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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Computertomographen mit einer
Messanordnung und einem Bildrechner zur Erzeugung eines dreidimensionalen
Bilddatensatzes eines Körperteils
eines Patienten, wobei der Bildrechner so ausgebildet ist, dass er
aus dem Bilddatensatz Gefäße des Körperteils segmentiert
und ein Programm umfasst, dass zumindest einen Gefäßverschluss
in den segmentierten Gefäßen lokalisiert
und einen verbleibenden Öffnungsquerschnitt
am lokalisierten Gefäßverschluss im
Verhältnis
zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes durch
Segmentierung und Vermessung des die Verstopfung bildenden Bolus über Dichtewerte
oder CT-Zahlen und Vermessung des gesamten Gefäßquerschnittes bestimmt.
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Die
Bestimmung der durch eine Embolie unterversorgten Bereiche der Lunge
unter Einsatz einer bildgebenden tomographischen Technik ist ein
Anwendungsgebiet für
einen solchen Computertomographen. Embolien können entweder teilweise oder vollständig Lungenarterien
verstopfen. Durch den reduzierten Blutfluss in distal angeordneten
Lungenarterien werden Bereiche der Lunge minder oder gar nicht mehr
mit Blut versorgt und können
demnach nicht mehr zum Gasaustausch beitragen. Zur Bestimmung dieser
unterversorgten Lungenbereiche werden in der klinischen Routine
heutzutage Computertomographie(CT)-Aufnahmen der Lunge unter Kontrastmittel-Injektion
durchgeführt.
Die hieraus erhaltenen axialen zweidimensionalen Bilder werden an
einem Anzeigegerät
dargestellt und vom Anwender nach den Verstopfungen durchsucht.
Findet der Radiologe einen teilweisen oder vollständigen Gefäßverschluss,
so kann er aufgrund seiner anatomischen Kenntnisse die davon betroffenen
Lungenbereiche bestimmen. Dies erfolgt jedoch nur sehr ungenau,
insbesondere in Fällen,
in denen sich die Verschlüsse
in sehr kleinen, mit modernen Mehrzeilen-Computertomographen sehr
gut darstellbaren Gefäßen befinden.
Eine genaue quantitative Bestimmung der betroffenen Lungenbereiche
ist jedoch für die
anschließende
Diagnose von größter Bedeutung.
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Aus
diesem Grunde befassen sich aktuelle Entwicklungen mit einer verbesserten
Bestimmung der durch Gefäßverschluss
unterversorgten Lungenbereiche. Hierzu wird der durch die CT-Aufnahmen erzeugte
dreidimensionale Bilddatensatz der Lunge komplett segmentiert, um
eine dreidimensionale Darstellung des Arterienbaumes zu erhalten.
Wird in diesem segmentierten Arterienbaum ein Verschluss entweder
manuell durch den Anwender oder durch ein automatisches Verfahren
(Computer Aided Detection) entdeckt, so kann der betroffene distal
gelagerte Teilast des Arterienbaumes bestimmt werden. Der betroffene
Lungenbereich wird anschließend
abgegrenzt und zum Gesamtlungenvolumen in Relation gesetzt. Der
hierdurch erhaltene Wert spiegelt dann die Einschränkung der
Lungenfunktionalität
bedeutend besser wieder als die nur qualitative Analyse in den axialen
zweidimensionalen Bildern.
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Aus
der
DE 36 17 126 A1 ist
ein automatisiertes Verfahren zur Bestimmung der Stenose bekannt,
bei dem ein Verhältnis
zwischen einem verbleibenden Öffnungsquerschnitt
im Bereich der Stenose zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes bestimmt und
geeignet dargestellt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Computertomographen
zur Bestimmung von durch einen Gefäßverschluss unterversorgten
Bereichen eines Körperteils,
insbesondere der Lunge, anzugeben, mit dem eine nochmals verbesserte
Aussage über
die Auswirkungen des Gefäßverschlusses
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird durch einen Computertomographen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Computertomographen sind Gegenstand der Unteransprüche oder
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
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Der
vorliegende Computertomograph weist eine Messanordnung und einen
Bildrechner zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes eines
Körperteils
eines Patienten auf, wobei der Bildrechner so ausgebildet ist, dass
er aus dem Bilddatensatz Gefäße des Körperteils
segmentiert und ein Programm umfasst, das zumindest einen Gefäßverschluss
in den segmentierten Gefäßen lokalisiert und
einen verbleibenden Öffnungsquerschnitt
am lokalisierten Gefäßverschluss
im Verhältnis
zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes durch
Segmentierung und Vermessung des die Verstopfung bildenden Bolus über Dichtewerte
oder CT-Zahlen und Vermessung des gesamten Gefäßquerschnittes bestimmt, wobei
der Computertomograph so ausgebildet ist, dass er aus dem Verhältnis unter
Zugrundelegung eines Versorgungs-Modells einen Wert ableitet, der
ein Maß für eine verbleibende
Versorgung eines durch den lokalisierten Gefäßverschluss unterversorgten Bereiches
des Körperteils
darstellt und das Verhältnis
oder den daraus abgeleiteten Wert an einem Anzeigegerät visualisiert.
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Durch
die Bestimmung des am Gefäßverschluss
verbleibenden Öffnungsquerschnitts
im Verhältnis
zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes und
die Visualisierung dieses Verhältnisses
oder eines daraus abgeleiteten Wertes lassen sich für den Anwender
wesentlich präzisere
Aussagen über
die Auswirkungen des Gefäßverschlusses
treffen. So kann speziell bei der Untersuchung von Lungen die verbliebene
Lungenfunktionalität
wesentlich genauer bestimmt werden als bei der eingangs beschriebenen Technik,
bei der die Art des Gefäßverschlusses
nicht berücksichtigt
wird. Häufig
handelt es sich nicht um eine vollständige Unterbrechung des Blutflusses
sondern nur um eine Verengung mit vermindertem Blutfluss, so dass
der betroffene bzw. unterversorgte Lungenbereich noch eingeschränkt zum
Gasaustausch beitragen kann. Der mit der eingangs erläuterten
Technik errechnete Prozentsatz stellt damit zwar ein Maß für den betroffenen
Lungenanteil, nicht jedoch ein Maß für die verbliebene Lungenfunktionalität dar. Durch
die vorliegend vorgenommene quantitative Bestimmung des Restquerschnitts
an der Engstelle des Gefäßverschlusses
in Relation zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes an dieser Stelle wird dieser
Sachverhalt berücksichtigt.
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Bei
fehlenden genaueren Kenntnissen über die
Gasaustauschfähigkeit
in Relation zum verbliebenen Durchflussquerschnitt wird vorzugsweise
ein linearer Zusammenhang angenommen. Bei genauerer Kenntnis kann
auch ein spezielles Lungenmodell zum Ansatz kommen, über das
dann aus dem Verhältnis
des verbliebenen Öffnungsquerschnitts
zum Gesamtquerschnitt des Gefäßes an der
Stelle des Verschlusses ein Wert für die verbliebene Gasaustauschfähigkeit
abgeleitet und dargestellt wird.
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Die
verbliebene Lungenfunktionalität
bzw. das bestimmte Verhältnis
lässt sich
in unterschiedlicher Weise visualisieren. So kann der ermittelte
Wert in einer dreidimensionalen Darstellung des Gefäßbaumes,
wie sie durch die vorangegangene Segmentierung erhalten wurde, in
einer Gesamtdarstellung des 3D-Bilddatensatzes oder in einer Darstellung
der aus dem 3D-Bilddatensatz
segmentierten Lungenflügel
bspw. durch Farbcodierung des unterversorgten Bereiches visualisiert
werden. Der bei dem Verfahren erhaltene Wert der Lungenfunktionalität des unterversorgten
Bereiches wird vorzugsweise in eine Berechnung der Gesamtfunktionalität der Lunge
mit einbezogen. Dies führt
insbesondere bei teilweisen Verschlüssen kleinerer Arterien oder
bei mehreren Verschlüssen
in unterschiedlichen Lungenbereichen zu einer deutlich präziseren
Aussage über
die Lungenfunktionalität.
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In
der bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird die
bildgebende tomographische Aufnahme mit einem Computertomographen, bspw.
einem Mehrzeilen-Computertomographen, durchgeführt. Die Bildaufzeichnung erfolgt
dabei zur Kontrasterhöhung
vorzugsweise unter Injektion eines Kontrastmittels. Aus den hierbei
erhaltenen Rohdaten werden in bekannter Weise Bilddaten für eine Vielzahl
axialer 2D-Schichtbilder rekonstruiert, aus denen auf Basis des
bekannten Schichtabstandes ein dreidimensionaler Bilddatensatz des
untersuchten Körperteils
resultiert. Nach der Segmentierung der Gefäße aus diesem Bilddatensatz
und der Lokalisierung von einem oder mehreren Gefäßverschlüssen erfolgt
dann die Bestimmung des verbleibenden Gefäßquerschnittes im Verhältnis zum
Gesamtquerschnitt des Gefäßes an der
Stelle des jeweiligen Gefäßverschlusses.
Dies kann bei einer CT-Aufnahme durch Segmentierung und Vermessung
des die Verstopfung bildenden Bolus über die Dichtewerte bzw. CT-Zahlen
einerseits und Vermessung des gesamten Gefäßquerschnittes andererseits,
letzteres vorzugsweise ebenfalls nach einer Segmentierung des Gefäßes, erfolgen.
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Sämtliche
Segmentierungsschritte können beim
vorliegenden Verfahren nach Vorgabe der entsprechenden Grenzwerte
für die
Segmentierung automatisiert erfolgen. Auch die Lokalisierung der
Gefäßverschlüsse kann über ein
Bildverarbeitungsprogramm automatisch durchgeführt werden, das Engstellen
oder Verschlüsse
im segmentierten Gefäßverlauf
erkennt. Die Vermessung des Bolus sowie des gesamten Gefäßquerschnitts
an dieser Stelle kann entweder mit einem geeigneten Bildverarbeitungsprogramm
automatisiert oder halbautomatisiert durchgeführt werden oder manuell durch
den Anwender am Anzeigegerät
vorgenommen werden.
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Neben
der Bestimmung von durch eine Embolie unterversorgten Lungenbereichen
lässt sich das
vorliegende Verfahren selbstverständlich auch für die Bestimmung
von durch Gefäßverschluss
unterversorgten Bereichen anderer Körperteile einsetzen. In diesen
Fällen
wird dann nicht die Lungenfunktionalität sondern das Maß der Unterversorgung
des betroffenen Bereiches aufgrund der verengten oder verschlossenen
Gefäßstelle
bestimmt. Weiterhin können
anstelle der bildgebenden Technik der Computertomographie auch andere
bildgebende tomographische Aufnahmeverfahren eingesetzt werden, mit
denen sich dreidimensionale Bilddatensätze des Köperteiles erzeugen lassen.
Wesentlich ist hierbei lediglich, dass sich die Gefäße aus diesem
Bilddatensatz segmentieren lassen. Beispiele für derartige tomographische
bildgebende Techniken sind die Magnetresonanztomographie oder die
Ultraschalltomographie.
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Das
vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnungen nochmals
kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Computertomographen für die Durchführung des
vorliegenden Verfahrens; und
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2 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs des vorliegenden
Verfahrens.
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In 1 ist
ein Computertomograph 1 der dritten Generation schematisch
dargestellt. Dessen Messanordnung weist einen Röntgenstrahler 2 mit einer
diesem vorgelagerten quellennahen Einblendvorrichtung 3 und
einem als mehrzeiliges oder flächenhaftes
Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen 4 ausgebildeten
Röntgendetektor 5 auf.
In der Darstellung der 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur
vier Zeilen von Detektorelementen 4 dargestellt. Der Röntgendetektor
kann jedoch weitere Zeilen von Detektorelementen 4 aufweisen,
auch mit unterschiedlichen Breiten b. Der Röntgendetektor 5 kann
als Festkörper-Matrix-Detektorsystem
ausgebildet sein, insbesondere als Flachbilddetektor und/oder als
Detektor, der eine Szintillatorschicht sowie eine zugeordnete elektronische
Photoempfängermatrix
umfasst.
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Der
Röntgenstrahler 2 mit
der Einblendvorrichtung 3 einerseits und der Röntgendetektor 5 mit seiner
nicht dargestellten Strahlenblende andererseits sind an einem Drehrahmen
einander derart gegenüberliegend
angebracht, dass ein im Betrieb des Computertomographen 1 von
dem Röntgenstrahler 2 ausgehendes,
durch die Einblendvorrichtung 3 eingeblendetes, pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel, dessen
Randstrahlen in der 1 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet
sind, auf den Röntgendetektor 5 auftrifft.
Der Drehrahmen kann mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung
um eine Systemachse 7 in Rotation versetzt werden. Die
Systemachse 7 verlauft parallel zu der z-Achse eines in 1 dargestellten
räumlichen
rechtwinkligen Koordinatensystems. Die Spalten des Röntgendetektors 5 verlaufen
ebenfalls in Richtung der z-Achse,
während
die Zeilen, deren Breite b in Richtung der z-Achse gemessen wird und bspw. 1 mm beträgt, quer
zu der Systemachse 7 bzw. der z-Achse verlaufen.
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Um
das Untersuchungsobjekt, den Patienten, in den Strahlengang des
Röntgenstrahlbündels bringen
zu können,
ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel
zu der System achse 7, also in Richtung der z-Achse verschiebbar
ist. Die Verschiebung erfolgt derart, dass eine Synchronisation zwischen
der Rotationsbewegung des Drehrahmens und der Translationsbewegung
der Lagerungsvorrichtung 9 vorliegt, wobei das Verhältnis von
Translations- zur Rotationsgeschwindigkeit durch Vorgabe eines gewünschten
Wertes für
den Vorschub h der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umdrehung
des Drehrahmens einstellbar ist.
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Durch
den Betrieb dieses Computertomographen 1 kann ein Objektvolumen,
das im vorliegenden Fall die Lunge beinhaltet, eines auf der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen
Patienten mittels Volumenabtastung untersucht werden. Bei einer
Spiralabtastung werden unter Rotation des Drehrahmens und gleichzeitiger
Translation der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umlauf des Drehrahmens
viele Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen. Bei
der Spiralabtastung bewegt sich der Fokus 8 des Röntgenstrahlers 2 relativ
zu der Lagerungsvorrichtung 9 auf einer Spiralbahn 18.
Alternativ zu diesem Spiral-Scan ist auch ein Sequenz-Scan möglich.
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Die
während
der Spiralabtastung aus den Detektorelementen 4 jeder aktiven
Zeile des Detektorsystems 5 parallel ausgelesenen, den
einzelnen Projektionen entsprechenden Messdaten, werden in einer
Datenaufbereitungseinheit 10 einer Analog/Digital-Wandlung
unterzogen, serialisiert und als Rohdaten an einen Bildrechner 11 übertragen,
der das Ergebnis einer Bildrekonstruktion auf der Anzeigeeinheit 12,
z. B. einem Videomonitor, darstellt. In diesem Bildrechner erfolgt
auch die Erstellung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus
den rekonstruierten Schichtbildern sowie die Segmentierung des in
dem 3D-Bilddatensatz enthaltenen Gefäßbaums des untersuchten Körperteils,
im vorliegenden Beispiel der Lunge. Der segmentierte Gefäßbaum kann dann
in dreidimensionaler Darstellung an der Anzeigeeinheit 12 dargestellt
werden.
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Der
Röntgenstrahler 2,
bspw. eine Röntgenröhre, wird
von einer Generatoreinheit 13 mit den notwendigen Spannungen
und Strömen
versorgt. Um diese auf die jeweils erforderlichen Werte einstellen zu
können,
ist der Generatoreinheit 13 eine Steuereinheit 14 mit
Tastatur 15 zugeordnet, die die entsprechenden Einstellungen
gestattet. Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des Computertomographen 1 erfolgt
mittels der Steuereinheit 14 und der Tastatur 15.
U. a. kann die Anzahl der aktiven Zeilen von Detektorelementen 4 und
damit die Position der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen
detektornahen Strahlenblende eingestellt werden, wozu die Steuereinheit
mit der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen
Strahlenblende zugeordneten Verstelleinheiten 16, 17 verbunden
ist. Weiterhin kann die Rotationszeit eingestellt werden, die der Drehrahmen
für eine
vollständige
Umdrehung benötigt.
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2 zeigt
zur Veranschaulichung ein Beispiel für den Ablauf bei der Durchführung des
vorliegenden Verfahrens. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit dem
Computertomographen 1 mittels eines Spiralscans eine Volumenabtastung
eines die Lunge des Patienten umfassenden Objektvolumens unter Injektion
eines Kontrastmittels durchgeführt.
Aus den aus der Messung erhaltenen Rohdaten wird im Bildrechner
ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Objektvolumens rekonstruiert.
Der 3D-Bilddatensatz wird auf Basis der das Kontrastmittel charakterisierenden
CT-Werte segmentiert, um den Gefäßverlauf der
von Kontrastmittel durchströmten
Arterien der Lunge zu erhalten. Anschließend wird dem Anwender der
durch Segmentierung erhaltene Arterienbaum am Monitor in geeigneter
Weise dreidimensional dargestellt. Der Anwender kann dann entweder manuell
Gefäßverschlüsse in der
Darstellung suchen und interaktiv markieren oder ein Programm zur
automatischen Lokalisierung dieser Gefäßverschlüsse starten.
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Anschließend erfolgt
eine Segmentierung des die Verstopfung bildenden Plaque-Pfropfens
anhand seiner sich vom umliegenden Gewebe und vom Kontrastmittel
unterscheidenden CT-Zahlen. Aus einer Vermessung dieses segmentierten
Pfropfens bzw. Bolus und des Gesamtquerschnittes der Arterie an
der Verstopfungsstelle wird der offene Arterienquerschnitt in Relation
zum Gesamtquerschnitt erhalten. Weiterhin wird der von dem jeweiligen
Gefäßverschluss
betroffene Lungenbereich bestimmt und zum Gesamtlungenvolumen in
Relation gesetzt.
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Aus
dem 3D-Bilddatensatz werden schließlich die beiden Lungenflügel sowie
die Lungenlappen segmentiert und am Anzeigegerät dargestellt. Die aus dem
Verhältnis
der verbliebenen Öffnungsquerschnitte
bestimmte Lungenfunktionalität
in dem durch den Gefäßverschluss
unterversorgten Lungenbereich wird dabei in der Darstellung der
Lungenflügel
bzw. der Lungenlappen in diesem Bereich farbig codiert visualisiert.
Auf diese Weise erkennt der Anwender zum einen sofort die betroffenen
Lungenbereiche und zum anderen über
die Farbe dieser Bereiche auch den durch den Gefäßverschluss verbliebenen Grad
der Lungenfunktionalität.