DE3617126A1

DE3617126A1 - Verfahren zur bestimmung der stenose von blutgefaessen

Info

Publication number: DE3617126A1
Application number: DE19863617126
Authority: DE
Inventors: Yair Shimoni; Paul Fenster; Bilha Nissenson
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1987-01-02
Anticipated expiration: 2006-05-23
Also published as: IL78862A; DE3617126B4; NL193719C; IL78862A0; NL193719B; US4692864A; NL8601327A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bestimmung der Stenose von Blutgefäßen und insbesondere auf Verfahren zur Verwendung eines DSA-Gerätes (DSA = Digital Subtraction Angiography = Digital-Subtraktions-Angiographie) zur Bestimmung der Stenose von Blutgefäßen mit einem zuverlässigen Genauigkeitsgrad.

Ein Vorteil eines DSA-Gerätes besteht darin, daß es zur Bewertung von Herz- und Kreislaufkrankheiten verwendet werden kann. Ärzte und Kliniker haben versucht, DSA-Geräte zu verwenden, um quantitative Messungen der Stenose (Verengung der Blutgefäße) aufgrund von Ablagerungen an den Gefäßwandungen, oder in weiterem Sinne jede Verengung der Blutgefäße zu unterstützen. Bis jetzt haben sich jedoch solche Messungen nicht als zuverlässig herausgestellt. Es wird beispielsweise auf einen Aufsatz von Kruger R.A., Anderson R.E., Koehler R., Nelson J.A., Sorenson J.A. und Morgan T. mit dem Titel "The Non-Invasive Evaluation of Cardiovascular Dynamics Using a Radiographic Device" in Band 139, Radiology, Seiten 301 ff (1981) verwiesen. Ein weiterer Aufsatz, der sich mit dem gleichen Gegenstand befaßt, stammt von Peck W.W., Slutsky R.A., Brahme F. und Higgins C.B., mit dem Titel "Assessment of Quantitative Indices of Arterial Stenosis Derived from Intravenous Digital Subtraction Angiography", erschienen in American Heart Journal im Sept. 1984, Seiten 591 ff.

Der Parameter, der üblicherweise verwendet wird, um Stenose zu quantifizieren, ist das Flächenverhältnis:

S = (An-As) / An

wobei An die Querschnittsfläche an einer "normalen" Stelle und As die Querschnittsfläche an einer stenotischen Stelle ist.

Stenose, wie sie oben bezeichnet ist, ergibt sich üblicherweise aus Ablagerungen (meist Fetten, die manchmal als "Schuppen" bezeichnet werden) an den Wandungen der Blutgefäße. Diese Ablagerungen bewirken eine Verengung der Öffnung, durch die Blut fließt, wodurch der Blutfluß in das Organ, das durch die Blutgefäße gespeist wird, verringert wird. Diese Ablagerungen sind jedoch sehr unregelmäßig; sie treten an willkürlichen Stellen längs des Gefäßes auf, und da, wo sie auftreten, erscheinen sie in unterschiedlichen Winkelpositionen. Somit wird der Querschnitt des Blutgefäßes, der in gesundem Zustand kreisförmig ist und keine Ablagerungen an den Wänden hat, unregelmäßig; die kreisförmige Gestalt ergibt sich aufgrund der kombinierten Wirkung der natürlichen Elastizität des Wandgewebes und des vom Blut ausgeübten Druckes.

In dem subtrahierten Bild werden Pixels Zahlen entsprechend der Menge an Kontrastmedium (strahlenundurchlässiger Farbstoff) längs der Sichtlinie von der Röntgenstrahlquelle zu dem Teil des Bildverstärkers zugeordnet, der dem Pixel entspricht. Diese Zahlen werden als "Dichten" bezeichnet, einerseits zu Abkürzungszwecken und andererseits aus historischen Gründen. Beispielsweise haben die Pixels in den Blutgefäßen einen hohen Dichtewert, während sie außerhalb der Blutgefäße Werte geringer Dichte haben. Wenn das Blutgefäß einen Teil des Pixels passiert, liegt die zugeordnete Dichtezahl irgendwo zwischen einem Pegel höchster Dichte und einem Pegel niedrigster Dichte. Die Pixels ohne einen Teil eines Blutgefäßes haben die Werte niedrigster Dichte. Die Pixels, die vollständig von einem Blutgefäß bedeckt sind, haben die Werte höchster Dichte. In Wirklichkeit sind die Werte des Kontrastmediums längs der Sichtlinie proportional dem Produkt der Opazitätsdichte des Kontrastmediums und dem Abstand, der durch die Röntgenstrahl-Sichtlinie innerhalb des Kontrastmediums durchlaufen wird. Der Ausdruck "Dichte" kann jedoch irreführend sein, da die Opazitätsdichte als konstant angenommen werden kann; wenn diese Annahme zutreffend ist, ist der Werte des Kontrastmediums tatsächlich proportional dem oben erwähnten Abstand. Dieser Abstand ist üblicherweise senkrecht zur Ebene des Bildes und ergibt somit eine Information über die dritte (nicht sichtbare) Information. Je dicker das Blutgefäß ist, desto höher sind die Dichtewerte der Pixels, die durch diese Blutgefäße bedeckt sind.

Bekannte Verfahren zum Quantifizieren der Stenose können in geometrische und densitometrische Verfahren eingeteilt werden. Die geometrischen Verfahren basieren auf Messungen der Größe der Blutgefäßdurchgänge nur in der Röntgenstrahlbildebene. Die densitometrischen Verfahren basieren zusätzlich auf den "Dichte"-Datenmessungen (eigentlich der Dicke) der Blutgefäßdurchgänge und des Hintergrundes in den Röntgenstrahlbildern. Jede Messung, die nur die Lage (x,y) der ausgewählten Pixels verwendet, wird als geometrisch bezeichnet, während Messungen, die die zusätzliche Dichteinformation in den Pixels verwenden, als densitometrisch bezeichnet werden.

Alle bekannten geometrischen Methoden haben diesen Nachteil eines unregelmäßigen Querschnittes des Blutgefäßes, wie vorstehend beschrieben, da sie eine kleine Anzahl von Ansichten (üblicherweise nur eine) des Gefäßes verwenden und eine regelmäßige Gestalt unterstellen (kreisförmig für Einzelansichten, elliptisch für zwei Ansichten). Wenn beispielsweise der Querschnitt eines stenotischen Blutgefäßes eine längliche Form hat, wird, wenn die stenotische Stelle betrachtet wird, so daß die kurze Seite des verbleibenden Durchganges oder die Öffnung des Blutgefäßes dem Betrachter zugewandt ist, die geometrische Methode die Querschnittsfläche unterschätzen (manchmal sehr erheblich), und damit die Stenose überschätzen. Umgekehrt, wenn die lange Seite dem Betrachter zugewandt ist, tendiert die geometrische Methode dazu, die Querschnittsfläche zu überschätzen und manchmal die Stenose vollständig zu übersehen.

Densitometrische Methoden haben üblicherweise den Nachteil von Digitalisierungsfehlern und darüberliegendem (darunterliegendem) Hintergrund. Dies bedeutet, daß zu wenige Punkte (Pixels = Bildelemente, die aus der Digitalisierung des DSA-Bildes abgeleitet werden) über das Blutgefäß für eine gute Anpassung an eine mathematische Funktion vorhanden sind, und die Hintergrunddichte (auf Grund von darunterliegenden und darüberliegenden Gefäßen, die unterhalb des Auflösungsschwellwertes sind, durch Streuung von anderem Gewebe und dgl.) macht eine direkte Integration ungenau. In beiden Fällen beeinflussen Quantumgeräusche die Resultate sowohl durch willkürliches Modifizieren der Werte selbst als durch willkürliches Schwingen der Blutgefäßränder, wobei es schwierig ist, festzulegen, wo die Messung, Integrierung oder Anpassung beginnt.

Alle derzeit bekannten Methoden zum Quantifizieren der Stenose werden von den Klinikern, Ärzten und Diagnostikern als unbrauchbar angesehen. Die Wiederholung der Messung durch zwei Beobachter und selbst durch den gleichen Beobachter zu einem späteren Zeitpunkt ergibt weitgehend unterschiedliche quantitative Resultate.

Obgleich die Auffassung besteht, daß es wichtiger ist, den Einfluss der Stenose auf den Blutfluß zu messen (die "Bedeutung" der Stenose), wird es als wichtig angesehen, die Möglichkeit zu schaffen, eine quantitative Messung der Stenose zu erzielen, die unabhängig vom Beobachter ist und die relativ unempfindlich in bezug auf die Genauigkeit des manuellen Teiles des Vorganges ist.

Eion grundsätzlich anderes Problem ist die Definition der vorerwähnten "normalen" Querschnittsfläche. Es wird die Querschnittsfläche des Blutgefäßes ohne Stenose benötigt. Dies ist eine idealisierte Größe, die nicht gemessen werden kann, und es ist eine gewisse Annäherung zu wählen.

Es kann ein "Atlas" von Blutgefäßen zusammengestellt werden, der die "normalen" Querschnittsflächen an jedem Punkt (oder an ausgewählten Punkten) wiedergibt. Die normale menschliche Variabilität kombiniert mit normalen Änderungen in der Abbildungspraxis (Größe des Bildverstärkers, Abstand der Röntgenstrahlquelle und/oder Detektor) machen dies jedoch praktisch nicht möglich. Der Maßstabsfaktor zwischen dem Körper und der Abbildung hängt von der exakten Tiefe des Gefäßes innerhalb des Körpers ab, und es können nur Zahlen proportional der Querschnittsfläche abgeleitet werden.

Die meisten bekannten Verfahren verwenden als eine Annäherung an die "normale" Querschnittsfläche eine Messung der Querschnittsfläche an einem nahegelegenen Teil des Blutgefäßes, der von dem Arzt als "normal" angesehen wird.

Diese Methode hat vor allem folgende Nachteile:

A) Der ausgewählte Teil kann trotzdem beeinflußt sein. Er kann leicht stenotisch sein, und zwar um einen Betrag, der vom Arzt nicht wahrgenommen wird, der jedoch die Quantisierung der Stenose beeinflussen kann. Er kann auch aneurismisch (ausgeweitet) sein, und zwar aufgrund einer Erhöhung des Blutdruckes und einer Behinderung des freien Flußes um einen Wert, der vom Arzt unbeachtet bleibt, jedoch das Ergebnis beeinflußt.
B) Die normale Form der Blutgefäße ist sich verjüngend, und beginnt mit einem sehr großen Durchmesser am Austritt aus dem Herzen (der Aorta) oder am Eingang in das Herz (die beiden Venenhöhlen), und wird fortschreitend enger mit zunehmendem Abstand vom Herzen. Diese Verengung erfolgt nicht kontinuierlich, sondern stufenweise oder absatzweise. Einige Abschnitte des Gefäßes haben nahezu konstanten Durchmesser, während andere verhältnismäßig rasch wechselnde Durchmesser besitzen. An den letztgenannten Abschnitten führt die Verwendung einer unterschiedlichen Stelle zur Messung der "normalen" Querschnittsfläche des stenotischen Teiles einen zusätzlichen Fehler ein.

Es besteht somit ein Bedarf an einer Quantifizierung der Stenose. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Quantifizieren der Stenose zu schaffen, das weitgehend unabhängig vom Betrachter ist und das in der Lage ist, Messungen zu verwenden, die durch nicht besonders geschulte Techniker vorgenommen werden. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem zuverlässige und wiederholbare Annäherungen an die "normalen" Querschnittsflächen erzielt werden.

Ein Verfahren unter Verwendung eines DSA-Gerätes zur Erzielung quantitativer Messungen der Stenose ist dadurch gekennzeichnet, daß
- ein DSA-Bild (in Dichtewerten oder ihren Komplementen) der vaskularen Stenose einschließlicher normaler vaskularer Teile auf beiden Seiten der Stenose erzeugt wird,
- eine erste Linie auf dem Bild im wesentlichen senkrecht zur Flußrichtung des Blutes an der Stelle, die die maximale Stenose hat, gezogen wird,
- diese erste Linie in eine Vielzahl von gleichen Segmenten unterteilt wird,
- sequentiell die Vielzahl von gleichen Segmenten beziffert wird, wobei die Zahlen Stellen längs der ersten Linie darstellen,
- ein Dichtewert für jedes der Segmente festgelegt wird,
- ein Dichteprofil auf der Basis der Dichtewerte in Abhängigkeit von den Segmentzahlen erzeugt wird, wobei das Profil einen maximalen Dichtewert in der Nähe der Stelle der Mitte des Blutgefäßes hat,
- eine Hintergrundlinie auf dem Dichteprofil festgelegt wird, indem repräsentative Randsegmente unter Verwendung eines ersten Segmentes, in welchem das erste Minimum auftritt, und Segmenten, die weiter von der Mitte des Blutgefäßes als die ersten Segmente entfernt sind, ausgewählt werden, und repräsentative Dichtewerte der Ränder unter Verwendung von Dichtewerten mit einem ersten Minimum und der Dichtewerte an den Segmenten, die weiter von der Mitte des Blutgefäßes als die ersten Segmente entfernt sind, ausgewählt werden,
- die Hintergrundlinie durch Punkte gezogen wird, die durch die repräsentativen Dichtewerte und die repräsentativen Randsegmente bestimmt sind,
- Werte des Dichteprofiles von den Hintergrundlinienwerten für jedes der Segmente zur Erzielung zweiter Werte subtrahiert werden,
- ein neues Dichteprofil aus den zweiten Werten erzeugt wird,
- die Fläche unter dem neuen Profil zwischen den repräsentativen Randsegmenten bestimmt wird, wobei diese Fläche proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes an der Linie ist,
- die Schritte an einem Teil des Blutgefäßes, das als stenosefrei angesehen wird, vom Ziehen der ersten Linie ab wiederholt werden, um die Fläche unter dem neuen Profil festzulegen, und
- der an der Stelle des Blutgefäßes ohne Stenose bestimmte Wert mit dem Wert verglichen wird, der an der Stelle bestimmt wird, die die maximale Stenose hat, um den Prozentanteil der Stenose zu bestimmen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Stenose quantitativ in der Weise gemessen, daß
ein Dichteprofil des Blutgefäßes an einer Stelle der Stenose erstellt wird,
der Hintergrund von dem Dichteprofil entfernt wird,
das Dichteprofil vermindert um den Hintergrund integriert wird, um einen Wert proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes an der Stelle der Stenose zu erhalten,
die obigen Schritte an einer normalen Stelle des Blutgefäßes wiederholt werden, um einen Wert proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes an einer normalen Stelle zu bestimmen, und
die Querschnitte an der Stelle der Stenose und an den normalen Stellen miteinander verglichen werden, um den Prozentanteil der Stenose im Blutgefäß zu erhalten.

Des weiteren wird gemäß der Erfindung die Querschnittsfläche eines normalen Teiles des Blutgefäßes dadurch bestimmt, daß
Linien an normalen Stellen auf beiden Seiten des Stenoseteiles gezogen werden und die Querschnittsflächen des Blutgefäßes an den Linien zu beiden Seiten der Stenosefläche bestimmt werden,
die Querschnittsflächen gemittelt werden, und
die mittlere Querschnittsfläche als die normale Fläche des Blutgefäßes verwendet wird, um die normalen Änderungen der Querschnittsfläche längs des Blutgefäßes aufgrund der Verjüngung zu berücksichtigen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Methode zur Bestimmung der normalen Querschnittsfläche des Blutgefäßes dadurch verfeinert, daß auf jeder Seite der Stenosefläche eine Vielzahl von Linien verwendet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine idealisierte Liniendarstellung, die ein Pixel-DSA-Bild zeigt, das einer Liniendarstellung eines Blutgefäßes überlagert ist,

Fig. 1b eine ähnliche Darstellung eines Pixel-Bildes an einem DSA-Gerät eines Blutgefäßes, wobei das Blutgefäß in einer natürlicheren Mäanderform dargestellt ist,

Fig. 2 eine Liniendarstellung, die ein Pixel-DSA-Bild zeigt, das einer Liniendarstellung eines Blutgefäßes überlagert ist, das beispielsweise zeigt, wie ein Blutdichteprofil bestimmt wird,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Blutdichteprofiles,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des DSA-Bildhintergrundes vermindert um die Blutdichteprofilwerte nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines DSA-Systems zur Erzielung von Bildern, deren Pixelwerte linear von den Dichten abhängig sind, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Systems zur Bestimmung der Stenose.

Fig. 1a zeigt eine idealisierte Liniendarstellung eines Blutgefäßes, das einer Liniendarstellung eines durch Pixel- DSA erhaltenen Bildes überlagert ist. Das Blutgefäß ist mit 11 bezeichnet und weist eine Stenosefläche 12 auf; es hat ferner Linien, wie z.B. die Linie 13, die das Blutgefäß durchsetzen und die im wesentlichen senkrecht zum Blutstrom durch das Blutgefäß 11 gezogen sind. Wie in der DSA-Abbildungstechnik bekannt, wird ein Farbstoff in den Blutstrom injiziert, nachdem ein erstes Bild gemacht worden ist. Es werden das erste Bild und ein anschließendes Bild, nachdem der Farbstoff durch das Blutgefäß gewandert ist, voneinander abgezogen, so daß alles, was im Idealfall verbleibt, das Bild des gefärbten Blutes ist. Somit wird das vaskulare System bei der DSA-Abbildung hervorgehoben. Bisher hat es jedoch keine zuverlässige Möglichkeit gegeben, den prozentualen Anteil der Blockierung zu bestimmen, der in einem Blutgefäß aufgrund der Stenose aufgetreten ist. Fig. 1b zeigt ein Blutgefäß 14, das eine Liniendarstellung eines Blutgefäßes ist, das mäanderförmig nach Art tatsächlicher Blutgefäße verläuft. Blutgefäße verlaufen normalerweise nicht geradlinig und behalten nicht die gleiche Größe bei; vielmehr ändern sich Richtung und Größe der Blutgefäße normalerweise.

In Fig. 1b ist eine Fläche der Stenose 16 dargestellt. Eine Querlinie 17 ist durch die Mitte der Fläche der Stenose gezeichnet und weitere Linien 18 und 19 sind auf beiden Seiten der Querlinie 17 gezogen. Die Linien 18 und 19 verlaufen durch die als normal angesehenen Teile des Blutgefäßes. Die Querschnittsfläche des Blutgefäßes wird an jeder der Linien bei der Messung der Größe der Stenose im Blutgefäß bestimmt.

Fig. 2 zeigt, wie ein Dichteprofil längs der Querlinie erzielt wird. In Fig. 2 sind die Pixels mit Lagezahlen dargestellt, d.h., die Pixels sind jeweils mit X- und Y-Lageziffern von 0 bis 10 gezeigt. Beispielsweise wird ein Cursor in das Pixel eingesetzt, das im wesentlichen die Mitte des Blutgefäßes an der Stelle maximaler Stenose ist. Von dort wird der Cursor auf ein Pixel auf einer imaginären geraden Linie bewegt, die im wesentlichen senkrecht zum Blutstrom durch das Blutgefäß steht.

Die Querlinien, die durch das Blutgefäß gezogen sind, werden dann in gleiche Segmente unterteilt. Ein zweckmäßiges Maß, mit welchem die Punkte getrennt werden, ist die Länge eines Pixel. Beispielsweise wird die Linie 21 in Fig. 2 auf dem Stenoseteil 22 des Blutgefäßes 23 in Segmente, z.B. die Segmente 24 unterteilt. Jedes der Segmente hat eine Länge gleich der Länge eines Pixel.

Jedes Segment ist einer Folgezahl zugeordnet. Diese Folgezahlen sind auf die Lage des Segmentes längs der Querlinie bezogen. Im obigen Beispiel ist dem Pixel, das als die Mitte des Blutgefäßes ausgewählt ist, die Ziffer "0" gegeben. Andererseits kann das Pixel am Ende der Linie die Ziffer "1" erhalten (beide Bezifferungssysteme sind längs der Abszisse in Fig. 3 gezeigt).

Den Segmenten sind Dichtewerte zugeordnet. Es können unterschiedliche Methoden verwendet werden, um den Segmenten die Dichtewerte zuzuordnen. Beispielsweise kann der dem Segment zugeordnete Wert der des Pixel sein, in welchem die Segmentmitte angeordnet ist, oder aber die Werte eines imaginären neuen Pixel, die um das Segment gezogen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zugeordnete Wert des Pixel, dessen Mitte am nächsten der Mitte der Segmente liegt, als der Dichtewert dieses Segmentes verwendet. Wenn die Mitte des Segmentes den gleichen Abstand zwischen den beiden Pixelmitten hat, nimmt das Segment den Mittelwert der Pixel ein.

Die Kurve nach Fig. 3 geht von einem maximalen Dichtewert in der Nähe des Mittelpunktes auf einen ersten lokalen minimalen Dichtewert an jeder Seite über, wobei mehr als ein lokales Minimum vorhanden sein kann. Das erste lokale Minimum bestimmt die Ränder des Blutgefäßes, und sie sind durch Pfeile in Fig. 3 markiert. Die Pfeile nach Fig. 3 markieren den Rand des Blutgefäßes. Wenn kein Hintergrund in dem Röntgenstrahlbild, z.B. die Überbleibsel oder andere Objekte nach der Subtraktion, vorhanden ist, sind beide minimalen Dichtewerte gleich vernachlässigbarem Geräusch.

Die Randstellen können ferner zum geometrischen Bestimmen der Querschnittsflächen des Blutgefäßes im Rahmen vorliegender Erfindung verwendet werden. Tatsächlich ist jedoch Hintergrund und Geräusch vorhanden. Die bevorzugte Methode nach vorliegender Erfindung ermöglicht eine Kompensation des Hintergrundes selbst bei Vorhandensein von Geräusch unter Verwendung der Hintergrundlinienbestimmung.

Insbesondere wird bei einer Bewegung längs der Querlinie von dem maximalen Dichtepunkt weg ein erster Dichtepunkt erreicht, kurz nachdem die Querlinie über das Blutgefäß auf jeder Seite verlaufen ist. Die Dichtewerte eines jeden Minimum-Segmentes und einiger Segmente nach diesen Minima werden bei einer bevorzugten Ausführungsform gemittelt, um einen Dichtewert zu erzielen, der für den Randdichtewert des Blutgefäßes auf jeder Seite repräsentativ ist. Die mittlere Dichte wird durch Quantumgeräusch weniger beeinflußt als der ungemittelte minimale Dichtewert.

Für den Rand des Blutgefäßes wird ferner eine repräsentative Stelle ausgewählt. Beispielsweise können die Stellen der Segmente bei dem ersten Minimum oder bei dem kleinsten Minimum verwendet werden. Es kann aber auch ein Mittelwert der Stellen der Segmente verwendet werden, die zur Bestimmung des repräsentativen Mittelwertes dienen. Die Punkte, die durch die repräsentativen Dichtewerte und Stellen der Ränder des Blutgefäßes definiert werden, werden durch eine gerade Linie miteinander verbunden, die anschließend als die "Hintergrundlinie" bezeichnet wird. Die Hintergrundlinie ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.

Nachdem das Blutdichteprofil und die Hintergrundlinie erhalten worden sind, werden die Werte des Blutdichteprofils von den Werten der Hintergrundlinie subtrahiert. D.h., die Werte der Hintergrundlinie bei jedem Segment werden von den Werten des Blutdichteprofiles subtrahiert, um ein Profil der Hintergrundwerte vermindert um die Dichtewerte zu erhalten. Diese Kurve ist in Fig. 4 dargestellt. Die Werte außerhalb der Schnittstelle der Hintergrundlinie und des Blutdichteprofiles werden als Null behandelt.

Die Fläche unterhalb der Kurve nach Fig. 4 ist eine Zahl, die proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes in der Ebene senkrecht zu dem Blutstrom ist, der die Querlinie einschließt. Somit ergibt die Fläche unterhalb der Kurve nach Fig. 4 einen numerischen Wert, der proportional der offenen Querschnittsfläche des Blutgefäßes an der Stelle maximaler Stenose ist, wie durch die Linie 21 der Fig. 2 ausgewählt.

Um das Stenoseverhältnis bzw. den Prozentanteil der Stenose zu erhalten, ist es erforderlich, auch die Querschnittsfläche des Blutgefäßes an einer normalen Stelle, d.h. ohne Stenose, zu bestimmen. Dies geschieht bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß folgende Schritte an einem normalen Teil des Blutgefäßes wiederholt werden:

Ziehen der Querlinie senkrecht zum Blutfluß,
Einteilung der Querlinie in Segmente gleicher Größe,
Zuordnen einer Folgezahl zu den Segmenten, wobei die Folgezahlen jeweils auf die Lage der Segmente bezogen sind,
Zuordnen von Dichtewerten zu den Segmenten,
Erzeugen eines ersten Dichteprofils,
Bestimmen der Ränder des Blutgefäßes,
Zuordnen repräsentativer Segmentzahlen zu den Rändern,
Zuordnen repräsentativer Dichtewerte zu den Rändern des Blutgefäßes, wobei die repräsentativen Segmentzahlen und Dichtewerte Punkte definieren, die entgegengesetzte Ränder des Blutgefäßes repräsentieren,
Subtrahieren der Dichtewerte der Hintergrundlinie aus den Dichtewerten des ersten Dichteprofiles,
Erzeugen eines neuen Hintergrundes vermindert um das Dichtewertprofil aus den erhaltenen Werten, und
Bestimmen der Fläche unterhalb des neuen Profiles, die eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes in einer Ebene ist, die die Querlinie einschließt, und die senkrecht zum Blutfluß in dem ausgewählten normalen Teil des zu analysierenden Blutgefäßes liegt.

Diese Schritte können für eine dritte Querlinie (oder mehr) wiederholt werden, vorzugsweise auf der anderen Seite der Stenose. Bei den zweiten und dritten Querlinien werden Zahlen proportional der Querschnittsfläche des normalen Blutgefäßes erhalten. Die Differenz zwischen den Zahlen proportional der Querschnittsfläche an einem normalen Teil des Blutgefäßes und der Querschnittsfläche an der Stenose wird durch die Zahl proportional der Querschnittsfläche des normalen Teiles des Blutgefäßes dividiert, um ein zuverlässiges Stenoseverhältnis zu erhalten.

Üblicherweise werden zwei äußere Querlinien verwendet, weil beispielsweise das Blutgefäß in normaler Weise in der Größe abnehmen kann. Wenn nur eine Querlinie zusätzlich zu der Querlinie verwendet wird, die an einer Stelle plaziert wird, an der eine Stenose vorzuliegen scheint, und die eine Linie auf der Seite des Blutgefäßes ist, die normalerweise größer als das Blutgefäß ist, kann der stenotische Teil dann, wenn tatsächlich eine geringe Verkleinerung der Querschnittsfläche vorliegt, als eine ernsthafte Stenose erscheinen. Wenn die zweite Querlinie andererseits auf der Seite der vermeintlichen Stenose wäre, an der das Blutgefäß natürlicherweise im Querschnitt kleiner ist, dann könnte eine ernsthafte Stenose als unbedeutend analysiert werden. Durch Verwendung einer Querlinie auf jeder Seite eines Bereiches, der als Stenose erscheint, wird eine zuverlässigere Diagnose der Stenose erzielt. Dies kann weiter dadurch verbessert werden, daß mehrere Querlinien an normalen Stellen auf jeder Seite der Fläche der scheinbaren Stenose verwendet werden.

Das digitale Fluorographiesystem 41 nach Fig. 5 ist ein Beispiel für ein System, das zur Bestimmung der Stenose von Blutgefäßen verwendet werden kann. Das System weist eine Röntgenstrahlquelle 42 auf, die durchdringende Strahlen durch einen Patienten 43 richtet. Die Strahlung, die durch den Patienten geführt wird, wird durch den Bildverstärker 44 angezeigt. Das Bild des Verstärkers wird durch eine optische Vorrichtung 46 auf eine Videokamera 47 gerichtet, die das Bild elektronisch abtastet. Der lagebezogene analoge Ausgang der Kamera wird durch einen logarithmischen Verstärker 48 verstärkt, um ein Signal zu erzeugen, das eine Funktion einer konstanten Größe vermindert um die Dichte der Körperteile im Pfad der Strahlung ist. Ohne den logarithmischen Verstärker ist das Analogsignal eine exponentielle Funktion, d.h. e-(c-d), wobei c eine konstante Größe und d die Dichte der Objekte in dem Röntgenstrahlpfad ist.

Der lagebezogene Analogausgang wird in ein lagebezogenes digitales Signal im Analog/Digital-Umwandler 49 geändert. Das digitale Signal ergibt die Daten für das Bild auf dem Monitor 51. Eine Speichervorrichtung 52 ist zur Verwendung in dem System vorgesehen; das System wird durch einen Prozessor 53 gesteuert.

Funktionen des Prozessors sind in dem Blockschaltbild nach Fig. 6 dargestellt. Die Bildspeichervorrichtung 52 ergibt Dichtewerte für Bilder, bevor und nachdem Kontrastmaterial in den Patienten eingeführt worden ist. Die Bilder werden subtrahiert, wie durch Block 98 dargestellt. Die Differenzbilder des Blockes 99 werden für die quantitative Stenosemessung nach der Erfindung verwendet.

Zu Beginn der Stenosebestimmung wird eine erste Querlinie an der Stelle maximaler, scheinbarer Stenose positioniert, wie durch die Einheit 100 angezeigt. Ein erstes Dichteprofil wird durch die Einheit 102 in Verbindung mit dem Segmentdimensionierer 101 erzeugt, der die Linie der Einheit 100 in Segmente teilt. Auf diese Weise wird ein Dichteprofil der Stenosefläche erhalten.

Es sind Mittel vorgesehen, um die Hintergrundlinien zu erzielen. Insbesondere wird mindestens ein Maximum lokalisiert, wie mit Einheit 103 dargestellt. Die Fig. 6 zeigt, daß ein rechter und ein linker minimaler Dichtewert durch die Einheiten 104 und 105 lokalisiert wird. Die repräsentativen Segmentlagezahlen und Dichtewerte für die minimalen Punkte werden dann durch Mittelung der Dichtewerte und Segmentzahlen von Segmenten über die Segmente hinaus, die minimale Dichtewerte haben, die mit den Einheiten 106 und 107 angedeutet, zugeordnet. Die Zuordnungen ergeben zwei Punkte, die die mit der Einheit 108 angezeigte Hintergrundlinie definieren.

Das Profil der Einheit 102 wird von der Hintergrundlinie der Einheit 108 subtrahiert, wie mit 109 dargestellt, damit das neue Profil in der Einheit 110 erhalten wird. Die Fläche unterhalb des neuen Profils wird durch den Integrator 111 als Zahl bestimmt, die proportional der Querschnittsfläche 112 an dem durch Stenose beeinflußten Teil des Blutgefäßes ist. Diese Zahl wird im Speicher 120 gespeichert.

Das System wiederholt dann den Vorgang, um die Zahl zu bestimmen, die proportional der Querschnittsfläche eines normalen Teiles des Blutgefäßes ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Positionierung der Querlinie und die Formung eines Dichteprofils an einer Stelle an mindestens einem normalen Teil des Blutgefäßes und vorzugsweise an zwei normalen Teilen des Blutgefäßes, und zwar jeweils eines Teiles an jeder Seite der Stenose, wiederholt wird.

In Fig. 6 ist diese Wiederholung der Schritte durch eine Bestimmung an der Einheit 121 angedeutet, wenn die Querschnittsflächenbestimmung der Einheit 112 eine erste Bestimmung ist. Ist dies der Fall, werden die Linienpositionierung und weitere Vorgänge wiederholt, wie durch die Einheit 122 angezeigt. Wenn der Wert der Querschnittsfläche nach der Einheit 112 eine erste Bestimmung ist, erfolgt eine Entscheidung in der Einheit 122, um eine neue Querlinie am normalen Teil des Blutgefäßes auf der anderen Seite der Stenose zu plazieren.

Wenn die Entscheidung auf keine Wiederholung lautet, werden die proportionalen Werte der Querschnittsfläche im Speicher 120 mit Ausnahme des ersten Wertes in der Einheit 123 gemittelt. Der erste Wert wird von dem gemittelten (normalen) Wert in der Einheit 124 subtrahiert. Die Differenz wird durch den normalen Wert in der Einheit 126 dividiert, damit der Wert des Stenoseverhältnisses an der Einheit 127 erzielt wird.

In der Praxis wird der Prozentanteil der Stenose dadurch erreicht, daß ein DSA-Bild des Blutgefäßes erhalten wird. Eine erste Querlinie wird dann auf dem Bild des Blutgefäßes an einer scheinbaren oder vermuteten Fläche der Stenose positioniert. Die Linie wird in gleiche Segmente unterteilt. Die Segmente werden mit lagedefinierenden Zahlen versehen. Dichtewerte werden den Segmenten auf der Basis der Dichtesignalewerte des Bildes an den Segmenten zugeordnet. In der zeichnerischen Darstellung nach Fig. 3 ist ein Blutdichteprofil durch Auftragen einer konstanten Größe minus der Dichte in Abhängigkeit von der Position gezeichnet. Der Hintergrund des Blutgefäß-Dichteprofiles wird festgestellt. Ein Subtraktionsvorgang dient zum Eliminieren des Hintergrundes, und es wird eine neue Profilkurve gezogen, die das Dichteprofil ohne den Hintergrund darstellt. Die neue Kurve wird integriert, um die Fläche unterhalb der Kurve in Form einer Zahl zu erhalten, die proportional der Querschnittsfläche des Blutgefäßes ist. Diese Schritte werden mindestens an einer Fläche des Blutgefäßes wiederholt, die normal erscheint, um ein Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche an der Stenose und an einem als normal angenommenen Teil des Blutgefäßes zu erzielen. Um den Vorgang zu verfeinern, können mehrere Linien angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Verwendung eines Digital-Subtraktions- Angiographie-Gerätes (DSA-Gerätes) zur Erzielung von quantitativen Messungen der Stenose, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein DSA-Pixel-Bild eines Blutgefäßes erzeugt wird, das einen stenotischen Teil und einen normalen Teil des Blutgefäßes enthält,

- eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes bestimmt wird, der an dem stenotischen Teil des Blutgefäßes durch das Blutgefäß fließt,

- eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes bestimmt wird, der an dem normalen Teil des Blutgefäßes durch das Blutgefäß fließt,

- die Bestimmung einer Zahl proportional der Querschnittsfläche des durchströmenden Blutes die Schritte umfaßt,

daß ein Dichteprofil über das Blutgefäß erzeugt wird, daß die Ränder des Blutgefäßes an dem Profil angezeigt werden,

daß der restliche Dichtehintergrund längs des Profiles bewertet wird,

daß die Gesamtdichte für den restlichen Hintergrund kompensiert wird, und

daß die kompensierten Gesamtwerte zur quantitativen Bestimmung der Stenose verwendet werden.

2. Verfahren zur Verwendung eines Digital-Subtraktions- Angiographie-Gerätes (DSA-Gerätes) zur Erzielung quantitativer Messungen der Stenose, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein DSA-Pixelbild eines Blutgefäßes erzeugt wird, das einen stenotischen Teil und einen normalen Teil des Blutgefäßes einschließt,

- das Dichteprofil für den restlichen Hintergrund kompensiert wird,

- die gesamte kompensierte Dichte längs des Profiles zwischen den Rändern ermittelt wird, und

- der kompensierte Gesamtwert zur quantitativen Bestimmung der Stenose verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung der kompensierten Gesamtwerte die Verwendung der kompensierten Gesamtwerte zur Bestimmung eines Stenoseverhältnisses umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stenoseverhältnis dadurch bestimmt wird, daß der kompensierte Gesamtwert für den stenotischen Teil aus dem kompensierten Gesamtwert für den normalen Teil subtrahiert und die Differenz durch den kompensierten Gesamtwert für den normalen Teil dividiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Dichteprofiles

- eine Querlinie etwa senkrecht zum Blutstrom an einem ausgewählten Teil des Blutgefäßes bestimmt wird,

- die Querlinie in Segmente gleicher Länge unterteilt wird,

- den Segmenten sequentielle Zahlen bzw. Ziffern zugeordnet werden, die Lagen längs der Querlinie darstellen,

- den Segmenten Dichtepegel zugeordnet werden, die auf den Dichtewerten der Pixels basieren, welche von den Segmenten in dem Pixel-Bild durchlaufen werden, und

- die zugeordneten Segmentzahlen und Dichtepegel verwendet werden, um ein Blutdichteprofil des Blutgefäßes an der Querlinie zu erzielen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung einer Zahl proportional der Querschnittsfläche an dem normalen Teil die Verwendung einer Vielzahl von Querlinien umfaßt, welche alle im wesentlichen senkrecht zu dem Blutstrom an Teilen des Bildes liegen, an denen das Blutgefäß als normal angesehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Querlinie auf jeder Seite der Stenose gezogen wird, und daß die Zahlen proportional den Querschnittsflächen an der mindestens einen Querlinie auf jeder Seite der Stenose gemittelt werden, damit die Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes an dem normalen Teil des Blutgefäßes erzielt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Blutgefäßes dadurch angezeigt werden, daß als Randstellen die Segmente an dem ersten Wert minimaler Dichte auf jeder Seite der Stelle des Wertes maximaler Dichte ausgewählt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Blutgefäßes dadurch angezeigt werden, daß als Randstellen die Segmente an dem Minimum minimaler Dichte auf jeder Seite des Wertes maximaler Dichte ausgewählt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil zuerst geglättet wird, damit nur eine Stelle maximaler Dichte vorhanden ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwert verwendet wird, der nur solche Werte minimaler Dichte zuläßt, die unterhalb des Schwellwertes liegen.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Dichtehintergrund dadurch bewertet wird, daß Segmente der Querlinie ausgewählt werden, die weiter von der Stelle maximaler Dichte entfernt sind als die Randstelle an jeder Seite, und daß eine Funktion dem Dichtewert an den ausgewählten Segmenten und den Randstellen angepaßt wird, wobei diese Funktion den Hintergrund des Blutdichteprofils repräsentiert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion eine lineare Funktion ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Anpassung die Verwendung mindestens einer quadratischen Anpassung umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß repräsentative Dichtewerte dadurch ermittelt werden, daß der Dichtewert an den Randstellen und der Wert der Dichte an Segmenten verwendet wird, die weiter von der Stelle maximaler Dichte als die Randstelle entfernt sind, und daß repräsentative Stellen dadurch gefunden werden, daß die Segmentzahlen des Randstellensegmentes und die Segmente, die weiter als das Randstellensegment entfernt sind, ermittelt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die repräsentativen Stellen und die repräsentativen Dichtewerte auf jeder Seite des maximalen Dichtewertes verwendet werden, um den restlichen Dichtehintergrund längs des Profiles zu bewerten, und daß das Bewerten des restlichen Dichtehintergrundes längs des Profiles die Verwendung der repräsentativen Stellen und der repräsentativen Dichtewerte umfaßt, um eine lineare Funktion zu bestimmen, die den Hintergrund des Blutdichteprofils repräsentiert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Funktion die repräsentativen Dichtewerte an den entsprechenden repräsentativen Stellen ergibt.

18. Verfahren nach Anspruch 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hintergrundwert jedem Segment der Querlinie zugeordnet wird, und daß der Hintergrundwert auf den Werten basiert, die sich durch die lineare Funktion an diesem Segment ergeben.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichteprofil dadurch kompensiert wird, daß Differenzen erzielt werden, indem der Hintergrundwert, der jedem Segment der Querlinie zugeordnet ist, von dem Dichtewert, der dem entsprechenden Segment zugeordnet ist, subtrahiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente, die weiter von der Stelle maximaler Dichte entfernt sind als die Randstelle, den Wert Null zugeordnet erhalten.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffinden der gesamten kompensierten Dichte längs des Profiles das Summieren der Differenzen umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierung aus einer Summierung zwischen den Randstellen besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdichte für den restlichen Hintergrund dadurch kompensiert wird, daß der Gesamthintergrund zwischen den Rändern ermittelt und der Gesamthintergrund von der Gesamtdichte subtrahiert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamthintergrund dadurch ermittelt wird, daß die Hintergrundwerte, die den Segmenten der Querlinie zwischen den Randstellen zugeordnet sind, summiert werden.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamthintergrund dadurch ermittelt wird, daß die lineare Funktion zwischen den Randstellen analytisch integriert wird.

26. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente, die von dem Wert maximaler Dichte weiter als die Randstelle entfernt sind, aus den Segmenten bestehen, die sequentiell an die Randstelle anschließen.

27. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die repräsentativen Werte dadurch ermittelt werden, daß die Geräuscheinflüsse reduziert werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuscheffekte dadurch reduziert werden, daß die Dichtewerte an den Randstellen und an den Segmenten, die weiter als die Randstelle von der Stelle maximaler Dichte entfernt sind und auf der gleichen Seite der maximalen Dichte liegen wie die Randstelle, gemittelt werden.

29. Verfahren zur Verwendung eines Digital-Subtraktions- Angiographie-Gerätes (DSA-Gerätes) zur Erzielung von quantitativen Messungen der Stenose, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein DSA-Pixel-Bild des Blutgefäßes einschließlich eines stenotischen Teiles und eines normalen Teiles des Blutgefäßes erstellt wird,

- eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes, der durch das Blutgefäß fließt, an dem stenotischen Teil des Blutgefäßes bestimmt wird,

- eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes, der durch das Blutgefäß fließt, an dem normalen Teil des Blutgefäßes bestimmt wird,

- eine Zahl proportional der Querschnittsfläche des Blutstromes dadurch bestimmt wird,
daß ein Dichteprofil an dem Blutgefäß erzeugt wird,
daß der Rand des Blutgefäßes an dem Profil angezeigt wird,
daß der Abstand zwischen den Rändern zur Erzielung der Zahlen proportional den Querschnittsflächen des Blutgefäßes verwendet wird, und
daß die Zahlen zum quantitativen Bestimmen der Stenose verwendet werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung des Abstandes das Multiplizieren des Abstandes quadriert um eine Konstante umfaßt.