DE10064768A1 - Verfahren zur Untersuchung eines Lebewesens mittels eines bildgebenden Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Untersuchung eines Lebewesens mittels eines bildgebenden VerfahrensInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Lebewesens mittels eines bildgebenden Verfahrens, unter Ermittlung der Konzentration Kontrastmittels in einer in zeitlich aufeinanderfolgenden gewonnenen Bildern dargestellten interessierenden Region (Region Of Interest = ROI) eines Lebewesens, aufweisend die Verfahrensschritte, dass für die einzelnen Bilder bezüglich der ROI ein Histogramm der quantitativen Werte einer mittels eines bildgebenden Verfahrens ermittelbaren physikalischen Eigenschaft erstellt wird und die Kontrastmittelkonzentration in der ROI auf Basis der Häufigkeit der in der ROI vorhandenen quantitativen Werte der physikalischen Eigenschaft ermittelt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines
Lebewesens mittels eines bildgebenden Verfahrens unter Er
mittlung des zeitlichen Verlaufs der Konzentration eines eine
mittels des bildgebenden Verfahrens bestimmbare physikalische
Eigenschaft aufweisenden Kontrastmittels in einer in zeitlich
aufeinanderfolgenden, mittels des bildgebenden Verfahrens un
ter Ermittlung quantitativer Werte der physikalischen Eigen
schaft gewonnenen Bildern dargestellten interessierenden Re
gion (Region Of Interest = ROI) eines Lebewesens.
Derartige Verfahren werden beispielsweise in der Röntgen-Com
putertomographie verwendet, um bei Vorliegen einer bestimmten
Kontrastmittelkonzentration in der ROI die eigentliche Unter
suchung starten zu können.
Dabei wird so vorgegangen, dass der Benutzer in einem bei Ab
wesenheit von Kontrastmittel aufgenommenen Referenzbild eine
den maßgeblichen anatomischen Bereich enthaltende, zum Bei
spiel kreisförmige ROI markiert und dass mit Beginn der Ver
abreichung von Kontrastmittel die zeitlich aufeinanderfolgen
den Bilder aufgenommen werden, wobei für jedes Bild bezüglich
der ROI der Mittelwert der physikalischen Eigenschaft ermit
telt und mit dem entsprechenden Mittelwert des ohne Kontrast
mittel aufgenommenen Bildes verglichen wird. Überschreitet
der Mittelwert eine vom Benutzer einstellbare Schwelle, so
wird die eigentliche Untersuchung ausgelöst.
Diese Vorgehensweise ist mit einer Reihe von Nachteilen ver
bunden:
- - Wenn der maßgebliche anatomische Bereich klein ist, ist es schwierig, die ROI zu markieren, wobei hinzu kommt, dass der maßgebliche anatomische Bereich oft erst bei Erreichen einer gewissen Kontrastmittelkonzentration klar erkennbar ist.
- - Unter Umständen ist es schwierig, den maßgeblichen anato mischen Bereich allein auf Grundlage anatomischer Informa tion, z. B. tumor- und gefäßfreie Zonen der Leber, auszuma chen.
- - Wenn der maßgebliche anatomische Bereich sich bewegt, bei spielsweise infolge der oder infolge von Schluckbewegungen oder infolge von Körperbewegungen des Patienten, kann der Mittelwert der physikalischen Eigenschaft erheblichen Schwankungen unterworfen sein, insbesondere, wenn sich in der Nähe der ROI anatomische Strukturen befinden, die hin sichtlich ihres Wertes der physikalischen Eigenschaft er heblich von dem im Bereich der ROI vorliegenden Mittelwert der physikalischen Eigenschaft abweichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, das die Markierung der ROI
vereinfacht und nach Möglichkeit weniger bewegungsempfindlich
ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver
fahren gemäß dem Patentanspruch 1.
Demnach wird die Kontrastmittelkonzentration, vorzugsweise
der zeitliche Verlauf der Kontrastmittelkonzentration, nicht
auf der Basis von Mittelwerten, sondern auf der Basis von
Histogrammen ermittelt, wobei infolge des Umstandes, dass in
den Histogrammen nicht nur ein Mittelwert, sondern für die
ROI die Häufigkeit desjenigen quantitativen Werts der physi
kalischen Eigenschaft, der dem des Kontrastmittels ent
spricht, bestimmt wird, ist anders als im Falle der Betrach
tung von Mittelwerten die Zunahme der Kontrastmittelkonzen
tration in der ROI klar erkennbar. Dies gilt selbst dann,
wenn die ROI wesentlich größer als der innerhalb der ROI be
findliche, maßgebliche anatomische Bereich ist, in dem sich
das Kontrastmittel anreichert.
So besteht beispielsweise die Möglichkeit, den zeitlichen
Verlauf der Position einer parallel zu der Häufigkeits-Achse
des Histogramms verlaufenden, einen definierten Anteil der
Gesamtfläche des Histogramms enthaltenden Bereich des
Histogramms abtrennenden Geraden als Maß für den zeitlichen
Verlauf der Kontrastmittelkonzentration zu ermitteln. Alter
nativ besteht auch die Möglichkeit, den zeitlichen Verlauf
der Position einer parallel zu der Häufigkeits-Achse des
Histogramms durch den Mittelwert eines durch eine parallel zu
der Häufigkeits-Achse des Histogramms verlaufende Gerade ab
getrennten definierten Anteil des Gesamtfläche des Histo
gramms enthaltenden Bereichs des Histogramms verlaufenden Ge
rade als Maß für den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittel
konzentration zu ermitteln. In beiden Fällen ist es möglich,
den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration selbst
dann zu ermitteln, wenn der maßgebliche anatomische Bereich
ohne das Vorliegen einer bestimmten Kontrastmittelkonzentra
tion praktisch nicht erkennbar ist, sofern es nur gelingt,
eine ROI zu markieren, die den maßgeblichen anatomischen Be
reich enthält. Welche der beiden genannten Möglichkeiten in
einem bestimmten Anwendungsfall zu bevorzugen ist, hängt
einerseits von dem Verhältnis der Größe der markierten ROI zu
der Größe des maßgeblichen anatomischen Bereichs und anderer
seits von dem Verhältnis der zu erwartenden Kontrastmittel
konzentration zu der Rauschamplitude ab.
Dabei entspricht der abgetrennte definierte Anteil der Ge
samtfläche des Histogramms Werten physikalischen Eigenschaft,
die oberhalb des bei Abwesenheit von Kontrastmittel dominie
renden Wertes der physikalischen Eigenschaft liegen, wenn der
zu dem Kontrastmittel gehörige Wert der physikalischen Eigen
schaft, so wie dies normalerweise der Fall ist, oberhalb des
bei Abwesenheit von Kontrastmittel dominierenden Wertes der
physikalischen Eigenschaft liegt, und andererseits Werten
physikalischen Eigenschaft, die unterhalb des bei Abwesenheit
von Kontrastmittel dominierenden Wertes der physikalischen
Eigenschaft liegen, wenn der zu dem Kontrastmittel gehörige
Wert der physikalischen Eigenschaft unterhalb des bei Abwe
senheit von Kontrastmittel dominierenden Wertes der physika
lischen Eigenschaft liegt.
In Fällen, in denen innerhalb der ROI vor der Durchführung
der Untersuchung keine anatomische Bereiche bekannt sind, in
denen eine bevorzugte eine hohe Kontrastmittelkonzentration
zu erwarten ist, ist gemäß einer Variante der Erfindung vor
gesehen, dass der zeitliche Verlauf des Mittelwertes oder des
Medianwertes eines mittleren Bereiches des Histogramms, der
durch eine parallel zu der Häufigkeits-Achse des Histogramms
verlaufende, einen einen oberen definierten Anteil der Ge
samtfläche des Histogramms enthaltenden Bereich des
Histogramms abtrennende Gerade und durch eine parallel zu der
Häufigkeits-Achse des Histogramms verlaufende, einen einen
definierten Anteil der Gesamtfläche des Histogramms enthal
tenden Bereich des Histogramms abtrennende Gerade begrenzt
ist, als Maß für den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittel
konzentration ermittelt wird, wobei der obere definierten An
teil der Gesamtfläche des Histogramms enthaltenden Bereich
Werten der physikalischen Eigenschaft entspricht, die ober
halb der dem mittleren Bereich des Histogramms entsprechenden
Werten der physikalischen Eigenschaft liegen, und der untere
definierten Anteil der Gesamtfläche des Histogramms enthal
tenden Bereich Werten der physikalischen Eigenschaft ent
spricht, die unterhalb der dem mittleren Bereich des Histo
gramms entsprechenden Werten der physikalischen Eigenschaft
liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die
Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Kontrastmittelkonzen
tration den Verfahrensschritt umfassen, dass bezüglich eines
vor der Verabreichung von Kontrastmittel erstellten Bildes
ein Histogramm erstellt wird, mit dem die zu den zeitlich
aufeinanderfolgenden Bildern gehörigen Histogramme jeweils,
z. B. durch Subtraktion, verglichen werden, wobei der zeitli
che Verlauf des Abstandes zwischen einem zu dem Kontrastmit
tel gehörigen Wert der physikalischen Eigenschaft und dem bei
Abwesenheit von Kontrastmittel dominierenden Wert der physi
kalischen Eigenschaft als Maß für den zeitlichen Verlauf der
Kontrastmittelkonzentration ermittelt wird. Dabei kann so
vorgegangen werden, dass das Histogramm bezüglich des vor der
Verabreichung von Kontrastmittel erstellten Bildes jeweils
von den zu den aufeinanderfolgenden Bildern gehörigen Histo
grammen subtrahiert wird. In diesem Falle erzeugt der zu dem
Kontrastmittel gehörige Wert der physikalischen Eigenschaft
ein positives und der bei Abwesenheit von Kontrastmittel do
minierende Wert der physikalischen Eigenschaft ein negatives
loakles Maximum in dem sich durch die Subtraktion jeweils er
gebenden resultierenden Histogramm. Die Auswertbarkeit des
resultierenden Histogramms lässt sich verbessern, wenn das
aus der Subtraktion resultierende Histogramm mit dem Histo
gramm bezüglich des vor der Verabreichung von Kontrastmittel
erstellten Bildes gefaltet wird.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird der zeitliche Verlauf
der Kontrastmittelkonzentration dazu herangezogen, eine Un
tersuchung zu starten, wenn die Kontrastmittelkonzentration
einen Schwellwert überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für
die Röntgen-Computertomographie, wobei als Kontrastmittel üb
licherweise Substanzen sehr hoher Absorption in den Blut
kreislauf eingebracht werden. Als Kontrastmittel werden häu
fig Substanzen mit hoher Ordnungszahl, z. B. Jod (J 53), ver
wendet.
Um im Falle der Röntgen-Computertomographie die dem Patienten
vor der eigentlichen Untersuchung verabreichte Röntgendosis
möglichst gering zu halten, ist dabei gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass
die zeitlich aufeinanderfolgenden, unter Ermittlung quantita
tiver Werte der physikalischen Eigenschaft gewonnenen Bilder
mit gegenüber der bei der Durchführung einer Untersuchung
vorliegenden Röntgendosis verringerter Röntgendosis erzeugt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines die Röntgen-
Computertomographie betreffenden, in den beigefügten schema
tischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Röntgendiagnostikgerät, nämlich ein Röntgen-Com
putertomographie(CT)-Gerät, mit einer erfindungsge
mäßen Lagerungsvorrichtung,
Fig. 2 die Vorgehensweise bei der Markierung einer ROI, und
Fig. 3 bis 10 verschiedenen Ausführungsformen des erfindungs
gemäßen Verfahrens entsprechende Betriebsarten
des Röntgen-CT-Geräts gemäß Fig. 1 veranschau
lichende Histogramme.
In der Fig. 1 ist ein Röntgen-CT-Gerät dargestellt, dessen
insgesamt mit 1 bezeichnete Gantry eine Messöffnung 2 auf
weist, welche von einem Drehring 3 umgeben ist, auf dem ein
Röntgenstrahler 4 und ein Detektorsystem mit einem in an sich
bekannter Weise bogenförmig ausgebildeten, um eine vorzugs
weise parallel zu einer Systemachse Z durch den Fokus des
Röntgenstrahlers 4 verlaufende Achse gekrümmten, insgesamt
mit 5 bezeichneten Detektor angebracht sind. Der Detektor 5
weist mehrere Zeilen 5 1 bis 5 n von Detektorelementen auf, von
denen jede eine Reihe von Detektorelementen aufweist. Von dem
Röntgenstrahler 4 geht ein strichpunktiert angedeutetes pyra
midenförmiges Röntgenstrahlenbündel RS aus, dass auf den De
tektor 5 auftrifft.
Die Gantry 1 mit dem Röntgenstrahler 4 und dem Detektor 5 ei
nerseits und zumindest die zur Aufnahme eines Untersuchungs
objektes, z. B. eines Patienten P, vorgesehene Lagerungsplatte
7 einer insgesamt mit 8 bezeichneten Lagerungsvorrichtung an
dererseits sind mittels eines nicht dargestellten motorischen
Antriebs in Richtung der parallel zu der Systemachse Z ver
laufenden Längsachse der Lagerungsplatte 7 relativ zueinander
verstellbar. Im Falle des CT-Geräts gemäß Fig. 1 wird dies
dadurch erreicht, dass die Lagerungsplatte 7 an dem Sockel 9
der Lagerungsvorrichtung 8 mittels eines Tragteils 10 in
Richtung der Systemachse Z der Lagerungsplatte 7, also in
Richtung des mit z bezeichneten Doppelpfeils, verstellbar an
gebracht ist.
Die Lagerungsplatte 7 ist aus einem Röntgenstrahlung wenig
schwächenden Material, z. B. carbonfaserverstärkter Kunststoff
(CFK) oder Holz, hergestellt.
Zur Anfertigung von computertomographischen Aufnahmen werden
die Gantry 1 und die Lagerungsplatte 7 relativ zueinander in
eine Position verfahren, in der sich die Lagerungsplatte 7
durch die Messöffnung 2 der Gantry 1 erstreckt und der auf
der Lagerungsplatte 7 liegende Patient P eine solche Position
relativ zu der Gantry 1 einnimmt, dass ein zu untersuchender
Bereich des Patienten P von dem Röntgenstrahlenbündel RS er
fasst wird.
Zur Anfertigung von Aufnahmen einer oder mehrerer planaren
Schichten des Patienten P wird der Drehring 3 mit dem Rönt
genstrahler 4 und dem Detektor 5 zur Aufnahme einer Vielzahl
von der Rekonstruktion eines oder mehrerer Schnittbilder
einer oder mehrerer planare Schichten des Patienten P die
nende Projektionen unterschiedlicher Richtungen um die Sys
temachse Z gedreht, während die Gantry 1 und die Lagerungs
platte 7 bezüglich der Richtung der Systemachse Z ihre Posi
tionen relativ zueinander beibehalten. Da der Detektor 5 meh
rere Zeilen von Detektorelementen aufweist, können gleichzeitig
Projektionen bezüglich einer maximal der Anzahl der Zei
len 5 1 bis 5 n des Detektors 5 entsprechenden Anzahl von
Schichten des Patienten P aufgenommen werden. Die den Projek
tionen entsprechenden Messwerte, die von einer oder von meh
reren Zeilen 5 1 bis 5 n des Detektors 5 stammen, sind einem
Rechner 11 zugeführt, der aus diesen Messwerten in an sich
bekannter Weise ein Schnittbild oder mehrere Schnittbilder
berechnet, die auf einer Anzeigeeinrichtung, z. B. einem Moni
tor 12 dargestellt werden können. An den Rechner 11 sind eine
Tastatur 13, eine Mouse 14 und/oder weitere nicht darge
stellte Eingabeeinrichtungen zur Bedienung des CT-Geräts an
geschlossen.
Zur Durchführung eines sogenannten Spiralscans wird bei akti
vem Röntgenstrahler 4 unter kontinuierlicher Rotation des
Drehrings 3 die Lagerungsplatte 7 geradlinig in Richtung der
Systemachse Z, also in z-Richtung, verschoben, so dass die
aufgenommenen Projektionen sich nicht auf eine oder mehrere
planare Schichten, sondern auf eine oder mehrere helixförmige
Schichten beziehen. Mit Hilfe an sich bekannter Verfahren zur
Spiralinterpolation ermittelt der Rechner 11 aus den im Zuge
des Spiralscans gewonnenen gemessenen Projektionen errechnete
Projektionen, die sich auf eine oder mehrere gewünschte pla
nare Schichten beziehen und die Rekonstruktion entsprechender
Schnittbilder gestatten. Darüber hinaus ist es möglich, auf
der Basis von Spiralscans dreidimensionale Bilder zu rekon
struieren, da im Zuge eines Spiralscans nicht nur eine pla
nare Schicht, sondern ein Volumen abgetastet wird.
Um vor einer unter Verwendung eines Kontrastmittels, sei es
mit ortsfester oder bewegter Lagerungsplatte, durchgeführten
Untersuchung denjenigen Bereich des Patienten P festlegen zu
können, der bei der Untersuchung erfasst werden soll, wird
gewöhnlich
Für solche Untersuchungen mittels eines Kontrastmittels, ist
ein Kontrastmittelinjektor 15 vorgesehen, mittels dessen über
eine Kanüle 16 dem Patienten P ein Kontrastmittel zuführbar
ist. Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels wird der
Kontrastmittelinjektor 15, was durch eine entsprechende Lei
tung angedeutet ist, von dem Rechner 11 gesteuert, und zwar
sowohl hinsichtlich der Menge des Kontrastmittels, die dem
Patienten P pro Zeiteinheit zugeführt wird, als auch hin
sichtlich des Beginns und des Endes der Zufuhr von Kontrast
mittel.
Der Erfolg von mittels eines Kontrastmittels durchgeführten
Untersuchungen hängt davon ab, dass die Untersuchung erst
dann gestartet wird, wenn in dem jeweils zu untersuchenden
Körperbereich tatsächlich bereits eine ausreichende Konzent
ration des Kontrastmittels vorliegt.
Um dies sicherstellen zu können, wird so vorgegangen, dass
vor der eigentlichen Untersuchung im Zuge sogenannter Moni
torscans, die zum Schutze des Patienten P mit reduzierter
Röntgendosis durchgeführt werden, zunächst die jeweils vor
liegende Konzentration des Kontrastmittels überwacht wird,
und die eigentliche Untersuchung, die mit normaler Röntgendo
sis erfolgt, erst dann ausgelöst wird, wenn anhand der Moni
torscans erkennbar ist, dass die gewünschte Konzentration von
Kontrastmittel vorliegt.
Um die jeweils notwendige Röntgendosis einstellen zu können,
wird die den Röntgenstrahler 4 mit den zu dessen Betrieb er
forderlichen Spannungen und Strömen versorgende Generatorein
richtung 17 ebenfalls von dem Rechner 11 gesteuert, was über
eine entsprechende Leitung angedeutet ist.
Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so vorgegan
gen, dass zunächst ein Monitorscan ohne Aktivierung des Kon
trastmittelinjektors 15 vorgenommen wird, der diejenige Re
gion des Körpers des Patienten P enthält, die Gegenstand der
Untersuchung ist. Mittels der Mouse 14 wird nun in einem auf
dem Monitor 12 angezeigten, auf Basis des ohne Kontrastmittel
durchgeführten Monitorscans gewonnenen Schnittbild eine in
Fig. 2 strichliert angedeutete z. B. kreisförmige ROI mar
kiert, die denjenigen im folgenden als maßgeblichen Bereich
bezeichneten Bereich des Patienten, z. B. ein in Fig. 2 im
Querschnitt sichtbares Blutgefäß V, z. B. die Karotis-Arterie,
enthält, in dem die jeweils vorliegende Konzentration des
Kontrastmittels maßgeblich für die Auslösung der eigentlichen
Untersuchung ist.
Nach erfolgter Markierung der ROI wird beispielsweise durch
eine entsprechende Betätigung der Tastatur 13 der Kontrast
mittelinjektor 15 mit der jeweiligen Untersuchung entspre
chenden Betriebsparametern aktiviert. Nach einer gewissen
Verzögerungszeit, die je nach Untersuchung auch entfallen
kann, werden weitere Monitorscans durchgeführt. Für die im
Zuge dieser Monitorscans gewonnenen Schnittbilder wie auch
das auf Basis des ohne Kontrastmittel durchgeführten Moni
torscans gewonnenen Schnittbild erstellt der Rechner 11 je
weils ein Histogramm bezüglich der den zu der markierten ROI
gehörigen Bildpunkten zugeordneten CT-Zahlen, die bekannter
maßen den zu den Bildpunkten gehörigen Strahlenschwächungs
werten entsprechen und bei der Darstellung der Schnittbilder
auf dem Monitor 12 in Grauwerte umgesetzt werden.
Unter Berücksichtigung der Häufigkeit der CT-Zahlen in den
Histogrammen ermittelt der Rechner 11 die jeweils vorliegende
Konzentration des Kontrastmittels zumindest qualitativ, bei
spielsweise ihrem zeitlichen Verlauf nach, und vergleicht die
ermittelte Konzentration des Kontrastmittels mit einem
Schwellwert. Wird dieser Schwellwert, der der jeweiligen Un
tersuchung entsprechend mittels der Tastatur 13 gewählt wer
den kann, überschritten, werden die Monitorscans beendet und
gegebenenfalls nach einer mittels der Tastatur 13 einstellba
ren Verzögerungszeit die eigentliche Untersuchung, sei es mit
ortsfester oder bewegter Lagerungsplatte 7, durchgeführt.
Da im Gegensatz zum Stand der Technik nicht der Mittelwert
der CT-Zahlen der Bildpunkte der ROI als Maß für die Kon
trastmittelkonzentration herangezogen wird, sondern die Kon
zentration des Kontrastmittels auf Basis eines Histogramms
ermittelt wird, ist es anders als beim Stand der Technik
nicht notwendig, die Größe der ROI möglichst eng auf den maß
geblichen zu beschränken; es genügt vielmehr, wenn sicherge
stellt ist, dass sich der maßgebliche tatsächlich innerhalb
der ROI befindet und die Fläche der ROI die Fläche des maß
geblichen Bereichs nicht zu stark, d. h. je nach Anwendungs
fall um nicht mehr als das 5- bis 25fache, übersteigt.
Bei einer einer besonderen Betriebsart des Röntgen-CT-Geräts
entsprechenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah
rens wird bei der Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Kon
trastmittelkonzentration so vorgegangen, dass als Maß für den
zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration die Lage
einer parallel zu der Häufigkeits-Achse des Histogramms ver
laufenden, einen definierten Anteil der Gesamtfläche des
Histogramms enthaltenden Bereich des Histogramms abtrennenden
Geraden ermittelt wird.
Diese Vorgehensweise ist in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht,
wobei die Fig. 3 ein Histogramm zeigt, das aus einem Moni
torscan vor der Verabreichung von Kontrastmittel gewonnen
wurde. Die Fig. 4 zeigt ein Histogramm, das die Situation für
eine noch relativ geringe Kontrastmittelkonzentration in dem
maßgeblichen Bereich darstellt. Das Histogramm in Fig. 5
stellt die Situation für eine zur Durchführung einer Untersu
chung ausreichende Kontrastmittelkonzentration in dem maßgeb
lichen Bereich dar.
In den Histogrammen sind auf der mit CTN bezeichneten hori
zontalen Achse jeweils die CT-Zahlen und auf der mit F be
zeichneten vertikalen Achse jeweils die relativen Häufigkei
ten der CT-Zahlen aufgetragen.
Bei der bei Abwesenheit von Kontrastmittel dominierenden CT-
Zahl, bei der die Histogramme jeweils ein Maximum aufweisen,
entspricht, falls es sich bei dem maßgeblichen Bereich wie
beschrieben um ein Blutgefäß V handelt, im wesentlichen der
CT-Zahl des das Blutgefäß V umgebenden Gewebes.
Die im Falle der Fig. 3 bis 5 jeweils einen beispielhaften
Prozentsatz pc von 10% der Gesamtfläche des Histogramms ab
trennenden, parallel zur Häufigkeitsachse F des Histogramms
verlaufenden Geraden sind jeweils mit pc10% bezeichnet.
Als Maß für die zum Zeitpunkt der einzelnen Monitorscans je
weils vorliegende Kontrastmittelkonzentration wird der Ab
stand D zwischen der Geraden pc10% zu der entsprechenden Ge
rade pc10%(0) vor Beginn der Kontrastmittelgabe ermittelt.
Übersteigt dieser Abstand einen in den Fig. 3 bis 5 jeweils
mit S bezeichneten Schwellwert, so wie dies im Falle der
Fig. 5 der Fall ist, wird die eigentliche Untersuchung ausge
löst.
Wie anhand der Fig. 3 bis 5 deutlich wird, stellt der Abstand
D zwischen den Geraden pc10%(0) und pc10% ein eindeutiges Maß
für die in den maßgeblichen Bereich vorliegende Kontrastmit
telkonzentration dar und ermöglicht somit auf Basis des
Schwellwertes S eine exakte Auslösung der Untersuchung, da
der durch das Kontrastmittel bestimmte Teil der Histogramme
jeweils eindeutig identifizierbar ist und im Falle des in
Fig. 5 veranschaulichten Zustands ein zweites Maximum des
Histogramms im Bereich der dem Kontrastmittel entsprechenden
CT-Zahl darstellt.
Übrigens verläuft die dem jeweiligen Prozentsatz pc entspre
chende parallel zur Häufigkeitsachse verlaufende Gerade dann
wie im Falle der Fig. 5 durch das dem Kontrastmittel entspre
chende Häufigkeitsmaximum des Histogramms, wenn der Prozent
satz pc in %, der Beziehung
genügt, in der AreaV der Querschnittsfläche des jeweiligen
Gefäßes V und AreaROI der Querschnittsfläche der ROI entspre
chen.
Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, in der in den
Fig. 3 bis 5 zusätzlich veranschaulichten Weise statt einer
einen bestimmten Prozentsatz der Histogrammfläche abtrennen
den Gerade eine parallel zur Häufigkeitsachse F der
Histogramme verlaufende Gerade zu verwenden, die durch den
Mittelwert eines einem definierten Prozentsatz entsprechenden
Teils der Histogrammfläche verläuft, wobei der genannte Teil
der Histogrammfläche durch eine entsprechende parallel zur
Häufigkeitsachse der Histogramme verlaufende Gerade definiert
ist. Im Falle der Fig. 3 bis 5 ist dies die jeweils mit pc10%
bezeichnete Gerade durch den Mittelwert des durch die Gerade
pc10% abgetrennten Teils der Histogrammfläche.
Die beschriebene Vorgehensweise eignet sich nicht nur für die
Darstellung von Gefäßen, sondern auch für das Gehirn. In
diesem Falle tritt das Problem auf, dass die in dem Gehirn
auftretende Kontrastmittelkonzentration sehr gering ist und
die Gefäßstrukturen sehr fein sind, so dass sie in Aufnahmen
ohne Kontrastmittel sich von dem Parenchym normalerweise
nicht deutlich abheben. In diesem Fall wird so vorgegangen,
dass das gesamte Gehirn als ROI ausgewählt wird, was bei
spielsweise durch automatische Konturenfindung des Schädel
knochens erfolgen kann. Alternativ besteht die Möglichkeit,
einen möglichst großen, möglichst viele arterielle Strukturen
enthaltenden Bereich des Gehirns als ROI zu wählen.
Im Hinblick auf den Blutgehalt im Gehirn, der etwa 4% des
Hirnvolumens ausmacht, eignet sich die Wahl eines definierten
Prozentsatzes pc in der gleichen Größenordnung.
In Fig. 6 ist die Situation für einen definierten Prozentsatz
pc von 2% veranschaulicht, wobei deutlich wird, dass selbst
unter diesen Umständen eine definierte Auslösung der eigent
lichen Untersuchung möglich ist.
Bei bestimmten Untersuchungen der Leber, die mit dem Ziel er
folgen, mögliche Tumore aufzufinden, tritt das Problem auf,
dass die Auslösung der eigentlichen Untersuchung dann erfol
gen muss, wenn das normale Leberparenchym optimal mit Kon
trastmittel gefüllt ist. Die Auslösung der Untersuchung wird
dann gestört, falls die Auslöse-ROI entweder Gefäße oder
Metastasen enthält, die bei Abwesenheit von Kontrastmittel
schlecht abgrenzbar sind.
In einer zu einer entsprechenden Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens gehörigen Betriebsart des Röntgen-CT-
Geräts werden diese Anforderungen dadurch erfüllt, dass der
zeitliche Verlauf eines mittleren Bereichs des Histogramms
als Maß für den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzen
tration herangezogen wird. Dabei ist der mittlere Bereich des
Histogramms gemäß Fig. 7, die die Situation vor der Gabe von
Kontrastmittel zeigt, durch eine parallel zu der Häufigkeits-
Achse F des Histogramms verlaufende, einen oberen definierten
Anteil der Gesamtfläche des Histogramms enthaltenden Bereich
abtrennende Gerade pcx% und durch eine parallel zu der
Häufigkeits-Achse des Histogramms verlaufende, einen unteren
definierten Anteil der Gesamtfläche des Histogramms
enthaltenden Bereich abtrennende Gerade pcy% begrenzt.
Zum besseren Verständnis ist in Fig. 7 nicht nur das als aus
gezogene Linie dargestellte resultierende Histogramm darge
stellt. Vielmehr sind auch Teilhistogramme für das normale
Leberparenchym als strichpunktierte Linie, das Teilhistogramm
für die in dem normalen Leberparenchym vorliegende Gefäße als
punktierte Linie und das Teilhistogramm für in dem normalen
Leberparenchym vorliegende Metastasen als strichlierte Linie
angedeutet.
Nach der Gabe von Kontrastmittel erhält man die in Fig. 8
veranschaulichte Situation, wobei das resultierende
Histogramm wieder als ausgezogene Linie dargestellt ist. Die
Teilhistogramme für Gefäße und Metastasen sowie das normale
Lebergewebe sind in zu der Fig. 7 analogen Linienarten darge
stellt.
Die Auslösung der eigentlichen Untersuchung erfolgt dann,
wenn die Änderung des Mittelwertes des mittleren Bereichs des
Histogramms, der in Fig. 8 durch eine parallel zur Häufig
keitsachse F durch den Mittelwert verlaufende, mit M be
zeichnete Gerade veranschaulicht ist, einen Schwellwert S
übersteigt.
Es wird deutlich, dass die Auslösung der Untersuchung zu
einem Zeitpunkt, in dem das normale Leberparenchym gut mit
Kontrastmittel gefüllt ist, trotz der Anwesenheit von Meta
stasen und Gefäßen gewährleistet ist.
Falls pcx% und pcy% symmetrisch liegen, also pcx% = 100 - pcy%,
dann kann vereinfachend auch die Änderung des Medianwertes
des Histogrammes als Auslösekriterium verwendet werden.
In einer einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens entsprechenden Betriebsart des Röntgen-CT-Geräts
wird für einen ohne Kontrastmittel durchgeführten Monitorscan
zunächst ein Histogramm erstellt. Mit diesem werden diejeni
gen Histogramme, vorzugsweise durch Subtraktion, verglichen,
die für die nach der Gabe von Kontrastmittel durchgeführten
Monitorscans resultieren.
Diese Vorgehensweise ist in Fig. 9 anhand idealisierter
Histogramme veranschaulicht, wobei das punktiert dargestellte
Histogramm H1 auf Basis eines Monitorscans ohne Kontrastmit
tel ermittelt wurde, während das strichliert dargestellte
Histogramm H2 auf einem einige Zeit nach der Gabe von Kon
trastmittel durchgeführten Monitorscan basiert.
Für die zu den einzelnen Monitorscans gehörigen Histogramme
wird jeweils durch Differenzbildung mit dem ohne Kontrastmit
telgabe ermittelten Histogramm ein Differenzhistogramm HS ge
bildet, wobei im Falle der Fig. 9 der Verlauf des Differenz
histogramms HS als durchgezogene Linie dargestellt ist.
Der Verlauf des Differenzhistogramms HS weist ein negatives
und ein positives Maximum auf, zwischen welchen sich ein
Nulldurchgang befindet. Dieser Nulldurchgang verschiebt sich
mit zunehmender Kontrastmittelkonzentration ebenfalls zu hö
heren CT-Zahlen hin. Der Nulldurchgang des Differenzhisto
gramms HS kann infolge des Umstandes, dass er sich zwischen
den beiden Maxima befindet, leicht identifiziert werden.
Es kann gezeigt werden, dass die Differenz Δ aus der dem
Nulldurchgang des Differenzhistogramms HS entsprechenden CT-
Zahl und der im Falle des den Verhältnissen ohne Kontrastmit
tel entsprechenden Histogramm vorherrschenden CT-Zahl der ak
tuell vorliegenden Kontrastmittelkonzentration entspricht.
Die Auslösung der eigentlichen Untersuchung erfolgt daher
dann, wenn diese Differenz Δ einen Schwellwert S überschrei
tet.
Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Röntgen-
CT-Gerät bei der Durchführung der Monitorscans unabhängig von
der jeweils gewählten Betriebsart mit einer gegenüber der bei
der Durchführung der eigentlichen Untersuchung vorliegenden
Röntgendosis verringerten Röntgendosis betrieben. Dies hat
zur Folge, dass infolge des somit vermehrt auftretenden Rau
schens die tatsächlich ermittelten Histogramme H1 und H2 in
der aus der Fig. 10 ersichtlichen Weise deutlich von idealen
Histogrammen, wie sie in Fig. 9 veranschaulicht sind, abwei
chen. Dies gilt auch für das Differenzhistogramm DH, dessen
Auswertung somit nicht mehr eindeutig möglich ist, da zwi
schen dem positiven und negativen Maximum mehrere Nulldurch
gänge liegen können und in der Regel auch liegen.
In der beschriebenen Betriebsart des Röntgen-CT-Geräts wird
deshalb das Differenzhistogramm DH mit dem ohne Kontrastmit
telgabe ermittelten Histogramm H1 gefaltet, was zu der in
Fig. 10 als dick ausgezogenen Linie dargestellten Kurve R
führt, die sozusagen dem geglätteten Differenzhistogramm HS
entspricht und leicht in zu der Fig. 9 analoger Weise ausge
wertet werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den einzelnen vorstehenden
Betriebsarten die Ermittlung der Histogramme, die Auswertung
der Histogramme, Subtraktions- und Faltungsoperationen, der
Vergleich mit Schwellwerten usw. von dem Rechner 11 durchge
führt wird.
Ebenso steuert der Rechner 11 das Röntgen-CT-Gerät zur Erzeu
gung der Folge von Monitorscans an und löst bei Überschrei
tung des jeweiligen Schwellwertes die eigentliche Untersu
chung aus.
Der jeweils maßgebliche Schwellwert S kann ebenso wie die
Lage der Geraden pcx% vom Bedienpersonal, beispielsweise über
die Tastatur 13, in den Rechner 11 eingegeben werden. Ebenso
kann über die Tastatur 13 oder mittels der Mouse die jewei
lige Betriebsart gewählt und der Start der Monitorscans be
wirkt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt für die
Röntgendiagnostik, insbesondere die Computertomographie, kann
jedoch auch in Verbindung mit anderen mit Kontrastmittel
durchführbaren bildgebende Verfahren, z. B. Magnetresonanz und
Ultraschall, zum Einsatz kommen.
Claims (13)
1. Verfahren zur Untersuchung eines Lebewesens mittels eines
bildgebenden Verfahrens, unter Ermittlung der Konzentration
eines eine mittels des bildgebenden Verfahrens bestimmbare
physikalische Eigenschaft aufweisenden Kontrastmittels in
einer in zeitlich aufeinanderfolgenden mittels des bildgeben
den Verfahrens unter Ermittlung quantitativer Werte der phy
sikalischen Eigenschaft gewonnenen Bildern dargestellten in
teressierenden Region (Region Of Interest = ROI) eines Lebe
wesens, aufweisend die Verfahrensschritte, dass für die ein
zelnen Bilder bezüglich der ROI ein Histogramm der quantita
tiven Werte der physikalischen Eigenschaft erstellt wird und
die Kontrastmittelkonzentration in der ROI auf Basis der Häu
figkeit der in der ROI vorhandenen quantitativen Werte der
physikalischen Eigenschaft ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zeitliche Verlauf
der Konzentration des Kontrastmittels ermittelt wird und der
zeitliche Verlauf der Kontrastmittelkonzentration in der ROI
auf Basis der Häufigkeit der in der ROI vorhandenen quantita
tiven Werte der physikalischen Eigenschaft ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zeitliche Verlauf
der Position einer parallel zu der Häufigkeits-Achse des
Histogramms verlaufenden, einen einen definierten Anteil der
Gesamtfläche des Histogramms enthaltenden Bereich des
Histogramms abtrennenden Geraden als Maß für den zeitlichen
Verlauf der Kontrastmittelkonzentration ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die jeweilige Position
der den definierten Anteil abtrennenden Geraden durch deren
Abstand von einer parallel zu der Häufigkeits-Achse des
Histogramms verlaufenden Geraden definiert ist, die einen An
teil der Gesamtfläche eines entsprechenden bei Abwesenheit
von Kontrastmittel gewonnenen Histogramms enthaltenden Be
reich abtrennt, der gleich dem definierten Anteil ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zeitliche Verlauf
der Position einer parallel zu der Häufigkeits-Achse des
Histogramms durch den Mittelwert eines durch eine parallel zu
der Häufigkeits-Achse des Histogramms verlaufende Gerade ab
getrennten definierten Anteil der Gesamtfläche des Histo
gramms enthaltenden Bereich des Histogramms verlaufenden Ge
raden als Maß für den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittel
konzentration ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die jeweilige Position
der durch den Mittelwert verlaufenden Geraden durch deren Ab
stand von einer Geraden definiert ist, die in einem entspre
chenden bei Abwesenheit von Kontrastmittel gewonnenen
Histogramm durch den Mittelwert eines Bereich verläuft, der
durch eine parallel zu der Häufigkeits-Achse des Histogramms
verlaufende Gerade abgetrennt ist und einem Anteil der Ge
samtfläche des bei Abwesenheit von Kontrastmittel gewonnenen
Histogramms entspricht, der gleich dem definierten Anteil
ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zeitliche Verlauf
des Mittelwertes oder des Medianwertes eines mittleren Be
reichs des Histogramms, der durch eine parallel zu der Häu
figkeits-Achse des Histogramms verlaufende, einen einen obe
ren definierten Anteil der Gesamtfläche des Histogramms ent
haltenden Bereich des Histogramms abtrennende Gerade und
durch eine parallel zu der Häufigkeits-Achse des Histogramms
verlaufende, einen einen definierten Anteil der Gesamtfläche
des Histogramms enthaltenden Bereich des Histogramms abtren
nende Gerade begrenzt ist, als Maß für den zeitlichen Verlauf
der Kontrastmittelkonzentration ermittelt wird, wobei der
obere definierten Anteil der Gesamtfläche des Histogramms
enthaltenden Bereich Werten der physikalischen Eigenschaft
entspricht, die oberhalb der dem mittleren Bereich des Histo
gramms entsprechenden Werten der physikalischen Eigenschaft
liegen, und der untere definierten Anteil der Gesamtfläche
des Histogramms enthaltenden Bereich Werten der physikali
schen Eigenschaft entspricht, die unterhalb der dem mittleren
Bereich des Histogramms entsprechenden Werten der physikali
schen Eigenschaft liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Ermittlung des
zeitlichen Verlaufs der Kontrastmittelkonzentration den Ver
fahrenschritt umfasst, dass bezüglich eines vor der Verabrei
chung von Kontrastmittel erstellten Bildes ein Histogramm er
stellt wird, mit dem die zu den zeitlich aufeinanderfolgenden
Bildern gehörigen Histogramme jeweils verglichen werden, wo
bei der zeitliche Verlauf des zu dem Kontrastmittel gehöri
gen Wert der physikalischen Eigenschaft als Maß für den
zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration ermittelt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Histogramm bezüg
lich des vor der Verabreichung von Kontrastmittel erstellten
Bildes und die zu den zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern
gehörigen Histogramme zur Erzeugung von resultierenden
Histogrammen jeweils voneinander subtrahiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Ergebnis der Sub
traktion mit dem Histogramm bezüglich des vor der Verabrei
chung von Kontrastmittel erstellten Bildes gefaltet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine
Untersuchung gestartet wird, wenn die Kontrastmittelkonzen
tration einen Schwellwert überschreitet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem als
bildgebendes Verfahren Röntgen-Computertomographie vorgesehen
ist und als
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die zeitlich aufein
anderfolgenden unter Ermittlung quantitativer Werte der phy
sikalischen Eigenschaft gewonnenen Bilder mit gegenüber der
bei der Durchführung einer Untersuchung vorliegenden Röntgen
dosis verringerter Röntgendosis erzeugt werden.
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