專利名稱：通過一個(gè)個(gè)性化人體模型來確定有關(guān)磁共振圖像的位置和方向的患者信息的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
確定患者信息的方法，用于在磁共振斷層攝影檢查中確定患者的有關(guān)斷層圖像的位置和方向。
本發(fā)明涉及一種方法，用于確定患者的磁共振斷層攝影斷層圖像的位置和方向的信息。
背景技術(shù)：
使用磁共振斷層攝影儀(MR機(jī))為患者檢查時(shí)，除制成斷層圖像外，還必須確定以下信息，即，各個(gè)斷層圖像都是在相對(duì)于患者的哪個(gè)位置和方向所攝得的。這些有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息一般顯示在斷層圖像的邊上，有助于在檢查結(jié)束之后實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層圖像相對(duì)于患者的空間位置的重建。
攝制斷層圖像時(shí)所需要確定的攝影層面原則上可以在一個(gè)任意規(guī)定的基準(zhǔn)坐標(biāo)系內(nèi)由方向矢量的坐標(biāo)確定，其中，所述方向矢量橫越相關(guān)取像平面。在放射學(xué)診斷技術(shù)中，一般會(huì)用一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，即所謂的“患者主坐標(biāo)系”，作為基準(zhǔn)坐標(biāo)系。其中，所述主坐標(biāo)系的軸向由患者身體的彼此垂直的“主平面”的交線所確定，這些主平面在解剖學(xué)中被稱為橫切面、矢狀面和冠狀面。這在圖1中有所顯示，其中，橫切面用字母T表示，矢狀面用字母S表示，冠狀面用字母C表示。
在上文所述的患者主坐標(biāo)系中，可以通過兩個(gè)與坐標(biāo)系軸有關(guān)的角度數(shù)據(jù)表示一個(gè)方向矢量的準(zhǔn)確方向。一般情況下，操作員無法很快測(cè)出上述角度數(shù)據(jù)，這是因?yàn)椴僮鲉T為了測(cè)出斷層圖像相對(duì)于患者的位置，必須得先聯(lián)系基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行一定的換算。因此，上述角度數(shù)據(jù)對(duì)于每天的例行程序而言并不重要。
因此，作為對(duì)隨意攝制的斷層圖像相對(duì)于患者的方向的一種語言描述，放射學(xué)中一般使用所謂的“定向標(biāo)記”，這些定向標(biāo)記由字母或字母組合構(gòu)成。用作定向標(biāo)記的常用字母有A表示“Anterior”(前)P表示“Posterior”(后)L表示“Left”(左)R表示“Right”(右)H表示“Head”(頭部)F表示“Feet”(足部)為清楚起見，圖1中也標(biāo)注了這部分方向說明。從中還可以組成其他的字母組合來用作定向標(biāo)記，例如表示“左后”的字母組合“LP”。這些定向標(biāo)記以易于醫(yī)生理解的語言名稱形式，說明了橫越取像平面的方向矢量相對(duì)于患者主坐標(biāo)系的位置。和在地圖中一樣，定向標(biāo)記一般以圖解形式顯示在斷層圖像的邊上。
所有這些關(guān)于斷層圖像的位置和方向的患者信息，例如患者主坐標(biāo)系中有關(guān)定向標(biāo)記的數(shù)據(jù)，必須與一個(gè)根據(jù)患者身體而建立的基準(zhǔn)坐標(biāo)系產(chǎn)生聯(lián)系。相反，在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，用來取得圖像信息的各個(gè)體積因素的坐標(biāo)，是在一個(gè)與斷層攝影儀有關(guān)的固定坐標(biāo)系中測(cè)得的。因此在獲取圖像數(shù)據(jù)時(shí)，必須知道患者相對(duì)于磁共振設(shè)備的姿勢(shì)。只有在此前提下，才可以在磁共振斷層攝影檢查中準(zhǔn)確地確定有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息。
在現(xiàn)今常用的磁共振設(shè)備(MR機(jī))中，一般通過一個(gè)可水平移動(dòng)的檢查臺(tái)將患者送入儀器，由磁共振設(shè)備的操作員記錄說明患者的姿勢(shì)。其中，一般會(huì)區(qū)分下列姿勢(shì)，即頭朝前和腳朝前以及背臥、趴臥、左側(cè)臥和右側(cè)臥。一般情況下，操作員必須在一個(gè)選擇列表所列舉的若干種可能的患者姿勢(shì)中進(jìn)行選擇。一般不會(huì)對(duì)患者的姿勢(shì)，特別是手臂位置(例如手臂是靠著身體還是放于頭部之上)進(jìn)行詳細(xì)說明。磁共振設(shè)備的控制軟件在得到有關(guān)患者姿勢(shì)的數(shù)據(jù)之后會(huì)認(rèn)為，具有所述姿勢(shì)的患者正處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，并在這種標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的基礎(chǔ)上確定患者主坐標(biāo)系。生成斷層圖像時(shí)以該主坐標(biāo)系為基準(zhǔn)來記錄斷層圖像的方向。也就是說，確定定向標(biāo)記時(shí)是以“具有所述姿勢(shì)的患者正處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)”為出發(fā)點(diǎn)的，所述定向標(biāo)記最終以圖解形式顯示在斷層圖像的邊上，向讀片醫(yī)生說明斷層圖像的位置。
因此，在這一目前常見的程序中，只要操作員在對(duì)患者姿勢(shì)的說明中發(fā)生差錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤的定向標(biāo)記。當(dāng)患者的姿勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)不相符時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題。此外還會(huì)發(fā)生如下情況，即，當(dāng)對(duì)患者姿勢(shì)的說明發(fā)生差錯(cuò)，而患者處于一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)有所偏差的姿勢(shì)時(shí)，又會(huì)得到正確的定向標(biāo)記。
當(dāng)然，對(duì)有關(guān)斷層圖像的位置和方向的信息再高的質(zhì)量要求也不為過。否則，帶有一個(gè)腦部腫瘤的顱部斷層圖像上一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤的方向標(biāo)示，就會(huì)對(duì)手術(shù)方案產(chǎn)生嚴(yán)重后果?？赡軙?huì)選擇錯(cuò)誤的手術(shù)切入口。正確的定向標(biāo)記尤其對(duì)于四肢斷層圖像(手臂和腿)和對(duì)稱的人體結(jié)構(gòu)(如顱部)十分重要。但在對(duì)上肢進(jìn)行檢查時(shí)特別容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。上肢可以沿著身體的縱軸放在身體的旁邊或以相同方向放在頭部之上，其中，手還可以進(jìn)行一種相對(duì)于肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生多種可能的姿勢(shì)，這些姿勢(shì)實(shí)際上無法囊括在概括性的姿勢(shì)說明中。此外，在很多檢查中患者需要甚至必須以獨(dú)特的姿勢(shì)來接受檢查，這些姿勢(shì)與系統(tǒng)允許的姿勢(shì)方案之間存在偏差。這表明了必須對(duì)患者姿勢(shì)進(jìn)行如實(shí)地、標(biāo)準(zhǔn)化地說明的問題，而患者姿勢(shì)是正確確定定向標(biāo)記的一個(gè)重要前提。
除了正確確定定向標(biāo)記，準(zhǔn)確標(biāo)示檢查部位也很重要。因此，必須保證可以清楚地確定所檢查的肢體究竟是左肢還是右肢。
確定檢查部位時(shí)一般要結(jié)合選擇一種測(cè)量程序。制造商在提供磁共振設(shè)備的同時(shí)還會(huì)提供大量的測(cè)量程序，這些測(cè)量程序一般具有不同的等級(jí)。一個(gè)重要的分類標(biāo)準(zhǔn)是人體結(jié)構(gòu)部位的從屬性，相應(yīng)的解剖學(xué)部位，即一個(gè)特定的檢查部位的某些測(cè)量參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。因此，用于例如膝蓋檢查的測(cè)量程序在一個(gè)測(cè)量程序文件夾中就可以用“膝蓋”這樣的標(biāo)示來概括。根據(jù)不同的診斷問題(例如膝關(guān)節(jié)半月板損傷、軟骨損傷等等)，還可以對(duì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量報(bào)告作進(jìn)一步的分類。一般情況下，在選擇一個(gè)測(cè)量程序時(shí)會(huì)得到關(guān)于從屬于該測(cè)量程序的檢查部位的信息，其中，這些信息會(huì)進(jìn)入制成的斷層圖像上的語言標(biāo)示中。這些斷層圖像一般分級(jí)地存放在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，其中，針對(duì)最上層的分類標(biāo)準(zhǔn)一般是患者姓名。較低一層中所使用的分類標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于檢查部位的信息，其中，檢查部位由測(cè)量程序的名稱得出。用上述處理方法可能對(duì)某些診斷問題所涉及的檢查部位無法進(jìn)行清楚的標(biāo)示。例如在對(duì)左膝蓋和右膝蓋使用同一個(gè)測(cè)量程序時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。為了清楚地標(biāo)示檢查部位，操作員還可以在控制軟件中輸入一個(gè)注釋(例如左膝蓋)，這個(gè)注釋隨后會(huì)以圖解的形式顯示在被測(cè)量的斷層圖像上。即使這種常用的確定檢查部位的方法也蘊(yùn)含著若干種誤差源。磁共振設(shè)備的制造商一般會(huì)給予操作員對(duì)測(cè)量程序進(jìn)行分類和用語言標(biāo)示的自主權(quán)。但并非必須使用恰當(dāng)?shù)恼Z言標(biāo)示。這時(shí)就有可能出現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)臋z查部位語言標(biāo)示。使用注釋同樣也是一個(gè)可能的誤差源。操作員只要例如將左膝蓋和右膝蓋混淆，所有被測(cè)量的斷層圖像上就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的圖像注釋。當(dāng)有關(guān)患者姿勢(shì)的數(shù)據(jù)也出現(xiàn)誤差時(shí)，就會(huì)使情況進(jìn)一步惡化。這時(shí)就可能再也無法正確地對(duì)一張被測(cè)量的斷層圖像的位置和方向進(jìn)行與患者相關(guān)的重建。
因此，對(duì)操作員確定的檢查部位進(jìn)行控制與對(duì)患者姿勢(shì)的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)具有同樣的決定性的意義。如果明了患者的具體姿勢(shì)，這些信息就可以通過斷層圖像相對(duì)于患者的位置來驗(yàn)證。
如實(shí)地確定患者的姿勢(shì)可以用不同的方式來實(shí)現(xiàn)，這種做法不僅僅在磁共振設(shè)備診斷技術(shù)中具有重要意義。尤其是在治療性放射療法中應(yīng)該對(duì)患者進(jìn)行可重復(fù)定位，并對(duì)其姿勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn)。目前，除了借助機(jī)械設(shè)備(例如移動(dòng)檢查臺(tái))和頭部立體定位裝置進(jìn)行定位外，還可以使用光學(xué)方法。例如在專利US 5,080,100、US 6,279,579和US 5,823,192中均對(duì)此有所描述。它們基于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行三維表面測(cè)定，或與專利US 6,138,302中所提供的方法一樣，使用全程跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)定。但如果將其應(yīng)用在磁共振檢查中會(huì)在許多方面出現(xiàn)問題。為了說明患者的姿勢(shì)必須要測(cè)量患者的身體表面，這要求患者幾乎全裸。在每天的例行檢查中無法滿足這樣的要求。此外，典型的管狀構(gòu)造結(jié)構(gòu)顯著加大了對(duì)患者進(jìn)行光學(xué)測(cè)量的難度。
另外一種表示患者姿勢(shì)的方法是，根據(jù)一個(gè)體積數(shù)據(jù)組對(duì)患者的身體表面進(jìn)行重建。專利US 4,821,213和US 4,719,585中對(duì)這種根據(jù)體積數(shù)據(jù)組來重建表面的方法進(jìn)行了說明，其中的“表面”也包括身體表面。但是通過測(cè)量整個(gè)患者的體積數(shù)據(jù)組來測(cè)定患者姿勢(shì)的方法由于需要制作大量斷層圖像而花費(fèi)過高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，這種方法可以在磁共振斷層攝影檢查中，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的斷層圖像的位置和方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的和如實(shí)的說明。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于操作一個(gè)磁共振斷層攝影儀的相應(yīng)的控制設(shè)備。
上述目的通過權(quán)利要求1所述的方法和權(quán)利要求14所述的控制設(shè)備而達(dá)成。
本發(fā)明所提供方法用于在磁共振斷層攝影檢查中確定患者的斷層圖像的位置和方向的信息，其中，先要制成患者身體的初始磁共振概覽圖像(MR概覽圖像)。然后使用這種初始磁共振概覽圖像對(duì)一個(gè)預(yù)先確定的、參數(shù)化的解剖學(xué)人體模型進(jìn)行個(gè)性化，也就是，用特定的可變模型參數(shù)對(duì)一個(gè)解剖學(xué)人體模型進(jìn)行個(gè)性化。隨后再以該斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型的相對(duì)位置為基礎(chǔ)，確定關(guān)于后續(xù)的(診斷)斷層圖像的位置和方向的患者信息。在個(gè)性化過程中，通過修改模型參數(shù)使人體模型與初始磁共振概覽圖像(概覽圖像)所示的某些結(jié)構(gòu)相匹配，其中，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選地代表患者的身體表面。所述個(gè)性化過程相當(dāng)于一個(gè)數(shù)學(xué)上的最佳化問題。在此將確定這樣一些所述可變的模型參數(shù)值，這些參數(shù)值將該模型與概覽圖像所示結(jié)構(gòu)之間的偏差度最小化。也就是盡可能使人體模型與患者的整個(gè)身體基本相符。
通過個(gè)性化過程，可以將人體模型的信息用在之后的診斷斷層圖像上。尤其是可以將信息和采取標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的人體模型(下文中也稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”)聯(lián)系起來，除了可以說明身體部位，還可以說明標(biāo)準(zhǔn)模型每個(gè)部分的方向。在個(gè)性化過程之后，根據(jù)一張斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型中直接相鄰部分的相對(duì)位置，不僅以文字形式確定有關(guān)該斷層圖像的位置的信息，并且以定向標(biāo)記的形式確定該斷層圖像的方向的信息。也就是說，可以例如在一個(gè)后續(xù)的磁共振斷層圖像中，將所有的象素或體素單元作為患者相關(guān)身體部位的組成部分來計(jì)算，這些象素或體素單元和一個(gè)區(qū)域之間的距離小于一個(gè)預(yù)先確定的最大空間距離，所述區(qū)域由個(gè)性化人體模型的某個(gè)身體部位界定。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，可以在磁共振斷層攝影檢查中如實(shí)地和標(biāo)準(zhǔn)化地確定有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息。這一點(diǎn)特別適于檢查部位定向標(biāo)記和文字說明的自動(dòng)生成。這樣，在確定所述信息時(shí)就無需再依賴于磁共振設(shè)備的操作員，從而可以直接提高后面醫(yī)生診斷的質(zhì)量。
為了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，一個(gè)用于操作磁共振斷層攝影儀的控制設(shè)備，必須具有一個(gè)控制接口，用于控制磁共振斷層攝影儀根據(jù)由所述控制設(shè)備預(yù)先確定的掃描參數(shù)對(duì)一定數(shù)量的斷層圖像進(jìn)行測(cè)量；一個(gè)圖像數(shù)據(jù)接口，用于采集磁共振斷層攝影儀獲得的圖像數(shù)據(jù)；和一個(gè)概覽圖像測(cè)定單元，用于控制磁共振斷層攝影儀對(duì)患者身體的一定數(shù)量的初始磁共振概覽圖像進(jìn)行測(cè)量。除此之外，所述控制設(shè)備還需要一個(gè)具有一個(gè)參數(shù)化的解剖學(xué)人體模型的存儲(chǔ)設(shè)備，其中，人體模型的幾何形狀可以通過修改某些參數(shù)而改變；一個(gè)個(gè)性化單元，用于通過使用被測(cè)量的初始磁共振概覽圖像對(duì)人體模型進(jìn)行個(gè)性化；和一個(gè)定位單元，該定位單元通過測(cè)出相關(guān)斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型的相關(guān)位置來確定有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息。
其中，個(gè)性化單元和定位單元可以特別優(yōu)選地以磁共振斷層攝影儀控制設(shè)備的可編程處理器的軟件的形式實(shí)現(xiàn)。此外，如果所述控制設(shè)備可以在一個(gè)外部的存儲(chǔ)設(shè)備上進(jìn)行存取，則前文所述的存儲(chǔ)設(shè)備不一定必須是整合在所述控制設(shè)備中。
從屬權(quán)利要求所涉及的是本發(fā)明特別有利的改進(jìn)方案和設(shè)計(jì)方案，其中，也可以根據(jù)所述方法權(quán)利要求對(duì)根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備作出改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利設(shè)計(jì)方案，初始磁共振概覽圖像是按標(biāo)準(zhǔn)化編排方式制成的。其中可以使用快速成像磁共振序列(schnelle MR-Sequenzen)，該序列的突出之處在于每個(gè)概覽圖像的獲取時(shí)間可以精確到秒。本發(fā)明這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)主要在于，針對(duì)每個(gè)患者可以使用一個(gè)統(tǒng)一的檢查報(bào)告(protocol)來獲得概覽圖像。不需要對(duì)個(gè)體患者的幾何形狀進(jìn)行人工匹配。此外，個(gè)性化算法通過一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來啟動(dòng)，從而提高了結(jié)果的穩(wěn)定性。
根據(jù)一種特別優(yōu)選的方案，所述初始磁共振概覽圖像是橫截面圖像，即垂直于患者身體縱軸的斷層圖像。對(duì)一個(gè)完整的人體模型進(jìn)行個(gè)性化時(shí)，適合使用橫截面圖像，這是因?yàn)榭梢栽诿繌垯M截面圖像中完整地再現(xiàn)身體表面。而在沿身體縱軸所拍攝的斷層圖像中情況通常并非如此。在生成橫截面圖像來用作初始磁共振概覽圖像時(shí)，可以在每張橫截面圖像中實(shí)現(xiàn)對(duì)患者身體表面的完整重建。這些信息提高了個(gè)性化算法的穩(wěn)定性。
為了使人體模型的個(gè)性化可以達(dá)到使用要求，需要制作至少三張彼此之間相距大約50cm(針對(duì)一個(gè)成年人)的橫截面圖像作為初始磁共振概覽圖像。每?jī)蓮埾噜彊M截面圖像之間的間距優(yōu)選地小于50cm，特別優(yōu)選地小于15cm。制作的概覽圖像越多，個(gè)性化問題由于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的不斷完善就更容易解決。但與此相對(duì)應(yīng)的是概覽圖像的測(cè)量時(shí)間變長(zhǎng)了。因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須找到穩(wěn)定性和時(shí)間消耗之間的一個(gè)折衷方案。研究結(jié)果表明，在測(cè)定完整的患者姿勢(shì)時(shí)，采取約為10cm的層面間距是精確度和速度之間的一個(gè)理想折衷方案。此外，沒有必要對(duì)患者全身使用等距的層面間距。測(cè)定包括手指姿勢(shì)在內(nèi)的手部幾何形狀相對(duì)于測(cè)定軀干幾何形狀而言，需要概覽圖像具有更高的空間密度。當(dāng)需要對(duì)手部進(jìn)行詳細(xì)檢查時(shí)，在手部使用2厘米的局部層面間距是合理的。對(duì)足部進(jìn)行檢查時(shí)，一般情況下使用5厘米的層面間距就夠了。
特別是可以先使用一個(gè)較粗的禎制成首批初始概覽圖像。當(dāng)個(gè)性化的質(zhì)量無法達(dá)到要求時(shí)，就可以在適當(dāng)?shù)奈恢美^續(xù)制作概覽圖像，其中，個(gè)性化的質(zhì)量取決于在個(gè)性化過程中所測(cè)定的偏差度。本發(fā)明的一種特別有利的設(shè)計(jì)方案是，通過個(gè)性化算法自動(dòng)確定可能由于個(gè)性化質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而需要附加制作的磁共振概覽圖像的位置和方向。其中，通過計(jì)算人體模型和概覽圖像所示結(jié)構(gòu)之間的偏差度來對(duì)質(zhì)量進(jìn)行量化。也就是說，通過使用個(gè)性化算法分析人體模型與各概覽圖像中的結(jié)構(gòu)之間的偏差和所拍攝的身體部位，可以確定附加制作的概覽圖像的位置和方向。本發(fā)明這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)主要在于，當(dāng)個(gè)性化質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，通過一種自動(dòng)運(yùn)行的方法制作附加概覽圖像，直至個(gè)性化質(zhì)量達(dá)標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種有利的設(shè)計(jì)方案，在個(gè)性化過程中可調(diào)節(jié)的模型參數(shù)包括整個(gè)人體模型的至少一個(gè)平移參數(shù)、一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)、一個(gè)比例參數(shù)和其他參數(shù)，這些參數(shù)說明的是預(yù)先確定的重要身體部位(例如四肢)的空間位置和空間形態(tài)。說明人體結(jié)構(gòu)的參數(shù)數(shù)量首先取決于所要求的模擬精確度。為了在磁共振檢查中得到關(guān)于斷層圖像的位置和方向的信息，并不需要精確地模擬位于人體內(nèi)部的人體結(jié)構(gòu)，但模擬重要身體部位的可移動(dòng)性及其表面卻非常關(guān)鍵。通過對(duì)重要身體部位的位置和形態(tài)進(jìn)行參數(shù)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體結(jié)構(gòu)的一種既滿足使用要求又不過分詳細(xì)的模擬。
一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單、但在很多情況下可滿足使用要求的人體模型可以例如通過下列參數(shù)而說明身高，臂長(zhǎng)，腿長(zhǎng)，肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、手關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的彎曲角度數(shù)據(jù)，胸圍和肚圍。
在一個(gè)完整的人體模型中可以使用例如下列參數(shù)
肩高，上臂長(zhǎng)，下臂長(zhǎng)，手長(zhǎng)，大腿長(zhǎng)，小腿長(zhǎng)，腳長(zhǎng)，頭部位置、頸椎、胸椎、腰椎、手指和腳趾的彎曲角度數(shù)據(jù)，頭圍、頸圍、肩寬、上臂圍、下臂圍、手圍、臀圍、大腿圍、小腿圍和腳圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一種有利設(shè)計(jì)方案，可由個(gè)性化人體模型的參數(shù)值確定對(duì)患者姿勢(shì)的語言說明(例如是頭朝前還是腳朝前；背臥、趴臥、左側(cè)臥和右側(cè)臥)。其中，上文所述的三個(gè)基本模型參數(shù)對(duì)說明圍繞三個(gè)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)具有重大意義。從所述的三個(gè)基本參數(shù)和其他參數(shù)可以得到關(guān)于患者在MR機(jī)中的姿勢(shì)的語言說明。頭朝前與腳朝前的區(qū)別之處在于相差一個(gè)圍繞矢狀軸的180°旋轉(zhuǎn)角。背臥、趴臥、左側(cè)臥和右側(cè)臥的區(qū)別主要在于圍繞長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)的角度。本發(fā)明這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)主要在于，根據(jù)個(gè)性化人體模型的參數(shù)值可以如實(shí)地和標(biāo)準(zhǔn)化地確定對(duì)患者姿勢(shì)的語言說明。
在此可以特別優(yōu)選地借助個(gè)性化人體模型的參數(shù)值對(duì)操作員輸入的有關(guān)患者姿勢(shì)的說明進(jìn)行檢驗(yàn)。只要通過個(gè)性化算法而實(shí)現(xiàn)的對(duì)患者姿勢(shì)的語言說明與由操作員所選定的患者姿勢(shì)說明選項(xiàng)相符，就可以對(duì)操作員輸入的有關(guān)患者姿勢(shì)的說明進(jìn)行自動(dòng)控制。通過這種用個(gè)性化算法來檢驗(yàn)患者姿勢(shì)說明的方法可以提高檢查的質(zhì)量。
本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案是，用語言和/或圖解的形式對(duì)有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息進(jìn)行編碼，并借助個(gè)性化人體模型來顯示?；颊咝畔⒁话憬柚嘘P(guān)斷層圖像的位置和方向的文字說明和定向標(biāo)記顯示在各斷層圖像中。為清楚起見，可以借助個(gè)性化人體模型將各斷層圖像在其各自的位置和方向上以三維方式顯示出來。本發(fā)明這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)主要在于，通過這種方法可以以簡(jiǎn)單而具體的方式用圖解的形式顯示患者姿勢(shì)和斷層圖像相對(duì)于患者的位置。
優(yōu)選地可借助個(gè)性化人體模型計(jì)算患者的體重。尤其是可以對(duì)一個(gè)由操作員輸入的體重或已經(jīng)存入一個(gè)患者數(shù)據(jù)文件中的體重進(jìn)行檢驗(yàn)?；颊唧w重在磁共振斷層攝影檢查中對(duì)于計(jì)算特殊吸收率(SAR)特別重要。根據(jù)個(gè)性化人體模型可以估算出患者的體積，再根據(jù)患者的體積估算出患者的體重。通過用個(gè)性化算法來檢驗(yàn)患者的體重，可以進(jìn)一步提高檢查的質(zhì)量。尤其是可以更加確保遵循SAR界限值。
本發(fā)明的另一種有利的設(shè)計(jì)方案是，使用個(gè)性化人體模型在磁共振設(shè)備中對(duì)患者進(jìn)行定位，以達(dá)到對(duì)一個(gè)所期望的部位進(jìn)行檢查的目的。用于確定斷層圖像的位置信息的方法在這一問題中采用了相反的實(shí)施順序。此時(shí)，檢查部位是已知的，所要做的是為后續(xù)生成的斷層圖像尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)某跏嘉恢?。為此，要為所期望的檢查部位在個(gè)性化人體模型中確定與所期望的檢查部位相關(guān)的部位。根據(jù)這些部位的空間位置計(jì)算出將檢查部位送入磁場(chǎng)中心所需的檢查臺(tái)移動(dòng)距離。通過這種方法可以根據(jù)不同的預(yù)期檢查部位對(duì)患者進(jìn)行自動(dòng)定位。這樣就可以不再需要人工地對(duì)檢查部位進(jìn)行定位，而這種人工定位一般情況下要借助激光掃描，因而耗時(shí)較長(zhǎng)。
一種特別優(yōu)選的方案是，將在初次磁共振檢查中生成的個(gè)性化人體模型存儲(chǔ)起來，在磁共振復(fù)查中，借助這個(gè)個(gè)性化人體模型來確定患者的姿勢(shì)。通過這種方法可以保證患者在后續(xù)的磁共振系列檢查中，可以盡可能精確地采用與在第一次此共振檢查中相同的姿勢(shì)。患者在系列檢查中采取相同的姿勢(shì)有著決定性的意義。關(guān)節(jié)位置和腰側(cè)形態(tài)尤其取決于患者所采取的姿勢(shì)。通過將后繼系列檢查中的個(gè)性化模型與之前的磁共振檢查中所存儲(chǔ)的個(gè)性化模型進(jìn)行比較，不僅可以比較檢查的質(zhì)量，還可以算出兩個(gè)人體模型的偏差度，該偏差度在患者采取相同的姿勢(shì)這一方面能起到作用。可以用對(duì)應(yīng)模型三角形的偏差平方數(shù)來表示兩個(gè)不同的個(gè)性化模型之間的偏差度。這個(gè)定義十分清楚明了，因?yàn)閮蓚€(gè)形態(tài)上有變化的人體模型的區(qū)別僅在于模型三角形的空間位置不同，其中，三角形的數(shù)量和三角形的相鄰關(guān)系并不發(fā)生變化。這樣，在磁共振MR系列檢查中采取盡可能精確的相同姿勢(shì)，并對(duì)其進(jìn)行檢查，可以提高檢查的質(zhì)量。
根據(jù)一種優(yōu)選方案，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法在實(shí)施過程中出現(xiàn)故障和/或在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)或所有步驟結(jié)束時(shí)，發(fā)出一個(gè)信號(hào)。在所述方法的各個(gè)步驟自動(dòng)運(yùn)行時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)來告知相關(guān)信息后，操作員就可以去完成其他的任務(wù)。這可以加快檢查中的工作流程。


下面借助附圖所示的一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中圖1為一個(gè)患者身體的主坐標(biāo)系和主平面；圖2為根據(jù)本發(fā)明的方法的一種可能的程序的流程圖；圖3a為一個(gè)患者以標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)背臥在檢查臺(tái)上的圖示；
圖3b為一個(gè)患者以一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)有所偏差的姿勢(shì)背臥在檢查臺(tái)上的圖示；以及圖4為一個(gè)磁共振斷層攝影儀的圖示，具有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
如前文所述，圖1顯示的是一個(gè)處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的患者身體的主坐標(biāo)系。
如圖2所示，在確定患者的姿勢(shì)后，根據(jù)本發(fā)明的方法的一種可能的程序包括下列步驟a.)制作若干張患者的初始磁共振概覽圖像。
b.)以制成的初始磁共振概覽圖像為基礎(chǔ)，將一個(gè)參數(shù)化的解剖學(xué)人體模型個(gè)性化。
c.)當(dāng)個(gè)性化質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，制做附加的磁共振概覽圖像，并重復(fù)個(gè)性化過程。
d.)對(duì)個(gè)性化人體模型進(jìn)行圖示來檢驗(yàn)上述過程。
e.)當(dāng)個(gè)性化人體模型不能充分描述患者姿勢(shì)時(shí)，由操作員停止實(shí)施過程。
f.)生成診斷用磁共振圖像。
g.)根據(jù)相對(duì)于個(gè)性化人體模型的相對(duì)位置，確定有關(guān)磁共振圖像的位置和方向的信息。
進(jìn)行人體模型個(gè)性化時(shí)，適合將按標(biāo)準(zhǔn)化編排方式編排的橫截面圖像用作初始概覽圖像，這樣就可以在各張橫截面圖像中進(jìn)行身體表面的相關(guān)重建。為此，可以使用一種簡(jiǎn)單的極限值方法，其中根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度中由空氣到皮膚的突變來定義身體表面。由于目前常見的磁共振設(shè)備的幾何測(cè)量范圍很大，因而一般可以認(rèn)為，在測(cè)量中所測(cè)得的是患者的完整橫截面。這樣就可以在各張橫截面圖像中進(jìn)行身體表面的相關(guān)重建，這種重建在對(duì)身體表面的說明中以數(shù)學(xué)的形式通過多條封閉輪廓線來表示。這些封閉輪廓線構(gòu)成個(gè)性化過程中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)。
圖3a和圖3b顯示了一個(gè)患者PT分別以標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)(圖3a)背臥在檢查臺(tái)3上，和以一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)有所偏差的姿勢(shì)(圖3b)臥在檢查臺(tái)3上，同樣是背臥，但患者的右手置于頭部上方。此外還顯示了生成初始橫截面概覽圖像的各個(gè)圖像層面AE。這里所示的圖像層面之間的間距約為10cm。這兩個(gè)附圖可以很好的說明，即使患者的一條胳膊或一條腿不處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，也可以采取相應(yīng)的橫截面圖像間距對(duì)其進(jìn)行很好的測(cè)定；與此相應(yīng)，個(gè)性化人體模型最終將反映出這種身體姿勢(shì)。
除目標(biāo)結(jié)構(gòu)之外，個(gè)性化過程還需要一個(gè)合適的人體模型，其中，人體模型的可變參數(shù)沒有明確確定。只有用于基本轉(zhuǎn)換(如身體的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放)的基本參數(shù)是明確的。而說明人體模型的幾何形狀的參數(shù)的種類和數(shù)量主要取決于用途。
為了在MR檢查中獲取有關(guān)斷層圖像的位置和方向的信息，最關(guān)鍵的是模擬重要身體部位的可移動(dòng)性及這些部位的表面。其中，人體模型由多個(gè)彼此相關(guān)的體素單元構(gòu)成，所述體素單元的尺寸可精確到厘米，具體的模型幾何形狀由一組參數(shù)值確定。相應(yīng)的方法可參見Koch(科赫)撰寫的關(guān)于一個(gè)有限元模型(Finite Element Modell)的文章《Simulating facial surgery usingfinite element models》(Proceedings of the SIGGRAPH 1996 conference，S.421-428)或Hhne(赫勒)撰寫的關(guān)于體素單元模型的文章《A 3D anatomicalatlas based on a volume modell》(IEEE Computer Graphics Applications，1992，Volume，Nr.4，S.72-78)。
非常簡(jiǎn)單的人體模型只需要為數(shù)不多的幾個(gè)參數(shù)就可以說明，例如身高、臂長(zhǎng)、腿長(zhǎng)、胸圍、肚圍以及說明手臂和腿的姿勢(shì)的參數(shù)。
復(fù)雜的人體模型相對(duì)于簡(jiǎn)單的人體模型而言具有更大量的參數(shù)。復(fù)雜的人體模型不僅要模擬身體表面，還要模擬骨骼系統(tǒng)。因此，人體骨盆的幾何形狀需要用例如下列參數(shù)來說明髂嵴間距、髂棘(上嵴外緣)間距、髂脊后徑、骨盆入口橫徑、骨盆中部橫徑、骨盆出口橫徑、骨盆入口矢狀徑、骨盆中部矢狀徑、骨盆出口矢狀徑、骨盆入口前后徑、對(duì)角徑、產(chǎn)科接合徑。
為了在磁共振檢查中獲取有關(guān)斷層圖像的位置和方向的信息，一般不需要進(jìn)行這樣精確的模擬。根據(jù)所期望的精確度來對(duì)重要的身體部位進(jìn)行模擬就足夠了。其中，各身體部位的姿勢(shì)主要由人體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)的自由度確定。例如說明髖關(guān)節(jié)(這里涉及的是一種球窩關(guān)節(jié))時(shí)一般只需三個(gè)參數(shù)，即伸展和彎曲、伸出和移近、向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)。大腿的前端、中部和末端上分別有兩個(gè)互相垂直的直徑，這些直徑可以將一條大腿的形狀參數(shù)化，它們代表了十分近似于橢圓的大腿的主軸。也可以使用類似的方法處理其他身體部位，例如頭部、頸部、胸部、腹部、臀部、肩胛帶、上臂、下臂、手、小腿、腳。其中優(yōu)選地應(yīng)該將至少人體大型關(guān)節(jié)的可移動(dòng)性參數(shù)化。以下為重要關(guān)節(jié)下踝關(guān)節(jié)、上踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和手關(guān)節(jié)。
脊柱所具有的姿勢(shì)是一種特殊姿勢(shì)。脊柱由若干個(gè)位于單個(gè)椎骨之間的關(guān)節(jié)構(gòu)成，脊柱的可移動(dòng)性的詳盡參數(shù)化需要耗費(fèi)巨大精力。將脊柱劃分為具有相對(duì)簡(jiǎn)單的可移動(dòng)性的頸椎、胸椎和腰椎對(duì)于說明患者姿勢(shì)而言很有意義。
在很少出現(xiàn)的手指檢查中還需對(duì)手指關(guān)節(jié)的可移動(dòng)性進(jìn)行附加的參數(shù)化。
優(yōu)選情況下應(yīng)限制各參數(shù)的取值范圍?？梢酝ㄟ^下述方法來達(dá)到限制的目的，即，只允許出現(xiàn)能夠說明患者所能采取的解剖學(xué)姿勢(shì)的參數(shù)值組合。用于說明采取標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的人體模型(標(biāo)準(zhǔn)模型)的參數(shù)值也叫做標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值。
隨后可以用各概覽圖像和人體模型中的所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)來開始個(gè)性化算法。其目的是確定一組參數(shù)值，這組參數(shù)值可以使人體模型與概覽圖像中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)之間的偏差最小化。最終得到的結(jié)果是具有個(gè)性化參數(shù)值組的個(gè)性化人體模型。
人體模型與概覽圖像中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)之間的偏差通過一個(gè)偏差函數(shù)來說明，其中，所述偏差函數(shù)的自變量為人體模型參數(shù)值。數(shù)學(xué)上存在一個(gè)非線性最佳化問題，即偏差函數(shù)最小化問題。從每個(gè)允許的參數(shù)值組合均可得出一個(gè)由體素單元構(gòu)成的、具有特殊幾何形狀的人體模型。這樣就可以用人體模型的表面單元的偏差值來定義一個(gè)可能的偏差函數(shù)。其中，計(jì)算偏差也就是計(jì)算出各表面單元的偏差值的加權(quán)平方和。其中，一個(gè)表面單元的權(quán)重因子是此表面單元的面積與所有表面單元的面積平均值的比例值。這種通過使用人體模型表面進(jìn)行偏差計(jì)算的方法十分重要，這是因?yàn)槟繕?biāo)結(jié)構(gòu)是患者身體表面的部分。
如果表面單元與概覽圖像幾何相切，則表面單元與目標(biāo)結(jié)構(gòu)之間的最小幾何距離被定義為一個(gè)表面單元的偏差值，否則就無法確定偏差值。這樣做很有意義，因?yàn)槔鐚?duì)于一個(gè)位于兩個(gè)概覽圖像之間的中心點(diǎn)上的表面單元來說，反正都不會(huì)有關(guān)于這個(gè)表面單元與患者的人體模型之間的距離的信息。所以，根據(jù)人體模型的不同姿勢(shì)會(huì)在偏差計(jì)算中使用不同數(shù)量的表面單元。為了可以從這些不同參數(shù)的值中計(jì)算出可比較的偏差，就需要對(duì)所有在計(jì)算中所涉及到的表面單元的面積進(jìn)行一種偏差標(biāo)準(zhǔn)化。這樣就可以通過傳統(tǒng)的探測(cè)方法或掃描方法來確定可使偏差最小化的最佳參數(shù)組。相應(yīng)的方法可參見Springer出版社于1992年出版的由R.Schaback所著的《NumerischeMathematik》(《數(shù)字?jǐn)?shù)學(xué)》)。
個(gè)性化質(zhì)量通過計(jì)算出來的偏差值而得到量化。當(dāng)偏差值低于一個(gè)預(yù)先確定的極限值時(shí)，就說明個(gè)性化過程是成功的。否則，就要用表面單位的最大偏差值來繼續(xù)制作概覽圖像，從而提高匹配質(zhì)量。也就是對(duì)患者身體表面上經(jīng)個(gè)性化算法確定的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行更加精確的測(cè)量。反復(fù)進(jìn)行這個(gè)過程，直到通過人體模型可以得到一個(gè)足夠精確的患者姿勢(shì)說明，或者當(dāng)聚焦性能無法達(dá)到使用要求時(shí)，在一定的重復(fù)次數(shù)之后中斷這個(gè)過程。
對(duì)個(gè)性化人體模型的三維圖示使操作員可以通過與實(shí)際患者姿勢(shì)的比較來對(duì)個(gè)性化結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重偏差時(shí)，操作員可以中斷程序，使用常規(guī)方法繼續(xù)工作。
當(dāng)個(gè)性化過程成功時(shí)，就可以從后續(xù)診斷斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型的相對(duì)位置中確定有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息。為此，在進(jìn)行個(gè)性化之前，要得到與標(biāo)準(zhǔn)模型的各個(gè)體素單元相關(guān)的信息。這些信息說明的是各個(gè)體素單元所處的身體部位和它們的方向。這樣就可以將標(biāo)準(zhǔn)模型構(gòu)成例如右膝的所有體素單元與文字形式的“右膝”信息相聯(lián)系。在個(gè)性化過程之后，可以從一個(gè)斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型的體素單元的相對(duì)位置中，得到有關(guān)斷層圖像的位置和方向的文字信息。舉例而言，當(dāng)斷層圖像僅與具有相關(guān)“右膝”信息的體素單元相切時(shí)，就可以規(guī)定斷層圖像的檢查部位(也就是說作為斷層圖像的一個(gè)位置信息)也為“右膝”。有關(guān)身體部位的信息就這樣從個(gè)性化人體模型傳達(dá)到斷層圖像上，并在斷層圖像上標(biāo)識(shí)了檢查部位。
定向標(biāo)記也是如此。一個(gè)體素單元的方向由一個(gè)局部坐標(biāo)系描述，其中，當(dāng)患者處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)時(shí)，所有局部坐標(biāo)系與主坐標(biāo)系相一致。但在個(gè)性化過程完成之后，二者一般就不再一致。舉例來說，如果患者采取手臂置于頭上方的姿勢(shì)，有關(guān)手部體素單元的局部坐標(biāo)系在個(gè)性化過程完成之后描述的就是局部方向軸，并與軀干的局部方向軸有所區(qū)別。如果斷層圖像拍攝的是患者的手部，就可以從斷層圖像與相應(yīng)的手部體素單元的相對(duì)位置中得出有關(guān)斷層圖像的方向的信息。這時(shí)，斷層圖像的定向標(biāo)記就局部地與手部相關(guān)，而不再與患者全身的一個(gè)統(tǒng)一坐標(biāo)系相關(guān)。
作為一種副產(chǎn)品，從個(gè)性化人體模型的參數(shù)值中還可以得到一個(gè)對(duì)患者姿勢(shì)的語言說明(例如是頭朝前還是腳朝前；背臥、趴臥、左側(cè)臥和右側(cè)臥)，其中，三個(gè)用于說明圍繞三個(gè)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的參數(shù)具有突出的作用。例如背臥、趴臥、左側(cè)臥和右側(cè)臥的區(qū)別主要在于圍繞長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)的角度。而手臂的姿勢(shì)則主要通過用于說明肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的參數(shù)來說明。每組參數(shù)值組都可以包括一個(gè)有關(guān)患者姿勢(shì)的語言說明。實(shí)踐中可以以表格的形式為有限數(shù)量的參數(shù)值組定義一個(gè)有關(guān)患者姿勢(shì)的語言說明。對(duì)于任意一組參數(shù)值組，都可以從表格中確定出最相符的、具有所屬患者姿勢(shì)語言說明的參數(shù)組，并以文字的形式向操作員顯示。以文字形式出現(xiàn)的患者姿勢(shì)說明使得可以對(duì)操作員選出的患者姿勢(shì)說明進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢驗(yàn)，但前提是在這兩種情況中使用的是相同的語言說明形式。
有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息一般以圖解的形式顯示在斷層圖像上，例如文字說明和定向標(biāo)記。除了這種二維顯示形式外，還可以借助個(gè)性化人體模型將各斷層圖像三維可視化。為此可以使用各種不同的3D顯示技術(shù)。為了進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化可以使用硬件加速的三維重建方法(SSD法，表面陰影顯示法)，參見由Woo(沃)所著的《OpenGL Programing Guide》，由Addisson Wesley出版社于1999年出版。這種可視化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)四周的反復(fù)實(shí)時(shí)觀測(cè)，并且具有可以達(dá)到使用要求的顯示質(zhì)量。借助制成的斷層圖像對(duì)經(jīng)三角測(cè)量的模型表面在其三維位置和方向上進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化，可簡(jiǎn)單而直觀地顯示重要信息，在此過程中還可以同時(shí)顯示出文字說明和定向標(biāo)記。
除有關(guān)斷層圖像的位置和方向的信息外，從個(gè)性化人體模型中還可以獲得其他的一些信息。在此可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)患者體重的估算。在進(jìn)行個(gè)性化過程之前先給每個(gè)體素單元分配一個(gè)密度。個(gè)性化過程完成之后再根據(jù)所述信息和體素單元的體積計(jì)算出體素單元的重量。各體素單元的重量之和就是患者體重的估算值。
其他信息可以實(shí)現(xiàn)在磁共振設(shè)備中對(duì)患者的自動(dòng)定位，從而可以對(duì)所期望的身體部位進(jìn)行檢查。這種方法使用的是與各體素單元相關(guān)聯(lián)的、關(guān)于其所述身體部位的信息。因此，要為所期望的檢查部位確定個(gè)性化人體模型的某些體素單元，聯(lián)系這些體素單元可以得到有關(guān)該部位的語言說明。這些體素單元的幾何中心界定了檢查部位的中心，該中心通過后面定義的檢查臺(tái)的移動(dòng)被帶入磁場(chǎng)中心。例如當(dāng)需要檢查一個(gè)患者的右膝時(shí)，個(gè)性化過程完成后，就可以知道具有相關(guān)的“右膝”信息的體素單元的位置。在此之后，這些體素單元的中心所界定的是檢查膝蓋的位置。檢查臺(tái)的平移距離為磁場(chǎng)中心和算得的中心之間的差值。
個(gè)性化人體模型的另一個(gè)用途是，可以在系列檢查中使患者采取相同的姿勢(shì)。為此要將標(biāo)準(zhǔn)檢查中的模型參數(shù)值存儲(chǔ)下來，并在系列檢查中讀取這些參數(shù)值。這時(shí)，這些參數(shù)值所定義的是標(biāo)準(zhǔn)模型。為了使患者采取相同的姿勢(shì)，要將系列檢查中的個(gè)性化模型(系列模型)與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較。目的是最小化兩個(gè)模型之間的偏差。為此要為系列模型的每個(gè)表面單元分配一個(gè)偏差值，其中，該偏差值被定義為與標(biāo)準(zhǔn)模型的相應(yīng)表面單元之間的幾何距離。偏差定義為所述偏差值的平方和。在系列檢查中不斷調(diào)整患者的姿勢(shì)，直到各重新確定的系列模型與標(biāo)準(zhǔn)模型的相符程度達(dá)到使用要求。為此，同時(shí)對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行三維顯示，并對(duì)所述偏差值進(jìn)行彩色編碼，將具有很大的幫助。
圖4概略地顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的磁共振斷層攝影儀1的一個(gè)實(shí)施例，具有本發(fā)明的控制設(shè)備5。
在所示的實(shí)施例中，控制設(shè)備5安裝在一個(gè)分立設(shè)備中。這里涉及的是一個(gè)具有一個(gè)可編程處理器10的計(jì)算機(jī)，用于控制磁共振斷層攝影儀1的控制軟件存儲(chǔ)在所述處理器10中?？刂圃O(shè)備5通過一個(gè)控制接口8向磁共振斷層攝影儀1傳達(dá)控制指令SB，使其進(jìn)行所期望的檢查?？刂圃O(shè)備5通過一個(gè)圖像數(shù)據(jù)接口9接收借助磁共振斷層攝影儀1而獲得的原始圖像數(shù)據(jù)后，再用常規(guī)方式對(duì)其進(jìn)行再處理。
為了對(duì)控制設(shè)備5進(jìn)行操作，控制設(shè)備5與一個(gè)操作臺(tái)4相連，作為用戶接口的操作臺(tái)4具有一個(gè)顯示器、一個(gè)鍵盤和一個(gè)指示裝置，例如一個(gè)鼠標(biāo)。也可以使用一個(gè)(圖中未顯示的)工作站代替與控制設(shè)備5直接相連的操作臺(tái)4來進(jìn)行操作，所述工作站連接在一根總線7上，控制設(shè)備5與總線7相連。操作臺(tái)4也可以整合在控制設(shè)備5中?？刂圃O(shè)備5同樣也可以整合在磁共振斷層攝影儀1中，從而使全部部件整合在一個(gè)設(shè)備之中。
所述磁共振斷層攝影儀1涉及的是一個(gè)具有常規(guī)的高頻磁場(chǎng)線圈、梯度磁場(chǎng)線圈和基本磁場(chǎng)線圈(圖中未顯示)的傳統(tǒng)磁共振斷層攝影儀。在磁共振斷層攝影儀1中，躺在一個(gè)檢查臺(tái)3上的患者PT被定位在一個(gè)檢查區(qū)域2內(nèi)，所述線圈圍繞檢查區(qū)域2布置。此外還可以附加性地使用直接置于患者PT身上的局部線圈。專業(yè)人士已熟知磁共振斷層攝影儀1的特征和工作原理，因而這里就不再詳加說明。
控制設(shè)備5的核心部件是一個(gè)處理器10，所述處理器10配備了各種以軟件形式的部件，這樣，控制設(shè)備5就可以按照本發(fā)明所述的方法進(jìn)行工作。這些部件在圖4中顯示為位于處理器10內(nèi)部的方塊。除所示部件外，控制設(shè)備5當(dāng)然還具有所有其他的常規(guī)軟件部件和硬件部件，從而可以以常規(guī)方式控制磁共振斷層攝影儀和獲取圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行(預(yù))處理。為清楚起見，圖中未顯示所述的這些常規(guī)部件，由于它們并非專門用于根據(jù)本發(fā)明的方法，因而下文中也不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖像測(cè)定單元12就是這樣的一個(gè)部件。圖像測(cè)定單元12將各種檢查報(bào)告或由檢查報(bào)告預(yù)先確定的掃描參數(shù)轉(zhuǎn)化為控制指令SB，其中，通過這些掃描參數(shù)將磁共振斷層攝影儀1信號(hào)化，來確定測(cè)定圖像數(shù)據(jù)的位置和方向。這些控制指令SB通過控制接口8被傳輸?shù)酱殴舱駭鄬訑z影儀1中，這樣，磁共振斷層攝影儀1中就可以以正確的順序進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查序列，來生成所期望的斷層圖像。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，圖像測(cè)定單元12具有一個(gè)概覽圖像測(cè)定單元13作為子程序，所述概覽圖像測(cè)定單元13可以控制磁共振斷層圖像設(shè)備對(duì)一定數(shù)量的初始磁共振概覽圖像(如圖3a和圖3b所示)進(jìn)行測(cè)量。
隨后，這些通過概覽掃描而生成的磁共振概覽圖像與所有其他圖像數(shù)據(jù)BD一樣，通過圖像數(shù)據(jù)接口9被控制設(shè)備5接收，并接受控制設(shè)備5的再處理。例如先在一個(gè)重建單元11中根據(jù)已測(cè)定的原始圖像數(shù)據(jù)BD重建所期望的圖像。通過這種方式獲得的磁共振概覽圖像UA隨后會(huì)被傳輸?shù)揭粋€(gè)個(gè)性化單元14中。
個(gè)性化單元14具有一個(gè)結(jié)構(gòu)識(shí)別單元15作為子程序，所述結(jié)構(gòu)識(shí)別單元15可以從概覽圖像UA中識(shí)別出所需的結(jié)構(gòu)，也就是患者PT的身體與周圍環(huán)境的分界面，即患者身體的表面結(jié)構(gòu)。此外，個(gè)性化單元14還具有一個(gè)匹配單元16，所述匹配單元16可以通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)模型NM(一個(gè)處于標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的人體模型)的某些可變參數(shù)使標(biāo)準(zhǔn)模型NM與目標(biāo)結(jié)構(gòu)相匹配，這一點(diǎn)在上文中已有詳細(xì)說明。這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型NM存儲(chǔ)在控制設(shè)備5的一個(gè)存儲(chǔ)器6中。
隨后可以將制成的個(gè)性化人體模型IM重新存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6中。其中，并不需要存儲(chǔ)所有描述整個(gè)個(gè)性化人體模型NM的全部信息。原則上只要存儲(chǔ)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型NM制作個(gè)性化模型IM所需的一組參數(shù)值就夠了。此外，個(gè)性化模型IM的數(shù)據(jù)組還會(huì)被傳輸?shù)揭粋€(gè)定位單元17中。借助這個(gè)定位單元17可以測(cè)定后續(xù)(診斷)斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化模型IM的相對(duì)位置，從而按照本發(fā)明所述的方法確定患者信息，該信息是關(guān)于后續(xù)生成的斷層圖像的位置和方向。
此外，個(gè)性化單元14還可以向概覽圖像測(cè)定單元12發(fā)出一個(gè)信號(hào)，請(qǐng)求在某些空間區(qū)域內(nèi)附加地制成更多數(shù)量的、更加密集分布的概覽圖像，從而來提高個(gè)性化的質(zhì)量。
在此需要明確指出的是，附圖所示的處理過程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只涉及實(shí)施例，在細(xì)節(jié)方面，專業(yè)人士可以直接對(duì)其作出修改。一種特別可行的方案是，控制設(shè)備5的各種不同的部件并不一定要整合在一個(gè)處理器中，而是可以安置在彼此連接的不同的處理器中。同樣，當(dāng)然也可以將各種不同的部件安置在彼此聯(lián)網(wǎng)的不同的計(jì)算機(jī)中。這樣就可以將例如計(jì)算要求特別精確的處理過程轉(zhuǎn)移(例如將模型個(gè)性化過程轉(zhuǎn)移到合適的計(jì)算機(jī)上，例如通過總線7)，而相關(guān)處理過程只需返回最終的計(jì)算結(jié)果。
此外，還可以用根據(jù)本發(fā)明的部件來擴(kuò)展現(xiàn)有的控制設(shè)備或磁共振斷層攝影儀，從而可以按照本發(fā)明所述的方法來使用這些設(shè)備。很多情況下，通過升級(jí)具有相應(yīng)控制軟件模塊的軟件就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.確定患者相關(guān)信息的方法，用于確定患者的磁共振斷層的斷面圖像的位置和方向信息，所述方法具有下列步驟-制作復(fù)數(shù)張所述患者身體的初始磁共振概覽圖像(UA)，-使用所述初始磁共振概覽圖像(UA)，將一個(gè)預(yù)先確定的參數(shù)化的解剖學(xué)人體模型(NM)個(gè)性化，-根據(jù)該斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化人體模型(IM)的相對(duì)位置，來確定關(guān)于后續(xù)斷層圖像的位置和方向的患者信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始磁共振概覽圖像(UA)是按標(biāo)準(zhǔn)化編排方式生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述初始磁共振概覽圖像(UA)包括斷面圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，作為初始磁共振概覽圖像(UA)的那些橫斷面彼此間大約相距50cm或50cm以下，所述間距優(yōu)選為小于15cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)在人體模型(NM)的個(gè)性化過程中所測(cè)定的個(gè)性化人體模型(IM)與在初始磁共振概覽圖像中可識(shí)別的結(jié)構(gòu)之間的偏差，自動(dòng)測(cè)定已完成的個(gè)性化的質(zhì)量，并且以此為基礎(chǔ)自動(dòng)確定，是否要生成以及在哪些位置和方向上生成附加的磁共振概覽圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，在一次個(gè)性化過程中可調(diào)節(jié)的模型參數(shù)至少包括整個(gè)人體模型的一個(gè)平移參數(shù)、一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)、一個(gè)比例參數(shù)，以及用于描述預(yù)定的重要身體部位的空間位置和空間形態(tài)的參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述個(gè)性化人體模型(IM)的參數(shù)值確定有關(guān)患者姿勢(shì)的一個(gè)語言標(biāo)示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中之一所述的方法，其特征在于，借助所述個(gè)性化人體模型(IM)的參數(shù)值，對(duì)由一名操作員輸入的患者姿勢(shì)描述進(jìn)行檢驗(yàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中之一所述的方法，其特征在于，以語言和/或圖解的形式并配以所述個(gè)性化人體模型(IM)，將患者的斷面圖像的位置和方向信息以光學(xué)方式傳遞給一名操作員。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中之一所述的方法，其特征在于，借助所述個(gè)性化人體模型(IM)來計(jì)算出所述患者的體重。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中之一所述的方法，其特征在于，借助所述個(gè)性化人體模型(IM)實(shí)現(xiàn)在磁共振設(shè)備中對(duì)患者的定位，以便對(duì)待檢的身體部位進(jìn)行檢查。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中之一所述的方法，其特征在于，將在初次磁共振檢查中生成的一個(gè)個(gè)性化人體模型(IM)存儲(chǔ)起來，當(dāng)再次做磁共振檢查時(shí)，借助這個(gè)個(gè)性化人體模型(IM)來安置患者。
13.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可以直接加載在一個(gè)磁共振斷層攝影儀(1)的一個(gè)可編程控制設(shè)備(5)的一個(gè)存儲(chǔ)器中，具有程序編碼模塊，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在所述控制設(shè)備(5)上運(yùn)行時(shí)，所述程序編碼模塊執(zhí)行權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的方法的全部步驟。
14.用于操作一個(gè)磁共振斷層攝影儀(1)的控制設(shè)備(5)，其具有一個(gè)控制接口(8)，用于控制所述磁共振斷層攝影儀(1)根據(jù)由所述控制設(shè)備預(yù)先確定的掃描參數(shù)對(duì)一定數(shù)量的斷面圖像進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)圖像數(shù)據(jù)接口(9)，用于采集所述磁共振斷層攝影儀(1)獲得的圖像數(shù)據(jù)，一個(gè)概覽圖像檢測(cè)單元(13)，用于控制所述磁共振斷層攝影儀(1)對(duì)患者身體的一定數(shù)量的初始磁共振概覽圖像進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)具有一個(gè)參數(shù)化的解剖學(xué)人體模型(NM)的存儲(chǔ)裝置(6)，其中，所述人體模型的幾何形狀可以通過修改某些參數(shù)而改變，一個(gè)個(gè)性化單元(14)，用于在使用已測(cè)量的初始磁共振概覽圖像的基礎(chǔ)上將所述人體模型(NM)個(gè)性化，以及一個(gè)定位單元(17)，用于通過測(cè)出相關(guān)斷層圖像相對(duì)于所述個(gè)性化人體模型(IM)的相關(guān)位置，來確定后續(xù)生成的斷層圖像的位置和方向的患者信息。
15.一種磁共振斷層攝影儀(1)，其包括一個(gè)權(quán)利要求14所述的控制設(shè)備(5)，所述磁共振斷層攝影儀(1)用于測(cè)量一個(gè)檢查對(duì)象的斷面圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，用于在一名患者的磁共振斷層攝影斷層圖像中確定有關(guān)斷層圖像的位置和方向的患者信息。所述方法是，先制作所述患者身體的初始磁共振概覽圖像，然后在使用所述初始磁共振概覽圖像的基礎(chǔ)上將一個(gè)預(yù)先確定的參數(shù)化解剖學(xué)人體模型(NM)個(gè)性化。接著，根據(jù)后續(xù)斷層圖像相對(duì)于個(gè)性化模型(IM)的相對(duì)位置確定有關(guān)后續(xù)斷層圖像的位置和方向的患者信息。此外，本發(fā)明還涉及一種用于操作一個(gè)磁共振斷層攝影儀(1)的控制設(shè)備(5)，所述控制設(shè)備用于實(shí)施一種所述方法。本發(fā)明還涉及一種具有一個(gè)所述控制設(shè)備(5)的磁共振斷層攝影儀(1)。
文檔編號(hào)G01R33/28GK1864074SQ200480029372
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月7日
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