CN100569179C - 成像诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生检查对象的三维图像数据组的成像诊断系统，包括：图像拍摄单元(11)，其拍摄检查对象的三维原始数据；图像再现单元(12)，其从三维原始数据中产生三维图像数据组；图像处理单元(13)，其通过所述图像数据组来识别检查对象的解剖结构；定位单元(14)，其在图像数据组中确定由诊断人员识别出的该检查对象解剖结构的异常的位置，并为图像拍摄单元(11)产生位置数据，其中所述图像拍摄单元利用该检测到的异常的位置数据拍摄灌注灵敏的和/或血管造影的原始数据，该数据包含关于识别出的异常的灌注信息和/或血管造影信息。

Description

成像诊断系统

技术领域

本发明涉及一种用于产生检查对象的三维图像数据组的成像诊断系统，以及一种用于确定检查对象中解剖结构异常的灌注信息的方法。本发明尤其用于治疗胃肠道的内腔病变，并且可以特别用于在切除患者的肠息肉之前获得关于该息肉的血管供应情况的信息。

背景技术

大肠区域的息肉是一种常见疾病，在此息肉刚开始是良性的，但数年之后(平均5到8年)长大并且从长远来看很可能转化为恶性肿瘤(所谓的腺瘤-癌瘤序列)。息肉越大，其变质的可能性就越高。如果早期治疗则可以用医疗措施、即在良性阶段消除该息肉。通常以最小介入的方式借助灵活的内窥镜和采用热腐蚀方法去除息肉。例如，可以借助小的切割刀(回线)尽可能深地切除息肉。所出现的出血需通过凝血剂来止住。在息肉生长期间可能会为息肉形成大小合适的静脉和/或动脉血管，这些血管通常无法被治疗内窥镜从外部观察到。在切除息肉之后血会从切开的血管中涌出。对于直径超过5mm的血管并且尤其是对于高血压患者和/或接受血液稀释疗法的患者来说，出血不会因为在断口处的血液凝固而停止。在很多情况下例如由于HF回线的HF电流而使凝固不再充足。这种出血意味着要尽快对下腹进行手术。内窥镜检查人员除了很难通过内窥镜的工作通道应用的双导管之外根本无法在腐蚀息肉之前预先获得息肉的血管状态，也不可能确定该腐蚀会带来轻微的、中度的还是巨大的风险。如果在腐蚀期间发生出血，则该出血通常是令人震惊的，并且需要快速的干预。

DE10252852A1描述了一种磁共振设备的处理装置，该处理装置使得可以在已经拍摄的校正后的MR概貌图像上进行图形的测量计划，其中将校正后的MR概貌图像的区域与其它区域分离开来。

此外，通过由成像系统如MR或CT系统拍摄的图像数据组可以虚拟地显示被检查的区域，其中对三维图像数据组进行后处理，以例如通过分割图像来显示解剖结构。利用所拍摄的三维图像数据组还可以进行虚拟的结肠镜检查(大肠镜像)，其中可以虚拟的“穿过”大肠，并检查肠壁上可能存在的病变。这种虚拟结肠镜检查例如在“A review of technical advances in virtual colonoscopy”，Medinfo 2001，Netherlands，Vol.10，Nr.3，S.73-79中有所描述。

EP0959363B1描述了一种采用动态静脉内注射造影剂的磁共振血管造影。

在“Interactive polyp biopsy based on automatic segmentation of virtualcolonoscopy”，BIBE 2004，Proceedings，Fourth IEEE Symposium on Bioinformaticsand Bioengineering，19-21，May 2004，S.159-166中，描述了对结肠壁的自动分割。

现在还有一个目标，就是在去除息肉时就出血现象而言尽可能早地识别出相应的风险。由此可以决定从一开始就要对哪些病人采取手术治疗，对哪些病人采用灵活的内窥镜治疗。

期望在去除息肉之前能获得关于待腐蚀区域的血管分布的信息。对内窥镜检查存在微型的多普勒超声探头。但该探头使得常规检查的方法复杂化。这在现有技术中是这样来实现的，以最小介入的方式将压电探头通过内窥镜引入患者体内，在此期间试图从待去除息肉附近的流动噪声中确定息肉的血管分布。但这很难而且常出现错误。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简单的方法，可以获得关于解剖结构的待去除的异常的灌注的结论。

根据本发明的用于产生检查对象的三维图像数据组的成像诊断系统包括图像拍摄单元，其拍摄检查对象的三维原始数据。此外还具有图像再现单元，其从三维原始数据中产生三维图像数据组。还可以具有图像处理单元，其通过对图像数据组进行后处理来识别检查对象的解剖结构。此外还具有定位单元，其在图像数据组中确定由诊断人员识别出的解剖结构异常的位置，并为图像拍摄单元产生位置数据。此外图像拍摄单元利用检测到的异常的位置数据拍摄灌注灵敏的原始数据和/或血管造影数据，该数据包含灌注信息和/或关于识别出的异常的血管分布的信息。通过本发明的成像诊断系统，可以在非介入的情况下对解剖异常的供血和/或血管分布进行分类，从而可以在去除该异常之前确定应当通过哪种方式来去除异常，是利用诸如内窥镜的微介入方法还是借助通常的手术。图像处理单元可以虚拟地显示所拍摄的解剖结构，其中还可以识别和检测异常或病变组织。由此在图像数据组中了解待去除异常的位置。由此可以为成像诊断系统，尤其是图像拍摄单元产生检测到的异常的位置数据。然后利用图像拍摄单元产生该异常的局部灌注灵敏和/或血管造影的图像，接着又可以对这些图像进行分析。在上述情况下，三维图像数据意味着拍摄多个衔接的断层(2D)(多层技术)，或者代之以多层技术采集3D数据立体。

在一优选实施方式中设置了分析单元，其从灌注灵敏的原始数据中产生关于异常的灌注的结论。

为了确定该异常的位置，优选由定位单元在图像数据组中确定该解剖异常在坐标系统(X，Y，Z)中的位置数据(X1，Y1，Z1)。接着定位单元为图像拍摄单元或成像诊断系统产生描述该异常在诊断系统的坐标系统(u，v，w)中的位置的位置数据(u1，v1，w1)，其中对位置数据(X1，Y1，Z1)应用反变换矩阵。属于反变换矩阵的变换矩阵在此用于，将被检查对象在诊断系统的坐标系统(u，v，w)中的位置数据通过该变换矩阵变换为图像数据组以产生图像数据。然后采用反变换矩阵将图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中的位置数据变换为图像拍摄单元的坐标系统(u，v，w)中的位置数据。

优选地，分析单元产生关于所拍摄的异常的灌注的结论，其中产生至少以下结论之一：

异常的局部血液体积、穿过该异常的局部血流量、穿过该异常的局部平均穿越时间、该异常的局部血管渗透性。

此外还可以这样构造分析单元，使其检查在异常中是否存在直径大于1、2和5mm的血管。上述准则帮助主治医生确定异常是否可以用导管以最小介入的方式去除，或者在清除该异常时的出血危险是否大到需要对患者进行手术的程度。

优选地，由图像拍摄单元拍摄胃肠道的照片，以确定胃肠道内腔的病变，其中尤其是产生大肠的照片，图像处理单元通过分割来识别大肠，诊断人员可以将大肠壁中的息肉看成异常。如开始部分提到的，大肠区域内的息肉尤其是在工业发达国家中是一种常见疾病，这种息肉常常会发展成恶性肿瘤。通过大肠的三维图像数据组，可以进行虚拟的结肠镜检查，然后在在计算机单元的显示屏上观察该虚拟结肠镜检查时识别肠壁上的息肉。

优选地，使成像系统的空间分辨率好到例如可以识别出数量级为1cm的息肉。成像诊断系统优选是磁共振设备，其通过磁核共振产生检查对象的图像数据组，其中图像拍摄单元采用灌注灵敏的、T1或T2^*加权的成像序列。磁共振设备或MR断层造影仪以及其图像提供了很好的软组织对比度，而且空间分辨率也好到足以很好地立体显示可能存在的息肉。

当然，本发明不限于磁共振成像设备。还可以采用计算机断层造影设备(CT)作为成像诊断系统。

优选地，为了产生被检查异常或被检查息肉的灌注灵敏或者血管造影的原始数据而采用造影剂，该造影剂被注入到检查对象体内。造影剂例如可以作为药丸的形式给予，其中利用时间上高分辨的测量来采集造影剂药丸穿过息肉的过程。在此优选这样选择时间分辨率，使得一幅图像的拍摄时间低于两秒，最好是低于一秒，以便能很好地显示造影剂的变化过程。作为磁共振断层造影中的成像序列，可以采用快速梯度回波序列等，尤其适用于腹部。当然还可以采用其它能显示造影剂变化的成像序列。

优选地，分析单元将诸如息肉的解剖异常的灌注信息或血管造影信息与形态上不引人注意的组织(如形态上不引人注意的黏膜)的灌注信息或血管造影信息进行比较。由该比较可以就血管的横截面、血管的流动阻力和血管壁的渗透性推断有关息肉的血管供应。

优选地，分析单元可以将异常的灌注信息叠加到该异常的解剖图像上。医生利用该叠加图像可以获得关于是否在息肉中存在向该息肉供血的大血管，从而可以在考虑该信息的情况下对去除息肉进行计划。

本发明还涉及一种用于确定关于检查对象体内的解剖异常的灌注的信息的方法，具有以下步骤：

首先拍摄检查对象的三维原始数据。接着从该原始数据中再现三维图像数据组。此外通过对该图像数据组进行后处理来显示该检查对象的解剖结构。如果在通过医生观察图像数据组时检测到、也就是可视化地识别出解剖异常，则在该图像数据组中确定检测到的异常的位置。此外为成像诊断系统产生位置数据。利用该位置数据拍摄灌注灵敏或血管造影的测量序列，也就是拍摄异常的灌注灵敏的原始数据。接着从产生的原始数据中提取出灌注信息。利用本发明的方法可以在透视该图像数据组并检测到异常之后自动产生该异常的灌注灵敏的图像数据，并提取出灌注信息。

如上所述，进行检查的可能区域是胃肠道，因此拍摄胃肠道并产生胃肠道的三维图像数据组，其中将内腔的病变检测为解剖异常。优选检查大肠，其中该检查用于检测肠壁上的息肉。

如果利用磁核共振拍摄原始数据，则除了T1或T2^*加权的成像序列之外还采用MR血管造影，如有造影剂支持的血管造影、飞行时间血管造影或者相位对比血管造影。利用MR产生血管造影的技术是公知的现有技术，在此不再详细解释。

优选地，测量异常或息肉中的流速和/或在检查期间注入的造影剂的平均穿越时间，其中计算造影剂穿过该异常的平均穿越时间。

接着由灌注测量就血管床的横截面、息肉的流动阻力和息肉血管壁的渗透性推导出息肉的血管供应的结论。尤其是在该方法中检查在待去除的息肉中是否存在直径大于2mm、优选大于5mm的血管。

附图说明

下面参照附图详细解释本发明。在此：

图1示意性示出提供检查对象的灌注信息的诊断系统，

图2示意性示出大肠壁上存在的息肉；

图3示出诊断系统的不同坐标系统，以产生用于成像诊断系统的位置数据；

图4示出示意性展示出用于自动获得异常的灌注信息的方法的流程图，

图5示出用于产生息肉的灌注数据的另一种方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性示出成像诊断系统10，其是对去除息肉进行计划的重要部件。成像诊断系统10包括图像拍摄单元11，其拍摄检查对象(未示出)的图像。图像拍摄单元例如可以包含MR断层造影仪或CT断层造影仪。图像拍摄单元11拍摄患者的三维原始数据，其中再现单元12产生该检查对象的三维图像数据组。然后由图像处理单元13对该图像数据组进行继续处理。例如可以通过分割或其它图像处理技术显示该图像数据组中包含的解剖结构。在拍摄大肠的情况下，例如可以显示大肠或大肠壁，从而通过图像处理单元13可以进行虚拟结肠镜检查，其中可以“穿越”大肠区域。如果主治医生在该虚拟结肠镜检查中发现息肉形式的异常，则该医生可以点击该息肉，其中如以后将结合图3所解释的，根据息肉在显示屏上的位置由定位单元14通过该息肉在图像数据组中的位置确定息肉在诊断系统坐标系统中的位置。如果所发现的息肉在诊断系统或者图像拍摄单元11坐标系统中的位置已知，则图像拍摄单元可以在找到息肉时执行灌注灵敏的成像序列，以获得关于息肉的血管分布的信息。然后分析单元15可以对被检查息肉的灌注测量进行分析并显示在显示器16上。例如，将灌注分析的结果在叠加图像中与解剖结构一起显示。然后在另一次虚拟结肠镜检查中医生可以识别出，在息肉中存在大血管时哪些可能存在的息肉可以用最小介入的方式去除，哪些息肉必须通过手术去除。由此该诊断系统可在决定进一步临床措施时为医生提供支持。

图2中例如示出了本发明的应用领域，其中图2示出大肠21的典型形式。所示出的息肉22的大小例如为有2cm。在所显示的情况下一条大血管23穿过息肉。如果所示出的息肉22被以内窥镜方式切开，则被分割下来的血管段会导致无法停止的出血。出血的停止例如可以通过高频凝结或以内窥镜方式通过夹住血管来实现。但所有方法都有技术上的难度，需要内窥镜医生有丰富的经验，同时还有潜在的并发症危险。在图1中所示的诊断系统可以非介入地、自动地识别息肉22的血管分布。

图3中示出在显示屏上识别出异常或息肉之后如何在显示屏的坐标系统中为成像系统确定位置坐标，由此成像系统可以进行空间有限的灌注拍摄。图3的上面以MR设备31的形式示意性示出成像诊断系统。在患者卧榻32上示意性显示出患者或检查对象33的一部分，其中该患者在MR设备的坐标系统(u，v，w)的位置(u1，v1，w1)处有一个息肉34。在拍摄图像时由MR设备31为虚拟结肠镜检查拍摄原始数据组并将其显示为图像数据组。该三维图像数据组在图像数据的坐标组(X，Y，Z)中也包含患者33体内的息肉34。该息肉34在图像数据组中具有坐标(X1，Y1，Z1)。坐标系统(X，Y，Z)的图像数据组用于建立虚拟结肠镜检查，医生可利用该检查根据大肠内壁的长度来观察大肠内壁，并检查可能的息肉。用于建立这种虚拟技术以检测被检查对象的内壁的图像后处理方法对专业人员来说是公知的，例如通过分割图像数据组。

解剖结构的三维形状在显示屏35上两维地显示在坐标系统(a，b)中。在“穿越”该解剖结构或者说患者的大肠时，医生例如发现息肉34并用坐标(a1，b1)对息肉的位置进行标记。定位单元14由该显示屏上标记的位置(a1，b1)来计算图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中息肉的位置(X1，Y1，Z1)。为了使MR设备能对息肉进行灌注灵敏的局部拍摄，必须已知该息肉在MR设备的坐标系统(u，v，w)中的精确位置(u1，v1，w1)。为此需要将在虚拟结肠镜检查中发现的息肉的坐标(X1，Y1，Z1)变换回MR设备31的坐标系统(u，v，w)中，在此采用反变换矩阵。在建立坐标系统(X，Y，Z)中的图像数据组时将MR设备的坐标uvw变换为坐标(X，Y，Z)，其中采用变换矩阵。在找到息肉之后必须反向应用该方法，从而为了确定息肉的位置必须通过应用反变换矩阵在成像诊断系统的坐标系统中确定该息肉。

在图4中示出通过获得灌注信息来表示用于计划去除解剖异常的部件的不同步骤。在步骤41中拍摄检查对象。接着在步骤42中通过图1的图像再现单元产生图像数据组。然后在步骤43中将该图像数据组通过公知的图像后处理技术进行分割，以显示解剖结构或该解剖结构的界面。如果在下个步骤44中检测到解剖异常，则必须确定该异常在图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中的位置(X1，Y1，Z1)(步骤45)。为了能对所发现的异常的灌注或血管供应得出结论，必须对所发现的异常进行局部成像。为此必须在步骤46中确定该异常相对诊断系统的坐标系统(u，v，w)的位置。根据本发明这可以在医生用图3的位置数据(a1，b1)对异常的位置进行标记之后自动地通过定位单元14进行。当确定了该异常的位置时才可以在步骤47中拍摄异常的灌注灵敏或血管造影的成像序列。对于该序列还可以与造影剂一起工作，以获得关于局部血液体积、局部血流量、局部平均穿越时间、局部血管渗透性和造影剂在组织中达到最大浓度的时间的信息。

然后在步骤48中提取出灌注信息并可选择进行显示。

在图5中示出将磁共振设备用作成像诊断系统时的不同步骤。在第一步骤51中产生三维MR数据组，其中用合适的MR成像序列拍摄胃肠道。接着与图4的步骤42至44类似为虚拟结肠镜检查产生三维图像数据组，然后医生可以利用显示屏的显示标记出息肉的坐标(a1，b1)，从而在步骤52中通过图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中的坐标(X1，Y1，Z1)确定息肉的位置(u1，v1，w1)。然后图像拍摄单元11可以计划灌注测量序列或血管造影序列及其位置对应(步骤53)。在检查大肠的情况下灌注测量序列例如可以是快速二维梯度回波序列，这样来设置该序列，使得该梯度回波序列穿过息肉。但还可以采用其它可以对肠壁上的息肉产生时间分辨率为1至2秒的图像的快速成像序列。理论上还可以采用回波平面成像，但该回波平面成像在用于腹部时由于存在空气和由此带来的敏感转变而难以应用。但原则上可以采用每一个可以高时间分辨地显示灌注信息的成像序列。高时间分辨的测量序列是必要的，因为为了获得灌注信息要将造影剂注入患者体内(步骤54)。在造影剂注射期间在步骤55中进行灌注测量，其中也可以采用MR血管造影技术来显示息肉中的血管变化。接着在步骤56中对灌注测量进行分析，其中在血管造影的情况下显示大肠的血管供应情况以及必要时显示向息肉供血的大血管。就局部血液体积、局部血流量、局部平均穿越时间、局部血管渗透性和造影剂在组织中达到最大浓度的时间来分析灌注测量。由此可以就血管床的横截面、其流动阻力和血管壁的渗透性得出关于息肉的血管供应情况的结论。所找到的信息接着可以与三维数据组中的解剖结构一起显示在叠加图像中，从而主治医生可以获得必须如何去除所找到的息肉的可靠信息。

总而言之可以确定，本发明改善了对去除解剖异常的计划。可以对息肉的血管分布进行分类。

Claims (10)

1.一种用于产生检查对象的三维图像数据组的成像诊断系统，包括：

图像拍摄单元(11)，其拍摄检查对象的胃肠道的三维原始数据，

其特征在于，

图像再现单元(12)，其从该三维原始数据中产生三维图像数据组，

定位单元(14)，其在该图像数据组中确定由诊断人员识别出的该胃肠道的腔内病变的位置，并为图像拍摄单元(11)产生位置数据，

其中，所述图像拍摄单元利用该识别出的腔内病变的位置数据拍摄对灌注敏感的和/或血管造影的原始数据，该对灌注敏感的和/或血管造影的原始数据包含关于识别出的腔内病变的灌注信息和/或血管造影信息。

2.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述定位单元(14)在图像数据组中确定腔内病变在该图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中的位置数据(X1，Y1，Z1)，并为所述图像拍摄单元(11)产生描述该腔内病变在图像拍摄单元的坐标系统(u，v，w)中的位置的位置数据(u1，v1，w1)，其中对识别出的腔内病变在该图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中的位置数据(X1，Y1，Z1)应用反变换矩阵，为了产生图像数据将检查对象在该图像拍摄单元的坐标系统(u，v，w)中的位置数据通过应用该变换矩阵变换到图像数据组的坐标系统(X，Y，Z)中。

3.根据权利要求1或2所述的诊断系统，其特征在于，还具有分析单元(15)，其从对灌注敏感的原始数据中产生关于腔内病变的灌注的结论。

4.根据权利要求3所述的诊断系统，其特征在于，所述分析单元(15)产生至少以下结论之一：所述腔内病变的局部血液体积、穿过该腔内病变的局部血流量、穿过该腔内病变的局部平均穿越时间、该腔内病变的局部血管渗透性、在该腔内病变中是否存在直径大于5mm的血管。

5.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述图像拍摄单元(11)产生大肠的照片，图像处理单元(13)通过分割来识别大肠，并将大肠壁中的息肉识别为腔内病变。

6.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，该成像诊断系统是磁共振设备(31)，其通过核磁共振产生检查对象的图像数据组，其中所述图像拍摄单元采用对灌注敏感的、T1或T2*加权的成像序列来产生灌注信息。

7.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，该成像诊断系统是计算机断层造影设备。

8.根据权利要求3所述的诊断系统，其特征在于，所述分析单元(15)将腔内病变的灌注信息与形态上不引人注意的组织的灌注信息进行比较。

9.根据权利要求8所述的诊断系统，其特征在于，所述分析单元(15)将腔内病变的灌注信息叠加到该腔内病变的解剖图像上。

10.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，图像处理单元通过所述图像数据组来识别检查对象的解剖结构。

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