DE102005001325B4

DE102005001325B4 - Verfahren zum Ausrichten eines Grafikobjekts auf einem Übersichtsbild eines Objekts

Info

Publication number: DE102005001325B4
Application number: DE102005001325A
Authority: DE
Inventors: Andreas Grimme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: DE102005001325A1; US20060153454A1; CN1804866B; CN1804866A

Abstract

Verfahren zum Ausrichten eines Grafikobjekts (34) auf einem auf einem Bildschirm dargestellten Übersichtsbild eines Objekts, insbesondere eines Körperteils (30) eines Patienten, mit einem Grafikobjekt (34), das Parameter für eine nachfolgende Bildgebung von zumindest Teilen des Objekts festlegt, mit einem Eingabegerät zum Positionieren des Grafikobjekts (34) auf dem Übersichtsbild und mit charakteristischen Daten (6), die eine Art und eine Position mindestens eines charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) in dem Übersichtsbild beschreiben, worauf das Grafikobjekt (34) ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mittels des Eingabegeräts auf dem Bildschirm vorgegebenen Position des Grafikobjekts (34) überprüft wird, ob sich das Grafikobjekt (34) in einem Ausrichtbereich (39) des charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) befindet, in dem ein automatisches Ausrichten (20) des Grafikobjekts (34) bezüglich des charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) durchführbar ist, und ein automatisches Ausrichten (20) des Grafikobjekts (34) zu dem charakteristischen Muster (32.1 bis 32.5) durchgeführt wird falls sich das Grafikobjekt...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zum Ausrichten eines Grafikobjekts auf einem Übersichtsbild eines Objekts mit einem Grafikobjekt, das Parameter für eine nachfolgende Bildgebung von zumindest Teilen des Objekts festlegt, mit einem Eingabegerät zum Positionieren des Grafikobjekts auf dem Übersichtsbild und mit charakteristischen Daten, die eine Art und eine Position mindestens eines charakteristischen Musters in dem Übersichtsbild beschreiben, worauf das Grafikobjekt ausgerichtet wird.
In der medizinischen Diagnostik und Radiologie werden mit einer so genannten grafischen Schichtpositionierung (GSP) zur Vorbereitung von z. B. einer Magnetresonanzbildgebung eines zu untersuchenden Körperteils neu zu messende Schichten auf bereits gemessenen Bildern eines aktuellen Patienten geplant. Dabei werden zunächst ein oder mehrere Übersichtsbilder oder Referenzbilder des zu untersuchenden Körperteils des Patienten mit dem Kernspin-Tomographiegerät aufgenommen und auf einem Bildschirm dargestellt.
Im Einzelnen werden für die verschiedenen Funktionen der grafischen Schichtpositionierung verschiedene Grafikobjekte eingesetzt, die zur grafischen Beschreibung und zur Definition der nachfolgenden Bildgebung verwendet werden. Für die Planung der eigentlichen Bildgebung richtet der Bediener entsprechende Grafikobjekte im dreidimensionalen Patientenraum, dargestellt durch ein oder mehrere Übersichtsbilder, an bestimmten anatomischen Merkmalen des Patienten aus. Beispiele derartiger Patientenmerkmale sind z. B. Wirbelkörper oder Bandscheiben bei Wirbelsäulenuntersuchungen, bei Herzuntersuchungen die kurze und lange Achse des Herzens, bei Gefäßuntersuchungen z. B. die Aorta-Bifurkation, charakteristische Knochenformen bei Gelenkuntersuchungen und die Lungen-Leber-Grenzfläche für die Positionierung von Navigatoren.
Zur optimalen bildlichen Darstellung eines Organs müssen die entsprechenden Grafikobjekte in allen sechs Freiheitsgraden (drei für eine Translation und drei für eine Rotation) genau ausgerichtet werden. Dazu positioniert der Benutzer die Grafikobjekte mit einer Maus grob anhand der im Übersichtsbild wiederzufindenden anatomischen Merkmale. Falls z. B. aus früheren Messungen zusätzliche geometrische Informationen über die Anatomie des Patienten vorhanden sind, kann der Bediener das Grafikobjekt über einen Menüeintrag auch automatisch mit einer Ausrichtungsautomatik ausrichten lassen. So kann beispielsweise eine Messschicht in Längsrichtung eines Wirbelkörpers oder einer Bandscheibe bei Wirbelsäulenuntersuchungen automatisch genau ausgerichtet werden, falls sich das Grafikobjekt im Ausrichtbereich der Ausrichtungsautomatik befindet. Befindet sich das Grafikobjekt allerdings nicht im Ausrichtbereich der Ausrichtautomatik, dann muss der Bediener das Grafikobjekt neu ausrichten und wiederum über einen Menüeintrag die Ausrichtungsautomatik aktivieren.
Die vorstehend beschriebene Funktion der grafischen Schichtpositionierung kann auch verwendet werden, um bestimmte Schichten in einem schon gemessenen 3D-Bilddatensatz für eine Bilddarstellung zu definieren. Das Vorgehen dabei entspricht dem schon vorstehend beschriebenen mit der Ausnahme, dass keine Messparameter festgelegt werden können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Bedienung zum Ausrichten eines Grafikobjekts auf einem Übersichtsbild für den Benutzer zu vereinfachen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird bei einer mittels eines Eingabegeräts auf dem Bildschirm veränderten Position des Grafikobjekts überprüft, ob sich das Grafikobjekt in einem Ausricht bereich des charakteristischen Musters befindet, in dem eine automatische Ausrichtung des Grafikobjekts bezüglich des charakteristischen Musters durchführbar ist. Falls sich das Grafikobjekt in dem Ausrichtbereich befindet, erfolgt ein automatisches Ausrichten des Grafikobjekts zum charakteristischen Muster. Eine Bildgebung des Objekts erfolgt dann in Abhängigkeit der Position und Ausrichtung des Grafikobjekts sowie weiterer Steuerdaten, die durch das Grafikobjekt festgelegt sind.
Die Prüfung, ob sich das Grafikobjekt im Ausrichtbereich der Ausrichtautomatik befindet erfolgt vorteilhaft in Echtzeit, d. h. ständig und so häufig, dass die durch das Eingabegerät vorgegebene Position zwischen zwei aufeinander folgenden Prüfungen nicht allzu stark voneinander abweichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die normale Position des Grafikobjekts wieder hergestellt, sobald mit dem Eingabegerät das Grafikobjekt wieder aus dem Ausrichtbereich der Ausrichtautomatik verschoben wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von drei Figuren erläutert. Es zeigen:
1 ein Funktionsdiagramm mit wesentlichen Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ausrichten eines Grafikobjekts bei einem medizinischen Bilddatensatz,
2 ein Funktionsdiagramm einer Ausrichtautomatik und
3 eine schematische Darstellung, zum Erläutern der automatischen Ausrichtung von Bildgebungsschichten in einem medizinischen Datensatz.
Das in 1 mit seinen wesentlichen Schritten dargestellte Verfahren zum Ausrichten eines Grafikobjekts auf einem Übersichtsbild eines Objekts hat das Ziel, einen Benutzer bei einer Positionierung von Schichten in einer grafischen Schichtpositionierung zur Planung von Messungen oder auch in einer 3D-Konstruktion aus einem schon gemessenen 3D-Bilddatensatz interaktiv zu unterstützen. Anwendung findet das Verfahren bei der Erzeugung und bei der Anzeige von medizinischen 3D-Bilddatensätzen, die mit Hilfe magnetischer Resonanz erzeugt werden sollen bzw. erzeugt wurden. Die wesentlichen Funktionen der grafischen Schichtpositionierung wurden schon vorstehend in der Einleitung beschrieben.
Bei dem in 1 dargestellten Übersichtsbild sollen aus der Positionierung eines bestimmten Grafikobjekts auf einem oder mehreren Übersichtsbildern Steuerparameter für eine nachfolgende Bildgebung bestimmt werden. Dazu wird zunächst eine Reihe von Übersichtsbildern oder Referenzbildern 2 aufgenommen, die es einem Benutzer ermöglichen, sich in der Anatomie eines Patienten oder im dreidimensionalen Patientenraum zu orientieren. Die Übersichtsbilder 2 dienen gleichzeitig als Eingangsdaten für ein Mustererkennungsverfahren 4, das automatisch Art und Lage von anatomischen Merkmalen in den Bilddaten feststellt. Derartige anatomische Merkmale sind beispielsweise bei einer Wirbelsäulenuntersuchung Wirbelkörper oder Bandscheiben, bei Herzuntersuchungen die kurze und die lange Achse des Herzens, bei Gefäßuntersuchungen z. B. die Aorta-Bifurkation, bei Gelenksuntersuchungen typische Knochenformen oder bei der Leberbildgebung Lungen-Leber-Grenzflächen, die von einem Navigator erfasst werden soll. Die anatomischen Merkmale besitzen jeweils ein charakteristisches Muster, das durch charakteristische Daten 6 beschreibbar ist. Die charakteristischen Daten 6 umfassen neben der Art des Musters (wie z. B. Ellipse bei einer Bandscheibe) auch die Lage des Musters.
Die Übersichtsbilder 2 sowie die Daten zur Art und Lage der anatomischen Merkmale 6 werden nun einer grafischen Schichtpositionierung 8 zugeführt. Die grafische Schichtpositionierung 8 unterstützt interaktiv eine automatische Positionierung des entsprechenden Grafikobjekts, wie nachfolgend noch anhand von 2 näher beschrieben wird. Nachdem das Grafikobjekt bezüglich des anatomischen Merkmals ausgerichtet ist, werden von der grafischen Schichtpositionierung 8 im Verfahrensschritt 10 Daten zur Position und Ausrichtung des Grafikobjekts ausgegeben, woraus dann Steuerdaten 12 für eine nachfolgende Bildgebung gebildet werden. Abhängig vom Grafikobjekt geben die Steuerdaten 12 im Fall der Messplanung Position und Ausrichtung einer zu messenden Schicht oder mehrerer zu messenden Schichten im Objekt an. Die Steuerdaten 12 können jedoch auch Sättigungsregionen, die Lage von Navigator-Signalen oder Ähnliches im Körper des Patienten festlegen. Im Fall der 3D-Rekonstruktion bestimmter Schichten aus einem schon gemessenen 3D-Bilddatensatz geben die Steuerdaten die Position und Ausrichtung einer darzustellenden Schicht vor.
2 zeigt die grundsätzliche Funktionsweise der interaktiven Unterstützung bei der Positionierung von Grafikelementen. Ausgehend von einer Änderung der Position des Grafikobjekts auf einem Übersichtsbild 14, die der Benutzer mit Hilfe einer entsprechenden Eingabeeinrichtung, wie z. B. einer Computer-Maus, bewirkt, wird in einem Entscheidungsschritt 16 mittels einer geeigneten Heuristik festgestellt, ob die Position des Grafikobjekts innerhalb eines Ausrichtbereichs eines anatomischen Merkmals liegt oder nicht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Ausrichtbereich in der dem Benutzer sichtbaren Bildebene wie folgt festgelegt. Das im Allgemeinen dreidimensionale Grafikobjekt und das anatomischen Merkmal im dreidimensionalen Patientenraum, an dem ausgerichtet wird, werden in die dargestellte Bildebene projiziert. Der Ausrichtbereich ist ein Kreis mit einem bestimmten Radius, gemessen in Bildpunkten, um den Mittel- Punkt des anatomischen Merkmals. Ein Radius von 32 Pixeln hat sich als praktisch erwiesen. Der Ausrichtbereich beträgt dabei unabhängig von einer eingestellten Skalierung der Bilddaten unverändert 32 Pixel im sichtbaren Bild. Dies deshalb, da es sonst bei hohen Vergrößerungen dazu kommen würde, dass der gesamte sichtbare Bereich vom Ausrichtbereich überdeckt wird.
Entsprechend dem Ergebnis des Entscheidungsschritts 16 erfolgt der weitere Ablauf. Ist die Position des Grafikobjekts außerhalb des Ausrichtbereichs, dann erfolgt gemäß Verfahrensschritt 18 die Positionierung auf dem Übersichtsbild anhand der von der Eingabeeinrichtung vorgegebenen Position. Liegt jedoch die Position des Grafikobjekts innerhalb des Ausrichtbereichs, dann richtet die Ausrichtautomatik das Grafikobjekt im Verfahrensschritt 20 entsprechend vorgegebener Regeln aus.
Die Regeln für die automatische Ausrichtung werden durch die nachfolgende Bildgebung vorgegeben: Die Ausrichtautomatik verändert Position und Orientierung des Grafikobjekts im dreidimensionalen Raum so, dass die durch das Grafikobjekt beschriebene nachfolgende medizinische Bildgebung das anatomische Merkmal oder auch das charakteristische Muster nach radiologischen Gesichtspunkten optimal darstellt. Was unter optimaler Darstellung zu verstehen ist, hängt vom jeweiligen anatomischen Merkmal ab. Im Beispiel der Bildgebung der Bandscheibe ist die Position einer Schichtgruppe so zu wählen, dass von den Schichten der Schichtgruppe die Bandscheibe, die Wirbelkörper, die Wirbelbögen und die Nervenwurzel-Austrittsöffnungen achsensymmetrisch dargestellt werden. Als Neigung der Schichtgruppe ist der Mittelwert der Neigungen der beiden an die Bandscheibe angrenzenden Wirbelkörper-Endplatten gewählt.
Zur Verbesserung der Orientierung für den Benutzer werden die geometrischen Informationen (Position und Ausrichtung des Grafikobjekts), die sich aus der automatischen Ausrichtung ergeben, zusätzlich in der grafischen Schichtpositionierung eingeblendet.
Die Abfrage der Position wird ständig in Echtzeit wiederholt, um so die interaktive Positionierung durch den Benutzer zu optimal zu unterstützen. Mit einer Eingabemöglichkeit 22 kann der Benutzer die interaktive Ausrichtautomatik zeitweise deaktivieren. Die Eingabemöglichkeit 22 ist durch eine entsprechend belegte Taste auf der Maus oder auch der Tastatur oder auch durch ein Eingabefeld in einem Menu realisierbar.
Anhand von 3 soll die dem Benutzer auf dem Bildschirm zur Verfügung gestellte Funktionalität der interaktiven Positionierung erläutert werden. In 3 dargestellt ist schematisch ein Bereich einer Wirbelsäule 30 mit fünf Bandscheiben 32.1 bis 32.5, die alle eine unterschiedliche Ausrichtung im dreidimensionalen Patientenraum aufweisen. Ein Grafikobjekt 34, hier ein Schichtblock mit fünf Einzelschichten 36.1 bis 36.5, wird nun mit einem Eingabegerät über das Übersichtsbild der Wirbelsäule 30 verschoben. Die vom Eingabegerät vorgegebene Position wird mit einem Cursor 38 in markiert. Die charakteristische Daten 6, die die Art und Position der einzelnen Bandscheiben 32.1 bis 32.5 beschreiben, sind vorher mit Hilfe des Mustererkennungsverfahrens 4 ermittelt worden oder auch durch entsprechende Benutzereingaben der Ausrichtautomatik bekannt.
Mit Hilfe des Eingabegeräts und der sichtbaren Position des-Cursors 38 wird nun das Grafikobjekt 34, also der gesamte Schichtblock mit den Einzelschichten 36.1 bis 36.5, über das Übersichtsbild verschoben, bis sich seine Position innerhalb des Ausrichtbereichs der unteren Bandscheibe 32.1 befindet. Die Ausrichtautomatik positioniert nun die unterste Schicht 36.1 im Schichtenblock entsprechend vorgegebener Regeln an die Bandscheibe 32.1. Der Ausrichtbereich ist durch einen gestrichelt gezeichneten Kreis 39 begrenzt, obwohl er für den Bediener tatsächlich nicht sichtbar ist. Die ausgerichtete und positionierte Schicht ist in 3 mit dem Bezugszeichen 36.1' gekennzeichnet. Der erste Verschiebeweg ist durch den gekrümmten Pfeil 40.1 symbolisiert. Wird der Cursor 38 weiter nach oben verschoben, symbolisiert durch den gekrümmten Pfeil 40.2, bis er vom Ausrichtbereich der zweiten Bandscheibe 32.2 erfasst wird, wird die zweite Schicht 36.2 im Schichtblock 34 entsprechend zur Bandscheibe 32.2 positioniert und ausgerichtet. Die ausgerichtete zweite Schicht ist mit dem Bezugszeichen 36.2' gekennzeichnet. Die weitere Positionierung entlang der Cursorwege 40.3, 40.4 und 40.5 ergibt dann entsprechend die ausgerichteten Schichten 36.3', 36.4' und 36.5'. Die Positionsdaten der ausgerichteten Schichten 36.1' bis 36.5' werden dann für eine nachfolgende Bildgebung oder auch zur Darstellung der entsprechenden Schichten aus einem schon erstellten 3D-Bilddatensatz verwendet.

Claims

Verfahren zum Ausrichten eines Grafikobjekts (34) auf einem auf einem Bildschirm dargestellten Übersichtsbild eines Objekts, insbesondere eines Körperteils (30) eines Patienten, mit einem Grafikobjekt (34), das Parameter für eine nachfolgende Bildgebung von zumindest Teilen des Objekts festlegt, mit einem Eingabegerät zum Positionieren des Grafikobjekts (34) auf dem Übersichtsbild und mit charakteristischen Daten (6), die eine Art und eine Position mindestens eines charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) in dem Übersichtsbild beschreiben, worauf das Grafikobjekt (34) ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mittels des Eingabegeräts auf dem Bildschirm vorgegebenen Position des Grafikobjekts (34) überprüft wird, ob sich das Grafikobjekt (34) in einem Ausrichtbereich (39) des charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) befindet, in dem ein automatisches Ausrichten (20) des Grafikobjekts (34) bezüglich des charakteristischen Musters (32.1 bis 32.5) durchführbar ist, und ein automatisches Ausrichten (20) des Grafikobjekts (34) zu dem charakteristischen Muster (32.1 bis 32.5) durchgeführt wird falls sich das Grafikobjekt (34) in dem Ausrichtbereich (39) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Eingabegerät vorgegebene Position ständig wiederholt überprüft wird, ob sie sich im Ausrichtbereich (39) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Ausrichtung aufgehoben und die durch das Eingabegerät vorgegebene Position des Grafikobjekts (34) wieder hergestellt wird, wenn mittels des Eingabegeräts die Position wieder aus dem Ausrichtbereich (39) geschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtautomatik zeitweise deaktivierbar (22) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche geometrische Informationen aus der Ausrichtautomatik auf dem Bildschirm dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersichtsbild ein anatomisches Schnittbild darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Grafikelement (34) eine Schicht im Objekt beschreibt, von der eine Bildgebung durchgeführt werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Muster eine Bandscheibe (32.1 bis 32.5) einer Wirbelsäule (30) darstellt.