由医学图像数据组提取数据组的方法及医学图像拍摄装置制造方法

由医学图像数据组提取数据组的方法及医学图像拍摄装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于从医学图像数据组（9，10）中提取数据组的方法，其中提供利用第一医学模态（8）产生的身体（3）的第一图像数据组（10），其包含关于身体（3）的第一器官结构、特别是骨结构的第一信息，其中提供利用第二医学模态（7）产生的身体（3）的第二图像数据组（9），其包含关于身体的第一器官结构和第二器官结构、特别是组织结构的第二信息，其中所述第二信息不允许在第一器官结构和第二器官结构之间的区分，并且其中，将所述第一图像数据组（10）和所述第二图像数据组（9）一起这样处理，使得由此能够在第二图像数据组（9）中分开地识别第一器官结构和第二器官结构。
【专利说明】由医学图像数据组提取数据组的方法及医学图像拍摄装置
【技术领域】
[0001]本发明处于医学【技术领域】、特别是处于肿瘤学诊断领域，并且涉及一种用于从医学图像数据组中提取数据组的方法以及一种医学图像拍摄装置。
【背景技术】
[0002]在肿瘤学诊断中为了确定肿瘤的扩散程度定期地执行阶段确定或“分段(Staging)”。阶段确定除了别的之外还用于判断患者的相应的治疗流程。很多肿瘤类型，诸如乳腺癌、前列腺癌、支气管癌或血浆细胞瘤(Plasmozytome)属于所谓的Cava类型。在形成转移的情况下，即在(原始)肿瘤转移到远离的组织的情况下，在Cava肿瘤中最容易转移到骨骼、脑部和肺部，但也会转移到肝脏和脾脏。
[0003]为了对癌症病症进行精确的阶段确定，因此在患者处执行一定数量的诊断检查。除了身体检查和活组织检查，用于确定扩散程度的成像方法或模态(Modalimten )、即成像检查设备是特别重要的。为此通常使用一定数量的不同模态，例如用于判断原始肿瘤的正电子发射断层造影仪(PET)、用于在转移之后检查脑部的磁共振断层造影仪(MRT)、用于身体躯干的计算机断层造影仪(CO和用于在骨骼中搜索骨转移的单光子发射计算机断层造影仪(SPECT)或伽马照相机检查。在此缺陷是，患者要进行大量检查。
[0004]传统上，骨骼闪烁扫描术(Skelettszintigraphie)/SPECT、PET、MR和 CT 检查分别作为单独的检查来实施。在此，闪烁扫描术和PET实际上不互相干扰或仅很小地干扰，因为为闪烁扫描术而使用的闪烁示踪物不在PET中成像，并且在PET中采用的PET放射性示踪物的活性极其快速地衰减。
[0005]原则上，利用组合的MR-PET设备可以在唯一的检查中执行全部的阶段确定，因为MR可以显示与CT类似的形态，并且借助PET可以替代SPECT。但在此存在许多实际问题。
[0006]为了检查原始肿瘤，在PET中通常大多通过向手臂静脉注射给予PET放射性示踪物18F-Flu0r-2-DeS0Xy-D-Gluk0Se (FDG)作为放射性药物。FDG被细胞类似于葡萄糖那样吸收，但不再进一步代谢(verstoffwechseln)。由此导致FDG在细胞中积聚,这尤其对于早期诊断癌症病症是具有优势的。由于优选是在细胞内的积聚，FDG不提供对于证明骨转移的良好的结果。为此典型地使用18F-Natriumfluorid (NaF),利用其可以更好地显示骨新陈代谢。
[0007]可以在PET检查期间同时给予FDG和NaF。由此得出骨转移的改善的显示。但缺陷在于，明显降低了显示的“清楚性”，因为在同一图像中显示转移或积聚了 FDG的软组织肿瘤。由此，在诊断重要的并从而值得治疗的转移方面使对骨骼的纯评估变得困难或不可能。来自NaF和FDG的信号份额不可以在PET探测器中分离，因为两种化合物发射具有相同能量的光子。由此，利用PET探测器不能在作为辐射源的FDG和NaF之间区分。
[0008]MRT虽然原则上也适用于检查骨转移，但是例如相对于骨闪烁扫描术具有如下缺陷，即在检查中建立大量图像数据组，然后必须评估所有图像数据组。由此检查和分析不利地变得极其麻烦，并且由此特别费时间和费成本。
【发明内容】

[0009]因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，该方法能够在唯一的成像检查中以图像记录所有对于阶段确定重要的检查，并且另一方面允许根据投影拍摄的类型以简单的概览孤立地观察骨骼系统，如在骨骼闪烁扫描术中的情况那样。
[0010]按照本方法，从身体的医学图像数据组中提取数据组，其中提供利用第一医学模态产生的身体的第一图像数据组，其包含关于身体的第一器官结构、特别是骨结构的第一信息，其中提供利用第二医学模态产生的身体的第二图像数据组，其包含关于身体的第一器官结构和第二器官结构、特别是组织结构的第二信息，其中第二信息不允许在第一器官结构和第二器官结构之间的区分，并且其中，将第一图像数据组和第二图像数据组一起这样处理，使得由此能够在第二图像数据组中分开地识别第一器官结构和第二器官结构。这一点在此优选地通过两个图像数据组的重叠进行，即借助在第一图像数据组中包含的第一器官结构的信息，在另一个图像数据组中标记并识别该第一器官结构(例如骨)，从而在第二图像数据组中可以区分此前未能区分的器官结构。由此获得了特别的优点，即例如在唯一的组合的MRT和PET检查中，在同时给予两种PET放射性示踪物的情况下能够区分组织结构和骨结构。
[0011]由此以简单且低成本的方式实现了例如利用组合的医学成像系统(例如MR-PET设备)分开地识别或显示不同器官结构的信号份额。
[0012]图像数据组一般被理解为从中能够产生图像的数据组，这例如可以是以模态的测量数据的形式的原始数据组，或者也可以是已经为图像显示而整理了的原始数据组。 [0013]数据组下面尤其被理解为医学图像拍摄装置的3D图像材料。图像材料的3D图像数据包括一定数量的离散的通常三维的称为体素的体积元素。图像材料被数字化并且存储在存储器中，其中一方面探测的图像体积的位置坐标(关于空间关系)与每个体素对应，并且另一方面作为对于在相应的体素的身体区域中的探测的信号强度的度量的强度值与每个体素对应。强度值例如可以根据灰阶量化的类型线性或对数地实施。
[0014]术语“信息”是指各个医学模态的特别特殊的测量数据，典型地是原始数据或为图像显示而由原始数据整理的图像数据，其允许得出关于被检查的器官的结构的结论，例如器官结构的影像。
[0015]在合适的扩展中，通过从第二图像数据组中去除或至少专门地标记第一器官结构的第一信息，来建立组织数据组，和/或，通过从第二图像数据组中去除或至少专门地标记除了第一器官结构的第一信息之外的所有信息，来建立骨数据组。通过基于解剖学关系来分离图像数据组，确保了由组合的图像数据组例如可以建立骨骼系统或组织系统的纯概览图。
[0016]在优选的实施中，通过由第一和第二图像数据组处理第一器官结构的第一信息，来建立第一器官结构的投影数据组。投影数据组特别优选地由根据第一信息的处理和骨数据组建立。在优选的实施方式中，由共同的MR-PET图像数据组建立投影数据组，其一方面包含由MRT数据组得出的骨结构的影像，并且另一方面包含由PET数据组得出的骨转移的影像。投影数据组仅包含来自于可以与骨骼系统对应的两个数据组的体素。由此例如可以由投影数据组根据投影拍摄的类型以简单的概览孤立地观察骨骼系统，如在骨骼闪烁扫描术中的情况那样。
[0017]在优选的实施中，采用基本上同时建立的第一和第二图像数据组，即在共同的成像检查期间同时建立。因此不会给患者加重不需要的负担。
[0018]在合适的扩展中，第一图像数据组是借助MRT设备建立的MRT数据组。但在替换的实施方式中同样可以考虑，借助不同的辐射设备(例如X射线设备)建立第一图像数据组。
[0019]在同样合适的扩展中，第二图像数据组是借助PET建立的PET数据组。同样也可以考虑，借助不同的发射计算机断层造影设备(例如SPECT)建立第二图像数据组。
[0020]在优选的构成中，在使用不同的示踪物的条件下建立第二图像数据组，其中示踪物具有在第一和第二器官结构中不同的特殊的积聚分布。优选地，对于第二图像数据组的记录给予两种放射性核素作为造影剂或示踪物，其中一种专门积聚在骨损伤中。在优选的实施方式中，为此尤其采用FDG和NaF作为示踪物。 [0021]基本上，按照本发明的方法可以无问题地扩展到其它器官系统，如果示踪物在器官或器官系统中显示极其特殊的积聚分布，则允许根据解剖学关系使该示踪物的信号与基本上同时给予的另外的示踪物的信号分离。例如可以考虑大多积聚在脑部中的示踪物(例如F-D0PA)和同时给予的积聚在脑部之外的另外的示踪物(例如NaF)。
[0022]在优选的实施中，借助对第一图像数据组的分割建立作为第一器官结构的影像的三维掩模。分割尤其被理解为借助合并图像数据或体素产生内容或解剖学相关的区域。在此特别具有优势的是，在许多情况下可以简单地从衰减校正的数据中计算出用于分割骨骼系统的影像，该衰减校正传统上总是集成在成像系统中。由于骨骼系统具有所有器官中最强烈的衰减，在已知方法中已经单独地识别出骨。例如可以采用具有超短回波时间(UTE)的MR序列，其中借助随后的图像相减可以确定骨。
[0023]在合适的扩展中，通过与存在的图集进行配准来实施分割。
[0024]配准尤其被理解为对图像数据的处理，在该图像数据中将两个或多个图像数据组尽可能最好地彼此映射，即确定几何变换，该几何变换这样移动并且必要时也变形在图像中显示的器官系统，使得其空间上尽可能好地符合。在变换的条件下，将第一图像数据组的模型图像按照相似性度量并且必要时限制地与图集的参考图像匹配。特别地，为了改善图像质量，将单独的体素映射到普遍适用的图集。
[0025]在此，图集尤其被理解为解剖学地标或支持点的数字的解剖学的图集。图集和患者(或所记录的图像数据组)的基本的体素例如通过基于灰度值的配准方法彼此匹配，并且地标位置从图集传输到患者的所记录的图像数据组。图集尤其是具有待识别的骨的骨骼系统的图集，其中取骨的表面作为地标。
[0026]由于骨髓腔(Markh0hle)在衰减校正数据中通常被分类为“软组织密度”，但完全可能包括骨转移，所以与图集的比较是简单且具有优势的。但替换地例如同样可以考虑这样参数化分割算法，即同样采集髓腔。通过与图集配准如下地改善图像观感，使得例如在图像拍摄期间可能由于患者运动而产生的在图像数据组中的不精确至少部分地变精确。
[0027]在同样合适的替换的扩展中，第一图像数据组具有带有不同信号强度的体素。为了建立三维掩模，根据信号阈值来分割第一图像数据组，其中仅取决于低于信号阈值的信号强度的第一图像数据组的体素为三维掩模提供份额。
[0028]因此在优选的实施方式中，为了建立骨掩模，在MR-PET图像数据组中，仅将在MR数据组中的仅给出低于噪声阈值的非常微弱的信号的体素作为骨来评价。由此，虽然来自于填满空气的区域、诸如填满气体的肠道的所有体素被“错误地”分类，但由于其不产生PET信号，该错误不影响建立的组织数据组、骨数据组和投影数据组。
[0029]优选地，首先利用组合的MR-PET设备基本上同时地记录患者的一个或多个PET数据组和一个或多个MR数据组。数据组优选地基本上以图像记录了患者的整个身体或身体的最大部分。对于PET数据组的记录，在检查之前给予患者两种示踪物，特别是FDG和NaF。分离并且单独地识别并且显示FDG和NaF的信号份额。在此利用了如下效果，即NaF选择性地积聚在骨中，而FDG更容易在软组织中找到。为此优选地，首先借助MR数据组建立作为具有一定数量的体素的骨骼系统的影像的三维掩模，例如借助与图集的配准。根据该掩模，然后从PET数据组中将与掩模的体素重叠的体素与骨骼系统对应，并且将其分割为骨数据组，并且将所有其它体素分割为(软组织)组织数据组。
[0030]骨数据组由此基本上仅表示信号由NaF产生的PET体素，并且组织数据组基本上仅表示信号由FDG产生的PET体素。然后由骨骼系统的掩模的共同的体素和骨数据组的NaF-PET体素产生骨骼系统的投影图示，其显示与在伽马照相机拍摄或骨骼闪烁扫描术拍摄的情况下相同的图像观感。例如采用最大密度投影(MIP)作为用于建立该投影图示的方法。由此，优选地并且简单地基本上避免了所有开头提到的在组合的MR-PET设备中的实际问题。
[0031]在本方法的另一种合适的构造中，在建立组织数据组时，PET确定造影剂的活性分布、仿真由于身体组织的信号衰减并且计算在辐射探测器上入射的信号强度。由此基本上仿真了伽马照相机的光子的辐射路径，即由PET确定活性分布、仿真穿过位于辐射路径上的身体组织的衰减并且根据光线跟踪方式计算在辐射探测器上的信号强度。在此可以取人造的参数，例如穿过骨的较高的衰减，由此如下地改善图像观感，使得更容易区分损伤是位于身体的背部还是腹部。
[0032]优选地，按照本发明的图像拍摄装置尤其是同时采集共同的医学数据组的组合的MR-PET设备，包括用于图像显示图像数据组的显示单元和用于按照本发明的方法从图像数据组中以信号技术提取数据组的控制单元。为了执行组合的MR-PET检查给予患者两种示踪物，其中一种专门积聚在骨损伤中，例如FDG和NaF。按照本发明的方法，基于解剖学关系，将所记录的图像数据组单独建立在至少一个示踪物的数据组中，并且建立作为骨骼系统的概览图像的骨结构的投影图像。由此，通过具有相同意义的唯一的检查替代分开的FDG-PET检查和骨骼闪烁扫描术。优选地，按照本发明的计算机程序产品是包含可执行程序的文件或数据载体，该可执行程序在安装到计算机的情况下自动地执行按照本发明的方法。数据载体例如是在其上存储了相应的用于相应可执行的计算机程序的(安装)文件的磁盘或⑶-Rom。计算机程序产品优选可以安装在是医学图像拍摄装置的一部分的计算机上。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。附图中:
[0034]图1以示意图示出了用于检查患者的组合的MR-PET设备,具有用于显示所记录的图像数据组的显示器和利用信号技术与显示器耦合的、用于从图像数据组中提取数据组的计算机，[0035]图2示出了按照第一实施方式的计算机的提取方法的流程图，和
[0036]图3示出了按照第二实施方式的计算机的提取方法的流程图。
[0037]彼此相应的部分和参数在所有附图中始终具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0038] 图1强烈简化地示出了具有组合的MR-PET设备2的图像拍摄装置I的结构和功能，用于阶段确定待检查的患者3。患者3在检查期间位于可移动的OP检查台4上。MR-PET设备2以信号技术与显示器5和计算机6耦合。显示器5用于图像显示由MR-PET设备记录的检查数据。为了检查，患者3借助OP检查台4基本上可以完全地移动进入MR-PET设备2，从而基本上可以检查患者3的整个身体或身体的最大部分。
[0039]MR-PET设备2主要包括PET7和MRT8，其在扫描时分别产生图像数据组9、10。在检查期间同时记录图像数据组9、10。为了执行组合的MR-PET检查，借助注射给予患者3两种放射性核素作为PET示踪物，其中一种专门积聚在骨损伤中，特别是FDG和NaF。
[0040]在检查期间，MR-PET设备2基本上同时采集一个或多个透视数据组，即PET7的PET数据组9和MRT8的MRT数据组10。PET数据组9以及MRT数据组10基本上以图像记录了患者3的整个身体或身体的最大部分。将透视数据组发送到计算机6，并且由该计算机借助存储的分析程序进行分析，特别地由此将计算机6以软件技术构造为，借助MRT数据组10提取、分开地识别并且单独地在显示器5上显示PET数据组9的FDG和NaF的信号份额。
[0041]参考图2，下面进一步描述通过计算机6的分析程序提取信号份额。
[0042]为了提取信号份额利用了如下效果，即NaF选择性地积聚在骨中，而FDG更容易在软组织中找到。在此，在步骤12 “配准/图像计算”中首先配准MRT数据组10，并且由所配准的数据建立具有一定数量的体素的患者3的三维MRT图像。在下一个步骤14中，通过与骨骼系统的图集16相比较来分割MRT图像的体素，并且利用能与骨对应的体素建立骨结构的纯影像作为三维掩模。在该实施中，根据公知的方式配准PET数据组9，并且建立具有一定数量的体素的患者3的三维PET图像。
[0043]然后在步骤18中，根据骨结构的影像检查，在两个图像中是否包含与确定的相同的位置对应的体素，即重叠。根据PET图像，将在其空间坐标中基本上与影像的体素重叠的体素与骨骼系统对应，并且共同分割为骨肿瘤数据组20，并且将所有其它的体素分割为软组织数据组22。
[0044]骨肿瘤数据组20由此基本上仅包含信号由NaF产生的PET体素，并且软组织数据组22基本上仅包含信号由FDG产生的体素。
[0045]然后在步骤24中，由骨肿瘤数据组20和掩模产生骨骼系统的投影，其显示了与在伽马照相机拍摄或骨骼闪烁扫描术拍摄的情况下类似的图像观感。一方面将分析完了的数据存储在计算机6的数据库26中，并且另一方面为了阶段确定可以将其显示在显示器5上。
[0046]参考图3，下面进一步描述用于通过计算机6的分析程序提取信号份额的替换的方法。该替换的方法与前面描述的方法基本上通过分析PET数据组和MRT数据组来区分。
[0047]在此，首先在步骤12中配准PET数据组9，并且建立具有一定数量的体素的患者3的三维PET图像。然后在步骤28中根据光线跟踪方式分析PET图像。在此，首先通过分析PET图像的每个体素的位置坐标和信号强度来确定活性分布。然后由分析程序仿真穿过位于辐射路径上患者3的身体组织的信号衰减，并且由此将“校正后的”信号强度与体素对应。由此如下地改善图像观感，使得能够更简单地区分，可能的损伤位于身体的背部还是腹部 。
[0048]在步骤12中配准MRT数据组10，并且由所配准的数据建立具有一定数量的体素的患者3的三维MRT图像。在下一个步骤30中，将MRT图像的每个体素所对应的信号强度与信号阈值相比较，其中在步骤14中仅使用信号强度低于信号阈值的体素用于建立骨结构的影像。由此，虽然填满空气的区域、诸如填满气体的肠道的所有体素被“错误地”分类，但由于其不产生PET信号并且因此不出现在PET数据组9中，该错误不影响所提取的数据组。在步骤34中舍弃剩余的体素。其它流程与图2描述的流程相同。
[0049]本发明不限于上面描述的实施例。而是也可以由专业人员从中推导出本发明的其它方案，而不脱离本发明的内容。特别地，此外也可以以其它方式彼此组合所有利用不同的实施例描述的单个特征，而不脱离本发明的内容。
【权利要求】
1.一种用于从医学图像数据组中提取数据组的方法，其中 -提供利用第一医学模态(8)产生的身体(3)的第一图像数据组(10)，其包含关于身体(3)的第一器官结构、特别是骨结构的第一信息， -提供利用第二医学模态(7)产生的身体(3)的第二图像数据组(9)，其包含关于身体的第一器官结构和第二器官结构、特别是组织结构的第二信息，其中所述第二信息不允许在第一器官结构和第二器官结构之间的区分， -将所述第一图像数据组(10)和所述第二图像数据组(9) 一起这样处理，使得 -由此能够在第二图像数据组(9)中分开地识别所述第一器官结构和所述第二器官结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过从所述第二图像数据组(9)中去除或至少专门地标记所述第一器官结构的第一信息，来建立组织数据组，和/或，通过从所述第二图像数据组(9)中去除或至少专门地标记除了所述第一器官结构的第一信息之外的所有信息，来建立骨数据组。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过根据所述第一图像数据组和第二图像数据组(10，9)处理所述第一器官结构的第一信息，来建立所述第一器官结构的投影数据组。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，采用了基本上同时建立的所述第一图像数据组和第二图像数据组(10，9)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一图像数据组(10)是借助磁共振断层造影仪(8)建立的磁共振断层造影数据组。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二图像数据组(9)是借助正电子发射断层造影仪(7)建立的正电子发射断层造影数据组。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在使用不同的示踪物的条件下建立所述第二图像数据组(9)，其中，所述示踪物具有在所述第一器官结构和第二器官结构中不同的特殊的积聚分布。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，借助对所述第一图像数据组(10)的分割建立所述第一器官结构的三维掩模。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过与图集进行配准来实施所述分割。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一图像数据组具有带有不同信号强度的体素，并且为了建立所述三维掩模，根据信号阈值来分割所述第一图像数据组(10)，其中，仅取决于低于所述信号阈值的信号强度的第一图像数据组(10)的体素为所述三维掩模提供份额。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在建立组织数据组时，正电子发射断层造影仪(7)确定造影剂的活性分布、仿真由于身体组织的信号衰减并且计算在辐射探测器上的信号强度。
12.—种医学图像拍摄装置(1)，具有两个医学模态(7，8)，尤其是基本上同时采集共同的医学图像数据组(9，10)的组合的MR-PET设备(2)，包括用于图像显示所述图像数据组(9，10)的显示单元(5)和用于根据权利要求1至11中任一项所述的方法从所述图像数据组中以信号技术提取数据组的控制单元(6)。
13.一种计算机程序产品，包含可执行程序，该可执行程序在安装到计算机(6)的情况下，自动地执行根据权利要 求1至11中任一项所述的方法。
【文档编号】A61B6/03GK103536360SQ201310276542
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】S.施密特 申请人:西门子公司