DE102004036730A1 - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen, insbesondere in Herzkranzgefäßen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Visualisierung von Ablagerungen in Blutgefäßen, insbesondere in Herzkranzgefäßen, bei dem mit einem bildgebenden tomographischen Gerät, insbesondere einem Mehrschicht-Computertomographen (1), Messdaten für eine Folge von 2-D-Schichtbildern (25) der Blutgefäße (21) aufgezeichnet und aus den Messdaten die 2-D-Schichtbilder (25) rekonstruiert werden, wobei eine Nachbearbeitung von Bilddaten der 2-D-Schichtbilder (25) zur lokalen Bestimmung von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten erfolgt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Bildbereiche (27) in den 2-D-Schichtbildern (25) markiert oder segmentiert werden, die Wertebereiche von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten ein oder mehrerer Typen von Ablagerungen aufweisen und aus sich in räumlich aufeinander folgenden 2-D-Schichtbildern (25) überschneidenden markierten oder segmentierten Bildbereichen (27) automatisch jeweils ein dreidimensionaler Bereich gebildet, ein Volumen des dreidimensionalen Bereiches berechnet und als Wert für das Volumen der jeweiligen Ablagerungen bereitgestellt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen, insbesondere in Herzkranzgefäßen, bei denen mit einem bildgebenden tomographischen Gerät, insbesondere einem Mehrschicht-Computertomographen, Messdaten für eine Folge von 2D-Schichtbildern der Blutgefäße aufgezeichnet und aus den Messdaten die 2D-Schichtbilder rekonstruiert werden, wobei eine Nachbearbeitung von Bilddaten der 2D-Schichtbilder zur lokalen Bestimmung von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten erfolgt.
• Koronare Herzerkrankungen sind eine der Haupttodesursachen in den industrialisierten Ländern. Sie werden häufig durch atherosklerotischen Plaque in den Koronargefäßen ausgelöst, der zu Gefäßverengungen oder Gefäßverschlüssen führen kann. Atherosklerotischer Plaque lässt sich in verschiedene Typen mit voneinander unterschiedlicher Zusammensetzung unterteilen. Lipid-reicher oder nichtverkalkter Plaque, auch als weicher Plaque bezeichnet, ist mit einem besonders hohen Risiko für ein koronares Ereignis wie Infarkt oder plötzlicher Herztod verbunden, da seine Ruptur mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem akuten Gefäßverschluss führt. Durch den Einsatz bestimmter Medikamente, sog. Lipidsenker, lässt sich bei Vorliegen von weichem Plaque das Risiko für ein akutes koronares Ereignis reduzieren. Im Gegensatz zu weichem Plaque verursacht verkalkter oder kalzifizierter Plaque als weiterer Plaquetyp seltener akute Gefäßverschlüsse. Das Gleiche gilt für fibrösen Plaque, einem Zwischenstadium zwischen weichem und verkalktem Plaque.
• Bei dem Einsatz bildgebender Techniken ist es daher von Interesse, möglichst schnell das Vorliegen und das Ausmaß von weichem Plaque in den Herzkranzgefäßen des Patienten erkennen zu können. Bekannte bildgebende Verfahren zur Visualisierung von Softplaque in Herzkranzgefäßen sind die invasiven bildgebenden Verfahrender intravaskulären Ultraschallbildgebung (IVUS) oder der optischen Kohärenztomographie (OCT). Diese bildgebenden Modalitäten erzeugen Grauwertbilder, deren Bildebene senkrecht zur Gefäßachse orientiert ist. Das Gefäß ist in der Bildmitte als konzentrischer Ring zu erkennen, wobei unterschiedliche Plaquetypen durch unterschiedliche Grauwertbereiche im Bild auflösbar sind. Der Betrachter muss allerdings erhebliche Erfahrung besitzen, um zuverlässig das Vorliegen von Plaque erkennen und die Unterscheidung der unterschiedlichen Plaquetypen vornehmen zu können.
• Seit der Einführung von Mehrschicht-Computertomographen, die durch ein entsprechendes Detektorarray vier oder mehr Schichten gleichzeitig erfassen können, ist in Verbindung mit einer elektrokardiographisch synchronisierten Betriebsweise (sog. EKG-Gating) auch eine nichtinvasive Bildgebung des Herzens möglich. Das EKG-Gating in Verbindung mit der hohen Aufnahmegeschwindigkeit eines Mehrschicht-Computertomographen ermöglicht dabei die Visualisierung der koronaren Arterien mit minimalen Bewegungsartefakten. Die aufgezeichneten 2D-Schichtbilder können anschließend in unterschiedlicher Weise, bspw. durch 3D-Volumen Rendering (VRT) oder durch zweidimensionale Dünnschicht-MIP (Maximal Intensity Projection), visualisiert werden. Beispiele für eine derartige tomographische Bildgebung sind der Veröffentlichung von B. Ohnesorge et al., „Cardiac Imaging by Means of Electrocardiographically Gated Multisection Spiral CT: Initial Experience", Radiology (2002), Band 217, Seiten 564–571, zu entnehmen. Wie in der Veröffentlichung von C. R. Becker et al., „Current Development of Cardiac Imaging with Multidetector-Row CT", European Journal of Radiology (2000), Band 36, Seiten 97–103, dargelegt ist, lässt sich mit der Mehrschicht-Computertomographie auch verkalkter und nichtverkalkter koronarer Plaque auf Basis annähernd isotroper Schichtbild-Datensätze darstellen. Aus S. Schröder et al., „Non-invasive Detection and Evaluation of Atherosclerotic Plaque with Multi-Slice Computed Tomographie", Journal of the American College of Cardiology (2001), Band 37, Seiten 1430–1435, ist ein Verfahren zur Visualisierung von Ablagerungen in Herzkranzgefäßen bekannt, bei dem Lipid-reicher, fibröser und verkalkter Plaque durch Bestimmung der CT-Dichtewerte in den Bilddaten der rekonstruierten 2D-Schichtbilder unterschieden werden können. Hierbei werden Dichtemessungen an 16 zufällig ausgewählten Punkten in wenigstens 4 unterschiedlichen axialen Schichtbildern jedes Plaquebereiches vorgenommen.
• Durch die Darstellung der mit der bildgebenden tomographischen Modalität erhaltenen 2D-Schichtbilder des untersuchten Objektbereiches lässt sich jedoch das Ausmaß der Ablagerungen im Objektbereich lediglich qualitativ erfassen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen, insbesondere in Herzkranzgefäßen, anzugeben, mit denen sich die Ablagerungen zumindest teilautomatisiert quantitativ bestimmen lassen.
• Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
• Bei dem vorliegenden Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen werden mit einem bildgebenden tomographischen Gerät, insbesondere einem Mehrschicht-Computertomographen, Messdaten für eine Folge von 2D-Schichtbildern der Blutgefäße aufgezeichnet und aus den Messdaten die 2D-Schichtbilder rekonstruiert und ggf. dargestellt. In den 2D-Schichtbildern werden ein oder mehrere Bildbereiche markiert oder segmentiert, die Wertebereiche von Helligkeitswer ten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten aufweisen, die ein oder mehreren Typen von Ablagerungen entsprechen. Dies kann interaktiv bei einer Darstellung der 2D-Schichtbilder oder über ein Bildverarbeitungsverfahren automatisch anhand vorgegebener Schwellwerte für die Helligkeitswerte und/oder Ausgangswerte erfolgen. Aus sich in räumlich aufeinander folgenden 2D-Schichtbildern überschneidenden markierten oder segmentierten Bildbereichen wird automatisch jeweils ein dreidimensionaler Bereich gebildet und ein Volumen des dreidimensionalen Bereiches berechnet. Das berechnete Volumen wird als Wert für das Volumen der jeweiligen Ablagerungen bereitgestellt, insbesondere angezeigt.
• Je nach Vorgabe der Wertebereiche bzw. Intervalle lassen sich auf diese Weise Volumina unterschiedlicher Typen von Ablagerungen bzw. Plaque im untersuchten Objektbereich automatisch berechnen, so dass deren Ausmaß durch die Volumenberechnung quantitativ bestimmt wird. Voraussetzung ist lediglich die Kenntnis des Schichtabstandes, mit dem die einzelnen 2D-Schichtbilder aufgezeichnet und rekonstruiert werden, um daraus die dreidimensionalen Bereiche berechnen zu können. Dieser Schichtabstand, unter dem in der vorliegenden Anmeldung der Abstand der Mittelebenen der erfassten Schichten verstanden wird, ist jedoch bei der Aufzeichnung der Messdaten mit dem bildgebenden tomographischen Gerät bekannt.
• Mit dem vorliegenden Verfahren wird der Plaque somit auf Basis der markierten oder segmentierten Bereiche unter Berücksichtigung des Schichtabstandes quantitativ erfasst. Hierbei kann das Gesamtvolumen sämtlicher vorhandener Plaque oder einzelner Plaquetypen, insbesondere der weichen Plaque, berechnet werden. Das dreidimensionale Volumen dieser Plaque kann über ein dreidimensionales Anpassungsmodell zwischen den einzelnen Schichtbildern ermittelt werden. Hierbei ist es auch möglich, den Anteil einzelner Plaquetypen am Gesamtplaque zu berechnen und das Ergebnis darzustellen.
• In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden in zweiten markierten Bereichen, die auch den bereits markierten Bereichen entsprechen können oder diese vorzugsweise enthalten, Bildpunkte der 2D-Schichtbilder nach einer vorgebbaren Transferfunktion, die unterschiedlichen Wertebereichen von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten unterschiedliche Farben zuordnet, farbig codiert und mit den 2D-Schichtbildern dargestellt. Die Transferfunktion verwendet dabei vorzugsweise die gleichen Wertebereiche bzw. Intervalle, wie sich auch zur Markierung oder Segmentierung bei der Berechnung der Volumina vorgegeben werden.
• Bei der Betrachtung der aufgenommenen 2D-Schichtbilder der Blutgefäße kann der Betrachter beispielsweise interaktiv mit einem entsprechenden interaktiven Markierungsmittel, bspw. einem Mauszeiger, in den dargestellten 2D-Schichtbildern interessierende Bereiche an den dargestellten Blutgefäßen markieren. Die Markierung kann dabei unter Einsatz der Technik einer sog. Pixellinse erfolgen, bei der eine vorgegebene Fläche um die Position des Mauszeigers herum als markierter Bildbereich betrachtet wird. Alle Bildpunkte innerhalb dieses markierten Bildbereiches werden dabei jeweils entsprechend der vorgegebenen Transferfunktion farbig dargestellt. Die zugehörige Nachverarbeitung der Bilddaten sowie die farbige Darstellung können dabei entweder alleine durch Positionierung des Mauszeigers auf einem Bildbereich oder erst durch einen Eingabebefehl, bspw. einen Mausklick, ausgelöst werden. Die vorgegebene Fläche um die Position des Mauszeigers herum kann dabei kreisförmig, ellipsenförmig oder rechteckig sein und selbstverständlich auch beliebige andere vorgebbare Formen aufweisen. Durch diese farbige Pixellinse ist es dem Betrachter bei der Analyse der Bilder möglich, jederzeit sofort visuell Plaque an den Blutgefäßen im Bild zu identifizieren und deren Form und Ausdehnung zu erkennen. Durch interaktive Navigation in den Bildern kann dabei ein schneller Überblick über das Ausmaß und die Art der Plaque im untersuchten Objektvolumen gewonnen werden.
• Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der Vorgabe entsprechender Bildbereiche für die farbige Codierung besteht im Einsatz eines Zeichenwerkzeuges, mit dem diese Bildbereiche in den Bildern markiert werden. Auch dies kann in bekannter Weise mit Hilfe des Mauszeigers und eines Zeichenprogramms erfolgen. Durch einen Doppelklick auf die markierten Bereiche wird dann die Nachbearbeitung und darauf basierend die farbige Darstellung gemäß der Transferfunktion ausgelöst. Bei dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, alle in den Bildern vorhandenen Plaquebereiche durch das Zeichenwerkzeug zu markieren.
• Das bildgebende tomographische Gerät zur Erfassung der Messdaten kann beispielsweise ein Computertomograph, ein C-Bogengerät, ein Magnetresonanztomograph oder ein Ultraschalltomographiegerät sein. Wesentlich bei dem Einsatz des Verfahrens ist lediglich, dass mit der bildgebenden Modalität Bilddaten erhalten werden, mit denen unterschiedliche Plaquetypen durch unterschiedliche Helligkeitswerte im Bild unterscheidbar sind. In der bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens werden die Messdaten allerdings mit einem Mehrschicht-Computertomographen aufgezeichnet. Bei Gefäßaufnahmen des Herzens wird hierbei die Technik des EKG-Gatings eingesetzt, um volumetrische Datensätze mit einer isotropen Submillimeter-Auflösung ohne Bewegungsartefakte zu erhalten. Die Folge von 2D-Schichtbildern umfasst in der Regel mehrere 100 axiale 2D-Schichtbilder. Mit speziellen Verarbeitungsverfahren ist es möglich, diese Bilder jeweils senkrecht zur Gefäßachse der interessierenden Blutgefäße zu erhalten, wobei ein vorgebbarer Abstand zwischen den Einzelbildern eingehalten wird. Für einen Überblick über alle vorhandenen Plaquebereiche müssen dabei 2D-Schichtbilder rekonstruiert werden, die möglichst alle Blutgefäße umfassen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens kann die Technik der dicken multiplanaren Reformation (dicke MPR) eingesetzt werden, um überlappende Bilder und damit eine erhöhte Reprodu zierbarkeit durch Eliminierung der Abstände zwischen benachbarten Bildern zu erhalten. Die Dicke der Schichten der einzelnen Schichtbilder sollte allerdings nicht so groß gewählt werden, dass dadurch die Auflösung entlang der koronaren Arterien verringert wird. Selbstverständlich ist bei der Durchführung des Verfahrens auch die Zugabe von Kontrastmittel möglich, um den Bildkontrast hinsichtlich der interessierenden Plaquebereiche zu erhöhen.
• Eine Unterscheidung der unterschiedlichen Plaquetypen wird bei Einsatz eines Computertomographen vorzugsweise anhand der CT-Zahl vorgenommen. Hierbei kann eine Einteilung in die folgenden Klassen vorgenommen werden:
• – nicht-verkalkter oder lipider Plaque, falls die CT-Zahl innerhalb eines ersten Intervalls liegt,
• – fibröser Plaque, falls die CT-Zahl innerhalb eines zweiten Intervalls liegt,
• – Gefäßlumen, falls die CT-Zahl innerhalb eines dritten Intervalls liegt und
• – verkalkter (kalzifizierter) Plaque, falls die CT-Zahl innerhalb eines vierten Intervalls liegt.
• Diese Intervalleinteilung wird für die Markierung oder Segmentierung gewählt sowie ggf. in die Transferfunktion umgesetzt, um die unterschiedlichen Typen von Plaque quantifizieren bzw. farbig unterscheiden zu können.
• Die vorliegende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst ein bildgebendes tomographisches Gerät, insbesondere einen Mehrschicht-Computertomographen, zur Aufzeichnung von Messdaten für eine Folge von 2D-Schichtbildern der Blutgefäße, einen Bildrechner zur Rekonstruktion der 2D-Schichtbilder aus den Messdaten und ggf. zur Darstellung der 2D-Schichtbilder an einer Anzeigeeinheit und ein Nachbearbeitungsmodul zur lokalen Bestimmung von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten in den 2D-Schichtbildern.
• Das Nachverarbeitungsmodul, das vorzugsweise in den Bildrechner integriert ist, ermöglicht eine Markierung oder Segmentierung ein oder mehrerer Bildbereiche der 2D-Schichtbilder, die Wertebereiche von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten aufweisen, die ein oder mehreren Typen von Ablagerungen entsprechen, und ist so ausgebildet, dass es aus sich in räumlich aufeinander folgenden 2D-Schichtbildern überschneidenden markierten oder segmentierten Bildbereichen automatisch jeweils einen dreidimensionalen Bereich bildet und ein Volumen des dreidimensionalen Bereiches berechnet und als Wert für das Volumen der jeweiligen Ablagerungen bereitstellt. Vorzugsweise wird auch die Markierung bzw. Segmentierung auf Basis vorgebbarer Schwellwerte vom Nachverarbeitungsmodul automatisiert durchgeführt.
• Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 ein Beispiel für einen Mehrschicht-Computertomographen zur Durchführung des Verfahrens in schematisierter Darstellung;
• 2 ein Beispiel für eine farblich codierte Visualisierung mit Hilfe einer Pixellinse oder eines Zeichenwerkzeugs;
• 3 eine Übersicht über die Verfahrensschritte bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens; und
• 4 eine Darstellung von 2D-Schichtbildern zur Veranschaulichung der Bildung des dreidimensionalen Bereichs.
• In 1 ist ein Mehrschicht-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 4 Zeilen von Detektorelementen 4 dargestellt. Der Röntgendetektor kann jedoch weitere Zeilen von Detektorelementen 4 aufweisen, auch mit unterschiedlicher Breite b. 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 einstellbare 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 verläuft 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.
• Um das Untersuchungsobjekt, den Patienten, in den Strahlengang des Röntgenstrahlbündels bringen zu können, ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel zu der Systemachse 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- zu Rotationsgeschwindigkeit durch Vorgabe eines gewünschten Wertes für den Vorschub h der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umdrehung des Drehrahmens einstellbar ist.
• Durch den Betrieb dieses Computertomographen 1 kann ein Objektvolumen 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.
• Die während der Spiralabtastung aus den Detektorelementen 4 jeder aktiven Zeile des Detektorsystems 5 parallel ausgelesenen, den einzelnen Projektionen entsprechende 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.
• Der Röntgenstrahler 2, bspw. eine Röntgenröhre, wird von einer Generatoreinheit 13 mit den notwendigen Spannungen und Strömen versorgt. Um diese auf die jeweils notwenigen Werte einstellen zu können, ist der Generatoreinheit 13 eine Steuereinheit 14 mit Tastatur 15 zugeordnet, die die notwendigen Einstellungen gestattet. Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des Computertomographen 1 erfolgt mittels der Steuereinheit 14 und der Tastatur 15. Unter anderem 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 14 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.
• Bei der EKG-synchronisierten Bildverarbeitung werden von den mit dem Computertomographen 1 aufgezeichneten 2D-Schichtbildern lediglich die zur Darstellung gebracht, die der gleichen Herzphase des Patienten entsprechen. Die EKG-Signale von einer mit der Steuereinrichtung 14 verbundenen EKG-Messeinrichtung 20 werden hierzu parallel zur Datenerfassung aufgezeichnet. Durch dieses retrospektive EKG-Gating können Bilder des koronaren Gefäßsystems erhalten werden, die frei von durch die Herzbewegung bedingten Bewegungsartefakten sind. Hinsichtlich des retrospektiven EKG-Gatings mit vorliegenden Mehrschicht-Computertomographen wird auf die in der Einleitung genannten Veröffentlichungen verwiesen, deren Inhalt ausdrücklich in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen wird.
• Bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens erfolgt zunächst die Aufzeichnung der Messdaten mit dem Computertomographen 1 bei gleichzeitiger Aufzeichnung eines EKG. Der Verfahrensablauf ist in der 3 skizziert. Aus den erhaltenen Messdaten wird eine Rekonstruktion der 2D-Schichtbilder im Bildrechner 11 vorgenommen, wobei nur Bilder rekonstruiert werden, die in der gleichen Herzphase des Patienten aufgenommen wurden (retrospektives EKG-Gating).
• Nach einer Vorgabe von Schwellwerten bzw. Intervallen von CT-Zahlen, aus denen die Helligkeitswerte der Bildpunkte in den 2D-Schichtbildern erhalten werden, erfolgt im Nachbearbeitungsmodul 19 des Bildrechners 11 eine automatische Markierung von Bildbereichen in den 2D-Schichtbildern, deren CT- bzw. Helligkeitswerte innerhalb der angegebene Bereiche liegen. Die Intervalle werden dabei so gewählt, dass jedes Intervall den Wertebereich der CT-Zahlen eines Plaquetyps umfasst. Ein erstes Intervall von –50 HU–+50 HU entspricht hierbei nicht-verkalkter Plaque, ein zweites Intervall zwischen 50 HU und 150 HU entspricht fibröser Plaque, ein drittes Intervall zwischen 150 HU und 300 HU entspricht dem Gefäßlumen und ein viertes Intervall zwischen 300 HU und 1000 HU entspricht verkalkter Plaque. Die Vorgabe der Intervalle kann dabei selbstverständlich auch vor der Durchführung der Aufnahmen erfolgen oder im Nachverarbeitungsmodul gespeichert sein.
• Anschließend wird aus sich in aufeinander folgenden Schichtbildern jeweils überlappenden markierten Bereichen 27, die auf ein in z-Richtung zusammenhängendes Ablagerungsgebiet hinweisen, ein dreidimensionaler Bereich gebildet und dessen Volumen berechnet. Die Berechnung des Volumens erfolgt dabei unter Berücksichtigung des Abstandes d der Schichtbilder in z-Richtung, d.h. des Abstandes der Mittelebenen der aufgezeichneten Schichten, durch lineare Interpolation. Auch andere Interpolationstechniken können selbstverständlich zum Einsatz kommen. Diese Volumenberechnung erfolgt für alle dreidimensional zusammenhängenden markierten Bereiche 27.
• Die Bildung eines dreidimensionalen Bereiches ist in 4 stark schematisiert durch die gestrichelten Linien zwischen aufeinander folgenden 2D-Schichtbildern 25 veranschaulicht, in denen lediglich jeweils ein markierter Bereich 27 einer Ablagerung 26 dargestellt ist.
• Die für jeden Plaquetyp insgesamt berechneten Volumina werden dann am Monitor ausgegeben, so dass der Benutzer sofort eine quantitative Information über den Umfang der einzelnen Plaquetypen in dem untersuchten Objektbereich hat.
• Auch die rekonstruierten 2D-Schichtbilder können am Monitor 12 dargestellt werden. In dieser Bilddarstellung kann der Benutzer über ein graphisches Eingabeinstrument, bspw. eine Computermaus, auch gesondert einen Bildbereich 23, 24 markieren. In diesem Bildbereich 23, 24 wird den Bildpunkten mit einer dafür ausgebildeten Transferfunktion entsprechend dem Intervall, in das sie aufgrund ihres CT-Wertes fallen, jeweils eine intervallspezifische Farbe zugeordnet. So können bspw. alle Bildpunkte, die in das erste Intervall fallen, mit der Farbe rot codiert werden. In gleicher Weise werden Bildpunkte, die in die anderen Intervalle fallen mit entsprechend anderen Farben codiert. In der Darstellung des gesamten 2D-Schichtbildes werden die Bildpunkte dann in dem markierten Bereich 23, 24 entsprechend farblich dargestellt. Aus dieser Darstellung kann der Betrachter dann sofort das Vorliegen von Plaque sowie die Unterscheidung der einzelnen Plaquetypen anhand der unterschiedlichen Farben erkennen. Auch das Verhältnis der einzelnen Plaquetypen zueinander und zur Gesamtausdehnung der Plaques in den markierten Bereichen ist sofort ersichtlich.
• 2a zeigt beispielhaft stark schematisiert ein Beispiel für eine farblich codierte Darstellung eines markierten Bereiches bei Einsatz einer sog. Pixel-Linse. In der Figur ist ein Ausschnitt aus einem 2D-Schichtbild dargestellt, in dem zwei Gefäße 21 im axialen Schnitt erkennbar sind. Durch Positionieren des Mauszeigers auf eine Gefäßwand 22 eines der Gefäße wird automatisch ein kreisrunder Bereich 23 um den Mauszeiger markiert, der die Pixel-Linse darstellt. In diesem Bereich erfolgt die Nachverarbeitung und anschließend die farblich codierte Darstellung der Bildpunkte entsprechend den zugeordneten Plaquetypen. Dies ist in der Figur durch die unterschiedlichen Schraffierungen in diesem Bereich angedeutet. Durch eine Bewegung des Mauszeigers innerhalb des Bildes kann der Betrachter somit nach kritischen Plaquetypen und Stellen der Gefäße suchen. Die gleiche Prozedur kann selbstverständlich in allen aufgezeichneten Schichtbildern erfolgen, durch die der Betrachter bspw. in der Bilddarstellung navigieren kann. Die in der 2a dargestellte Pixel-Linse kann selbstverständlich beliebige vorgebbare Dimensionen aufweisen, die bspw. von 3 × 3 Pixeln bis zu 10 × 10 oder mehr Pixel reichen können. Auch die geometrische Form der Linse ist beliebig wählbar.
• 2b zeigt ein Beispiel, bei dem der Betrachter einen Bereich 24 innerhalb des 2D-Schichtbildes durch ein graphisches Zeichenwerkzeug markiert hat. Durch einen Eingabebefehl, bspw. einen Mausklick auf den von ihm geschlossen gezeichneten Bereich 24 wird dann die Nachverarbeitung und farblich codierte Bilddarstellung in gleicher Weise, wie bereits im Zusammenhang mit der 2a erläutert, durchgeführt.
• Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird es dem Benutzer ermöglicht, schnell und nichtinvasiv Plaque in Gefäßstrukturen quantitativ zur erfassen und ggf. farblich differenziert darzustellen.

Claims (14)

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen, bei dem mit einem bildgebenden tomographischen Gerät, insbesondere einem Mehrschicht-Computertomographen (1), Messdaten für eine Folge von 2D-Schichtbildern (25) der Blutgefäße (21) aufgezeichnet und aus den Messdaten die 2D-Schichtbilder (25) rekonstruiert werden, wobei eine Nachbearbeitung von Bilddaten der 2D-Schichtbilder (25) zur lokalen Bestimmung von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Bildbereiche (27) in den 2D-Schichtbildern (25) markiert oder segmentiert werden, die Wertebereiche von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten ein oder mehrerer Typen von Ablagerungen aufweisen, und aus sich in räumlich aufeinander folgenden 2D-Schichtbildern (25) überschneidenden markierten oder segmentierten Bildbereichen (27) automatisch jeweils ein dreidimensionaler Bereich gebildet, ein Volumen des dreidimensionalen Bereiches berechnet und als Wert für das Volumen der jeweiligen Ablagerungen bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Volumens unter Berücksichtigung des bekannten Schichtabstandes der 2D-Schichtbilder (25) durch ein Interpolationsverfahren erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den berechneten Volumina ein Gesamtvolumen der Ablagerungen oder von Ablagerungen eines bestimmten Typs berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Verhältnisse von berechneten Volumina unterschiedlicher Typen von Ablagerungen zueinander und/oder zum Volumen der gesamten Ablagerungen berechnet und ausgegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die 2D-Schichtbilder (25) so rekonstruiert werden, dass ihre Bildebene im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse der dargestellten Blutgefäße (21) ausgerichtet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung der Messdaten mit dem bildgebenden tomographischen Gerät bei gleichzeitiger Aufzeichnung eines Elektrokardiogramms (EKG) erfolgt und die die 2D-Schichtbilder (25) unter Einsatz der Technik der retrospektiven EKG-Synchronisation rekonstruiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere zweite Bildbereiche (23, 24) durch Positionierung eines interaktiv in den 2D-Schichtbildern (25) verschiebbaren Markierungselementes, insbesondere eines Mauszeigers, um das ein vorgebbarer Markierungsbereich definiert ist, markiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere zweite Bildbereiche (23, 24) durch Einsatz eines graphischen Zeichenprogramms in den 2D-Schichtbildern markiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den ein oder mehreren markierten zweiten Bildbereichen (23, 24) bei der Nachbearbeitung Bildpunkte nach einer vorgebbaren Transferfunktion, die unterschiedlichen Wertebereichen von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten unterschiedliche Farben zuordnet, automatisch farbig codiert und die 2D-Schichtbilder (25) mit den farbig codierten Bildpunkten dargestellt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferfunktion so gewählt wird, dass unterschiedliche Typen von Ablagerungen und/oder Ablagerungen und umgebendes Gewebe unterschiedlich farblich dargestellt werden
11. Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Ablagerungen in Blutgefäßen, mit einem bildgebenden tomographischen Gerät, insbesondere einem Mehrschicht-Computertomographen (1), zur Aufzeichnung von Messdaten für eine Folge von 2D-Schichtbildern der Blutgefäße, einem Bildrechner (11) zur Rekonstruktion der 2D-Schichtbilder aus den Messdaten und einem Nachbearbeitungsmodul (19) zur lokalen Bestimmung von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten in den 2D-Schichtbildern, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachbearbeitungsmodul (19) eine Markierung oder Segmentierung ein oder mehrerer Bildbereiche der 2D-Schichtbilder ermöglicht, die Wertebereiche von Helligkeitswerten und/oder diesen zugrunde liegenden Ausgangswerten ein oder mehrerer Typen von Ablagerungen aufweisen, und so ausgebildet ist, dass es aus sich in räumlich aufeinander folgenden 2D-Schichtbildern überschneidenden markierten oder segmentierten Bildbereichen automatisch jeweils einen dreidimensionalen Bereich bildet und ein Volumen des dreidimensionalen Bereiches berechnet und als Wert für das Volumen der jeweiligen Ablagerungen bereitstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachbearbeitungsmodul (19) in den Bildrechner (11) integriert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachbearbeitungsmodul (19) für die Durchführung von Verfahrensschritten gemäß den Ansprüchen 2 bis 10 ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende tomographische Gerät zur retrospektiven EKG-Synchronisation mit einer Einrichtung (20) zur Aufzeichnung eines Elektrokardiogramms verbunden ist.