助于相加进一步处理的第二对比度改善的图像数据组的对比度关系的示意图。
具体实施方式
图1示出了带有其基本部件的磁共振设备1的示意性结构。为了借助 于磁共振成像对身体进行检查，向该身体照射不同的、按照它们在时间上 和空间上的特性最为精确地相互协调 一致的磁场。一个被设置在高频技术上屏蔽的测量室3内的强磁铁(通常是带有隧
道形开口的冷磁铁5 )产生一个静态的强主磁场7,其通常为0.2特斯拉至 3特斯拉或更大。待检查的身体或身体部位(在此未示出)被安置在患者卧 榻9上，并且被定位在主f兹场7的均匀区域中。对身体的核自旋的激励通过磁高频激励脉冲进行，该高频激励脉冲通 过一个在此构成为身体线圈13的高频天线辐射。该高频激励脉冲由受脉沖 序列控制单元17控制的脉冲产生单元15产生。在通过高频放大器19的放 大之后，高频激励脉冲被引导到高频天线。在此所示出的高频系统仅仅是 示意性表示的。通常，在磁共振设备l中采用多于一个脉冲产生单元15、 多于一个高频放大器19和多个高频天线。此外，磁共振设备1具有梯度线圈21,利用该梯度线圈在测量时入射 用于选择性地进行层激励以及用于对测量信号进行位置编码的梯度场。梯 度线圈21由梯度线圈控制单元23进行控制，后者同样与脉冲产生单元15 一样地与脉冲序列控制单元17连接。由被激励的核自旋所发出的信号被身体线圈13和/或局部线圈25接收， 由对应的高频前置放大器27放大，并且由接收单元29进一步处理和数字 化。在既可以被运行在发送模式又可以被运行在接收^^莫式的线圈、如身体 线圈13的情况下，通过前置的收发开关39控制正确的信号传递。图像处理单元31从测量数据中产生图像，将该图像通过操作面板33 为使用者进行显示或者将其存在存储器单元35中。中央的计算单元37控 制各个设备部件，特别是在拍摄测量数据期间。在此，图像处理单元31和 /或计算单元37被构造为，利用它们可以实施按照本发明的方法。为此，例 如在图像处理单元31和/或计算单元37上安装一个可以按照本发明执行的 计算机程序。不过，也可以独立于磁共振设备1地运行被构造用于实施按照本发明 的方法的图像处理单元31 。图2示意地示出了用于从第一图像数据组(在图中也将其标记为BDS1 ) 和第二图像数据组(在图中也将其标记为BDS2)中建立患者检查区域的对 比度改善的图像数据组的方法的流程，其中，第一图像数据组在其中表示 健康的组织的区域中具有比在其中表示病变的组织和/或血液的区域中更低 的强度，而第二图像数据组在其中表示血液的区域中具有比在其中表示健
康的和/或病变的组织的区域中更低的强度。在两个图像数据组中的血液、 健康的和病变的组织这三个区域的优选的强度分布的示意图在图3中示出。在第一步骤201中，以不同的对比度值和/或强度分布加载检查区域的两个图像数据组。在第二步骤202中，借助于至少一种算术运算相互处理第一图像数据 组BDS1和第二图像数据组BDS2,以便获得一个对比度改善的图像数据组 (在图中也将其标记为BDS4),该数据组的对比度值这样地被改善不仅 可以区分健康的组织与病变的组织，而且可以区分<建康的组织与血液、以 及区分病变的组织与血液，从而根据该对比度改善的图像数据组用户可以 明确地识别所提到的三个区域(血液、健康的组织、病变的组织)。在第三 步骤205中，将该对比度改善的图像数据组BDS4进行显示和/或为了以后 的使用而存储。后面在图4中将描述将第一图像数据组BDS1和第二图像数 据组BDS2示意性处理为对比度改善的图像数据组BDS4。图3示出了在第一和第二图像数据组中优选的强度分布的示意图。所 表示的血液301在第一图像数据组BDS1中近似地位于与所表示的病变的组 织(在图3中标记为KG) 302相同的高度上。为此，所表示的病变的组织 (在图3中标记为GG) 303明显更低，因此可以在第一图像数据组BDS1 的拍摄上容易地被识别。对于第二图像数据组BDS2，对于所表示的健康的 组织303和所表示的病变的组织302又给出了近似相同分布的强度分布， 而所表示的血液302的强度分布明显地处于这两个值之下，因此在第二图 像数据组BDS2中可以被容易地识别。在该二维的表示中明显地可以看出， 在两个所表示的图像数据组中对应于灰度值的强度，是如何分别对于三个 区域(血液、健康的组织和病变的组织)中的每个构成簇的，这些区域中 的每两个既可以在第一、又可以在第二图像数据组中通过二维的表示被区 分。这点被利用来产生一个对比度改善的图像数据组，该数据组也允许在 一个维度(拍摄中的灰度值)上区分所提到的三个区域。图4示出了对比度改善的图像数据组的一种优选的建立流程。在该例 子中，借助于MR设备1 '按照分别不同的对比度将患者P的检查区域U拍 摄到至少两个图像数据组中。为了拍摄第一图像数据组BDSl,给予患者P造影剂41。在等待了规 定的等待时间42之后，开始第 一 图像数据组的拍摄43 。借助于适当的序列、
例如所谓的反转恢复全聚焦稳态快速梯度回波，MR设备l'产生第一图像数据组BDS1,在该数据组中按照比病变的组织和血液更低的强度表示健康的 组织。在图5中示意地示出了一种示意性的第一图像数据组BDS1的对比度 关系。在所示出的例子中，(合适地按照相同的图像片段)开始对检查区域的 另一个拍摄44,其通过合适的序列选择(例如所谓的带有T,加权的对比度 的"暗血液"拍摄)产生第二图像数据组BDS2，在该数据组中按照比健康 的和病变的组织更低的强度表示血液。在图6中示意地示出了一种示意性 的第二图像数据组BDS2的对比度关系。通过图像处理措施50相互地处理第一和第二图像数据组BDS1和 BDS2，在该例子中大致地通过相乘示出。该相乘的结果是第一对比度改善 的图像数据组BDS3,其中病变的组织具有比健康的组织和血液更高的强 度，因此对于用户来说至少可以识别出病变的组织，如果还不能区分所有 三个区域(血液、健康的和病变的组织)的话。在图7中示意地示出了一 种示意性的第 一对比度改善的图像数据组BDS3的对比度关系。如果希望对第一对比度改善的图像数据组BDS3的进一步改善，则可 以再次借助于其它的图像处理措施51利用两个图像数据组中的 一个(在该 例子中是利用第 一 图像数据组)来进一步处理该第 一对比度改善的图像数 据组BDS3。提供了相加作为其它的图像处理措施51。所形成的第二对比度 改善的图像数据组BDS4为三个不同区域(血液、健康的和病变的组织)示 出了不同的强度。在作为其它的图像处理措施51的第一图像数据组BDS1 与第一对比度改善的图像数据组BDS3的相加的例子中，第二对比度改善的 图像数据组BDS4对于健康的组织具有比血液更低的对比度，其中血液的强 度又比病变的组织的强度更低。由此，可以良好地区分所提及的所有三个 区域。在图8中示意地示出了一种示意性的第二对比度改善的图像数据组 BDS4的对比度关系。取代将相加作为其它的图像处理措施51,也可以例如将在第一对比度 改善的图像数据组BDS3的基础上建立的蒙片叠加到第 一图像数据组BDS1 上，以便由此得到第二对比度改善的图像数据组BDS4 。对于第 一和第二图像数据组的拍摄不必一定采用同 一个图像拍摄设 备。也可以考虑利用不同的图像拍摄设备进行两个拍摄，这些不同的图像
拍摄设备尤其也可以采用不同的图像拍摄技术。在这种情况下，在进一步 处理之前两个图像数据组的相互配准有助于该方法。在图5至图8中示意地示出了根据短轴截面在不同的图像数据组BDS1、 BDS2、 BDS3和BDS4中的对比度关系，该短轴截面示出了心肌63、 65和心脏的充满了血液64的内部空间。可以将心肌区分为健康的组织63 和病变的组织65 (例如梗塞的心肌组织)。不同区域的虚线的边沿是用来定 向的。其在实际的图像数据組中是看不到的。在图5中示意地示出了根据短轴截面检查区域的第 一 图像数据组B D S1 的对比度关系。用来表示病变的组织65的强度是和用来表示血液64的强 度在相同的数量级上。因此仅仅能够很差地在这两个区域之间进行区分。 不过，用来表示健康的组织63的强度明显地低于前面所提到的强度。因此， 在第 一 图像数据组BDS1中可以相对于血液64和病变的组织65很好地区分 出健康的组织63的区域。类似于图5，在图6中示意地示出了对检查区域的第二图像数据组 BDS2的拍摄。在此，仅仅能够很差地在心肌的不同区域之间进行区分，因 为用来表示健康的组织63的强度与用来表示病变的组织65的强度处于相 同的数量级上。为此，在此用来表示血液64的强度明显地低于前面所提到 的强度。因此，在第二图像数据组BDS2中可以相对于健康的组织63和病 变的组织65很好地区分出血液64的区域。在图7中示意地示出了借助于第一图像数据组BDS1与第第二图像数 据组BDS2相乘产生的第一对比度改善的图像数据组BDS3。通过相乘此时 实现了可以容易地识别出表示病变的组织65的区域，因为其具有明显比血 液64和健康的组织63的区域更高的强度。根据第一图像数据组BDS1和第 二图像数据組BDS2的不同基本对比度，在此已经可以相互区分所有提到的 三个区域。在所示出的例子中两个较暗的区域处于相同的数量级上。不过， 至少可以相对于血液64和健康的组织63区分出病变的组织65的明亮的区 域，这经常已经为用户实现了所希望的信息。可以通过进一步的处理来实 现对比度的继续改善。图8示意地示出了通过第一图像数据组BDS1与第一对比度改善的图 像数据组BDS3的相加所产生的第二对比度改善的图像数据组BDS4。在此， 此时可以相互区分所有三个区域(血液64、健康的组织63和病变的组织
65),因为它们都具有可以容易区分的强度。在此，在该例子中健康的组织63显示出了最低的强度。血液64的区域具有次高的强度，而将病变的组织 65表示的最亮、即具有最高的强度。
权利要求
1.一种用于建立患者(P)检查区域(U)的对比度改善的图像数据组的方法，包括如下步骤-加载所述检查区域(U)的第一图像数据组，其中，健康的组织(63)被按照比血液(64)和病变的组织(65)更低的强度表示，-加载所述检查区域(U)的第二图像数据组，其中，血液(64)被按照比健康的组织(63)和病变的组织(65)更低的强度表示，-通过用所述第二图像数据组对所述第一图像数据组的处理产生一个对比度改善的图像数据组，其中，该处理包括至少一个算术运算，以及-显示和/或存储所述对比度改善的图像数据组。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一图像数据组和 第二图像数据组中的至少一个是在给予造影剂(41)后的拍摄的数据组。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一图像数据組和 第二图像数据组中的至少 一个是磁共振断层造影的图像数据组。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一图 像数据组是带有T,加权的对比度的造影剂加强的延迟拍摄的图像数据组。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二图 像数据组是其中血液(64)的信号被压制的、带有T,加权的对比度的拍摄 的图像数据组。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述算术 运算中采用至少一种相乘和/或相加。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述利用第 二图像数据组借助于至少 一 个算术运算对第 一 图像数据组的处理包括在 第一步骤中对蒙片成像，在第二步骤中将该蒙片置于所述第一图像数据组 或第二图像数据组之上。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述检查区 域(U)是心脏，而病变的组织(65)是梗塞的心肌组织。
9. 一种计算机程序，如果将该计算机程序在计算单元上执行，则在该 计算单元上实现根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10. —种图像处理单元，构造用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
11. 一种医学图像拍摄设备、特别是MR设备(l, l'),该设备带有图 像处理单元，用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
全文摘要
按照本发明，为了建立患者(P)检查区域(U)的对比度改善的图像数据组，加载所述检查区域(U)的第一图像数据组，其中，健康的组织(63)被按照比血液(64)和病变的组织(65)更低的强度表示，并且加载所述检查区域的第二图像数据组，其中，血液(64)被按照比健康的和病变的组织(63，65)更低的强度表示。通过对所述第一和第二图像数据组的处理，产生对比度改善的图像数据组，以及随后进行显示和/或存储，其中，该处理包括至少一个算术运算。此外，还给出了用于在计算机单元上实现这种方法的一种计算机程序，构造用于实施按照本发明的方法的一种图像处理单元，以及一种医学图像拍摄设备。
文档编号A61B19/00GK101152105SQ200710161279
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月25日 优先权日2006年9月25日
发明者斯蒂芬·阿斯曼 申请人:西门子公司