CN112006704A - 用于创建3d dsa图像的方法和c形臂x射线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法，该方法包括以下步骤：提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；并且从第二三维填充图像中减去第一三维填充图像，从而形成三维减影血管造影图像，其中第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。

Description

用于创建3D DSA图像的方法和C形臂X射线设备
技术领域
本发明涉及一种根据本发明的用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法以及一种用于执行这种根据本发明的方法的C形臂X射线设备。
背景技术
数字减影血管造影(DSA，digitale Subtraktionsangiographie)通常用于检查血管。在最简单的二维变型方案中，借助X射线血管造影系统(例如借助C形臂系统)创建患者的待检查的血管系统的在时间上连续的(二维)投影图像，在此期间注入造影剂(通常是相对于没有造影剂的血管系统引起增强的X射线吸收的物质)。这形成了没有造影剂的投影图像，也被称为掩模图像，以及在血管系统中具有造影剂分布的另外的投影图像，即所谓的投影填充图像。从随后的投影填充图像中减去数字掩模图像。其余地仅保留了不同的部分，即通常恰好是血管系统。
三维数字减影血管造影(3D DSA)允许将例如形成对比的血管系统高分辨地显示为3D体积。为此，通常执行没有造影剂的掩模运行和具有造影剂的填充运行，并且在此分别创建一系列投影图像。在此，二维投影图像通常源自围绕患者旋转的C形臂X射线设备的记录协议(DynaCT)。
通常从一系列投影填充图像中减去一系列投影掩模图像，并且将所形成的一系列二维减影图像重建为三维减影血管造影图像。三维DSA图像特别容易受到患者运动以及所记录的血管系统形变的影响，特别是当在掩模运行与填充运行之间发生了运动或形变时。结果通常是减影伪影，许多小血管丢失或具有差的图像质量。此外，对于填充运行来说，需要相对高剂量的加重肾负担的含碘造影剂。
为了避免已知的三维DSA的缺点已知一些较新的方法。
因此，例如使用所谓的无掩模DSA，其中不再需要掩模运行。但是，这里经常需要算法假设和/或神经网络，对于不期望的复杂结构，这带来显著偏离现实的风险。
为了进行运动补偿，例如可以使用对应的投影掩模图像与投影填充图像之间的2D/2D配准。但是，缺点在于，在掩模运行中血管系统不会形成对比，从而基于图像的配准只能基于在没有对比度的情况下可见的器官轮廓和内部结构进行。在掩模运行中完全均匀的器官、例如肝脏中，结果通常质量很差。
为了避免加重肾脏负担，已知替换地将CO2用作“负”造影剂(即，相对于没有造影剂的血管系统，X射线吸收减少)。但是，利用CO2对比度的图像质量明显比利用“正”造影剂、例如含碘的造影剂(即，相对于没有造影剂的血管系统，血管系统的X射线吸收增强)的图像质量更差。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种确保血管系统的三维数字减影血管造影图像具有高的图像质量的方法。此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种适于执行该方法的X射线设备。
根据本发明，上述技术问题通过根据本发明的用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法以及通过根据本发明的设备来解决。本发明还给出了有利的设计方案。
根据本发明的用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法包括以下步骤：提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；并且从第二三维填充图像中减去第一三维填充图像，从而形成三维减影血管造影图像，其中第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。
此外，本发明还包括一种用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法，该方法包括以下步骤：提供第一系列的投影填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；提供第二系列的投影填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；从第二系列的投影填充图像中成对地减去第一系列的投影填充图像，从而形成一系列减影图像，并且将该一系列减影图像重建为重建的三维减影血管造影图像，其中第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。
因此，代替未形成对比的、无造影剂的投影掩模图像，根据本发明的方法使用来自填充运行的投影填充图像，在该填充运行中使用了与“实际的”填充运行相反的造影剂。通过通常用于填充运行的“正”造影剂、例如含碘的造影剂，在血管系统的区域中会比在周围区域中更强地吸收X射线。如果使用“负”造影剂、例如具有(例如微气泡形式的)CO2的造影剂，则在血管系统的区域中会比在周围区域中更弱地吸收X射线。与已知的DSA方法相比，通过减去具有相反X射线吸收的投影图像，可以以明显更强的对比度显示血管系统。图像质量得到改善，从而明显改善的诊断也是可能的。此外，甚至可以以这种方式将血管系统的血管或血管部段用于(2D/2D或3D/3D)配准，并且由此更容易且更高质量地执行对患者运动的补偿。附加地，可以利用明显更少的加重肾脏负担的“正”(含碘的)造影剂来产生类似的图像质量。这保护了患者的健康并减少危险的过敏反应。
根据本发明的一种设计方案，一种造影剂是含碘的，而另外的造影剂包含例如微气泡形式的CO2。
根据本发明的另一种设计方案，至少一个重建的三维填充图像借助用于运动补偿的方法进行校正或者作为已经校正的重建的三维填充图像使用，在用于运动补偿的方法中，在记录一系列投影图像期间对血管系统的运动进行补偿。例如，可以将两个重建的三维填充图像中的一个、特别是在质量上形成更好对比的那个三维填充图像定义为“首要的”，而相应另一个相应被定义为“次要的”。然后，首先针对“首要的”重建的三维填充图像执行运动补偿，并且可选地还针对“次要的”重建的三维填充图像执行运动补偿。例如可以借助根据现有技术已知的方法、例如从先前未公开的德国专利申请102019201079.2已知的方法来执行运动补偿。
以有利的方式，借助配准方法，将两个系列的投影填充图像中的一个系列的投影填充图像中的投影填充图像分别成对地配准到另一个系列的投影填充图像中的投影填充图像，其中这特别是根据血管系统的定向点(例如血管部段或血管分支)来执行。由于通过根据本发明的用于两个系列的投影填充图像的方法可以识别相对于周围组织的明显对比度，因此可以根据血管结构来执行可靠的配准。这尤其对于器官以及在其中不存在X射线可视的结构的人体的区域中、例如在肝脏中是特别有利的，因为在此于是不必动用标记物或放大的图像区域。对于配准，使用已知的2D/2D配准方法。这种方法例如从Matl、Stefa等人于2017年在医学图像分析35(Medical Image Analysis35)第1-17页发表的文章：血管图像配准技术：现场回顾(Vascular image registration techniques:A living review)中已知。为了进行改善，可以调整所选择的方法，使得配准特别是相同的结构、例血管部段或者血管分支，其通过不同造影剂具有相对于背景彼此相反的对比或者具有彼此相反的边缘。基于相反对比度的配准特别鲁棒并且能够易于执行。
在此，还可以将两个系列的投影填充图像中的一个、特别是在质量上形成更好对比的那个系列的投影填充图像定义为“首要的”，将另一个系列定义为“次要的”。然后优选将“次要的”系列的投影填充图像配准到“首要的”系列的投影填充图像。成对地进行配准，使得不同系列的投影填充图像彼此配准，该不同系列的投影填充图像分别在围绕患者旋转环绕的投影角度一致的情况下进行记录。
适合地，配准过程引起刚性或可形变的配准。
根据本发明的另一种设计方案，在配准过程之后，成对地执行一个系列的投影填充图像的图像区域相对于另一个系列的投影填充图像的形变或扭曲(数字操纵，例如图像变形，image warping)，使得在形变之后，血管系统的成像的血管一致地定位在投影填充图像上。在此，特别是数字地操纵一个系列的相应的投影填充图像的血管系统的成像的血管，使得该成像的血管对应于另一个系列的相应的投影填充图像的血管的走向。同样地，位于血管系统的血管之间的图像区域适当地、例如内插地进行形变。优选地，再次使“次要的”系列的投影填充图像形变，以便与“首要的”系列的投影图像相匹配。
根据本发明的另一种设计方案，对至少一个系列的投影填充图像进行过滤，即经受过滤过程，也可以对两个系列的投影图像或一系列减影图像进行过滤。在最简单的情况下，这种过滤例如是基于阈值或空间频率的。
根据本发明的另一种设计方案，将两个填充图像中的一个重建的三维填充图像配准到另一个重建的三维填充图像(3D/3D配准)，特别是根据血管系统的定向点(例如血管部段)。例如，可以将两个重建的三维填充图像中的一个、特别是在质量上形成更好对比的那个三维填充图像定义为“首要的”，而将另一个定义为“次要的”。然后，相对于“首要的”重建的三维填充图像，主要针对“次要的”重建的三维填充图像执行配准。还可以根据血管结构执行可靠的配准。替换地，还可以使用其他显著的组织结构、诸如骨骼或外部施加的标记物来进行配准。在配准的框架中，尤其首先产生旋转场、位移场或变形场，将这些场应用到相应的重建的三维填充图像上。
附图说明
下面参照附图中示意性示出的实施例来更详细地解释本发明以及根据本发明的特征的其他有利的设计方案，而本发明并不由此限于这些实施例。
附图中：
图1示出了根据本发明的方法的流程；
图2示出了根据本发明的方法的另外的流程；
图3示出了根据现有技术的从掩模图像中减去填充图像的图示；
图4示出了根据本发明的两个填充图像彼此相减的图示；
图5示出了具有可选步骤的根据本发明的方法的流程的示例；
图6示出了具有可选步骤的根据本发明的方法的流程的另外的示例；
图7示出了具有可选步骤的根据本发明的方法的流程的另外的示例；和
图8示出了用于执行根据本发明的方法的设备。
具体实施方式
图3再次示出了根据现有技术的、投影掩模图像MB与第一投影填充图像FB1的对于数字减影血管造影的典型的成对的减影，在该减影中形成了已知的减影图像SB0，其在理想情况下仅示出血管系统。在不给予造影剂的情况下记录投影掩模图像MB，而在给予特别是含碘的第一造影剂的情况下记录第一投影填充图像FB1。
如图4所示，现在本发明的基本想法是基于：使用在给予第二造影剂的情况下记录的第二投影填充图像FB2来代替投影掩模图像，第二造影剂与第一造影剂的区别在于相反的X射线吸收。在第一造影剂的情况下，相对于没有造影剂的血管系统进行增强的X射线吸收(由于X射线正的作用，下面将其称为“正”造影剂)，而在第二造影剂的情况下，相对于没有造影剂的血管系统进行减少的X射线吸收(由于X射线负的作用，下面将其称为“负”造影剂)。正造影剂的示例是含碘的溶液，负造影剂的示例是具有CO2或由CO2组成的造影剂，例如作为气体或以微气泡形式。在减影的情况下形成减影图像SB，其对于类似的造影剂浓度具有明显更好的图像质量。在将减影转用到3D填充图像或一系列投影填充图像的情况下产生了本发明的方法。在此，通常利用围绕患者旋转的C形臂X射线设备的记录系统在大量的投影角度下记录二维投影填充图像作为检查协议(例如DynaCT)。利用CT扫描仪进行记录也是可以的。
然后，血管在两个填充运行中形成的相反的对比可以根据血管用于基于图像的运动补偿。
图1和图2首先示出了根据本发明的方法的基本步骤。图1示出了第一步骤10：提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。在第二步骤11中提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。在此，第一步骤10和第二步骤11的顺序不是固定的。然后，在第三步骤12中，从第二三维填充图像中减去第一三维填充图像，从而形成三维减影血管造影图像。替换地，这还可以相反地执行(从第一填充图像中减去第二填充图像)。第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。第一步骤10之前的可选步骤是：在给予造影剂的情况下(通过如图8中所示的C形臂X射线设备)记录两个系列的投影填充图像；将第一系列的投影填充图像重建为第一三维填充图像；以及将第二系列的投影填充图像重建为第二三维填充图像。
该方法的第二变型在图2中示出。在第四步骤20中提供第一系列的投影填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；在第五步骤21中提供第二系列的投影填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。然后，在第六步骤22中，从第二系列的投影填充图像中成对地减去第一系列的投影填充图像(替换地：从第一系列中减去第二系列)，从而形成一系列减影图像。在此，将“成对地减去”理解为减去由记录系统在相同的投影角(角度)下记录的相应对应的投影填充图像。在第七步骤23中，将一系列减影图像重建为重建的三维减影血管造影图像。第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。在第四步骤20之前的可选步骤在此是：在给予造影剂的情况下(例如通过如图8中所示的C形臂X射线设备)记录两个系列的投影填充图像。
图5中示出了具有用于基于图像的运动补偿的附加步骤的本发明的实施例。可选地，利用正造影剂来记录第一系列的投影填充图像，并且利用负造影剂来记录第二系列的投影填充图像，其中为此，例如围绕患者执行所谓的DynaCT运行。在第四步骤20中提供第一系列的投影填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；在第五步骤21中提供第二系列的投影填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。
在第八步骤24中，对两个系列的投影填充图像中的一个系列、特别是用作“首要的”那个系列执行运动补偿。可以将两个系列的投影填充图像中的一个系列、特别是在质量上形成更好对比的那个系列定义为“首要的”，相应将另一个系列定义为“次要的”。然后，首先针对“首要的”系列的投影填充图像执行运动补偿，并且可选地还针对“次要的”系列的投影填充图像执行运动补偿。例如可以借助根据现有技术已知的方法、例如从先前未公开的德国专利申请102019201079.2已知的方法来执行运动补偿。在该方法中，对各个投影填充图像进行变换，就好像该系列是自由运动的。可选地，也对次要的系列进行运动补偿。
在第九步骤25中，成对地执行两个系列的对应的投影填充图像的相互配准。在此，第一系列与第二系列的第n个投影填充图像(即，从相同的投影角度或相同的角度记录的投影填充图像)分别基于正或负对比的血管彼此刚性或可形变地进行配准。根据在两个投影图像中形成良好对比的血管系统的血管或血管部段(例如较大的血管)进行配准。在此，例如可以使用基于特征的配准方法，该方法将可良好辨别的血管分支彼此配准。优选地，将次要的系列配准到首要的系列。此外，在配准中可以分别考虑相反的对比，或者正与负对比的血管系统之间的相反的边缘。
在第十步骤26中，然后成对地进行两个系列的对应的投影填充图像的相互变形。在此，优选地将次要的系列的第n个投影几何形变或扭曲(英文术语：image warping，图像变形)，使得血管系统的所述投影的(以另外的符号形成对比的)血管在投影填充图像中具有与主要记录中的血管系统的相应的血管相同的位置。在血管之间适当地内插形变场。以这种方式可以补偿两个系列的投影填充图像之间的以及次要的系列内的运动和形变。
在第十一步骤27中，然后将运动补偿的第一系列的投影填充图像和运动补偿的第二系列的投影填充图像重建为重建的第一三维填充图像和重建的第二三维填充图像，并且在第十二步28中彼此相减。
图6中示出了具有用于运动补偿和扭曲3D填充图像的附加步骤的本发明的实施例。
可选地，利用正造影剂来记录第一系列的投影填充图像并且利用负造影剂来记录第二系列的投影填充图像并进行重建，其中为此，例如围绕患者执行所谓的DynaCT运行。
在第一步骤10中提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。在第二步骤11中提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的。在此，第一步骤10和第二步骤11的顺序不是固定的。三维填充图像中的一个或两个都可以进行运动补偿。
在第十三步骤13中，将第一3D填充图像配准到第二3D填充图像，在此，例如根据血管系统的血管位置或血管分支，特别是将次要的3D填充图像再次配准到首要的3D填充图像。但是，还可以将器官轮廓和其他高对比度的对象用作针对配准的界标。配准的结果是3D位移或旋转或3D变形场，然后在第十四步骤14中将其应用于次要的3D填充图像。目标在于，首要的3D填充图像与次要的3D填充图像中的血管的位置尽可能精确地重合。在第十五步骤15中，然后从第一3D填充图像中减去第二3D填充图像(或者反之进行)。
图7示出了类似于图5的具有用于基于图像的运动补偿的附加步骤的本发明的实施例，其中在此，在重建之前进行减影。在第四步骤20中提供了第一系列的投影填充图像并且在第五步骤21中提供了第二系列的投影填充图像之后，在第八步骤24中，对这两个系列的投影填充图像中的一个系列、特别是作为“首要”使用的系列执行运动补偿。首先对“首要的”系列的投影填充图像执行运动补偿，并且可选地还对“次要的”系列的投影填充图像执行运动补偿。在第九步骤25中，成对地执行两个系列的对应的投影填充图像的相互配准。根据在两个投影图像中形成良好对比的血管系统的血管或血管部段(例如较大的血管)进行配准。优选地，将次要的系列配准到主要的系列。在第十步骤26中，然后成对地进行两个系列的对应的投影填充图像的相互形变或扭曲(英文术语：image warping，图像变形)，使得血管系统的所述投影填充图像的(以另外的符号形成对比的)血管在投影填充图像中具有与主要记录中的血管系统的相应血管相同的位置。在血管之间适当地内插形变场。
在第十六步骤29中，然后从第二系列的投影填充图像中减去第一系列的投影填充图像(替换地：从第一系列中减去第二系列)，从而形成一系列减影图像。在此，将“成对地减去”理解为分别减去由记录系统以相同的投影角(角度)记录的对应的投影填充图像。在第十七步骤30中，对一系列减影图像进行过滤。在此，优选地通过图像处理，例如在减影结果中寻找“非血管结构”并且从减影图像中完全或部分地去除这些结构。在此，“非血管结构”例如可以是图像噪声。在最简单的情况下，可以基于阈值来进行过滤，即从减影图像中删除低于规定的阈值的图像内容或将其设置为零衰减。可选地，还对减影后的投影图像进行空间滤波或平滑。在第七步骤23中，然后将一系列减影图像重建为重建的三维减影血管造影图像。
图5至图7中的示例描述了用于基于图像的运动补偿的不同方法，该方法基于由于不同的造影剂在两个填充流程中相反的血管对比度。
根据本发明的用于具有双重对比度的DSA的方法的一些优点可以是如下优点：对于减影结果的相同的图像质量，要么需要更少的含碘的造影剂要么需要更少的辐射剂量。此外，在减影中可以使碘和CO2以不同效果渗入其中的小血管变得可见，而在仅使用一种造影剂的情况下，这些小血管中的一部分是不可见的。此外，可以通过两次填充运行来均衡在给予造影剂的时机中的可能的不精确。替换地，在第二填充运行中可以相对于第一填充运行选择稍晚的时机，以便附加地获得血管的造影剂填充的时间信息(在没有如4D DSA一样的绕路的情况下，这利用普通的DAS是不可能的)。然后，在一系列投影填充图像的减影中形成组合的血管树，其中利用不同的造影剂填充的(例如，仅利用CO2填充以及仅利用碘填充的)血管树的血管可以具有不同的颜色(例如，基于符号或通过在减影图像中适当地选择色标)。
具有双重对比度和所描述的运动补偿的DSA的附加优点可以是如下优点：可以使用很久之前记录的第一填充运行来代替新记录的掩模运行。通过基于血管的配准例如还可以补偿脑移位(Brain Shift)，即，例如由具有正对比度的术中的一系列投影填充图像来补偿具有负对比度的术前的一系列投影填充图像。此外，通过具有正和负对比度的两个填充运行的(运动补偿的)减影还可以将血管治疗进展可视化，例如当打开狭窄或针对性地栓塞血管时。根据本发明的3D DSA特别适合于可动且可能强烈变形的器官、诸如肝脏，即使在两次填充运行之间具有大的时间差。
此外，该方法相对于错误的时机是鲁棒的，因为在此存在两次遇到造影剂填充的正确时机的可能性。还可以针对性地对于第一填充运行选择较早的时机，并且对于第二填充运行选择较晚的时机，以便附加地获得血管系统的造影剂填充的时间信息；在利用已知的DSA方法的情况下，这只有通过如4D-DSA一样的绕路才是可能的。然后，通过减影获得了组合的血管树，在血管树中，仅利用正造影剂或仅利用负造影剂填充的血管例如可以具有不同的颜色(例如，基于符号或通过在减影图像中适当地选择色标)。
在图8中示出了示例性的C形臂X射线设备1。在C形臂2上布置有X射线源3和平面的X射线探测器4，并且C形臂2被设计为，C形臂执行围绕检查对象的旋转运动，并且在此期间可以从不同的投影方向记录一系列投影图像。这种带有随后重建的记录方式例如被称为所谓的锥束CT(Kegelstrahl-CT)或者也被称为DynaCT。C形臂X射线设备借助系统控制单元5进行控制。此外，C形臂X射线设备还具有计算单元6，计算单元6具有至少一个处理器和软件，用于处理投影填充图像、用于对投影填充图像进行减影、用于将投影填充图像重建为重建的三维填充图像、用于对重建的填充图像进行2D/2D和/或3D-3D配准以及用于计算三维数字减影血管造影。为了显示所形成的减影血管造影图像和所有其他图像设置了显示单元。
可以以如下方式总结本发明：本发明尤其涉及一种用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法，该方法包括以下步骤：提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；从第二三维填充图像中减去第一三维填充图像，从而形成三维减影血管造影图像，其中，第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。
还可以将类似的方法应用于4D-DSA：在此，例如在大脑或肝脏中，对由第一、例如负造影剂(例如CO2)填充的血管树进行3D记录(例如DynaCT或DR)，而第二、例如正造影剂(例如碘)流入血管。通过从负对比度到正对比度的变化获得了用于重建的附加信息，并且甚至可以实现无掩模的4D-DSA。在所有的示例中，还可以颠倒地实现造影剂的顺序。因此，这是一种用于创建患者的血管系统的四维数字减影血管造影图像序列的方法，在该方法中提供第一四维填充序列，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；并且提供第二四维填充序列，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的；并且从第二填充序列中减去第一填充序列，其中第一造影剂和第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。在记录第二填充序列时，例如还可以存在具有两种造影剂的部分的造影剂填充。
下面在多个实施例中描述用于4D-DSA的方法：
示例一：通过双对比度改善的4D DSA
在使用血管部段在其中形成正对比的投影图像的情况下和在使用血管部段在其中形成负对比的投影图像的情况下进行对该血管部段的重建。步骤顺序可以是：
S0)记录没有造影剂情况下的掩模运行。
S1)全身地或通过导管注射负造影剂。
S2)全身地或通过导管(其可以是与S1中相同的导管)时间延迟地注射正造影剂。
S3)在血管树完全被负造影剂填充并且恰好可以看到正造影剂流入的时间点开始利用C形臂进行填充运行。例如：利用负造影剂形成完整的血管树的第一投影的对比，在随后的投影中，正造影剂开始流入。
S5)减影和随后的重建。相对于现有技术的“常规的”4D DSA存在关于血管如何延伸的附加信息：
-常规的4D DSA的缺点在于，对于较晚形成对比的血管仅存在较少的投影图像，并且由此仅可以以估计的方式重建这些投影图像。在双重对比的情况下，这可以通过使用血管部段在其中仍是负对比的投影进行改善。
-特别地，血管遮盖在4D DSA中是能够导致伪影的一个问题。通过使用相互遮盖的血管中的一个或两个在其中仍是负对比的较早投影，可以在重建中更好地分离血管。
-对于差的时机，在现有技术中一些血管可能永远都不会被造影剂填充，因此不存在关于这些血管的信息。反之，在所提出的方法中，却可以对由于正的团注(Bolus)不再到达而直到结束保持负对比的血管部段进行重建。尽管在此不存在时间信息，但是可以在流入的4D显示中，或者在3D iFlow中的最后一帧中，或者利用最后一个时间戳汇集地显示时间信息。
示例二：同时记录静脉期和动脉期(或者有效地加倍流入特性的记录时间)
改变的时机，从而可以同时记录血流动力学流的不同的时间段。例如，在记录的起始点，动脉血管树已经完全以负造影剂填充，而静脉血管树恰好开始以负造影剂填充。反之，从该时间点开始，在动脉血管树中流入正造影剂。对于重建，然后相应地关联流入的时间，即考虑负注入与正注入之间的时间偏移，从而在长达记录时间两倍的时间段内形成时间一致的流入图像。相应地将可能的在时间上的重叠区域取平均，或者仅使用两个对比中的一个。
原则上，这还通过同时观察正造影剂的流入和流出来实现，但是在此过渡区并没有被定义得那么清晰，并且对于许多投影图像中来说，由于其在记录时间点没有形成对比，因此再次不存在关于血管的信息。
示例三：通过对具有负对比度的血管进行“重新染色”来直接重建。
在现有技术(4D DSA)中，由于时间上的不一致而不能容易地重建数据组，或者例如必须基于连续性条件来估计许多信息。特别是对于较晚填充的血管部段仅存在较少的投影。如下地对根据第一实施例的填充运行的投影进行预处理：
S10)可选地：减去在没有形成对比情况下的掩模运行。
S11)对填充运行或者减影结果的投影图像中的血管进行识别，在此分别识别具有正对比和负对比的血管部段，(例如以基于学习的方法为基础)对血管覆盖和血管分叉进行估计。
S12)对投影图像中的对比进行数字地“重新染色”。负对比的浅色血管被重新染色成正对比的血管(详细内容参见下文)。
S13)对具有完全正对比的、重新染色的数据组进行重建。
S14)可选地，对S12)中的重新染色进行迭代地后校正，并且然后进行新的重建。标准例如是：3D数据组的一致性条件、血管连接条件、伪影的检测和反投影。
可选地，利用基于血管对比的方法，如CAVAREC(Cardiac VascularReconstruction DynaCT for TAVI Procedures)对3D记录进行迭代的运动校正(对于剧烈运动的肝脏是特别重要的)。
结果：更好的图像质量。
S15)确定在时间上的流入特性，例如通过在相应的时间点对在S11)中分割的、具有正对比和负对比的血管部段进行投影；必要时通过用于血管的几何连接条件和血流的一致性进行校正。
S16)由此产生具有在每个时间点以正对比和负对比示出的血管的3D数据组，或者3D iFlow显示。用于重新染色的细节是：
-对于(几乎)每个血管部段都存在不仅具有负对比而且具有正对比的图像。
-由此可以确定，具有正对比度和负对比度的相应血管部段的衰减程度。在此，优选地分别寻找尽可能无重叠的投影。
替换地，还可以通过对负对比和正对比的血管部段进行整体平均来确定正造影剂和负造影剂的相应的形成对比的强度(例如，以亨氏单位(Hounsfield Units)来衡量)
-还可以根据血管直径来估计重新染色的灰度。
示例四：无掩模的4D DSA
特别是在神经放射学领域，在填充运行中通常很难在算法上区分形成对比的血管和颅骨的复杂骨骼结构。因此，无掩模的DSA特别适合于3D DSA，并且在此特别是利用基于学习的方法。通过所介绍的具有双重对比度的4D DSA存在用于算法的附加信息，其可以实现形成对比的血管与骨骼的区分：在记录的过程中，血管的对比从负变为正。
替换地或附加地，还可以将根据现有技术的基于学习的无掩模的DSA应用于完全正对比的血管树的重建(第三实施例中的步骤S13)。
示例五：利用同时的双平面3D记录的无掩模的4D DSA
为此，需要双平面C形臂，该C形臂利用两个平面实施同时的3D记录。在此，由于存在分别来自不同角度的两个(几乎)同时的投影，可以获得关于血管以及其无遮盖对比的进一步的3D信息。特别地，通过对时间上连续的投影对进行比较，可以在相应血管部段中直接确定3D位置和从负对比变化到正对比的时间点(并且通过对比变化还可以毫无疑问地识别出血管部段)。
可能的步骤顺序可以是：
首先，注入高度稀释的碘造影剂，从而在记录开始时较弱地形成整个血管树的对比。在该时间点，具有非常高碘浓度的第二团注流入血管，从而导致从较弱的正对比变化为较强的正对比。
如果全身注入微气泡形式的CO2，则血管通常不会完全以CO2填充。在此，可以关于多个邻接的投影进行整合，以便将血管的轮廓估计为微气泡在其中可见的区域的包络线。
示例六：使用现有的4D DSA算法
替换地，可以使用现有的、适合于仅能识别正对比或仅能识别负对比的血管的4DDSA算法。由此获得了在时间上“向前”生长的正对比的血管树的4D DSA结果数据组，和在时间上“向后”生长的负对比的血管树的单独的4D DSA结果数据组(或者以相反的顺序处理投影)。通过两个结果数据组之间的比较可以校正伪影并改善一致性条件。
4D DSA的优点：
-4D DSA具有更高的鲁棒性，通过分析更多的信息具有较少的伪影，
-由于正造影剂，通过使用附加信息具有实现无掩模4D DSA的机会，
-可以有效地将记录时间加倍(例如参见第二实施例)，
-通过总是存在完全对比的血管树(例如对于肝脏是重要的)，具有利用CAVAREC之类的方法进行运动补偿的可能性，
-对肾脏没有附加的造影剂损伤，可以在没有肾负担的情况下逐渐消除CO2。

Claims (11)

1.一种用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供重建的第一三维填充图像，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的，
-提供重建的第二三维填充图像，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的，并且
-从所述第二三维填充图像中减去所述第一三维填充图像，从而形成三维减影血管造影图像，
其中所述第一造影剂和所述第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。
2.一种用于创建患者的血管系统的三维数字减影血管造影图像的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供第一系列的投影填充图像(FB1)，其是在利用第一造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的，
-提供第二系列的投影填充图像(FB2)，其是在利用第二造影剂对血管系统进行至少部分造影剂填充期间记录的，
-从所述第二系列的投影填充图像(FB2)中成对地减去所述第一系列的投影填充图像(FB1)，从而形成一系列减影图像(SB)，并且
-将所述一系列减影图像(SB)重建为重建的三维减影血管造影图像，
其中所述第一造影剂和所述第二造影剂的区别在于，相对于没有造影剂的血管系统，两者中的一个引起增强的X射线吸收，而另一个引起减少的X射线吸收。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中重建的三维填充图像中的至少一个借助用于运动补偿的方法进行校正或已经进行校正，在所述用于运动补偿的方法中，在记录一系列投影填充图像期间对血管系统的运动进行补偿。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中借助2D/2D配准方法，特别是根据血管系统的定向点(例如血管部段)，将两个系列的投影填充图像中的一个系列的投影填充图像中的投影填充图像分别成对地配准到另一个系列的投影填充图像中的投影填充图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其中根据形成相反的对比的血管系统的定向点执行所述配准方法。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在配准过程之后，成对地执行一个系列的投影填充图像相对于另一个系列的投影填充图像的形变(图像变形)，使得在形变之后，成像的血管一致地定位到投影填充图像上。
7.根据权利要求2所述的方法，其中对所述一系列减影图像进行过滤，特别是基于阈值或空间频率地进行过滤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，特别是根据血管系统的定向点(例如血管部段)，将两个3D填充图像中的一个重建的三维填充图像配准到另一个重建的三维填充图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在配准的框架中，首先产生旋转场、位移场或变形场，将所述旋转场、位移场或变形场应用到相应的重建的三维填充图像上。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中一种造影剂是含碘的，而另一种造影剂包含CO2。
11.一种用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的C形臂X射线设备(1)，所述C形臂X射线设备具有带有C形臂(2)的记录系统，在所述C形臂上固定有X射线源(3)和X射线探测器(4)，并且所述C形臂被设计为用于围绕检查对象进行旋转运动，并且用于在所述旋转运动期间从多个投影方向记录一系列投影填充图像；所述C形臂X射线设备具有计算单元(6)，所述计算单元具有至少一个处理器和软件，用于处理投影填充图像、用于对投影填充图像进行减影、用于将投影填充图像重建为重建的三维填充图像、用于对重建的填充图像进行2D/2D和/或3D-3D配准以及用于计算三维数字减影血管造影；所述C形臂X射线设备具有用于控制X射线设备的系统控制器(5)和用于显示减影血管造影图像的显示单元(7)。
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