DE102004003081A1

DE102004003081A1 - Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Bildebene von zur Kontrastmittelbolus-Messung vorzunehmenden Schichtbildaufnahmen eines Gefäßbereichs

Info

Publication number: DE102004003081A1
Application number: DE102004003081A
Authority: DE
Inventors: Martin Harder
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-18
Also published as: US20050203381A1; US7457657B2

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Bildebene von zur Kontrastmittelbolus-Messung vorzunehmenden Schichtbildaufnahmen eines Gefäßbereichs, insbesondere im Bereich der Aorta-Bifurkation oder dem Aortabogen, mit einer Magnetresonanzanlage, welche Bildebene den Gefäßbereich im Längsschnitt durchläuft, bei welchem Verfahren zur Bildebenenbestimmung eine Schar von im Wesentlichen orthogonal zum Gefäß liegenden Schichtbildaufnahmen aus unterschiedlichen Ebenen des Gefäßbereichs aufgenommen wird, wobei mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung innerhalb der orthogonalen Schichtbildaufnahmen die den Gefäßbereich zeigenden Bildbereiche ermittelt, anhand der ermittelten Bildbereiche die räumliche Lage des Gefäßbereichs bestimmt und anhand der Lageinformation die Position und/oder Orientierung der Bildebene bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Bildebene von zur Kontrastmittelbolus-Messung vorzunehmenden Schichtbildaufnahmen eines Gefäßbereichs, insbesondere im Bereich der Aorta-Bifurkation oder dem Aortabogen, mit einer Magnetresonanzanlage, welche Bildebene den Gefäßbereich im Längsschnitt durchläuft, bei welchem Verfahren zur Bildebenenbestimmung eine Schar von im Wesentlichen orthogonal zum Gefäß liegenden Schichtbildaufnahmen aus unterschiedlichen Ebenen des Gefäßbereichs aufgenommen wird.

Die Kontrastmittelbolus-Messung, häufig auch CareBolus-Messung genannt, dient zur Bestimmung der Kontrastmitteldurchflusszeit im Rahmen einer Magnetresonanzuntersuchung, z. B. einer Peripher-Angiographie. Für die angiographische Untersuchung ist die Injektion eines Kontrastmittels erforderlich, um die mitunter sehr feinen Gefäßstrukturen im aufgenommenen Bild darstellen zu können. Problematisch bei dererlei Untersuchungen ist die Ermittlung des Startzeitpunkts für die eigentliche Angiographieuntersuchung. Diese muss dann gestartet werden, wenn das Kontrastmittel in hinreichender Konzentration in dem oder den Gefäßen der jeweils zu untersuchenden Körperregion vorhanden ist. Andernfalls ist es nicht möglich, hinreichend kontrastreiche Bilder, beispielsweise Subtraktionsbilder aufzunehmen. Um den richtigen Zeitpunkt ermitteln zu können, wird die beschriebene Kontrastmittelbolus-Messung oder CareBolus-Messung durchgeführt, im Rahmen welcher über die Magnetresonanzanlage ein Gefäßbereich, durch den der Kontrastmittelbolus läuft, beobachtet wird. Der Zeitpunkt des Eintreffens des Kontrastmittelbolus im Schichtbild wird als Grundlage für die Triggerung der nachfolgenden Angiographiebildgebung verwendet.

Um den Kontrastmittelbolus erfassen zu können, wird wie beschrieben ein Gefäßbereich, z. B. der Bereich der Aorta-Bifurkation oder der Aortabogen über die Magnetresonanzbildgebung beobachtet. Die Bildebene des Beobachtungsschichtbilds wird dabei in Längsrichtung durch den Gefäßbereich verlaufend gelegt, um eine gewisse Gefäßlänge beobachten und das Eintreffen des Bolus in jedem Fall erfassen zu können. Um die Schichtebene zu bestimmen, werden im Stand der Technik mehrere quer zur Gefäßlängsachse verlaufende Schichtbilder über die Magnetresonanzanlage aufgenommen. Diese Schichtbilder werden dem Arzt an einem Monitor dargestellt und von ihm im Hinblick auf den tatsächlichen räumlichen Verlauf des Gefäßbereichs ausgewertet und anhand der Auswertung die Position und/oder Orientierung der Schichtbildebene für die eigentliche Kontrastmittelbolus-Überwachung bestimmt. Die Position/Orientierung der Ebene hängt von der Lage des Gefäßbereichs im Körper des Patienten bezüglich des Koordinatensystems der Magnetresonanzanlage ab.

Nachdem der Kontrastmittelbolus relativ schnell wandert, kommt somit der Bolus-Messung die zentrale Bedeutung für die nachfolgende Angiographie-Untersuchung zu. Im Rahmen der Bolus-Messung ist wiederum das entscheidende Kriterium, dass die Bildebene der Bolus-Schichtbilder optimal positioniert ist, um das Eintreffen des Bolus frühestmöglich bestimmen zu können. Dies gilt umso mehr, als bei einer Magnetresonanzuntersuchung die Kontrastmittelbolus-Messung mit Kontrastmittelgabe in der Regel nur ein einziges Mal durchgeführt werden kann, um kontrastreiche Subtraktionsbilder zu erhalten. Denn ein injiziertes Kontrastmittel ist durch den Patienten erst Stunden später resorbiert.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine möglichst optimale Bestimmung der Posi tion/Orientierung der Bildebene zur Kontrastmittelbolus-Messung ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung innerhalb der orthogonalen Schichtbildaufnahmen die den Gefäßbereich zeigenden Bildbereiche ermittelt, anhand der ermittelten Bildbereich die räumliche Lage des Gefäßbereichs bestimmt und anhand der Lageinformation die Position und/oder Orientierung der Bildebene bestimmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorteilhaft die Ermittlung der Position/Orientierung der Bildebene vollautomatisch durch eine rechnergestützte Analyse der orthogonalen, z. B. transversal liegenden Schichtbildaufnahmen, vorzugsweise unter Verwendung eines Segmentierungs-Algorithmus, der z. B, die Gefäßbereiche in den jeweiligen Schichtbildaufnahmen über eine Kontrast- oder Flussmessungsanalyse bestimmt. Anhand der bekannten Schichtbildpositionen der einzelnen in den Aufnahmen gezeigten Gefäßbereiche kann die Bildverarbeitungseinrichtung auf sehr exakte Weise die räumliche Lage bzw. den Verlauf des Gefäßbereichs im Koordinatensystem der Magnetresonanzanlage bestimmen oder rekonstruieren und in entsprechend exakter Weise aufgrund der Kenntnis der Gefäßbereichslage und damit zusammenhängend auch der Gefäßbereichsanatomie die Position/Orientierung der Bildebene bestimmen. Die Lage der Schichtbildaufnahmeebenen kann je nach Lage des untersuchten Gefäßes transversal (z. B. zum Auffinden der Aorta-Bifurkation oder sagittal (z. B. zum Auffinden des Aortabogens) liegen, in jedem Fall verlaufen sie aber im Wesentlichen orthogonal zur Gefäßlängsachse, also weitgehend quer zum Gefäß. Es handelt sich also je nach Gefäßlage um Transversal- oder Sagittalschichten. Der Begriff „orthogonal" ist dabei relativ weit auszulegen, da natürlich die tatsächliche Lage der Ebene immer von dem lokalen Verlauf des Gefäßes, das in der Regel nicht geradlinig verläuft, abhängt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in mehrerlei Hinsicht von Vorteil. Zum einen erfolgt die Bestimmung rechnergestützt, das heißt, die bis dato manuelle Auswertung der transversalen Schichtbildaufnahmen, die zwangsläufig auch fehlerbehaftet ist, entfällt. Damit einher geht auch eine beachtliche Zeitersparnis im Zusammenhang mit der Bestimmung der Bildebene, was insbesondere im Hinblick darauf, dass Magnetresonanzuntersuchungen zunehmend auch zu Routinezwecken durchgeführt werden, von Vorteil ist. Hierdurch kann auch die Performanz der MR-Untersuchung verbessert und ein höherer Patientendurchsatz erreicht und damit die Effizienz gesteigert werden.

Auch eine Bedienungsvereinfachung der Magnetresonanzanlage geht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einher. An dieser muss beispielsweise die medizinisch-technische Assistentin lediglich ein Bedienelement z. B. in Form eines Automatik-Tasters betätigen, um die automatische Bildebenenbestimmung anzustoßen. Im Rahmen dieses Automatismus wird zunächst über die Steuerungseinrichtung der Magnetresonanzanlage die Aufnahme der orthogonalen Schichtbildaufnahmen angesteuert, wonach automatisch die beschriebene Erfassung der bildseitigen Gefäßbereiche und die Lageermittlung sowie die Ebenenbestimmung erfolgt.

Sind die Positionsdaten der Bildebene im anlagenseitigen Koordinatensystem bekannt, ist es zweckmäßig, wenn diese ermittelten Daten zur automatischen Steuerung der Magnetresonanzanlage verwendet werden, das heißt, die Magnetresonanzanlage wird automatisch entsprechend der ermittelten Positionsdaten zur folgenden Bolus-Messung eingerichtet.

Zur Bestimmung der Positionen und der Orientierung der Ebenen der aufzunehmenden orthogonalen Schichtbildaufnahmen ist es vorteilhaft, wenn vor der Aufnahme der orthogonalen Schichtbildaufnahmen wenigstens ein Localizer-Schichtbild aufgenommen wird, anhand welchem die Bildverarbeitungseinrichtung die grobe Position und/oder Orientierung des Gefäßbereichs und die Lage der Orthogonalebenen der danach aufzunehmenden orthogonalen Schichtbildaufnahmen bestimmt. Die wenigstens eine Localizer-Bildaufnahme kann dabei sagittal oder koronal liegen, selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere solcher lokalisierender Erstaufnahmen aufzunehmen, die unterschiedlich bezüglich einander liegen. Dabei kann es, wie weiterhin vorgesehen sein kann, zweckmäßig sein, zur groben Position- oder Orientierungsbestimmung des Gefäßbereichs mehrere Localizer-Schichtbilder iterativ nacheinander aufzunehmen, wobei die jeweils vorher aufgenommene Schichtbildaufnahme über die Bildverarbeitungseinrichtung ausgewertet und in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses die danach aufgenommene Bildaufnahme angesteuert wird. Man tastest sich also über mehrere Localizer-Schichtbilder an die bestmögliche Position bzw. Ansicht zur Grobbestimmung heran.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn auch die Aufnahme des oder der Localizer-Schichtbild er) in den Automatikprozess eingebunden wird, so dass sich ein vollautomatischer Betrieb ergibt. Das heißt, die Bedienperson muss manuell lediglich den Patienten grob in der Magnetresonanzanlage positionieren, wozu beispielsweise ein Lichtvisier dient, das den aufgenommenen Untersuchungsbereich grob markiert. Anschließend wird die Automatik-Taste bestätigt, wonach über die Steuerungseinrichtung zunächst die Aufnahme der eine oder mehreren Localizer-Schichtbilder erfolgt, anschließend wird automatisch die Grobbestimmung der Position/Orientierung des Gefäßbereichs und die Position/Orientierung der Orthogonalebenen für die transversalen Schichtbilder ermittelt, die anschließend von der Steuerungseinrichtung angesteuert aufgenommen werden, wonach die Auswertung in der eingangs beschriebenen Weise zur Bestimmung der Bildebene für die Kontrastmittelbolus-Messung bestimmt und die Daten seitens der Steuerungseinrichtung für die nachfolgende tatsächliche Messung eingestellt werden.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Magnetresonanzanlage, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,

2 eine Prinzipdarstellung zur Ermittlung der Position/Orientierung der Bildebene zur Kontrastmittelbolus-Messung anhand transversaler Schichtbildaufnahmen, und

3 ein Flussdiagramm zur Darstellung des automatischen Bildebenenbestimmungsbetriebs.

1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1, bestehend aus dem Geräteteil 2, in dem der Patient positioniert ist, dem eine Steuerungseinrichtung 3 für den Bildaufnahmebetrieb sowie eine Bildverarbeitungseinrichtung 4 zur Erzeugung und Ausgabe der Schichtbilder anhand der aufgenommenen Bildsignale an einem Monitor 5 zugeordnet ist.

Über die Steuerungseinrichtung 3 wird wie beschrieben die eigentliche Bildaufnahme angesteuert. Wie eingangs beschrieben soll eine Kontrastmittelbolus-Messung durchgeführt werden, wobei der Bolus in einem Gefäßbereich 6, beispielsweise der Aorta-Bifurkation wie in 2 gezeigt, gemessen werden soll. Die Flussrichtung des Blutes und zwangsläufig auch des zu erfassenden Kontrastmittelbolus ist durch den Pfeil 7 angegeben. Zunächst wird über ein oder mehrere in 2 nicht näher gezeigte Localizer-Schichtbilder eine grobe Position-/Orientierungsbestimmung bezüglich der Lage des Gefäßbereichs 6 durchgeführt. Damit einhergehend wird auch grob die Position und Orientierung von der nachfolgenden Bildebenenbestimmung dienenden Transversalebenen, in denen transversale Schichtbilder aufgenommen werden, bestimmt.

2 zeigt mehrere transversale Schichtbilder 8, die den Gefäßbereich 6 quasi durchschneiden. Nachdem nur die Aorta-Bifurkation gezeigt ist, verlaufen die Ebenen transversal. Im Falle der Untersuchung z. B. des Aortabogens läge die Schnittbildebene sagittal. In jedem der transversalen Schnittbilder ist ein den Gefäßbereich 6 darstellender Bildbereich 9 gezeigt. Über einen Auswerte-Algorithmus, beispielsweise einen Segmentationsalgorithmus oder einen Algorithmus zur Grauwertanalyse werden nun die transversalen Schichtbilder 8 dahingehend ausgewertet, dass beispielsweise durch Kontrastanalysen der in jedem transversalen Schichtbild gezeigte Bildbereich 9 ermittelt wird. Anhand der mehreren, sich in der Bildebene unterscheidenden Bildbereiche 9 kann nun seitens der Bildverarbeitungseinrichtung die räumliche Position und Orientierung des interessierenden Gefäßbereichs 6 im Koordinatensystem der Magnetresonanzanlage bestimmt und quasi virtuell der Gefäßbereich in seiner Anatomie abgebildet werden. Anhand dieser Lageinformation in Form entsprechender Koordinaten und Bilddaten kann nun die Position und Orientierung der Bildebene 10, in welcher das während der Kontrastmittelbolus-Messung aufgenommene Schichtbild aufgenommen wird, bestimmt werden. Diese Bildebene 10 läuft im Wesentlichen orthogonal zu den Transversalebenen der transversalen Schichtbilder wie 2 zeigt, und damit in Längsrichtung des Gefäßbereichs 6, es wird also ein Längsschnitt aufgenommen. Die Bildebene 10 wird möglichst exakt in die Mitte des Gefäßbereichs 6 gelegt, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kontrastmittelbolus in der Gefäßmitte am größten ist und der vorauseilende Jet des Kontrastmittelbolus, also die Bolusspitze, in der Mitte liegt. Sind die Koordinaten bzw. Positions- oder Orientierungsdaten der Bildebene bekannt, werden diese der Steuerungseinrichtung gegeben, die die Bildauf nahmeparameter entsprechend einstellt, um beispielsweise nachfolgend zunächst eine Kontrollaufnahme durchzuführen, die es dem Bediener ermöglicht, eine Kontrolle der automatischen Bildebenenbestimmung durchzuführen. Nach Freigabe durch den Bediener kann dann die eigentliche Kontrastmittelbolus-Messung erfolgen, wozu zunächst das Kontrastmittel injiziert und nachfolgend kontinuierlich die ermittelte Bildebene bis zum Eintreffen des Bolus überwacht und anschließend beispielsweise die Angiographiebildgebung vorgenommen wird.

3 zeigt in Form eines Flussdiagramms den groben Ablauf des Automatikprogramms zur automatischen Ermittlung der Bildebenendaten im Falle der Untersuchung der Aorta-Bifurkation auf Basis transversaler Schichtbilder. Im Schritt a wird vom Bediener die Automatik-Funktion durch Betätigen einer geeigneten Automatiktaste oder dergleichen angewählt. Hiernach steuert die Steuerungseinrichtung 3 automatisch die Aufnahme eines oder mehrerer Localizer-Schichtbilder an (Schritt b), das heißt, es wird zunächst die Umgebung des Gefäßbereichs, also beispielsweise der Aorta-Bifurkation aufgenommen. Hiernach folgt im Schritt c über die Bildverarbeitungseinrichtung 4 eine Grobbestimmung der Position/Orientierung des Gefäßbereichs, es wird also überprüft, wo der Gefäßbereich ungefähr räumlich gesehen liegt und wie er ausgerichtet ist. Gleichzeitig wird, wie im Schritt c angegeben ist, eine Bestimmung der Lage der Transversalebenen durchgeführt, in welchen, wie im Schritt d vorgesehen ist, nachfolgend die transversalen Schichtbilder aufgenommen werden, also Schnittbilder quer zur Längsrichtung des Gefäßbereichs. Diese werden nun im Schritt e zur Ermittlung der Bildbereiche, in denen der „geschnittene" Gefäßbereich gezeigt ist, über die Bildverarbeitungseinrichtung 4 ausgewertet und ferner die räumliche Lage des Gefäßbereichs bezogen auf das Koordinatensystem der Magnetresonanzanlage bestimmt. Anhand dieser Informationen wird nun im Schritt f die genaue Position und Orientierung der Bildebene, die bezogen auf die koronale und sagittale Körperachse auch doppelt verkippt sein kann, bestimmt. Anschließend wer den die ermittelten Aufnahmeparameter für die Schichtbildaufnahme zur Kontrastmittelbolus-Messung gemäß der ermittelten Positions-/Orientierungsdaten, die im Schritt f zur Bildebene bestimmt wurden, eingestellt. Es ergibt sich also ein vollständiger Automatismus.

Sofern der in den Schritten b und c beschriebene Automatismus zur Aufnahme der Localizer-Schichtbild er) und der Grobbestimmung des Gefäßbereichs und der Lage der Transversalebene nicht gewünscht wird, sondern dies beispielsweise von Hand erfolgen soll, können diese Schritte selbstverständlich auch weggelassen werden. Der Automatikbetrieb würde dann anhand der Schritte a und d – g ablaufen.

Läge das Gefäß anders und müssten als Orthogonalebene mehrere sagittal verlaufende Ebenen ermittelt werden, würden im Schritt c die Lagen der Sagittalebenen ermittelt und im Schritt d die Sagittalschnittbilder aufgenommen werden, die anschließend ausgewertet werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Bildebene von zur Kontrastmittelbolus-Messung vorzunehmenden Schichtbildaufnahmen eines Gefäßbereichs, insbesondere im Bereich der Aorta-Bifurkation oder dem Aortabogen, mit einer Magnetresonanzanlage, welche Bildebene den Gefäßbereich im Längsschnitt durchläuft, bei welchem Verfahren zur Bildebenenbestimmung eine Schar von im Wesentlichen orthogonal zum Gefäß liegenden Schichtbildaufnahmen aus unterschiedlichen Ebenen des Gefäßbereichs aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung innerhalb der orthogonalen Schichtbildaufnahmen die den Gefäßbereich zeigenden Bildbereiche ermittelt, anhand der ermittelten Bildbereiche die räumliche Lage des Gefäßesbereichs bestimmt und anhand der Lageinformation die Position und/oder Orientierung der Bildebene bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der den Gefäßbereich zeigenden Bildbereiche unter Verwendung eines Segmentierungs-Algorithmus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Daten zur Position und/oder Orientierung der Bildebene zur automatischen Steuerung der Magnetresonanzanlage verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aufnahme der orthogonalen Schichtbildaufnahmen wenigstens ein Localizer-Schichtbild aufgenommen wird, anhand welchem die Bildverarbeitungseinrichtung die grobe Position und/oder Orientierung des Gefäßbereichs und die Lage der Ebenen der orthogonalen Schichtbildaufnahmen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur groben Positions- und/oder Orientierungsbestimmung des Gefäßbereichs mehrere Localizer-Schichtbilder iterativ nacheinander aufgenommen werden.
Magnetresonanzanlage, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.