用于产生层图像的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于产生层图像(Schichtbildaufnahme)的方法，特别是在磁共振断层成像检查或计算机断层成像检查中并且特别是产生软骨组织的层图像的方法。
背景技术
关节痛特别是背痛，例如在颈部、胸部和腰部区域，在我们的社会中是丧失劳动和职业能力的主要原因。数百万人遭受关节痛特别是背痛并且导致工作时间的损失和活动受限。主要问题是目前首先对椎间盘的生物机制的结构和功能的诊断限制。在没有疼痛症状的患者中有高达80％的阳性诊断错误率，并且在背痛的患者中有高的阴性诊断结果错误率。因此需要更好地支持医生，以便改进医生的诊断和相应的治疗。
目前结合纯症状学解决该问题。疼痛的主观程度和直到完全瘫痪的神经病学的症状是治疗概念的基本组成部分。在该基于症状的诊断以及缺乏用于将病变分级和随后的治疗的客观参数的基础上，存在在文献中描述的具有不同结果的大量治疗概念。在使用磁共振成像和计算机断层成像的条件下，基于图像的诊断是用于确诊并更精确描述基于症状的诊断的常用辅助手段，但是由于阳性和阴性检查结果的高错误率，不能定义标准化的实用的规则。
【发明内容】
由此，本发明要解决的技术问题是，提供改进的辅助手段，该辅助手段支持医生诊断关节痛和背痛。
按照本发明，上述技术问题是通过一种用于产生层图像的方法、一种用于产生层图像的磁共振设备、一种用于产生层图像的计算机断层成像设备、一种计算机程序产品和一种电子可读的数据载体解决的。
按照本发明，提供了一种用于产生层图像、以下也称为结果层图像的方法。在该方法中，在第一时刻采集患者的层的第一层图像并且在第一层图像中确定软骨组织的区域。在第二时刻，例如在第一时刻之后20至40分钟，优选在30分钟之后，采集患者的该层的第二层图像，并且在第二层图像中确定软骨组织的区域。产生要显示给主治医生的结果层图像，方法是自动将该结果层图像的每个图像点分别与在第一层图像的相应图像点和第二层图像的相应图像点之间的差值对应。此外，通过将结果层图像的软骨组织的区域中的所有图像点相加，自动确定一个评估数字(Bewertungszahl)。结果层图像可以与评估数字一起例如在显示单元上显示给主治医生以诊断软骨组织。评估数字可以附加地关于软骨组织区域的大小()被标准化。
通过在第一时刻和第二时刻之间的时间段而分开的第一和第二层图像的采集，例如由于患者脊椎或关节的机械负担上的区别而导致不同的测量结果。因此，结果层图像显示软骨组织或者椎间盘的一个区域中不同机械负担的不同影响。由此结果层图像可以附加地提供定性信息，例如显示可能的椎间盘突出的方向。评估数字可以被用作为椎间盘或软骨组织地健康状态的指示。事实表明，低的值表示健康的椎间盘。另一个定性信息例如可以用于预测可能的软骨撕裂的区域。
按照本发明的另一个实施方式，在产生结果层图像之前，将第一层图像和第二层图像互相对齐。因为患者在两个拍摄时刻之间可能会运动，所以两个层图像的互相对齐用于在结果层图像中精确地互相扣除软骨组织区域。可以利用在图像处理中公知的方法以简单的方式自动进行两个层图像的互相对齐。同样利用在图像处理中公知的方法可以简单地自动进行在第一和第二层图像中软骨组织区域的确定。
按照另一个实施方式，患者的层基本上垂直于患者纵轴延伸，并且软骨组织包括患者的椎间盘。因为椎间盘的病变是背痛的一个常见原因，所以为了治疗背痛对该软骨组织的检查是特别具有优势的。
按照另一个实施方式，在患者不同的身体负担的情况下采集第一层图像和第二层图像。例如，可以在患者站或坐了较长时间、例如半小时之后采集第一层图像，而在患者躺了在第一时刻和第二时刻之间的时间之后采集第二层图像。通过负担变化在第一和第二层图像中得到对软骨组织的不同测量。在两个层图像之间的均匀且很小的变化一般指示健康的软骨组织，而在两个层图像中软骨组织的强变化、特别是强的局部变化指示病变的软骨组织。
按照另一个实施方式，可以借助磁共振断层成像或计算机断层成像采集第一层图像和第二层图像。由此，可以在许多临床领域中通常的检查装置中使用前面描述的方法。
此外，按照本发明，还提供了一种用于产生层图像的磁共振设备。磁共振设备包括用于控制磁共振设备的断层成像仪并用于接收由断层成像仪拍摄的信号的控制单元，和用于分析信号并用于建立磁共振层图像的分析装置。这样构造磁共振设备，使得其在第一时刻采集患者的层的第一层图像，并且在第一层图像中确定软骨组织的区域。在第二时刻磁共振设备采集患者的该层的第二层图像，并且在第二层图像中确定软骨组织的区域。然后磁共振设备产生结果层图像，方法是将结果层图像的每个图像点分别与在第一层图像的相应图像点和第二层图像的相应图像点之间的差值对应。最后磁共振设备将结果层图像的软骨组织的区域中所有图像点相加，以便从中确定评估数字。由此磁共振设备适合于执行前面描述的方法。由此磁共振设备提供给医生用于诊断软骨组织病变、特别是椎间盘病变的有价值的信息。
按照本发明，还提供了一种用于产生层图像的计算机断层成像设备。计算机断层成像设备包括用于控制断层成像仪并用于接收由断层成像仪拍摄的信号的控制单元，和用于分析信号并建立计算机断层成像层图像的分析装置。这样构造计算机断层成像设备，使得其在第一时刻采集患者的层的第一层图像，并且在第一层图像中确定软骨组织的区域。在第二时刻计算机断层成像设备采集患者的该层的第二层图像，并且在第二层图像中又确定软骨组织的区域。最后计算机断层成像设备产生结果层图像，方法是将结果层图像的每个图像点分别与在第一层图像的相应图像点和第二层图像的相应图像点之间的差值对应。最后计算机断层成像设备通过将结果层图像的软骨组织的区域中所有图像点相加来确定评估数字。如同前面描述的磁共振设备那样，计算机断层成像设备适合于执行前面描述的方法并由此提供给医生用于诊断软骨组织病变和椎间盘病变的有帮助的信息。
按照本发明，还提供一种计算机程序产品，特别是软件，该软件可以被装载到磁共振设备或计算机断层成像设备的可编程控制装置的存储器中。当该计算机程序产品在磁共振设备或者计算机断层成像设备中被执行时，利用该计算机程序产品的程序装置(Programmitteln)可以执行按照本发明的方法的前述所有实施方式。
本发明还包括一种其上存储了电子可读的控制信息、特别是软件的电子可读数据载体，例如CD或DVD。当数据载体的这些控制信息被读取并被存储在磁共振设备或计算机断层成像设备的控制单元中时，利用磁共振设备或计算机断层成像设备可以执行前述方法的所有按照本发明的实施方式。
【附图说明】
以下参考附图结合优选实施例描述本发明。
图1示意性示出按照本发明的一种实施方式的磁共振设备。
图2a-2c示出了健康的椎间盘的层图像，图2d示出了按照本发明被确定的健康的椎间盘的层图像。
图3a-3c示出了病变的椎间盘的层图像，图3d示出了按照本发明被确定的病变的椎间盘的层图像。
【具体实施方式】
图1示出了磁共振设备1，其包括实际的断层成像仪2、位于断层成像仪2的开口5中的用于患者4的检查台3、控制单元6、分析装置7和驱动单元8。控制单元6控制断层成像仪2并接收断层成像仪2的信号，该信号是由断层成像仪2拍摄的。此外，控制单元6还控制驱动单元8，用于将检查台3与患者4一起沿着z方向运动通过断层成像仪2的开口5。分析装置7分析由断层成像仪2拍摄的信号以建立磁共振图像(MR图像)。分析装置7例如是具有显示屏、键盘、诸如鼠标的指示输入设备和其上存储了电子可读的控制信息的数据载体的计算机系统，这样构造这些控制信息，使得在使用分析装置7中的数据载体的情况下这些控制信息执行在磁共振断层成像检查时用于产生层图像的以下描述的方法。
在该方法中，患者4被置于检查台3上并且借助控制单元6和驱动单元8这样被置于断层成像仪2中，使得患者4的待检查的区域位于断层成像仪2的所谓的视野、即检查区域9中。通过对断层成像仪的合适控制，借助控制单元6记录测量数据，这些测量数据通过在分析装置7中的进一步处理可以进一步被处理为所谓的层图像。
图2a示出了患者4的脊柱的一个区域的这样的层图像，其中，在图2a中示出的层图像在图1中示出的坐标系10的x和z方向上延伸。除了别的之外，在图2a中还可以看出多个脊椎体11-14和在此之间的椎间盘15-17。此外在图2a中示出了横截轴18，沿着该横截轴在x/y平面中拍摄以下其它层图像。
在第一时刻采集患者4的层18的第一层图像19。图2b示出了该层图像19的结果。在该第一层图像19中确定表示椎间盘16的区域20。30分钟以后采集该患者4的同一层18的第二层图像。在图2c中示出了该第二层图像21的结果。同样在该第二层图像21中确定椎间盘16的区域22。因为患者在第一层图像19和第二层图像21之间的时间中可能会运动，所以这样对齐两个层图像19和21，使得椎间盘16的区域20和22重叠。然后基于图像点产生另一个层图像23，即所谓的结果层图像，方法是，将层图像23的每个图像点分别与在第一层图像19的相应图像点和第二层图像21的相应图像点之间的差值对应。在图2d中示出了该结果层图像23。从第一和第二层图像19和21的重叠的区域20和22得到在结果层图像23中的表示了椎间盘16的区域24。在结果层图像23中还通过将位于区域24中的所有图像点相加来确定一个评估数字。为标准化目的，将这样获得的评估数字例如除以在区域24中的图像点的数量。
借助结果层图像23和从中确定的评估数字，医生可以诊断椎间盘16的状态。在两个层图像19和21中测量的椎间盘结构的区别由如下产生，第一层图像19示出在椎间盘16例如由于患者的坐或站而受负担之后椎间盘16的状态。相反第二层图像21示出在两个层图像之间较长时间、例如30分钟没有负担的椎间盘16的状态，因为患者4在该时间中躺在检查台3上。借助结果层图像23，医生能够识别，椎间盘16的特定区域是否发生了强的改变，或者椎间盘16的整个区域在检查的过程中是否均匀改变。检查得出，健康的椎间盘在前面提到的从负担状态到没有负担状态的变化的情况下，具有在整个椎间盘横截面上均匀的改变和基本上小的改变。因此，在健康的椎间盘的情况下，在结果层图像23中椎间盘16的区域24是均匀的并且从中确定的评估数字是小的。在图2中示出的截面图示出健康的椎间盘，而以下讨论的图3的层图像示出了病变的椎间盘。
与图2a类似，图3a首先在x/z平面中示出了患者4的脊柱的截面的截面图。脊柱包括多个脊椎体11-14以及位于其间的椎间盘15-17。沿着x/y平面18在第一时刻和30分钟之后在第二时刻拍摄椎间盘16。图3b和3c示出了拍摄的两个层图像19和21。
如已经结合图2b和2c描述的，在图3b以及3c的第一层图像19和第二层图像21中分别确定椎间盘16的区域20以及22。该确定例如可以由相应的图像处理软件在借助解剖学基本知识的条件下在分析装置7中自动确定。替换地，还可以手动地通过医生来确定区域20和22，其中，医生例如在分析装置7的显示屏上借助诸如鼠标或电子指示笔的合适指示设备()来标记区域20以及22。然后根据确定的区域20和22，将两个层图像19和21互相对齐，使得可以通过形成在第一层图像19和第二层图像21的相应图像点之间的差值来产生结果层图像23。可以直接从互相对齐的区域20和22来确定在结果层图像23中表示椎间盘16的区域24。最后通过将结果层图像23的区域24中的所有图像点相加来确定评估数字。通过将该评估数字除以区域24中的图像点的数量，还可以附加地标准化该评估数字。在图3d中示出了结果层图像23。
在图3中检查的椎间盘16是病变的椎间盘，如医生从图3d的产生的结果层图像23和从中确定的评估数字可以清楚看出的。结果层图像23的椎间盘区域24是不均匀的并且具有两个基本上不同的结构区域25和26，其在结果层图像23中是明显不同的。从图3的结果层图像23中得出的评估数字也是极大高于图2的相应评估数字。同样这指出了椎间盘16的病变。可以利用医生在根据本发明产生的结果层图像进行分析时所积累的经验一起，从结果层图像中容易地得出诸如椎间盘突出的方向的其它诊断结果。
结合对患者的椎间盘的检查描述了前述的方法。然而本发明并不限于椎间盘检查，而是可以应用于对患者的任何检查、特别是对运动组织的软骨组织的检查，例如应用于脚关节中、膝盖或髋中的软骨。在处于负担或在负担状态短时之后的第一层图像和处于未负担或长时间未负担的第二层图像之间的时间间隔也可以根据被检查组织来不同地选取。在两个层图像之间的合适的间隔例如在10至60分钟的范围内。用于根据确定的评估数字区别健康软骨组织和病变软骨组织的合适阈值，取决于由医生使用的用于采集层图像的设备种类以及被检查的组织种类(椎间盘、膝盖中的软骨、髋部的软骨等等)，并且可以按照经验确定。除了前面描述的对软骨组织的区域的所有图像点求和，还可以考虑用于确定评估数字的其它数学关系，例如确定在软骨组织的区域中的图像点的方差或平均偏差。