DE102005005687A1

DE102005005687A1 - Bildgebendes Diagnosesystem

Info

Publication number: DE102005005687A1
Application number: DE102005005687A
Authority: DE
Inventors: Rainer Kuth; Axel Dr. Schreiber; Christpoh Dr. Zindel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2006-08-17
Also published as: US20060239529A1; US7609868B2; CN100569179C; CN1817305A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Diagnosesystem zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Untersuchungsobjekts, das aufweist:
- eine Bildaufnahmeeinheit (11), die vom Untersuchungsobjekt dreidimensionale Rohdaten aufnimmt,
- eine Bildrekonstruktionseinheit (12), die aus den dreidimensionalen Rohdaten einen dreidimensionalen Bilddatensatz erzeugt,
- eine Bildverarbeitungseinheit (13), die aus dem Bilddatensatz anatomische Strukturen des Untersuchungsobjekts erkennt, und
- eine Positionsbestimmungseinheit (14), die die Position einer vom Diagnostiker identifizierten Anomalie im Bilddatensatz bestimmt und Positionsdaten für die Bildaufnahmeeinheit (11) erzeugt,
wobei die Bildaufnahmeeinheit mit Hilfe der Positionsdaten von der detektierten Anomalie perfusionssensitive Rohdaten aufnimmt, die Perfusionsinformationen der identifizierten Anomalie enthalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bildgebendes Diagnosesystem zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Untersuchungsobjekts sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Information über die Perfusion einer anatomischen Anomalie in einem Untersuchungsobjekt. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Behandlung von intraluminalen Pathologien des Gastrointestinaltrakts und kann insbesondere dazu verwendet werden, vor der Entfernung von Polypen im Darm eines Patienten Information über die Gefäßversorgung des Polypen zu erhalten.

Polypen im Bereich des Dickdarms sind eine häufige Erkrankung, wobei diese zunächst benigne sind, jedoch über mehrere Jahre (im Mittel zwischen 5 bis 8 Jahre) wachsen und sich langfristig mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit zu malignen Tumoren entwickeln können(die sog. Adenom-Karzinom-Sequenz). Je größer der Polyp ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit seiner Entartung. Bei früher Behandlung kann der Polyp mit kurativem Ansatz, also in gutartigem Stadium entfernt werden. In der Regel werden Polypen minimalinvasiv mittels flexibler Endoskopie und mit thermischen Abtragungsverfahren entfernt. Beispielsweise können die Polypen mittels eines kleinen Schneidwerkzeugs (Schlinge) möglichst tief abgeschnitten werden. Die entstehende Blutung soll durch Koagulieren gestoppt werden. Polypen können während ihrer Wachstumsphase recht große venöse und/oder arterielle Gefäße ausbilden, die für den behandelnden Endoskopiker von außen in der Regel nicht sichtbar sind. Nach dem Abschneiden des Polypen strömt Blut aus den abgetrennten Gefäßen. Bei einem Durchmesser von mehr als 5 mm und insbesondere bei Patienten mit hohem Blutdruck und/oder bei Patienten, die blutverdünnende Therapeutika einnehmen, wird die Blutung nicht durch Blutgerinnung an der Schnittstelle gestillt. In vielen Fällen reicht dann die Koagulation beispielsweise durch einen HF-Strom mit einer HF-Schlinge nicht mehr aus. Vielmehr kann eine derartige Blutung kurzfristig eine Operation mit einem Unterbauchschnitt bedeuten. Der Endoskopiker hat außer dem durch den Arbeitskanal eines Endoskops schwierig anzuwendenden Doppelkatheder keine Möglichkeit, im Vorfeld vor dem Abtragen des Polypen den vaskulären Status des Polypen zu ermitteln und festzustellen, ob die Abtragung mit kleinen, mittleren oder gar großem Risiko verbunden sein wird. Tritt eine Blutung bei Abtragung auf, ist diese oft überraschend und erfordert ein schnelles Eingreifen.

Weiterhin können durch aufgenommene Bilddatensätze von bildgebenden Systemen wie MR- oder CT-Systemen die untersuchten Bereiche virtuell dargestellt werden, indem ein dreidimensionaler Bilddatensatz nachverarbeitet wird, um beispielsweise durch Segmentieren der Bilder die Anatomie darzustellen. Mit den aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensätzen ist ebenso eine virtuelle Kolonoskopie (Dickdarmspiegelung) möglich, wobei der Darm virtuell „durchflogen" werden kann und die Darmwände auf eventuelle Pathologien untersucht werden können.

Hierbei ist es unter anderem ein Ziel, die entstehenden Risiken beim Entfernen eines Polypen im Hinblick auf das Blutungsverhalten so früh wie möglich zu erkennen. Hiermit kann dann entschieden werden, welche Patienten von vornherein mittels einer Operation und welche durch flexible Endoskopie behandelt werden können.

Wünschenswert ist es nun, vor dem Entfernen einer Pathologie eine Information über die Vaskularisation des abzutragenden Bereiches zu bekommen. Es gibt miniaturisierte Doppler-Ultraschallsonden für Endoskopie. Jedoch ist diese Methode für die Routine zu kompliziert. Dies ist im Stand der Technik unter anderem damit möglich, dass minimalinvasiv eine Piezosonde durch ein Endoskop in den Patienten eingeführt wird, wobei hierbei versucht wird, aus dem Strömungsgeräusch in der Nähe des zu entfernenden Polypen auf seine Vaskularisierung zu schließen. Dies ist jedoch schwierig und fehleranfällig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung einer einfachen Möglichkeit, eine Aussage über die Perfusion einer zu entfernenden Anomalie einer anatomischen Struktur zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein bildgebendes Diagnosesystem und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Erfindungsgemäß weist ein bildgebendes Diagnosesystem zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Untersuchungsobjekts eine Bildaufnahmeeinheit auf, die vom Untersuchungsobjekt dreidimensionale Rohdaten aufnimmt. Weiterhin ist eine Bildrekonstruktionseinheit vorgesehen, die aus den dreidimensionalen Rohdaten einen dreidimensionalen Bilddatensatz erzeugt. Eine Bildverarbeitungseinheit kann vorgesehen sein, die durch Nachverarbeiten aus dem Bilddatensatz anatomische Strukturen des Untersuchungsobjekts erkennt. Weiterhin ist eine Positionsbestimmungseinheit vorgesehen, die die Position einer von einem Diagnostiker identifizierten Anomalie der anatomischen Struktur im Bilddatensatz bestimmt und weiterhin Positionsdaten für die Bildaufnahmeeinheit erzeugt. Weiterhin nimmt die Bildaufnahmeeinheit mit Hilfe der Positionsdaten von der detektierten Anomalie perfusionssensitive Rohdaten und/oder angiographische Daten auf, die Perfusionsinformationen und/oder Information über die Vaskularisation der identifizierten Anomalie enthalten. Durch das erfindungsgemäße bildgebende Diagnosesystem ist es möglich, nichtinvasiv die Blutversorgung und/oder Vaskularisation einer anatomischen Anomalie zu klassifizieren, so dass vor dem Entfernen der Anomalie festgestellt werden kann, auf welche Weise die Anomalie entfernt werden soll, sei es mit Hilfe von mikroinvasiven Verfahren wie der Endoskopie oder mit Hilfe einer herkömmlichen Operation. Die Bildverarbeitungseinheit kann die aufgenommene anatomische Struktur virtuell darstellen, wobei hier auch Anomalien oder pathologisches Gewebe erkannt und detektiert werden kann. In dem Bilddatensatz ist somit die Position der zu entfernenden Anomalie bekannt. Hieraus werden für das bildgebende Diagnosesystem, insbesondere für die Bildaufnahmeeinheit Positionsdaten der detektierten Anomalie erzeugt. Mit der Bildaufnahmeeinheit werden dann lokal perfusionssensitive und/oder angiographische Bilder von der Anomalie erzeugt, die dann ausgewertet werden können. Im vorliegenden Fall bedeuten dreidimensionale Bilddaten, dass entweder mehrere Schichten (2D) aufgenommen werden, die zusammengefügt werden (Multischichttechnik), oder dass anstelle der Multischichttechnik ein 3D Datenvolumen erfasst wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die aus den perfusionssensitiven Rohdaten Aussagen über die Perfusion der Anomalie erzeugt.

Für die Positionsbestimmung der Anomalie kann vorzugsweise die Positionsbestimmungseinheit die Positionsdaten (X1, Y1, Z1) der anatomischen Anomalie in einem Koordinatensystem (X, Y, Z) im Bilddatensatz bestimmen. Anschließend erzeugt die Positionsbestimmungseinheit Positionsdaten (u1, v1, w1) für die Bildaufnahmeeinheit bzw. das bildgebende Diagnosesystem, welche die Position der Anomalie in einem Koordinatensystem (u, v, w) des Diagnosesystems beschreiben, indem auf die Positionsdaten (X1, Y1, Z1) eine inverse Transformationsmatrix angewandt wird. Die zur inversen Transformationsmatrix gehörende Transformationsmatrix wird hierbei dazu verwendet, zur Erzeugung der Bilddaten die Positionsdaten des untersuchten Objekts im Koordinatensystem (u, v, w) des Diagnosesystems durch Anwenden dieser Transformationsmatrix in den Bilddatensatz zu übertragen. Die inverse Transformationsmatrix wird dann verwendet, um die Positionsdaten im Koordi natensystem (X, Y, Z) des Bilddatensatzes in Positionsdaten im Koordinatensystem (u, v, w) der Bildaufnahmeeinheit zu übertragen.

Vorzugsweise erzeugt die Auswerteeinheit Aussagen über die Perfusion der aufgenommenen Anomalie, wobei zumindest eine der folgenden Aussagen erzeugt wird:
Lokales Blutvolumen der Anomalie, lokaler Blutfluss durch die Anomalie, lokale mittlere Transitzeit durch die Anomalie, lokale Gefäßpermeabilität der Anomalie

Weiterhin kann die Auswerteeinheit derart ausgebildet sein, dass die Existenz von Gefäßen in der Anomalie in einem Durchmesser größer als 1, 2 bzw. 5 mm untersucht wird. Die obigen Kriterien helfen dem behandelnden Arzt bei der Feststellung, ob die Anomalie minimalinvasiv mit einem Katheder entfernt werden kann oder ob die Blutungsgefahr beim Abtragen der Anomalie so groß ist, dass eine Operation des Patienten notwendig ist.

Bevorzugterweise werden von der Bildaufnahmeeinheit Aufnahmen des Gastrointestinaltraktes aufgenommen, um eine Pathologie des Lumen des Gastrointestinaltraktes zu erhalten, wobei insbesondere Aufnahmen vom Dickdarm erzeugt werden, wobei die Bildverarbeitungseinheit durch Segmentieren den Darm erkennt, wobei der Diagnostiker Polypen in der Darmwand als Anomalie erkennen kann. Wie eingangs erwähnt, sind Polypen im Bereich des Dickdarms, insbesondere in den zivilisierten Industrieländern, eine häufig auftretende Erkrankung, wobei diese Polypen sich häufig zu malignen Tumoren entwickeln. Durch den dreidimensionalen Bilddatensatz des Darms ist eine virtuelle Kolonoskopie möglich, wobei dann bei der Betrachtung der virtuellen Kolonoskopie am Bildschirm einer Computereinheit Polypen in der Darmwand erkannt werden können.

Voraussetzung hierfür ist, dass die räumliche Auflösung des bildgebenden Systems so gut ist, dass beispielsweise Polypen in einer Größenordnung von 1 cm erkannt werden können. Vorzugsweise ist das bildgebende Diagnosesystem eine Magnetresonanzanlage, die durch magnetische Kernresonanz Bilddatensätze des Untersuchungsobjekts erzeugt, wobei die Bildaufnahmeeinheit perfusionssensitive T1 oder T2* gewichtete Bildgebungssequenzen verwendet. Magnetresonanzanlagen oder MR-Tomographen bzw. deren Bilder liefern einen guten Weichteilkontrast und die räumliche Auflösung ist gut genug, dass eventuelle Polypen räumlich gut dargestellt werden können.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf bildgebende MR-Magnetresonanzanlagen beschränkt. Ebenso ist es möglich als bildgebendes Diagnosesystem eine Computertomographieanlage (CT) zu verwenden.

Bevorzugt wird für die Erzeugung der perfusionssensitiven oder angiographischen Rohdaten der untersuchten Anomalie bzw. des untersuchten Polyps Kontrastmittel verwendet, das in das Untersuchungsobjekt injiziert wird. Das Kontrastmittel kann beispielsweise als Bolus verabreicht werden, wobei der Durchlauf des Kontrastmittelbolus durch den oder die Polypen mit zeitlich hochaufgelösten Messungen erfasst wird. Hierbei wird die zeitliche Auflösung vorzugsweise so gewählt, dass die Aufnahmezeit eines Bildes unter zwei Sekunden liegt, besser unter einer Sekunde, um den Kontrastmittelverlauf gut darstellen zu können. Als Bildgebungssequenzen bei der Magnetresonanztomographie sind unter anderen schnelle Gradienten-Echo-Sequenzen, insbesondere bei der Anwendung im Bauchraum, verwendbar. Selbstverständlich sind auch andere Bildgebungssequenzen möglich, die es ermöglichen, den Kontrastmittelverlauf darzustellen.

Bevorzugterweise vergleicht die Auswerteeinheit die Perfusionsinformation oder Angiographieinformation der anatomischen Anomalie wie des Polyps mit Perfusionsinformationen oder An giographieinformationen von morphologisch unauffälligem Gewebe, wie beispielsweise morphologisch unauffälliger Schleimhaut. Aus diesem Vergleich können Schlüsse gezogen werden über die Gefäßversorgung des Polypen bezüglich des Querschnitts des Gefäßbettes, seines Strömungswiderstandes und der Durchlässigkeit der Gefäßwand.

Bevorzugt kann die Auswerteeinheit die Perfusionsinformation der Anomalie den anatomischen Bildern der Anomalie überlagern. Mit diesen Überlagerungsbildern erhält der Arzt einen Hinweis auf das Vorliegen eines großen, einen Polypen versorgenden Gefäßes in dem Polyp, so dass die Entfernung diese Polypen unter Berücksichtigung dieser Information geplant werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum ermitteln einer Information über die Perfusion einer anatomischen Anomalie in einem Untersuchungsobjekt mit den folgenden Schritten:
Zuerst werden dreidimensionale Rohdaten des Untersuchungsobjekts aufgenommen. Anschließend wird ein dreidimensionaler Bilddatensatz aus den Rohdaten rekonstruiert. Weiterhin wird durch Nachverarbeiten des Bilddatensatzes die anatomische Struktur des Untersuchungsobjekts dargestellt. Wenn dann bei Ansicht des Bilddatensatzes durch den Arzt eine anatomische Anomalie detektiert wird, d.h. visuell identifiziert wird, wird die Position der detektierten Anomalie in dem Bilddatensatz bestimmt. Weiterhin werden Positionsdaten für ein bildgebendes Diagnosesystem erzeugt. Mit Hilfe dieser Positionsdaten wird eine perfusionssensitive oder angiographische Messsequenz aufgenommen, d.h., es werden perfusionssensitive Rohdaten von der Anomalie aufgenommen. Anschließend wird die Perfusionsinformation aus den erzeugten Rohdaten extrahiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, nach Durchsicht des Bilddatensatzes und der Detektion einer Anoma lie automatisch perfusionssensitive Bilddaten dieser Anomalie zu erzeugen und die Perfusionsinformation zu extrahieren.

Wie zuvor erwähnt, ist ein möglicher Bereich zur Untersuchung der Gastrointestinaltrakt, so dass der Gastrointestinaltrakt aufgenommen wird und ein dreidimensionaler Bilddatensatz davon erzeugt wird, wobei Pathologien des Lumen als anatomische Anomalien detektiert werden sollen. Bevorzugt wird, wie erwähnt, der Darm untersucht, wobei die Untersuchung dazu dient, Polypen in der Darmwand zu detektieren.

Wenn die Rohdaten mittels magnetischer Kernresonanz aufgenommen werden können, können neben T1 oder T2* gewichtete Bildgebungssequenzen auch MR-Angiographien verwendet werden, wie Kontrastmittel-unterstützte Angiographien, Time-of-flight-Angiographien oder Phasenkontrastangiographien. Diese Technik zur Erzeugung von Angiographien mittels MR ist im Stand der Technik bekannt und wird hier nicht näher erläutert.

Bevorzugt wird die Flussgeschwindigkeit in der Anomalie oder in dem Polypen gemessen und/oder die mittlere Transitzeit eines Kontrastmittels, das während der Untersuchung gespritzt wird, wobei die mittlere Transitzeit des Kontrastmittels durch die Anomalie errechnet wird.

Aus den Perfusionsmessungen können anschließend Rückschlüsse auf die Gefäßversorgung eines Polypen bezüglich des Querschnitts des Gefäßbettes, des Strömungswiderstandes des Polypen und über die Durchlässigkeit der Gefäßwand des Polypen gezogen werden. Insbesondere wird bei dem Verfahren untersucht, ob in dem zu entfernenden Polypen Gefäße mit einem Durchmesser größer als 2 mm, vorzugsweise größer als 5 mm vorhanden sind.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein schematisches Diagnosesystem, welches Perfusionsinformationen eines Untersuchungsobjekts bereitstellt;
2 schematisch das Vorhandensein eines Polypens in der Wand des Dickdarms;
3 die verschiedenen Koordinatensysteme des Systems, um Positionsdaten für das bildgebende Diagnosesystem zu erstellen;
4 ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zeigt, mit dem automatisch Information über die Perfusion einer Anomalie erhältlich sind, und
5 ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Erzeugung von Perfusionsdaten eines Polypen.
1 zeigt schematisch ein bildgebendes Diagnosesystem 10, welches ein wichtiger Baustein für die Planung einer Entfernung eines Polypen darstellt. Das bildgebende Diagnosesystem 10 weist eine Bildaufnahmeeinheit 11 auf, die von einem (nicht gezeigten) Untersuchungsobjekt Bilder aufnimmt. Die Bildaufnahmeeinheit kann, beispielsweise, einen MR-Tomographen oder einen CT-Tomographen beinhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11 nimmt von einem Patienten dreidimensionale Rohdaten auf, wobei eine Rekonstruktionseinheit 12 einen dreidimensionalen Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts erzeugt. Dieser Bilddatensatz wird anschließend von einer Bildverarbeitungseinheit 13 weiterverarbeitet. Beispielsweise kann durch Segmentieren oder andere Bildverarbeitungstechniken die in dem Bilddatensatz enthaltene Anatomie dargestellt werden. Im Falle einer Aufnahme des Darms, kann beispielsweise der Darm bzw. die Darmwand dargestellt werden, so dass durch die Bildverarbeitungseinheit 13 eine virtuelle Kolonoskopie möglich ist, bei der der Bereich des Darmes „durchflogen" werden kann. Entdeckt der behandelnde Arzt bei der virtuellen Kolonoskopie eine Anomalie in Form eines Polypen, kann er diesen anklicken, wobei wie später in Zusammenhang mit 3 erklärt wird, aus der Position des Polypen auf dem Bildschirm über die Position des Polypen im Bilddatensatz durch eine Positionsbestimmungseinheit 14 eine Position des Polypen im Koordinatensystem des Diagnosesystems bestimmt wird. Ist die Position des gefundenen Polypen im Koordinatensystem des Diagnosesystems bzw. der Bildaufnahmeeinheit 11 bekannt, kann letztere eine perfusionssensitive Bildgebungssequenz bei dem entdeckten Polypen durchführen, um Informationen über dessen Vaskularisierung zu erhalten. Eine Auswerteeinheit 15 kann dann die Perfusionsmessungen des untersuchten Polypen auswerten, und auf einer Anzeige 16 anzeigen. Beispielsweise können die Ergebnisse der Perfusionsauswertung in Überlagerungsbildern zusammen mit der Anatomie dargestellt werden. Bei der weiteren virtuellen Kolonoskopie kann dann der Arzt erkennen, welcher der eventuell vorhandenen Polypen minimalinvasiv und welche der vorhandenen Polypen eventuell bei Vorhandensein von großen Gefäßen im Polypen durch eine Operation entfernt werden kann bzw. muss. Das Diagnosesystem unterstützt den Arzt somit bei der Entscheidung über das weitere chirurgische Vorgehen.
In 2 ist beispielsweise ein Anwendungsgebiet der Erfindung dargestellt, wobei 2 die typische Form eines Dickdarms 21 zeigt. Der dargestellte Polyp 22 kann beispielsweise eine Größe von 2 cm haben. In dem dargestellten Fall verläuft ein großes Blutgefäß 23 durch den Polypen. Wird der dargestellte Polyp 22 endoskopisch abgeschnitten, würde der abgetrennte Gefäßstumpf zu einer unstillbaren Blutung führen. Die Stillung der Blutung könnte beispielsweise durch Hochfrequenzkoagulation oder endoskopisch durch Klippung des Gefäßes erfolgen. All diese Methoden sind jedoch technisch schwierig und erfordern eine hohe Erfahrung des Endoskopikers und besitzen ebenfalls potentielle Komplikationen. Mit dem in 1 dargestellten Diagnosesystem kann die Vaskularisierung des Polypen 22 nicht-invasiv automatisch erkannt werden.
In 3 ist dargestellt, wie nach Erkennen einer Anomalie bzw. eines Polypens auf dem Bildschirm im Koordinatensystem des Bildschirms für das bildgebende System Positionskoordinaten bestimmt werden, damit das bildgebende System räumlich begrenzt Perfusionsaufnahmen durchführen kann. In 3 ist oben schematisch ein bildgebendes Diagnosesystem in Form eines MR-Geräts 31 dargestellt. Auf einer Patientenliege 32 ist schematisch ein Teil des Patienten- bzw. des Untersuchungsobjekts 33 dargestellt, wobei der Patient einen Polypen 34 hat an der Position (u1, v1, w1 im Koordinatensystem des MR-Geräts (u, v, w). Bei der Bildaufnahme wird für die virtuelle Kolonoskopie ein Rohdatensatz von dem MR-Gerät 31 aufgenommen und in einem Bilddatensatz dargestellt. Dieser dreidimensionale Bilddatensatz im Koordinatensatz (X, Y, Z) der Bilddaten beinhaltet auch den Polypen 34 im Patienten 33. Dieser Polyp 34 hat im Bilddatensatz die Koordinaten (X1, Y1, Z1). Der Bilddatensatz des Koordinatensystem (X, Y, Z) wird zur Erstellung der virtuellen Kolonoskopie verwendet, mit der der Arzt in der Lage ist, die Darminnenwand ihrer Länge nach zu betrachten und auf mögliche Polypen hin zu untersuchen. Die bei der Verwendung zur Erstellung derartiger virtueller Techniken verwendeten Bildnachverarbeitungsmöglichkeiten, um die Wände des untersuchten Objekts zu detektieren, sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise durch Segmentieren des Bilddatensatzes.
Die dreidimensionale Form der Anatomie wird auf dem Bildschirm 35 zweidimensional in einem Koordinatensystem (a, b) dargestellt. Beim „Durchflug" durch die Anatomie bzw. durch den Darm des Patienten entdeckt der Arzt beispielsweise den Polypen 34 und markiert die Stelle des Polypen mit den Koordinaten (a1, b1). Aus der markierten Position (a1, b1) am Bildschirm berechnet die Positionsbestimmungseinheit 14 die Position im Polypen (X1, Y1, Z1) im Koordinatensystem (X, Y, Z) des Bilddatensatzes. Damit das MR-Gerät eine perfusionssensitive lokale Aufnahme des Polyen machen kann, muss die genaue Lokalisierung des Polypen (u1, v1, w1) im Koordinatensystem des MR-Gerät (u, v, w) bekannt sein. Hierfür ist es notwendig, die in der virtuellen Kolonoskopie gefundenen Koordinaten eines Polyps (X1, Y1, Z1) in das Koordinatensystem des MR-Geräts 31 (u, v, w) zurückzutransformieren, wobei eine inverse Transformationsmatrix appliziert wird. Bei der Erstellung des Bilddatensatzes im Koordinatensystem (X, Y, Z) werden die Koordinaten des MR-Gerätes uvw in Koordinaten (X, Y, Z) transformiert, indem die Transformationsmatrix angewendet wird. Nach dem Auffinden eines Polypen muss dieses Verfahren umgekehrt werden, so dass zur Bestimmung der Position des Polypen, dieser im Koordinatensystem des bildgebenden Diagnosesystems bestimmt werden muss durch Applizieren der inversen Transformationsmatrix.
In 4 sind die verschiedenen Schritte dargestellt, die durch Erlangen einer Perfusionsinformation einen Baustein für die Planung einer Entfernung einer anatomischen Anomalie darstellen. In einem Schritt 41 wird das Untersuchungsobjekt aufgenommen. Anschließend wird in einem Schritt 42 durch die Bildrekonstruktionseinheit von 1 ein Bilddatensatz erzeugt. Anschließend wird dieser Bilddatensatz in einem Schritt 43 durch bekannte Bildnachverarbeitungstechniken segmentiert, um die anatomischen Strukturen oder Grenzflächen der anatomischen Strukturen darzustellen. Wenn in einem nächsten Schritt 44 eine anatomische Anomalie detektiert wird, müssen die Positionsdaten der Anomalie (X1, Y1, Z1) im Koordinatensystem (X, Y, Z) des Bilddatensatzes bestimmt werden (Schritt 45). Damit eine Aussage über die Perfusion oder Gefäßversorgung der entdeckten Anomalie möglich ist, muss lokal eine Bildgebung der entdeckten Anomalie durchgeführt werden. Hierfür muss in einem Schritt 46 die Position der Anomalie zum Koordinatensystem des Diagnosesystems (u, v, w) bestimmt werden. Dies kann erfindungsgemäß automatisch erfolgen durch die Positionsbestimmungseinheit 14, nachdem der Arzt die Position der Anomalie mit den Positionsdaten (a1, b1) von 3 markiert hat. Erst wenn die Position der Anomalie festgelegt ist, kann eine perfusionssensitive oder angiographische Bildgebungssequenz der Anomalie in Schritt 47 aufgenommen werden. Bei der Sequenz kann zusätzlich mit Kontrastmitteln gearbeitet werden, um Informationen über das lokale Blutvolumen, den lokalen Blutfluss, die lokale mittlere Transitzeit, die lokale Gefäßpermeabilität und den Zeitpunkt, zu dem die maximale Konzentration des Kontrastmittels im Gewebe erreicht wird, zu erlangen.
In einem Schritt 48 wird dann die Perfusionsinformation extrahiert und optional angezeigt.
In 5 sind die verschiedenen Schritte dargestellt, wenn als bildgebendes Diagnosesystem eine Magnetresonanzanlage verwendet wird. In einem ersten Schritt 51 wird ein dreidimensionaler MR-Datensatz erzeugt, wobei mit einer geeigneten MR-Bildgebungssequenz der Gastrointestinaltrakt aufgenommen wird. Anschließend wird wie in 4 in den Schritten 42 bis 44 für die virtuelle Kolonoskopie ein dreidimensionaler Bilddatensatz erzeugt, bei dem dann der Arzt anhand der Bildschirmdarstellung die Koordinaten (a1, b1) des Polypen markieren kann, um dann über die Koordinaten (X1, Y1, Z1) im Koordinatensystem (X, Y, Z) des Bilddatensatzes die Position (u1, v1, w1) des Polypen in Schritt 52 zu bestimmen. Anschließend kann die Bildaufnahmeeinheit 11 eine Perfusionsmesssequenz oder Angiographiesequenz und deren örtliche Zuordnung planen (Schritt 53). Im Falle der Untersuchung des Darms kann die Perfusionsmesssequenz beispielsweise eine schnelle zweidimensionale Gradienten-Echo-Sequenz sein, die so gelegt wird, dass sie durch den Polypen verläuft. Es sind jedoch auch andere schnelle Bildgebungssequenzen möglich, die dazu in der Lage sind, in der zeitlichen Auflösung von 1 bis 2 Sekunden Bilder des Polypen in der Darmwand zu erzeugen. Theoretisch ist auch eine Echoplanarbildgebung möglich, jedoch ist diese bei der Anwendung im Bauchraum aufgrund der vorhandenen Luft und der damit verbundenen Suszeptibilitätsübergänge schwierig anzuwenden. Grundsätzlich ist jedoch jede Bildgebungssequenz möglich, die eine Information über die Perfusion zeitlich hoch aufgelöst darstellen kann. Die zeitlich hochaufgelöste Messsequenz ist notwendig, da zum Erlangen der Perfusionsinformation ein Kontrastmittel in den Patienten injiziert wird (Schritt 54). Während der Kontrastmittelinjektion wird in einem Schritt 55 die Perfusionsmessung durchgeführt, wobei hierbei auch MR-Angiographietechniken zur Darstellung des Gefäßverlaufs im Polypen verwendet werden können. Anschließend wird die Perfusionsmessung in einem Schritt 56 ausgewertet, wobei im Falle einer Angiographie die Gefäßversorgung des Darms und gegebenenfalls die größeren Gefäße dargestellt werden, die den Polypen versorgen. Die Perfusionsmessung wird ausgewertet in Hinsicht auf das lokale Blutvolumen, den lokalen Blutfluss, die lokale mittlere Transitzeit, die lokale Gefäßpermeabilität und den Zeitpunkt, zu dem die maximale Konzentration des Kontrastmittels im Gewebe erreicht wird. Hieraus können dann Schlüsse gezogen werden über die Gefäßversorgung des Polypen bezüglich des Querschnitts des Gefäßbettes, seines Strömungswiderstandes, und der Durchlässigkeit der Gefäßwand. Die gefundenen Informationen können anschließend in einem Überlagerungsbild zusammen mit der Anatomie in dem dreidimensionalen Datensatz dargestellt werden, so dass der behandelnde Arzt sichere Informationen erhält, wie der gefundene Polyp entfernt werden muss.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung die Planung einer Entfernung einer anatomischen Anomalie verbessert. Die Klassifizierung der Vaskularisierung eines Polypen wird ermöglicht.

Claims

Bildgebendes Diagnosesystem zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines Untersuchungsobjekts, das aufweist, – eine Bildaufnahmeeinheit (11), die vom Untersuchungsobjekt dreidimensionale Rohdaten aufnimmt, – eine Bildrekonstruktionseinheit (12), die aus den dreidimensionalen Rohdaten einen dreidimensionalen Bilddatensatz erzeugt, – eine Positionsbestimmungseinheit (14), die die Position einer vom Diagnostiker identifizierten Anomalie in den anatomischen Strukturen des Untersuchungsobjekts im Bilddatensatz bestimmt und Positionsdaten für die Bildaufnahmeeinheit (11) erzeugt, wobei die Bildaufnahmeeinheit mit Hilfe der Positionsdaten von der detektierten Anomalie perfusionssensitive und/oder angiographische Rohdaten aufnimmt, die Perfusionsinformationen und/oder angiographische Informationen der identifizierten Anomalie enthalten.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinheit (14) die Positionsdaten (X1, Y1, Z1) der anatomischen Anomalie in einem Koordinatensystem (X, Y, Z) des Bilddatensatzes in dem Bilddatensatz bestimmt, und Positionsdaten (u1, v1, w1) für die Bildaufnahmeeinheit (11) erzeugt, die die Position der Anomalie in einem Koordinatensystem (u, v, w) der Bildaufnahmeeinheit beschreiben, indem auf die Positionsdaten (X1, Y1, Z1) eine inverse Transformationsmatrix angewandt wird, wobei zur Erzeugung der Bilddaten die Positionsdaten des untersuchten Objekts im Koordinatensystem (u, v, w) des Diagnosesystems durch Anwenden der Transformationsmatrix in den Bilddatensatz übertragen wurden.
Diagnosesystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (15), die aus den perfusionssensitiven Rohdaten Aussagen über die Perfusion der Anomalie erzeugt.
Diagnosesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (15) zumindest eine der folgenden Aussagen erzeugt: lokales Blutvolumen der Anomalie, lokaler Blutfluss durch die Anomalie, lokale mittlere Transitzeit durch die Anomalie, lokale Gefäßpermeabilität der Anomalie, Existenz von Gefäßen in der Anomalie mit einem Druckmesser größer als 5 mm.
Diagnosesystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (11) Aufnahmen des Darmes erzeugt, wobei die Bildverarbeitungseinheit (13) durch Segmentieren den Darm erkennt, wobei als Anomalie Polypen in der Darmwand erkannt werden.
Diagnosesystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Diagnosesystem eine Magnetresonanzanlage (31) ist, die durch magnetische Kernresonanz Bilddatensätze des Untersuchungsobjekts erzeugt, wobei die Bildaufnahmeeinheit perfusionssensitive T1 oder T2* gewichtete Bildgebungssequenzen verwendet zur Erzeugung der Perfusionsinformation.
Diagnosesystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Diagnosesystem eine Computertomographieanlage ist.
Diagnosesystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der perfusionsensitiven Rohdaten Kontrastmittel in das Untersuchungsobjekt injiziert wird.
Diagnosesystem nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (15) die Perfusionsinformation der anatomischen Anomalie mit Perfusionsinformationen von morphologisch unauffälligem Gewebe vergleicht.
Diagnosesystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (15) die Perfusionsinformation der Anomalie den Anatomischen Bildern der Anomalie überlagert.
Diagnosesystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bildverarbeitungseinheit, die aus dem Bilddatensatz anatomische Strukturen des Untersuchungsobjekts erkennt.
Verfahren zum Ermitteln einer Information über die Perfusion einer anatomischen Anomalie in einem Untersuchungsobjekt mit den folgenden Schritten: – Aufnehmen von dreidimensionalen Rohdaten des Untersuchungsobjekts, – Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den Rohdaten, – Darstellen der anatomischen Struktur des Untersuchungsobjekts durch Nachverarbeiten des Bilddatensatzes, – Detektieren von anatomischen Anomalien in der dargestellten anatomischen Struktur, – Bestimmen der Position der detektierten Anomalie in dem Bilddatensatz, – Erzeugen von Positionsdaten für ein bildgebendes Diagnosesystem, – Aufnehmen von perfusionssensitiven und angiographischen Rohdaten von der detektierten Anomalie, und – Extrahieren von Perfusionsinformation aus den erzeugten Rohdaten.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gastrointestinaltrakt des Untersuchungsobjekts aufgenommen wird und ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Gastrointestinaltrakts erzeugt wird, wobei Pathologien des Lumen als anatomische Anomalien detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Darm des Untersuchungsobjekts aufgenommen wird und ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Darms erzeugt wird, wobei Polypen in der Darmwand als anatomische Anomalien detektiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Rohdaten mittels magnetischer Kernresonanz aufgenommen werden, wobei nach der Bestimmung der Position der Anomalie, die Anomalie mit Perfusionsmessungen untersucht wird, vorzugsweise mit T1 oder T2* gewichteten Bildgebungssequenzen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildgebungssequenz eine MR Angiographie-Bildgebungssequenz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussgeschwindigkeit in der Anomalie gemessen wird und/oder die mittlere Transitzeit von Kontrastmittel, das in das Untersuchungsobjekt injiziert wird, durch die Anomalie errechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, das aus den Perfusionsmessungen Rückschlüsse über die Gefäßversorgung des Polypen bezüglich des Querschnitts des Gefäßbetts, des Strömungswiderstands des Polypen und/oder der Durchlässigkeit der Gefäßwand des Polypen gezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Untersuchung der Anomalie detektiert wird, ob Gefäße in der Anomalie Gefäße mit einem Durchmesser größer als 1 mm, vorzugsweise größer 2 mm, vorzugsweise größer 5 mm vorhanden sind.