DE102013202063A1 - Method for determining characteristic value of hemodynamic state in blood vessel, involves taking temporal intensity flows of gray values of fixed image point coordinates of angiographic image series and transforming image point coordinates - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß. The present invention relates to a method for determining a characteristic of a hemodynamic condition in a vessel. Moreover, the present invention relates to a corresponding device for determining a characteristic of a hemodynamic state in a vessel.
Angiographische Aufnahmen sind bei bestimmten endovaskulären Behandlungsverfahren ein essentielles Mittel, um den Therapieerfolg des Eingriffs noch während der Intervention abschätzen zu können. Basierend auf subtraktionsangiographischen Bildserien muss beispielsweise während der Behandlung eines zerebralen Aneurysmas mit einer oder mehreren speziellen endoluminalen Gefäßprothesen eine Einschätzung der herbeigeführten hämodynamischen Veränderungen durch den behandelnden Arzt vorgenommen werden. Wichtige Fragen sind hierbei insbesondere, in welchem Ausmaß und zu welchem Zeitpunkt ein Verschluss des Aneurysmas durch einen Thrombus erfolgt und ob der sich bildende Thrombus stabil sein wird. Beurteilt wird im Zuge dessen auch, ob die noch andauernde Behandlung bereits Erfolg versprechend ist und abgeschlossen werden kann. Unabdingbar ist eine derartige Einschätzung vor allem bei Therapiemaßnahmen, die nicht zu einer sofortigen Abtrennung des Aneurysmas von dem Blutfluss in den zuführenden Gefäßen führen. Angiographic recordings are an essential tool in certain endovascular treatment procedures in order to be able to estimate the success of the intervention during the intervention. Based on subtraction angiographic image series, for example, during treatment of a cerebral aneurysm with one or more special endoluminal vascular prostheses, an assessment of the induced hemodynamic changes by the attending physician must be made. In this connection, important questions are, in particular, to what extent and at which point in time an occlusion of the aneurysm takes place through a thrombus and whether the thrombus that is forming will be stable. It also assesses whether the ongoing treatment is already promising and can be completed. Such an assessment is essential, above all, in the case of therapeutic measures which do not lead to an immediate separation of the aneurysm from the blood flow in the afferent vessels.
Die Abschätzung eines zu erwartenden Therapieergebnisses wird bisher beispielsweise durch einen behandelnden Arzt durchgeführt, indem dieser eine oder mehrere subtraktionsangiographische Bildserien visuell beurteilt. Hierbei wird zum Beispiel eine angiographische Aufnahme, die vor dem Implantieren von einer oder mehreren endoluminalen Gefäßprothesen angefertigt wurde, einer Aufnahme gegenübergestellt, die nach dem Implantieren angefertigt wurde. Anhand einer solchen vergleichenden Betrachtung und unter Anwendung bestimmter Bewertungskriterien, bildet sich der behandelnde Arzt ein Urteil über hämodynamische Veränderungen. Problematisch ist an diesem Verfahren unter anderem, dass die Erfahrung und Wahrnehmungsgabe des Betrachters sehr wichtige Komponenten darstellen und damit jede Einschätzung unweigerlich sehr stark subjektiv geprägt ist. Veränderungen, die mit dem bloßen menschlichen Auge schwer oder gar nicht wahrnehmbar sind, können so zum Beispiel nicht oder nur ungenügend in eine Bewertung einfließen. Auch sind die angewandten Bewertungskriterien oft nicht klar definiert oder nur durch aufwändiges Training zugänglich. Diese mangelnde Objektivität erschwert eine retrospektive Beurteilung der erfolgten Therapiemaßnahme und die Formulierung verlässlicher klinischer Leitlinien. The estimation of an expected therapeutic result has previously been carried out, for example, by a treating physician by visually assessing one or more subtraction angiographic image series. Here, for example, an angiographic image taken of one or more endoluminal vascular prostheses prior to implantation is compared to a photograph taken after implantation. On the basis of such a comparative examination and applying certain evaluation criteria, the attending physician forms an opinion on hemodynamic changes. Among other things, the problem with this method is that the viewer's experience and perceptive gifts are very important components, so that each assessment is inevitably subjectively very subjective. Changes that are difficult or even imperceptible to the naked human eye, for example, can not or only insufficiently be included in a rating. Also, the applied evaluation criteria are often not clearly defined or accessible only through time-consuming training. This lack of objectivity makes a retrospective assessment of the successful therapy and the formulation of reliable clinical guidelines difficult.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, das eine Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß ermöglicht. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu beschreiben, mit der eine Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß durchgeführt werden kann. The object of the present invention is therefore to specify a method which makes it possible to determine a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel. It is a further object of the invention to describe a device with which a determination of a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel can be carried out.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben. The invention solves this problem with a method for determining a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel having the features of the first independent patent claim and a device for determining a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel having the features of the second independent patent claim. Advantageous embodiments are described in subclaims.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß, wobei in die Bestimmung des Kennwertes der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer ersten, festen Bildpunktkoordinate einer ersten angiographischen Bildserie und der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer zweiten, ortsfesten Bildpunktkoordinate, einer zweiten angiographischen Bildserie, eingehen, und/oder wobei in die Bestimmung des Kennwertes die in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverläufe von Grauwerten mindestens zweier fester Bildpunktkoordinaten einer ersten angiographischen Bildserie eingehen. A basic idea of the invention is a method for determining a characteristic value of a haemodynamic condition in a vessel, wherein in the determination of the characteristic value the time intensity curve of gray values of at least a first, fixed pixel coordinate of a first angiographic image series and transformed into the frequency domain is transformed into the frequency domain , temporal intensity course of gray values of at least one second fixed pixel coordinate, a second angiographic image series, and / or wherein in the determination of the characteristic value the temporal intensity curves of gray values of at least two fixed pixel coordinates of a first angiographic image series transformed into the frequency domain are received.
Unter Gefäßen können im Zusammenhang mit der Erfindung Blutgefäße, wie Arterien, Venen oder Kapillaren verstanden werden. Die Hämodynamik beschreibt den Blutfluss in den Blutgefäßen, der von verschiedenen Einflussgrößen abhängt. Einfluss auf die Strömungsmechanik des Blutes haben unter anderen Parameter der Geometrie des Gefäßes, der Elastizität der Gefäßwände, die im Gefäß herrschenden Drücke, das Herzzeitvolumen, insbesondere Strömungsgeschwindigkeit, das Blutvolumen und die Blutzusammensetzung. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, einen Kennwert eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß zu bestimmen. Das heißt, einen Kennwert, der Informationen über die Strömungsmechanik in einem Gefäß gibt. In the context of the invention, vessels can be understood to be blood vessels, such as arteries, veins or capillaries. Hemodynamics describes the blood flow in the blood vessels, which depends on various factors. Influence on the flow mechanics of the blood have, inter alia, parameters of the geometry of the vessel, the elasticity of the vessel walls, the pressures prevailing in the vessel, the cardiac output, in particular the flow velocity, the blood volume and the blood composition. The aim of the method according to the invention is to determine a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel. That is, a characteristic value that gives information about the fluid mechanics in a vessel.
Die Bestimmung dieses Kennwertes erfolgt mit Hilfe einer oder mehrerer angiographischer Bildserien. Die Gewinnung einer angiographischen Bildserie ist gängige klinische Praxis. Häufig wird dazu die sogenannte Digitale Subtraktionsangiographie, DSA, eingesetzt, die einen Blutfluss auf Röntgenbildern sichtbar macht. DSA ist ein Verfahren, bei dem zeitlich aufeinander folgend mehrere Röntgenbilder des zu untersuchenden Objekts, z.B. eines Blutgefäßes, aufgenommen werden. Ein Röntgenbild setzt sich im Allgemeinen aus einer Matrix von Bildpunkten, engl. Pixel, zusammen, denen jeweils ein Helligkeitswert oder Grauwert zugeordnet ist. Der Grauwert eines Bildpunktes ist abhängig vom Maß der Absorption von Röntgenstrahlung beim Durchlaufen von Materie, z.B. von Knochen, Gewebe, Blut, etc. Nach der z.B. ersten Röntgenaufnahme des zu untersuchenden Objekts wird ein Kontrastmittel in die Arterie injiziert. Die folgenden Aufnahmen des zu untersuchenden Objekts unterscheiden sich dabei nur durch das strömende Kontrastmittel. Eine Subtraktion des zweiten, dritten usw. Bildes vom ersten Bild (Bild ohne Kontrastmittel minus Bild mit Kontrastmittel) macht die Blutgefäße sichtbar, wobei der Hintergrund eliminiert wird. Die subtrahierten Einzelbilder bilden eine angiographische Bildserie. This characteristic value is determined with the aid of one or more angiographic image series. Obtaining an angiographic image series is common clinical practice. Frequently, the so-called digital subtraction angiography, DSA, is used, which makes blood flow on x-ray images visible. DSA is a process in which temporally successively a plurality of X-ray images of the object to be examined, for example a blood vessel, are recorded. An X-ray image is generally composed of a matrix of pixels. Pixels, together, to each of which a brightness value or gray value is assigned. The gray value of a pixel depends on the degree of absorption of X-ray radiation when passing through matter, eg of bone, tissue, blood, etc. After the first X-ray of the object to be examined, for example, a contrast agent is injected into the artery. The following pictures of the object to be examined differ only in the flowing contrast agent. A subtraction of the second, third, etc. image from the first image (image without contrast agent minus image with contrast agent) makes the blood vessels visible, eliminating the background. The subtracted individual images form an angiographic image series.
Basierend auf den Einzelbildern einer solchen angiographischen Bildserie werden erfindungsgemäß zunächst die zeitlichen Intensitätsverläufe von Grauwerten mindestens zweier fester Bildpunktkoordinaten bestimmt. Unter einem Intensitätsverlauf von Grauwerten einer festen Bildpunktkoordinate ist die Abfolge von Grauwerten von Pixeln über der Zeit zu verstehen, wobei die Pixelkoordinate, also der Ort des Pixels, dessen Grauwert ausgelesen wird, in jedem Einzelbild gleich ist und die Zeitinformation über den Aufnahmezeitpunkt der Röntgenaufnahme errechenbar ist. Die zeitlichen Intensitätsverläufe von Grauwerten der mindestens zwei festen, vorzugsweise unterschiedlichen, Bildpunktkoordinaten werden sodann in den Frequenzbereich transformiert, so dass mindestens zwei Frequenzspektren erhalten werden. Diese mindestens zwei Frequenzspektren gehen dann in die Bestimmung des Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß ein. Based on the individual images of such an angiographic image series, the temporal intensity profiles of gray values of at least two fixed pixel coordinates are initially determined according to the invention. An intensity progression of gray values of a fixed pixel coordinate means the sequence of gray values of pixels over time, wherein the pixel coordinate, ie the location of the pixel whose gray value is read out, is the same in each individual image and the time information can be calculated over the acquisition time of the X-ray image is. The temporal intensity profiles of gray values of the at least two fixed, preferably different, pixel coordinates are then transformed into the frequency domain so that at least two frequency spectra are obtained. These at least two frequency spectra then enter into the determination of the characteristic value of a hemodynamic state in a vessel.
Alternativ oder zusätzlich zu den in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverläufen von Grauwerten mindestens zweier fester Bildpunktkoordinaten einer ersten angiographischen Bildserie, können auch in die Bestimmung des Kennwertes der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer ersten, festen Bildpunktkoordinate einer ersten angiographischen Bildserie und der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer zweiten, ortsfesten Bildpunktkoordinate, einer zweiten angiographischen Bildserie, eingehen. Das heißt, dieser Fall basiert nicht auf Grauwertverläufen von mindestens zwei Punktkoordinaten einer angiographischen Bildserie, sondern auf Grauwertverläufen zweier angiographischer Bildserien, wobei mindestens ein erster Grauwertverlauf an einer ersten Bildpunktkoordinaten der ersten angiographischen Bildserie und mindestens ein Grauwertverlauf an einer zweiten Bildpunktkoordinaten der zweiten angiographischen Bildserie bestimmt werden. Die erste und die zweite Bildpunktkoordinate können auch gleich sein, so dass sich die Grauwertverläufe im Wesentlichen dadurch unterscheiden, dass sie aus verschiedenen angiographischen Bildserien gewonnen wurden, die zum Beispiel zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Auch hier werden die zeitlichen Grauwertverläufe in den Frequenzbereich transformiert und der Kennwert eines hämodynamischen Zustandes dadurch gewonnen, dass die Frequenzspektren untereinander in Bezug gesetzt werden. Das in Bezug setzen kann beispielsweise eine mathematische Verknüpfung sein. Alternatively or in addition to the temporal intensity curves of at least two fixed pixel coordinates of a first angiographic image series transformed into the frequency domain, the temporal intensity profile of gray values of at least one first, fixed pixel coordinate of a first angiographic image series transformed into the frequency domain can also be used to determine the characteristic value and the temporal intensity course of gray values, transformed into the frequency domain, of at least one second, fixed pixel coordinate, of a second angiographic image series. That is, this case is not based on grayscale gradients of at least two point coordinates of an angiographic image series, but on gray scale gradients of two angiographic image series, wherein at least a first gray level profile at a first pixel coordinates of the first angiographic image series and at least one gray value curve at a second pixel coordinates of the second angiographic image series determined become. The first and the second pixel coordinates may also be the same, so that the gray scale gradients differ essentially in that they were obtained from different angiographic image series, which were taken at different times, for example. Again, the temporal gray scale gradients are transformed into the frequency domain and the characteristic of a hemodynamic state obtained by the fact that the frequency spectra are related to each other. This can be related, for example, a mathematical link.
Das bisher beschriebene Verfahren geht dabei davon aus, dass gleiche Bildpunktkoordinaten dieselben anatomischen Bilddetails abbilden. Ist diese Voraussetzung verletzt, beispielsweise durch eine Bewegung eines Patienten zwischen den Aufnahmen von angiographischen Bildserien, können die Bilder einer angiographischen Bildserie vorteilhaft derart verschoben werden, dass die Bildinhalte wieder deckungsgleich sind. Für solche sogenannten Registrierungsverfahren sind aus der Fachliteratur, insbesondere aus dem Bereich der medizinischen Bildverarbeitung, vielfältige Vorschläge bekannt. The method described so far assumes that the same pixel coordinates depict the same anatomical image details. If this condition is violated, for example as a result of a movement of a patient between exposures of angiographic image series, the images of an angiographic image series can advantageously be shifted in such a way that the image contents are again congruent. For such so-called registration methods, various proposals are known from the specialist literature, in particular from the field of medical image processing.
Vorzugsweise geht in die Bestimmung des Kennwertes ein Verhältnis von Amplituden vorgebbarer Frequenzen der Frequenzspektren, der in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverläufen von Grauwerten der ersten und/oder der zweiten angiographischen Bildserie ein. Preferably, a ratio of amplitudes of predeterminable frequencies of the frequency spectra, of the temporal intensity gradients of gray values of the first and / or the second angiographic image series transformed into the frequency range, is included in the determination of the characteristic value.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung werden Amplituden der zuvor bestimmten Frequenzspektren an Frequenzen, die z.B. von einem Benutzer vorgebbar sind, bestimmt und miteinander ins Verhältnis gesetzt. Beispielsweise könnten die Amplituden A1 und A2 der Frequenzspektren eines Grauwertverlaufes jeweils an einer Bildkoordinaten X1 und an einer Bildkoordinaten X2 bei der Frequenz 60 Hz bestimmt werden. Der Kennwert eines hämodynamischen Zustandes in dem Gefäß wäre dann beispielsweise K = A1/A2 und könnte zum Beispiel auf turbulente Strömungsverhältnisse hinweisen. Oder es wird die Amplitude A1 des Frequenzspektrums eines ersten Grauwertverlaufes einer ersten angiographischen Bildserie an einer Bildkoordinaten X1 bei der Frequenz 100 Hz und die Amplitude A1’ des Frequenzspektrums eines zweiten Grauwertverlaufes einer zweiten angiographischen Bildserie ebenfalls an der Bildkoordinaten X1 und bei der Frequenz 100 Hz bestimmt. Der Kennwert eines hämodynamischen Zustandes in dem Gefäß wäre dann beispielsweise K’ = A1’/A1. Der Kennwert K’ liefert somit Informationen darüber, wie sich an der Stelle X1 die Amplitude bei der Frequenz 100 Hz von der ersten angiographischen Bildserie zur zweiten angiographischen Bildserie verändert hat. Beispielsweise könnten die angiographischen Bildserien im Abstand von einem Jahr gemacht worden sein, so dass der Kennwert K’ als ein Indiz für eine Verbesserung oder Verschlechterung der Strömungsmechanik eines Gefäßes interpretiert werden könnte. Weiter sind Kombinationen mit mehreren angiographischen Bildserien, mehreren Bildkoordinaten und/oder mehreren betrachteten Frequenzen denkbar. Die zu verwendende mathematische Verknüpfung und/oder die Auswahl der Bildkoordinaten kann zum Beispiel durch Testreihen ermittelt werden. In this embodiment of the invention, amplitudes of the previously determined frequency spectra at frequencies that can be predetermined, for example, by a user are determined and related to one another. For example, the amplitudes A1 and A2 of the frequency spectrums of a gray value curve could each be determined at an image coordinate X1 and at an image coordinate X2 at the
Mit besonderem Vorteil geht in die zeitlichen Intensitätsverläufe von Grauwerten der ersten und/oder der zweiten angiographischen Bildserie eine mathematische Verknüpfung der Intensitäten der Grauwerte von Bildpunkten eines vorgebbaren Zielbereiches der Einzelbilder der angiographischen Bildserie bzw. der angiographischen Bildserien ein. A mathematical combination of the intensities of the gray values of pixels of a predefinable target region of the individual images of the angiographic image series or of the angiographic image series is particularly advantageous in the temporal intensity profiles of gray values of the first and / or the second angiographic image series.
Durch dieses Merkmal wird es möglich, mehrere Bildpunkte bzw. deren Grauwerte pro Bild einer angiographischen Bildserie zu einem Grauwert zusammen zu fassen. Dies hat den Vorteil, dass in der Praxis nur schwer vermeidbare Toleranzen bei der Bildgebung ausgeglichen werden können. Beispielsweise könnten die Grauwerte gemittelt werden oder es wird ein Bereich um eine Bildkoordinate definiert, dessen Grauwerte von der Bildkoordinaten radial nach außen weniger stark gewichtet werden, wie Grauwerte von Bildpunkten nahe der Bildkoordinaten. This feature makes it possible to combine several pixels or their gray values per image of an angiographic image series into a gray value. This has the advantage that in practice difficult to avoid tolerances in imaging can be compensated. For example, the gray values could be averaged or a region around an image coordinate whose gray values are weighted less strongly by the image coordinates radially outwards, such as grayscale values of image points near the image coordinates, could be averaged.
In einer vorteilhaften Weiterbildung visualisiert die erste angiographische Bildserie einen Flüssigkeitsfluss in dem Gefäß vor Einsetzen eines strömungsverändernden Mittels und die zweite angiographische Bildserie visualisiert einen Flüssigkeitsfluss in dem Gefäß nach Einsetzen eines strömungsverändernden Mittels. In an advantageous development, the first angiographic image series visualizes a fluid flow in the vessel prior to insertion of a flow-altering agent and the second angiographic image series visualizes a fluid flow in the vessel after insertion of a flow-altering agent.
Bei einem strömungsverändernden Mittel oder einem strömungsverändernden Implantat kann es sich z.B. um einen käuflich erwerbbaren Flow Diverter, beispielsweise in Form eines Stents, handeln. Unter einem Flow Diverter versteht man allgemein ein medizinisches Implantat, das einen Fluss einer Flüssigkeit, z.B. einen Blutstrom, in einem Zielgefäß gezielt beeinflussen soll, wobei beispielsweise der Einstrom in und der Ausstrom aus einem Aneurysma unterbunden werden soll, ohne dabei Seitenäste zu überdecken und dabei zu verschließen. Die beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren erlauben die Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß und lassen sich somit gewinnbringend zur Bestimmung einer Veränderung eines hämodynamischen Zustandes oder einer Veränderung der Strömungsmechanik in einem Gefäß einsetzen. Dazu wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung als erste angiographische Bildserie eine angiographische Bildserie vor Einsetzen eines strömungsverändernden Mittels und als zweite angiographische Bildserie eine angiographische Bildserie nach Einsetzen eines strömungsverändernden Mittels verwendet. Der bestimmte Kennwert kann dann z.B. Hinweise darüber geben, wie sich eine Strömungscharakteristik durch den Einsatz des strömungsverändernden Mittels verändert hat. For a flow modifying agent or a flow altering implant, it may be e.g. to trade a commercially available flow diverter, for example in the form of a stent act. A flow diverter is generally understood to mean a medical implant containing a flow of a fluid, e.g. a bloodstream, targeted in a target vessel to influence, for example, the inflow into and outflow from an aneurysm should be prevented without covering the branches and thereby close it. The described methods according to the invention allow the determination of a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel and can thus be used profitably to determine a change in a hemodynamic state or a change in the fluid mechanics in a vessel. For this purpose, in this embodiment of the invention, the first angiographic image series used is an angiographic image series before inserting a flow-altering agent, and as the second angiographic image series an angiographic image series after inserting a flow-altering agent. The particular characteristic may then be e.g. Provide information about how a flow characteristic has changed through the use of the flow-altering agent.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die wenigstens eine feste Bildpunktkoordinate wenigstens einer der angiographischen Bildserien innerhalb eines Aneurysmas angeordnet. In a further advantageous embodiment, the at least one fixed pixel coordinate of at least one of the angiographic image series is arranged within an aneurysm.
Als Aneurysma wird eine krankhafte, örtlich begrenzte, häufig sackartige Erweiterung eines Blutgefäßes bezeichnet. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten; jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet. Damit sind Informationen über die Strömungscharakteristik innerhalb eines Aneurysmas von großer Wichtigkeit. An aneurysm is a pathological, localized, often baggy dilatation of a blood vessel. In particular, an aneurysm can occur in a blood vessel in the region of the brain or the heart; however, the appearance of an aneurysm is generally not limited to a particular body region. The clinical significance of an aneurysm, which is localized for example in the brain, is in particular due to the risk of rupture, so a crack or fracture, which may, for example, lead to bleeding and thrombosis. The dynamics of blood flow in an aneurysm is often considered in today's medicine as an important factor for the pathogenesis of the aneurysm, ie for its formation and development. Thus, information about the flow characteristics within an aneurysm is of great importance.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Frequenzspektrum eines vorgebbaren Frequenzbereichs des in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverlaufs von Grauwerten wenigstens einer ersten, festen Bildpunktkoordinate wenigstens einer der angiographischen Bildserien verstärkt und/oder gefiltert und/oder gemittelt. In an alternative embodiment of the invention, the frequency spectrum of a predefinable frequency range of the temporal intensity curve of gray values of at least one first fixed pixel coordinate of at least one of the angiographic image series is amplified and / or filtered and / or averaged.
Es kann wünschenswert sein, bestimmte Frequenzbereiche zu verstärken, um Bildinformationen hervorzuheben oder erst sichtbar zu machen. Von besonderem Interesse können hier zum Beispiel Anteile des Frequenzspektrums sein, die der Frequenz eines periodischen Signals entsprechen, das eine oszillierende Variation in einem oder mehreren Bildpunkten in einer angiographischen Bildserie verursacht. Ein Beispiel für ein solches Signal ist der Herzschlag, der während der Systole und bei zeitlich konstanter Kontrastmittelinjektionsrate eine Verdünnung und während der Diastole eine Verdichtung des verwendeten röntgenstrahlenschwächenden Kontrastmittels bewirken kann. Der Anteil der Frequenz dieses Signals an einem gemittelten Signal aus einem oder mehreren Bildpunkten im Inneren des Aneurysmas vor einer Therapiemaßnahme kann mit dem entsprechenden Wert nach der Therapiemaßnahme in Bezug gesetzt werden. Dieser Quotient kann als Maß verstanden werden, das die Abkopplung des Aneurysmas von der Hauptzirkulation in Bezug auf die betrachtete Frequenz oder das betrachtete Frequenzband beschreibt. Ein solches Maß könnte als Indiz zur Vorhersage des Therapieerfolges nach einer endovaskulären Aneurysmenbehandlung dienen. It may be desirable to amplify certain frequency ranges to emphasize or first visualize image information. Of particular interest here may be, for example, portions of the frequency spectrum corresponding to the frequency of a periodic signal causing an oscillatory variation in one or more pixels in an angiographic image series. An example of such a signal is the heartbeat, which can cause dilution during systole and at a rate of contrast injection rate that is constant in time and compression of the used X-ray attenuating contrast agent during diastole. The proportion of the frequency of this signal in an averaged signal from one or more pixels inside the Aneurysms before a therapy can be related to the value after the therapy. This quotient can be understood as a measure describing the decoupling of the aneurysm from the main circulation with respect to the considered frequency or band of frequencies. Such a measure could serve as an indication for predicting the success of treatment after endovascular aneurysm treatment.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass Frequenzspektren mehrerer vorgebbarer Frequenzbereiche des in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverlaufs von Grauwerten wenigstens einer, festen Bildpunktkoordinate wenigstens einer der angiographischen Bildserien in die Bestimmung des Kennwertes eingehen und/oder wobei Frequenzspektren eines oder mehrerer vorgebbaren Frequenzbereiche des in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverlaufs von Grauwerten wenigstens einer, festen Bildpunktkoordinate und von Grauwerten eines vorgebbaren Bereiches um die wenigstens eine, feste Bildpunktkoordinate wenigstens einer der angiographischen Bildserien in die Bestimmung des Kennwertes eingehen. A further advantageous embodiment provides that frequency spectra of several predefinable frequency ranges of the temporal intensity curve of gray values of at least one fixed pixel coordinate of at least one of the angiographic image series are included in the determination of the characteristic value and / or frequency spectra of one or more predefinable frequency ranges of the in the frequency range transformed, temporal intensity course of gray values of at least one, fixed pixel coordinate and gray values of a predetermined range by at least one, fixed pixel coordinate at least one of the angiographic image series in the determination of the characteristic.
Die Methodik ist unabhängig von der Anzahl und den numerischen Abständen der Frequenzen, die in dem Frequenzspektrum betrachtet werden. Zur Reduzierung der Varianz der geschätzten Größe eines Frequenzanteils in einem Signal kann es vorteilhaft sein, mehrere überlappende Frequenzzerlegungen des gleichen Signals oder von Signalen räumlich benachbarter Bildpunkte im Frequenzraum zu mitteln. The methodology is independent of the number and numerical spacing of the frequencies considered in the frequency spectrum. To reduce the variance of the estimated magnitude of a frequency component in a signal, it may be advantageous to average a plurality of overlapping frequency divisions of the same signal or signals of spatially adjacent pixels in frequency space.
Darüber hinaus lassen sich weitere Verbesserungen erzielen, wenn Informationen über einen Injektionsverlauf eines Kontrastmittels, welcher Injektionsverlauf während der Gewinnung wenigstens einer der angiographischen Bildserien vorlag, in die Bestimmung des Kennwertes eingehen. In addition, further improvements can be achieved if information about an injection course of a contrast agent, which injection course was present during the extraction of at least one of the angiographic image series, is included in the determination of the characteristic value.
Es wäre denkbar, neben einem natürlichen Signal, wie dem Herzschlag, auch die Betrachtung einer künstlichen, durch das Injektionsprotokoll des Kontrastmittels induzierten Variation zu berücksichtigen. Ein Kontrastmittel kann kontrolliert eingespritzt werden oder der Einfluss kann gemessen werden. In beiden Fällen liegt die Information des eingeflossenen Kontrastmittels über der Zeit vor. Eine periodische Variation kann in einer angiographischen Serie als periodischer An- bzw. Abstieg der Schwärzung in einem oder mehreren Bildpunkten detektiert werden. Der Anteil der Frequenz dieses Signals an einem gemittelten Signal aus einem oder mehreren Bildpunkten beispielsweise im Inneren eines Aneurysmas vor einer Therapiemaßnahme kann nun wieder mit dem entsprechenden Wert nach der Therapiemaßnahme in Bezug gesetzt werden. Dieser Quotient kann als Maß interpretiert werden, das die Abkopplung des Aneurysmas von der Hauptzirkulation im Bezug auf eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband beschreibt. Ein solches Maß könnte wieder als Indiz zur Vorhersage des Therapieerfolges nach einer endovaskulären Aneurysmenbehandlung dienen. It would be conceivable, besides a natural signal, such as the heartbeat, to consider the consideration of an artificial variation induced by the injection protocol of the contrast agent. A contrast agent can be injected in a controlled manner or the influence can be measured. In both cases, the information of the injected contrast agent is available over time. A periodic variation can be detected in an angiographic series as a periodic increase or decrease of the blackening in one or more pixels. The proportion of the frequency of this signal in an averaged signal from one or more pixels, for example, in the interior of an aneurysm before a therapeutic measure can now be set again with the corresponding value after the therapy measure. This quotient can be interpreted as a measure describing the decoupling of the aneurysm from the main circulation with respect to a particular frequency or band of frequencies. Such a measure could again serve as an indication for predicting the success of treatment after an endovascular aneurysm treatment.
Günstig wird der zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer ersten, festen Bildpunktkoordinate wenigstens einer der angiographischen Bildserien normiert, wobei der Normierungswert durch einen Grauwert eines Bildpunktes, der sich auf dem Gefäß befindet, oder durch einen Grauwert, der durch Filterung von Bildpunkten eines vorgebbaren Bildbereiches, der sich auf dem Gefäß befindet, gewonnen ist. The temporal intensity course of gray values of at least one first, fixed pixel coordinate of at least one of the angiographic image series is advantageously normalized, the normalization value being determined by a gray value of a pixel located on the vessel or by a gray value obtained by filtering pixels of a predefinable image area, which is on the vessel is won.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung würde einen Kennwert eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß aus einem oder mehreren Bildpunkten ermitteln, die sich auf dem Gefäß befinden, von dem beispielsweise ein Aneurysma abzweigt, um mit dessen Kehrwert den Quotienten aus der Bildinformation beispielsweise im Inneren eines Aneurysmas zu normieren, um dadurch Änderungen des Blutflusses im zuführenden Gefäß vor, während und/oder nach einer Therapie zu berücksichtigen. A particularly advantageous embodiment would determine a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel from one or more pixels which are located on the vessel from which, for example, an aneurysm branches off in order to normalize with its reciprocal the quotient of the image information, for example, inside an aneurysm to account for changes in blood flow in the afferent vessel before, during, and / or after therapy.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in die Bestimmung des Kennwertes die in den Frequenzbereich transformierten, zeitliche Intensitätsverläufe von Grauwerten von festen Bildpunktkoordinaten jeweils proximal und distal eines Aneurysmas einer ersten angiographischen Bildserie, und/oder die in den Frequenzbereich transformierten, zeitliche Intensitätsverläufe von Grauwerten von festen Bildpunktkoordinaten jeweils proximal und distal eines Aneurysmas einer zweiten angiographischen Bildserie, eingehen. It has proven to be advantageous if, in the determination of the characteristic value, the temporal intensity gradients of gray values of fixed pixel coordinates transformed into the frequency domain respectively proximal and distal of an aneurysm of a first angiographic image series, and / or the temporal intensity gradients of gray values transformed into the frequency domain of solid pixel coordinates respectively proximal and distal to an aneurysm of a second angiographic image series.
In dieser Ausführung kann in verschiedenen angiographischen Bildserien ein Kennwert als Quotient aus Grauwerten eines oder mehrerer Bildpunkte aus zwei Regionen, die sich jeweils proximal und distal des Aneurysmas befinden, gebildet werden, wobei jeweils ein Kennwert vor und ein Kennwert nach einem Einsetzen eines strömungsverändernden Mittels bestimmt wird, die sodann miteinander verglichen werden können. Damit kann der Einfluss, den das Aneurysma auf bestimmte periodische Signale an verschiedenen Orten im zuführenden Gefäß vor, während und/oder nach der Behandlung hat, quantifiziert werden. Für diese Ausführung kann es vorteilhaft sein, für die Signale der proximalen und der distalen Bildpunkte jeweils eine Frequenzzerlegung, d.h. eine Transformation des Zeitsignals in den Frequenzbereich, durchzuführen und die Ergebnisse dieser Frequenzanalyse anschließend zu korrelieren. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Einfluss des Aneurysmas auf die Pulsatilität des Bluflusses mit und ohne Flow-Diverter zu bestimmen. In this embodiment, a characteristic value can be formed in different angiographic image series as a quotient of gray values of one or more pixels from two regions which are respectively proximal and distal of the aneurysm, one characteristic value in front of each and one characteristic value after insertion of a flow-altering agent which can then be compared with each other. Thus, the influence that the aneurysm has on certain periodic signals at different locations in the delivery vessel before, during, and / or after treatment can be quantified. For this embodiment, it may be advantageous to perform a frequency separation, ie a transformation of the time signal into the frequency range, for the signals of the proximal and the distal pixels, and to subsequently correlate the results of this frequency analysis. This makes it possible, for example, the influence of Aneurysm to determine the pulsatility of the flow of blood with and without flow diverter.
Es ist denkbar, dass in die Bestimmung des Kennwertes zusätzlich Informationen über flussmechanische Zustände durch Analyse im Ortsraum eingehen. It is conceivable that, in addition to the determination of the characteristic value, information about flux-mechanical states can be received by analysis in spatial space.
Eine Simulation des Blutflusses durch CFD-Verfahren, CFD für engl. Computational Fluid Dynamics, vermittelt eine dreidimensionale Verteilung von Flussparameter, wie beispielsweise WSS, engl. Wall Shear Stress, Wandschubspannung, entlang einer Oberfläche eines Gefäßlumens. In der
Es wird vorgeschlagen, dass eine Phasenverschiebung zwischen zwei, der in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverläufen von Grauwerten zweier benachbarter Bildpunktkoordinaten einer angiographischen Bildserie, durch eine Fensterung der zeitlichen Intensitätsverläufen reduziert wird. It is proposed that a phase shift between two temporal intensity progressions of gray values of two adjacent pixel coordinates of an angiographic image series transformed into the frequency range is reduced by a windowing of the temporal intensity profiles.
Falls zwischen benachbarten Bildpunkten eine Phasenverschiebung in Bezug auf eine bestimmte Frequenz festzustellen ist, kann diese ermittelt und durch rechteckige Fensterung der Signale reduziert werden, um eine bessere Mittelung im Zeitbereich zu erzielen. Von dieser Fensterung unabhängig kann eine Fensterung vorgesehen sein, die beispielsweise die Frequenz- oder Amplitudenauflösung des Frequenzspektrums begünstigt. If a phase shift with respect to a certain frequency can be detected between adjacent pixels, this can be determined and reduced by rectangular windowing of the signals in order to achieve a better averaging in the time domain. Independently of this windowing, fenestration can be provided which, for example, favors the frequency or amplitude resolution of the frequency spectrum.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird wenigstens ein Verfahrensschritt automatisch ausgeführt. In an advantageous development, at least one method step is carried out automatically.
Automatisch ausgeführte Verfahrensschritte erfordern weniger Eingriffe eines Benutzers und können somit den Verfahrensablauf beschleunigen. Beispielsweise kann das Propagieren eines Bildbereiches durch Einzelbilder einer angiographischen Bildserie, gegebenenfalls mit zusätzlichen Registrierungsschritten, mit Hilfe von automatisch ablaufenden Bildverarbeitungsalgorithmen der medizinischen Bildverarbeitung ausgeführt werden. Außerdem sind automatisch ausgeführte Verfahren oft weniger fehleranfällig. Automatically executed procedural steps require less intervention by a user and can thus speed up the procedure. For example, the propagation of an image area through individual images of an angiographic image series, possibly with additional registration steps, can be carried out with the aid of automatically executed image processing algorithms of medical image processing. In addition, automatically executed procedures are often less error prone.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der bestimmte Kennwert mit gegebenen Kennwerten verglichen und es wird ein Übereinstimmungsmaß mit den gegebenen Kennwerten ausgegeben. In a further advantageous embodiment of the specific characteristic value is compared with given characteristics and it is issued a Maßungsmaß with the given characteristics.
Die gegebenen Kennwerte, die zum Beispiel in einer Datenbank gespeichert sind und durch umfangreiche Testreihen gewonnen sein können, können nach Art eines an sich bekannten Expertensystems mit Informationen verknüpft sein, wie z.B. der Information, dass ein Kennwert der Größe x auf eine laminare Strömung hindeutet. Wird nun mit einem der zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren und unter gleichen Randbedingungen wie bei der Gewinnung der Kennwerte aus der Datenbank, ein Kennwert eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß ermittelt, der ein großes Übereinstimmungsmaß mit einem gespeicherten Kennwert aufweist, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass in beiden Fällen zumindest ähnliche flussmechanische Zustände vorliegen. The given characteristic values, which are stored for example in a database and can be obtained by extensive test series, can be linked to information in the manner of an expert system known per se, such as e.g. the information that a parameter of size x indicates a laminar flow. If, with one of the above-described inventive methods and under the same boundary conditions as when obtaining the characteristic values from the database, a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel is determined which has a large degree of agreement with a stored characteristic value, the probability is high in both cases at least similar flux-mechanical states are present.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß, wobei die Vorrichtung Mittel zur Ausführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren umfasst. Another aspect of the invention is a device for determining a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel, the device comprising means for carrying out one of the methods described above.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorteilhaft mindestens ein Rechen- und Steuermittel, z.B. einen Computer, und ein Anzeigemittel, z.B. einen Computermonitor. Das Rechen- und Steuermittel kann zur Entgegennahme von wenigstens einer angiographischen Bildserie eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjektes ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Datenschnittstelle, mit Hilfe derer es eine angiographische Bildserie empfangen kann. Das Rechen- und Steuermittel verfügt vorteilhaft über ein Eingabemittel zur Eingabe von Bildkoordinaten. Weiter ist das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt, einen Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß zu bestimmen, indem es zum Beispiel über ein geeignetes Computerprogramm verfügt, das die Verfahrensschritte eines der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß ausführt und dieses Computerprogramm abarbeitet. Der bestimmte Kennwert kann auf dem Anzeigemittel visualisiert werden, z.B. durch Darstellung auf dem Computermonitor. The device according to the invention advantageously comprises at least one computing and control means, eg a computer, and a display means, eg a computer monitor. The computing and control means may be adapted to receive at least one angiographic image series of an examination region of an examination subject, for example by a data interface with the aid of which it can receive an angiographic image series. The computing and control means advantageously has an input means for input of image coordinates. Furthermore, the calculation and control means are designed to determine a characteristic value of a hemodynamic state in a vessel, for example by having a suitable computer program comprising the method steps of one of the previously described methods according to the invention for determining a characteristic of a hemodynamic state in a vessel executes and executes this computer program. The specific characteristic value can be visualized on the display means, eg by displaying it on the computer monitor.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen: Further advantageous developments will become apparent from the following figures, including description. Show it:
- S1) Entgegennahme wenigstens einer angiographischen Bildserie;
- S2) Entgegennahme wenigstens eines Zielbereiches, der in der wenigstens einen angiographischen Bildserie dargestellt ist;
- S3) automatisches oder manuelles Propagieren des wenigstens einen Zielbereiches durch die Bilder der wenigstens einen angiographischen Bildserie und vorgebbar Filterung, insbesondere Mittelung, der Grauwerte der Bildpunktkoordinaten des wenigstens einen Zielbereiches;
- S4) vorgebbar Fensterung der zeitlichen Intensitätsverläufe von gefilterten Grauwerten der Bildpunktkoordinaten des wenigstens einen Zielbereiches;
- S5) Transformieren der gegebenenfalls gefensterten, zeitlichen Intensitätsverläufe von gefilterten Grauwerten der Bildpunktkoordinaten des wenigstens einen Zielbereiches in den Frequenzbereich;
- S6) Entgegennahme wenigstens einer Frequenz oder wenigstens eines Frequenzbereiches;
- S7) vorgebbar Bestimmung von Amplituden des Frequenzspektrums an den entgegengenommenen Frequenzen oder Mittelung von Amplituden des Frequenzspektrums über vorgebbare Mittelungsfrequenzen der entgegengenommenen Frequenzen oder über einen vorgebbaren Frequenzbereich des wenigstens einen entgegengenommenen Frequenzbereiches;
- S8) Bestimmung eines Kennwertes aus den Amplituden oder aus den gemittelten Amplituden aus Verfahrensschritt S7, insbesondere durch Bilden von Quotienten mindestens zweier Amplituden;
- S9) Vergleich des Kennwertes mit gespeicherten Kennwerten und Ausgabe eines Übereinstimmungsmaßes.
- S1) receiving at least one angiographic image series;
- S2) receiving at least one target area represented in the at least one angiographic image series;
- S3) automatic or manual propagation of the at least one target area through the images of the at least one angiographic image series and predefinable filtering, in particular averaging, of the gray values of the pixel coordinates of the at least one target area;
- S4) predeterminable windowing of the temporal intensity profiles of filtered gray values of the pixel coordinates of the at least one target region;
- S5) transforming the optionally windowed, temporal intensity profiles of filtered gray values of the pixel coordinates of the at least one target region into the frequency domain;
- S6) receiving at least one frequency or at least one frequency range;
- S7) specifiable determination of amplitudes of the frequency spectrum at the received frequencies or averaging of amplitudes of the frequency spectrum over predefinable averaging frequencies of the received frequencies or over a predefinable frequency range of the at least one received frequency range;
- S8) determining a characteristic value from the amplitudes or from the averaged amplitudes from method step S7, in particular by forming quotients of at least two amplitudes;
- S9) Comparison of the characteristic value with stored characteristic values and output of a conformity measure.
In
In
Beispielhaft ist in
Weiter ist in
Erfindungsgemäß können in die Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß die in den Frequenzbereich transformierten, zeitlichen Intensitätsverläufe von Grauwerten mindestens zweier fester Bildpunktkoordinaten einer ersten angiographischen Bildserie eingehen. Somit lässt sich aus den Frequenzspektren, in den
Durch Vergleich des bestimmten Kennwertes mit vorgegebenen Kennwerten, die z.B. in einer Datenbank abgespeichert sind, und Bestimmung desjenigen Kennwertes, der dem bestimmten Kennwert am nächsten ist, kann auf einen hämodynamischen Zustandes in dem Gefäß geschlossen werden. By comparing the determined characteristic value with predetermined characteristic values, e.g. stored in a database, and determination of that characteristic closest to the determined characteristic may be inferred to a hemodynamic condition in the vessel.
In
Analog zur Vorgehensweise wie sie bei der Beschreibung zu den
So zeigt
In die Bestimmung eines Kennwertes eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß können der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer ersten, festen Bildpunktkoordinate der ersten angiographischen Bildserie und der in den Frequenzbereich transformierte, zeitliche Intensitätsverlauf von Grauwerten wenigstens einer zweiten, ortsfesten Bildpunktkoordinate, der zweiten angiographischen Bildserie, eingehen. Somit lässt sich aus den Frequenzspektren der beiden angiographischen Bildserien
In einer anderen Ausführung könnten die Amplitudenwerte
- S1’) Entgegennahme von einem oder mehreren Zielbereichen, engl. ROIs (Regions Of Interest), in einer angiographischen Bildserie, die insbesondere durch einen Benutzer manuell selektiert sind;
- S2’) Propagieren der ROIs durch alle Bilder der angiographischen Bildserie und vorgebbar Übertragen der ROIs auf eine oder mehrere weitere angiographische Bildserien, wobei das Propagieren und/oder Übertragen vorgebbar automatisch oder manuell, z.B. durch Benutzereingabe erfolgt;
- S3’) Entgegennahme einer Auswahl einer oder mehrerer Frequenzen oder Frequenzbänder, die insbesondere durch einen Benutzer auswählbar sind;
- S4’) Für die ROIs jeweils – Mittelung der Bildpunkte aus dem jeweiligen ROI und Berechnung eines Frequenzspektrums aus dem zeitlichen Verlauf der gemittelten Bildpunkte, d.h. aus deren Grauwerten über der Zeit; – vorgebbar Reduzierung oder Eliminierung von Phasenverschiebungen; – vorgebbar Fensterung der Signale; – vorgebbar Mittelung der Signale erst nach der Berechnung des Frequenzspektrums, d.h. Mittelung im Frequenzbereich; – vorgebbar Teilung des Frequenzspektrums in mehrere, vorgebbar auch überlappende, Teilfrequenzspektren und Mittelung über die Teilfrequenzspektren; – vorgebbar Interpolation im Frequenzraum – vorgebbar Filterung des zeitlichen Verlaufs, um insbesondere zeitliche Variationen mit vorgebbaren Frequenzen, insbesondere Frequenzen fernab der in Verfahrensschritt S3 entgegengenommenen Frequenzen oder Frequenzbändern liegen, zu reduzieren;
- S5’) Mittelung von Amplituden der aus Verfahrensschritt S4 bestimmten oder gemittelten Werten der Frequenzspektren aus den ROIs;
- S6’) Vorgebbar Bildung von Quotienten aus den gemittelten Amplituden der verschiedenen ROIs aus Verfahrensschritt S5’;
- S7’) Ausgabe des oder der Quotienten aus Verfahrensschritt S6’.
- S1 ') receiving one or more target areas, engl. Regions Of Interest (ROIs), in an angiographic image series, which are manually selected by a user in particular;
- S2 ') Propagation of the ROIs by all images of the angiographic image series and specifiable Transferring the ROIs to one or more further angiographic image series, wherein the propagation and / or transfer can be predetermined automatically or manually, for example by user input;
- S3 ') receiving a selection of one or more frequencies or frequency bands, which are in particular selectable by a user;
- S4 ') For the ROIs respectively - Averaging of the pixels from the respective ROI and calculation of a frequency spectrum from the time course of the averaged pixels, ie from their gray values over time; - specifiable reduction or elimination of phase shifts; - predeterminable windowing of the signals; - specifiable averaging of the signals only after the calculation of the frequency spectrum, ie averaging in the frequency domain; - predeterminable division of the frequency spectrum into a plurality of predeterminable overlapping subfrequency spectra and averaging over the subfrequency spectra; - Specifiable interpolation in the frequency space - specifiable filtering of the time course, in particular temporal variations with predeterminable frequencies, in particular frequencies far away from the received in step S3 frequencies or frequency bands are to reduce;
- S5 ') averaging amplitudes of the values of the frequency spectra determined or averaged from method step S4 from the ROIs;
- S6 ') Predefinable formation of quotients from the averaged amplitudes of the various ROIs from method step S5';
- S7 ') Output of the quotient (s) from method step S6'.
Der ausgegebene Quotient bzw. die ausgegebenen Quotienten, die gleich dem Kennwert bzw. den Kennwerten eines hämodynamischen Zustandes in einem Gefäß sind, können beispielsweise durch Vergleich mit, von Experten bewerteten, Vergleichsquotienten einer Vorhersage des Therapieerfolges nach endovaskulärer Aneurysmenbehandlung dienen. The output quotient or the output quotients, which are equal to the characteristic values or characteristic values of a hemodynamic state in a vessel, can be used, for example, to predict the therapeutic success after endovascular aneurysm treatment by comparison with expert-assessed comparison quotients.
Zusammenfassend werden weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, bei dem Signale, die den zeitlichen Verlauf von Grauwerten in einem oder mehreren Bildpunkten zweidimensionaler angiographischer Bildserien repräsentieren, in deren Frequenzbestandteile zerlegt und analysiert. Die einzelnen Frequenzbestandteile können bemaßt und die Zerlegungen von gemittelten Signalen verschiedener Bildpunkte oder identischer Bildpunkte in unterschiedlichen Bildserien können untereinander in Bezug gesetzt werden. In summary, further embodiments and advantages of the invention will be described. The invention proposes a method in which signals which represent the temporal course of gray values in one or more pixels of two-dimensional angiographic image series are decomposed and analyzed in their frequency components. The individual frequency components can be dimensioned and the decompositions of averaged signals of different pixels or identical pixels in different image series can be related to each other.
Vorteilhaft können bestimmte Frequenzbereiche verstärkt werden, um Bildinformationen hervorzuheben oder erst sichtbar zu machen. Von besonderem Interesse können hier zum Beispiel Anteile der Zerlegung sein, die der Frequenz eines periodischen Signals entsprechen, z.B. der Herzschlag, das eine oszillierende Variation in einem oder mehreren Bildpunkten in einer angiographischen Bildserie verursacht. Der Anteil der Frequenz dieses Signals an einem gemittelten Signal aus einem oder mehreren Bildpunkten im Inneren eines Aneurysmas vor einer Therapiemaßnahme kann nun wieder mit dem entsprechenden Wert nach der Therapiemaßnahme in Bezug gesetzt werden. Dieser Quotient kann als Maß interpretiert werden, das die Abkopplung des Aneurysmas von der Hauptzirkulation in Bezug auf die betrachtete Frequenz, bzw. das betrachtete Frequenzband, beschreibt. Ein solches Maß könnte der Vorhersage des Therapieerfolges nach einer endovaskulären Aneurysmenbehandlung dienen. Advantageously, certain frequency ranges can be enhanced in order to emphasize image information or to make it visible first. Of particular interest here may be, for example, fractions of the decomposition corresponding to the frequency of a periodic signal, e.g. the heartbeat causing an oscillatory variation in one or more pixels in an angiographic image series. The proportion of the frequency of this signal in an averaged signal from one or more pixels in the interior of an aneurysm before a therapeutic measure can now again be related to the corresponding value after the therapeutic measure. This quotient can be interpreted as a measure describing the decoupling of the aneurysm from the main circulation with respect to the considered frequency, or the considered frequency band. Such a measure could serve to predict therapeutic success after endovascular aneurysm treatment.
Eine derartige Verstärkung von Variationen mit bestimmter Wiederholfrequenz kann auch vorteilhaft zur Ergänzung von Verfahren genutzt werden, die Informationen über flussmechanische Zustände durch eine Analyse im Ortsraum erlangen. Exemplarisch für ein solches Verfahren ist die auf angiographischen Bildserien basierte Schätzung eines Vektorfeldes zur Beschreibung der projizierten Kontrastmittelbewegung in einem Hohlgefäß, das aus dem Bereich der Computer Vision als optischer Fluss bekannt ist. Hier können zum Beispiel durch Frequenzfilterung oder Frequenzverstärkung insbesondere Bewegungen mit einem interessierenden Wiederholmuster betrachtet werden. Such enhancement of variations with a particular repetition frequency can also be used to advantage in supplementing methods that obtain information about flux-mechanical states through analysis in spatial space. Exemplary of such a method is the estimation of a vector field based on angiographic image series to describe the projected contrast agent movement in a hollow vessel, which is known from the field of computer vision as an optical flow. Here, for example, by means of frequency filtering or frequency amplification, in particular movements with a repeating pattern of interest can be considered.
Denkbar wäre neben einem natürlichen Signal auch die Betrachtung einer künstlichen, durch das Injektionsprotokoll des Kontrastmittels induzierten, Variation. Eine solche periodische Variation kann in einer angiographischen Serie als periodischer An- bzw. Abstieg der Schwärzung in einem oder mehreren Bildpunkten detektiert werden. Der Anteil der Frequenz dieses Signals an einem gemittelten Signal aus einem oder mehreren Bildpunkten im Inneren des Aneurysmas vor einer Therapiemaßnahme kann nun wieder mit dem entsprechenden Wert nach der Therapiemaßnahme in Bezug gesetzt werden. Dieser Quotient kann als Maß verstanden werden, das die Abkopplung des Aneurysmas von der Hauptzirkulation im Bezug auf eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband beschreibt. Ein solches Maß kann wieder als Indiz für die Erfülltheit eines Therapieerfolges nach einer endovaskulären Aneurysmenbehandlung dienen. In addition to a natural signal, it would be conceivable to consider an artificial variation induced by the injection protocol of the contrast agent. Such a periodic variation can be detected in an angiographic series as a periodic increase or decrease in the density in one or more pixels. The proportion of the frequency of this signal in an averaged signal from one or more pixels in the interior of the aneurysm before a therapeutic measure can now be related again to the corresponding value after the therapeutic action. This quotient may be understood as a measure describing the decoupling of the aneurysm from the main circulation with respect to a particular frequency or frequency band. Such a measure can again serve as an indication of the fulfillment of a therapeutic success after an endovascular aneurysm treatment.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung würde einen solchen Quotienten zusätzlich aus einem oder mehreren Bildpunkten ermitteln, die sich auf dem Gefäß befinden, von dem das Aneurysma abzweigt, um mit dessen Kehrwert den Quotienten aus der Bildinformation im Inneren des Aneurysma zu normieren und dadurch Änderungen des Blutflusses im zuführenden Gefäß vor, nach oder während einer Therapie zu berücksichtigen. A particularly advantageous embodiment would additionally determine such a quotient from one or more pixels which are located on the vessel from which the aneurysm branches off with its reciprocal to normalize the quotient of the image information inside the aneurysm and thereby to take into account changes in blood flow in the supplying vessel before, after or during therapy.
Eine weitere Ausführung kann in verschiedenen angiographischen Serien einen solchen Quotienten aus einem oder mehreren Bildpunkten aus zwei Regionen, die sich jeweils proximal und distal des Aneurysmas befinden, bilden und diese Größe vor und nach der Behandlung vergleichen. Damit kann der Einfluss, den das Aneurysma auf bestimmte periodische Signale an verschiedenen Orten im zuführenden Gefäß vor, nach oder während der Behandlung hat, quantifiziert werden. Für diese Ausführung kann es vorteilhaft sein, die Signale der proximalen und distalen Bildpunkte zunächst zu korrelieren und mit dem Ergebnis eine Frequenzzerlegung durchzuführen. Another embodiment may, in various angiographic series, form such a quotient of one or more pixels from two regions located proximal and distal of the aneurysm, respectively, and compare that size before and after treatment. Thus, the influence that the aneurysm has on certain periodic signals at different locations in the delivery vessel before, after, or during treatment can be quantified. For this embodiment, it may be advantageous to first correlate the signals of the proximal and distal pixels and to perform a frequency decomposition with the result.
Die Methodik ist unabhängig von der Anzahl und den numerischen Abständen der Frequenzen, die in der Zerlegung betrachtet werden. Zur Reduzierung der Varianz der geschätzten Größe eines Frequenzanteils in einem Signal kann es vorteilhaft sein, mehrere überlappende Frequenzzerlegungen des gleichen Signals oder von Signalen räumlich benachbarter Bildpunkte im Frequenzraum zu mitteln. The methodology is independent of the number and numerical spacing of the frequencies considered in the decomposition. To reduce the variance of the estimated magnitude of a frequency component in a signal, it may be advantageous to average a plurality of overlapping frequency divisions of the same signal or signals of spatially adjacent pixels in frequency space.
Falls zwischen benachbarten Bildpunkten eine Phasenverschiebung in Bezug auf eine bestimmte Frequenz festzustellen ist, kann diese ermittelt und durch rechteckige Fensterung der Signale eliminiert werden, um eine bessere Mittelung im Zeitraum zu erzielen. Von dieser Fensterung unabhängig kann eine Fensterung integriert werden, die beispielsweise die Frequenz- oder Amplitudenauflösung in der Frequenzzerlegung begünstigt. If a phase shift with respect to a certain frequency is detected between adjacent pixels, this can be determined and eliminated by rectangular windowing of the signals in order to achieve a better averaging in the time period. Independently of this fenestration, a windowing can be integrated that, for example, favors the frequency or amplitude resolution in the frequency resolution.
Durch die Betrachtung vom Komplement von angiographischen Zeit-Intensitätskurven im Frequenzraum und der Nutzung dieser Betrachtung zur Ableitung quantifizierbarer Maße, können ein oder mehrere Kennwerte bestimmt werden, die auch zur Vorhersage eines Therapieerfolges nach endovaskulärer Aneurysmenbehandlung dienen können. Gegenüber der einleitend geschilderten, heute in der klinischen Praxis überwiegend angewandten Methode, ist die Objektivität gesteigert und es können auch Veränderungen detektiert werden, die selbst für sehr gut ausgebildete Experten nur schwerlich mit bloßem Auge zu erkennen wären. Die betrachteten Merkmale bzw. Kennwerte können offengelegt und das berechnete Maß numerisch quantifiziert werden. Damit können weiter interventionelle Entscheidungsprozesse optimiert und auch retrospektiv nachvollziehbar gemacht werden. Außerdem kann ein solches Maß in klinischen Leitlinien Verwendung finden, was die Durchführung der Behandlung vereinfachen und den verantwortlichen Arzt absichern kann. By considering the complement of angiographic time-intensity curves in the frequency domain and using this approach to derive quantifiable measures, one or more characteristics can be determined which can also be used to predict therapeutic success after endovascular aneurysm treatment. Compared to the method described in the introduction, which is today predominantly used in clinical practice, the objectivity is increased and changes can be detected which would be difficult to detect with the naked eye, even for very well-trained experts. The characteristics or characteristics considered can be disclosed and the calculated measure quantified numerically. In this way further interventional decision-making processes can be optimized and made comprehensible retrospectively. In addition, such a measure may be used in clinical guidelines, which may facilitate the conduct of the treatment and secure the responsible physician.
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