DE102007029731A1 - Automatic determination of an optimum heart phase for computer tomography reconstruction, masks a motion map from image data sets to determine movement minima for the systolic and diastolic end phases - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung einer optimalen Herzphase für eine Cardio-CT-Rekonstruktion und eine Cardio-CT-Rekonstruktion, wobei eine Abtastung einer Herzregion eines Patienten mit einem Spiral-CT entlang einer z-Achse und Rekonstruktion einer Vielzahl von tomographischen Bilddatensätzen an unterschiedlichen z-Positionen mit einer ersten Auflösung, eine Messung der Herzaktivität während der Abtastung, Bestimmung der Zyklen und Zyklusphasen des Herzens, Zuordnung der Zyklusphasen zu den rekonstruierten Bilddatensätzen erster Auflösung, stattfindet und aus diesen Bilddatensätzen eine Motion Map erzeugt wird, welche Bewegungsinformationen in einem Herzphasen/z-Positions-Diagramm darstellt.The The invention relates to a method for automatically determining a optimal cardiac phase for cardio-CT reconstruction and a cardio-CT reconstruction, wherein a scan of a cardiac region a patient with a spiral CT along a z-axis and reconstruction a variety of tomographic image data sets at different z positions with a first resolution, a measurement of Heart activity during scanning, determination the cycles and cycle phases of the heart, assignment of the cycle phases to the reconstructed image data sets of first resolution, takes place and from these image data sets a motion Map which motion information is displayed in a cardiac phase / z position chart represents.
Die
Erzeugung einer solchen Motion Map ist allgemein bekannt. Es wird
beispielsweise auf
Das Problem bei der Beurteilung einer derartigen Motion Map, insbesondere bei der automatischen Beurteilung einer derartigen Motion Map durch ein Computerprogramm, besteht darin, dass in dem Feld eine Vielzahl von Bewegungsminima vorliegen und jeweils die richtigen Bewegungsminima auszuwählen sind, mit deren Zeitinformation anschließend die Kardiorekonstruktion erfolgen soll, wobei nur Messdaten aus der Ruhephase des Herzens während des Scans genutzt werden sollen.The Problem with the assessment of such a motion map, in particular in the automatic assessment of such a motion map a computer program, is that in the field a variety of motion minima are present and in each case the correct movement minima are to be selected with their time information subsequently Cardio reconstruction should be done using only measurement data the resting phase of the heart during the scan should.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren darzustellen, welches aus einer an sich bekannten Motion Map einer Spiral-CT-Abtastung automatisch die zur Rekonstruktion zu verwendeten Bewegungsminima herausfiltert.It It is therefore an object of the invention to provide a method which from a per se known motion map of a spiral CT scan automatically the movement minima used for the reconstruction filters out.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.These The object is achieved by the features of the independent claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are Subject of subordinate claims.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, die Vielzahl von Minima innerhalb einer Motion Map eindeutig den Bewegungsminima eines Herzens in der systolischen beziehungsweise diastolischen Endphase zuzuordnen, wenn die Motion Map vor der Bestimmung der Minima bezüglich der einzelnen Herzzyklen maskiert wird. Da der mittlere Aufnahmezeitpunkt jeder tomographischen Aufnahme relativ zum Herzzyklus bekannt ist, kann auch in der Motion Map definiert werden, welches einzelne Bewegungspixel zu welchem Herzzyklus zuzuordnen ist. Damit kann aus der Motion Map mit Hilfe einer Maskierung ein einzelner Herzzyklus herausgegriffen werden, beispielsweise mit Hilfe einer Maskierung einer zweiten Darstellung der Herzzyklen im Diagramm der Motion Map, so dass es nun programmtechnisch relativ einfach ist, die beiden innerhalb eines Zyklus verbleibenden Minima zu definieren und der Systole beziehungsweise der Diastole zuzuordnen. Die Zuordnung zur Systole beziehungsweise Diastole kann beispielsweise durch eine einfache Grenzbildung der Phase bei etwa 50% des Herzzyklus geschehen. Es kann auch die örtliche Reihenfolge der Minima verwendet werden oder es kann ein Bereich, in dem die Systole beziehungsweise Diastole liegen muss, auf der Basis der Kontur des EKGs entnommen werden.The Inventors have realized that it is possible to have the multiplicity of minima within a motion map clearly the minima of movement of a heart in the systolic or diastolic Assign the final phase if the motion map before determining the Minima with respect to the individual cardiac cycles is masked. Since the average recording time of each tomographic recording Relative to the heart cycle is also known in the Motion Map which individual motion pixels are to be defined at which heart cycle is to be assigned. This allows the motion map to be masked a single cardiac cycle are picked out, for example with the help of a masking of a second representation of the cardiac cycles in the Diagram of the motion map, so it is now programmatically relative simple, the two minima remaining within one cycle to define and assign the systole or the diastole. The Assignment to systole or diastole, for example by simply bordering the phase at about 50% of the cardiac cycle happen. It can also be the local order of minima can be used or it can be an area where the systole respectively Diastole must lie, taken on the basis of the contour of the ECG become.
Wird dieses Verfahren über die gesamte Motion Map für jeden einzelnen Herzzyklus durchgeführt, so ergibt sich eine Kette von Minima, die typischerweise den endsystolischen beziehungsweise enddiastolischen Ruhephasen des Herzens entsprechen. Da diese Minima jedoch bei verschiedenen z-Positionen liegen, repräsentieren sie auch die Bewegungsminima verschiedener Teile des Herzens. In einer einfachen Variante der Erfindung kann entweder nur eine Bildrekonstruktion an einer entsprechenden z-Position durchgeführt werden, wobei hierfür die zuvor gefundene optimale Phase minimaler Bewegung aus dem Motion Map verwendet wird.Becomes this procedure over the entire motion map for performed every single cardiac cycle, it follows a chain of minima, which typically end systolic or correspond to end-diastolic resting phases of the heart. Because these minima but at different z-positions, represent they also the movement minima of different parts of the heart. In A simple variant of the invention can either only be an image reconstruction be performed at a corresponding z-position, wherein for this the previously found optimal phase of minimal movement from the motion map is used.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Vielzahl der diastolischen oder systolischen Minima bezüglich der Herzphase zeitlich zu mitteln oder eine gewichtete Mittlung bezüglich der optimalen Ruhephase vorzunehmen, wobei vorzugsweise die Abgänge der Koronarien und deren proximale Teile stärker gewichtet werden sollten als die Minima, die aus Bereichen mit dem Aortenbogen beziehungsweise der Leber stammen. Eine solche Gewichtungsfunktion sollte der Lage des Herzens innerhalb des gescannten Bereiches entsprechen. Beispielsweise kann die Gewichtungsfunktion durch eine Trapezfunktion dargestellt werden. Es wird dabei jedes Minimum mit dem Wert der Gewich tungsfunktion an der jeweiligen Stelle multipliziert, so dass ein gewichtetes Mittel für die Phase beziehungsweise ein gewichtetes Mittel für die Verzögerung in Bezug auf ein charakteristisches Ereignis im EKG oder einer sonstigen Messung der Herzfunktion berechnet wird.It There is also the possibility of the variety of diastolic or systolic minima with respect to the cardiac phase in time or a weighted averaging with respect to the optimal rest phase, preferably the outlets the coronary arteries and their proximal parts more weighted should be considered the minima, which consist of areas with the aortic arch or the liver. Such a weighting function should match the location of the heart within the scanned area. For example, the weighting function by a trapezoidal function being represented. It will be every minimum with the value of Weighting function multiplied at the respective location, so that a weighted average for the phase or a weighted mean for the delay in terms to a characteristic event on the ECG or any other Measurement of cardiac function is calculated.
Mit der so berechneten optimalen Ruhephase kann anschließend eine Rekonstruktion der CT-Daten mit einer optimalen Auflösung durchgeführt werden, während das zuvor beschriebene Verfahren auch mit geringer Auflösung durchgeführt werden kann, um die Rechenzeit nicht zu sehr auszuweiten.With The calculated optimal resting phase can subsequently a reconstruction of the CT data with an optimal resolution be performed while the previously described Method also performed with low resolution can not be extended too much.
Ergänzend haben die Erfinder auch erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, bei der Berechnung der Motion Map gemäß dem oben dargestellten Verfahren nicht alle Bildteile gleichwertig zu betrachten, sondern zunächst zu bestimmen, wo beziehungsweise in welchen Pixeln die Herzregion wiedergegeben wird und die Bestimmung ob Bewegung vorliegt oder nicht ausschließlich auf diese Herzregion zu beschränken. Beispielsweise kann dies durch eine einfache Beschränkung der HU-Werte auf einen typischen Bereich, in dem das Herz in CT-Aufnahmen typischerweise dargestellt wird, beispielsweise –100 HU bis 800 HU, geschehen.additional the inventors have also realized that it can be beneficial when calculating the motion map according to the above not to consider all image parts equivalent, but first to determine where or in which Pixels representing the heart region and determining whether movement present or not exclusively on this heart region to restrict. For example, this can be done by a simple Restrict HU values to a typical range in which the heart is typically displayed in CT scans, for example, -100 HU to 800 HU, happen.
Entsprechend diesem zuvor beschriebenen Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur automatischen Bestimmung einer optimalen Herzphase für eine Cardio-CT-Rekonstruktion und eine Cardio-CT-Rekonstruktion vor, welche die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet:
- – Abtastung einer Herzregion eines Patienten mit einem Spiral-CT entlang einer z-Achse und Rekonstruktion einer Vielzahl von tomographischen Bilddatensätzen an unterschiedlichen z-Positionen mit einer ersten Auflösung,
- – Messung der Herzaktivität während der Abtastung, Bestimmung der Zyklen und Zyklusphasen des Herzens, Zuordnung der Zyklusphasen zu den rekonstruierten Bilddatensätzen erster Auflösung,
- – Erzeugung einer Motion Map aus den Bilddatensätzen zur Darstellung von Bewegungsinformationen in einem Herzphasen/z-Positions-Diagramm.
- Scanning a heart region of a patient with a spiral CT along a z-axis and reconstructing a plurality of tomographic image data sets at different z-positions with a first resolution,
- Measurement of heart activity during the scan, determination of the cycles and cycle phases of the heart, assignment of the cycle phases to the reconstructed first-resolution image data sets,
- Generation of a motion map from the image data sets for displaying motion information in a cardiac phase / z position diagram.
Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren durch die nachfolgenden Verfahrensschritte ergänzt:
- – Maskierung der Motion Map bezüglich eines Herzzyklus,
- – Bestimmung zweier Bewegungsminima je maskiertem Bereich in der Motion Map und Zuordnung der Minima zur systolischen beziehungsweise diastolischen Endphase des Herzens,
- – Rekonstruktion mindestens eines Bilddatensatzes mit Messdaten um die ermittelte Herzphase mindestens eines der ermittelten Minima mit einer zweiten Auflösung, und
- – Anzeige dieses mindestens einen rekonstruierten Bilddatensatzes mit der zweiten Auflösung.
- Masking the motion map with respect to a cardiac cycle,
- Determination of two movement minima per masked area in the motion map and assignment of the minima to the systolic or diastolic final phase of the heart,
- - Reconstruction of at least one image data set with measurement data about the determined heart phase of at least one of the determined minima with a second resolution, and
- - Display this at least one reconstructed image data set with the second resolution.
Soll die optimale Rekonstruktionszeit, das heißt die optimale Ruhephase für die nachfolgende Rekonstruktion nicht nur für einen einzeigen Herzzyklus bestimmt werden, sondern über einen gesamten Cardioscan, so ist es vorteilhaft, einen zeitlichen Mittelwert der Minima zu bestimmen, indem für mehrere Herzzyklen eine Maskierung der Motion Map und Bestimmung der Herzphase des Bewegungsminimums je systolischer und/oder diastolischer Endphase erfolgt, und anschließend für die systolische und/oder die diastolische Endphase jeweils ein zeitlicher Mittelwert bestimmt wird und die anschließende mindestens eine zweite Rekonstruktion mit Messdaten um diesen zeitlichen Mittelwert durchgeführt wird.Should the optimal reconstruction time, that is the optimal one Rest phase not only for the subsequent reconstruction be determined for a show heart cycle, but about An entire cardioscan, so it is advantageous, a temporal To determine the mean of the minima by using one for several cardiac cycles Masking the motion map and determining the heart phase of the movement minimum each systolic and / or diastolic final phase occurs, and subsequently for the systolic and / or the diastolic final phase in each case a time average is determined and the subsequent at least a second reconstruction with measurement data around this temporal Mean value is performed.
Wie zuvor beschrieben, kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn der zeitliche Mittelwert gewichtet ermittelt wird. Hierfür schlagen die Erfinder vor, dass für mehrere Herzzyklen eine Maskierung der Motion Map und Bestimmung der Herzphase des Bewegungsminimums je systolischer und/oder diastolischer Endphase erfolgt, und anschließend für die systolische und/oder die diastolische Endphase jeweils ein gewichteter zeitlicher Mittelwert bestimmt wird und die anschließende mindestens eine zweite Rekonstruktion mit Messdaten um diesen gewichteten zeitlichen Mittelwert durchgeführt wird.As previously described, it may further be advantageous if the weighted time average is determined. Therefor The inventors suggest that for several heart cycles a masking of the motion map and determination of the heart phase of the Minimum movement per systolic and / or diastolic final phase, and then for the systolic and / or the diastolic final phase is a weighted time average is determined and the subsequent at least a second Reconstruction with measurement data around this weighted time average is carried out.
Bei dieser Methode der gewichteten Bestimmung des zeitlichen Mittelwertes der Minima kann es besonders vorteilhaft sein, wenn insbesondere die Bereiche der Abgänge der Koronarien und deren proximale Teile stärker gewichtet werden, als die Bereiche des Aortenbogens und/oder der Leber.at this method of weighted determination of the time average It may be particularly advantageous for the minima, in particular the areas of the outflows of the coronaries and their proximal parts weighted more heavily than the areas of the aortic arch and / or the liver.
In besonderen Fällen, beispielsweise bei sehr unregelmäßigen Herzzyklen eines Patienten, kann es besonders günstig sind, eine individuelle Verwendung der ermittelten Bewegungsminima durchzuführen, indem für mehrere Herzzyklen eine Maskierung der Motion Map und Bestimmung der Herzphase des Bewegungsminimums je systolischer beziehungsweise diastolischer Endphase erfolgt, und anschließend für jeden Herzzyklus und je systolischer und/oder diastolischer Endphase eine zweite Rekonstruktion mit Messdaten um das jeweils ermittelte Bewegungsminimum erfolgt.In special cases, for example in the case of very irregular cardiac cycles of a patient, it may It is particularly favorable to carry out an individual use of the determined movement minima by masking the motion map and determining the cardiac phase of the movement minimum for each systolic or diastolic final phase, and then for each cardiac cycle and for each systolic and / or diastolic final phase a second reconstruction with measured data about the respectively determined movement minimum.
Bezüglich der eigentlichen Berechnung der Motion Map schlagen die Erfinder unterschiedliche Durchführungsvarianten vor. Einerseits kann als Maß für die Bewegung in der Motion Map zu jedem Bilddatensatz die Summe der absoluten Pixelwertabweichungen zumindest eines Teils der Pixel zu einem zeitlich benachbarten Bilddatensatz an der jeweils gleichen z-Position verwendet werden. Eine andere Variante sieht vor, dass eine entsprechende Berechnung durchgeführt wird, allerdings bezogen auf die beiden zeitlich benachbarten Bilddatensätze. Es wird darauf hingewiesen, dass gleichwertig zu dieser Differenzbildung und Aufsummierung der absoluten Differenzen auch eine Aufsummierung von Differenzquadraten ist.In terms of the actual calculation of the motion map beat the inventors different implementation variants. On the one hand can be used as a measure of motion in the motion map for each image data set, the sum of the absolute pixel value deviations at least a portion of the pixels to a temporally adjacent image data set be used at the same z-position. Another Variant provides that a corresponding calculation is performed is, however, based on the two temporally adjacent image data sets. It should be noted that equivalent to this difference and adding up the absolute differences also a summation of difference squares.
Gemäß einer anderen Variante der Bestimmung der Bewegungsabweichungen in der Motion Map kann als Maß für die Bewegung in der Motion Map zu jedem Bilddatensatz auch ein Korrelationskoeffizient zu einem zeitlich benachbarten Bilddatensatz oder zu beiden zeitlich benachbarten Bilddatensätzen, zumindest bezüglich eines Teils der Pixel des Bilddatensatzes, verwendet werden.According to one another variant of the determination of the motion deviations in the Motion Map can be used as a measure of movement in the Motion Map to each image data set also has a correlation coefficient to a temporally adjacent image data set or both in time adjacent image data sets, at least with respect a portion of the pixels of the image data set.
Gemäß einer anderen Variante der Berechnung der Motion Map kann anstelle eines zeitlich benachbarten Bildes an der gleichen z-Position auch ein Referenzbilddatensatz genutzt werden und die Summe zumindest eines Teils der absoluten Pixelabweichung zu diesem vorbestimmten Referenzbilddatensatz aus den Bilddatensätzen an der gleichen z-Position berechnet und genutzt werden.According to one another variant of calculating the motion map may be instead of a temporally adjacent image at the same z position also Reference picture data set are used and the sum of at least one Part of the absolute pixel deviation to this predetermined reference image data set calculated from the image data sets at the same z position and be used.
Schließlich kann in einer anderen Variation der Berechnung der Motion Map als Maß für die Bewegung zu jedem Bilddatensatz ein Korrelationskoeffizient zu einem solchen vorbestimmten Referenzbilddatensatz aus den Bilddatensätzen an der gleichen z-Position zumindest bezüglich eines Teils der Pixel berechnet werden. Vorzugsweise sollte der Referenzbilddatensatz für jede z-Position aus einer vorbestimmten Zyklusphase stammen. Beispielsweise kann hierfür ein bestimmtes Triggerereignis, beispielsweise eine R-Zacke bei der Messung der Herzaktivität, herangezogen werden.After all may in another variation of the calculation of the motion map as Measure the movement to each image data set Correlation coefficient to such a predetermined reference image data set the image data sets at the same z-position at least with respect to a part of the pixels. Preferably the reference image data set should look for every z position come from a predetermined cycle phase. For example, this can be done a specific trigger event, such as an R-wave the measurement of heart activity, are used.
Gemäß einer Variante der Berechnung der Motion Map kann einerseits die Gesamtheit aller Pixel eines Bilddatensatzes zur Bestimmung der Abweichung oder des Korrelationskoeffizienten genutzt werden. Oder es besteht andererseits die Möglichkeit, dass für die Berechnung der Motion Map nur ein ausgewählter Teil der Gesamtheit aller Pixel eines Bilddatensatzes genutzt wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn nur die Pixel zur Berechnung der Motion Map verwendet werden, die im rekonstruierten Bilddatensatz innerhalb eines vorbestimmten HU-Werte-Bereiches, vorzugsweise im HU-Werte-Bereich zwischen –100 HU und +600 HU, liegen. Dies entspricht im Wesentlichen den Pixeln, die in einem rekonstruierten Bild das Herz selbst wiedergeben. Auf diese Weise wird die Bestimmung der Bewegung im Wesentlichen auf die Herzaktivität konzentriert.According to one Variant of the calculation of the motion map can on the one hand the entirety all pixels of an image data set for determining the deviation or the correlation coefficient. Or it exists on the other hand the possibility that for the calculation The motion map is only a selected part of the whole all pixels of an image data set is used. This is special advantageous if only the pixels used to calculate the motion map which are in the reconstructed image data set within a predetermined HU value range, preferably in the HU value range between -100 HU and +600 HU, lie. This essentially corresponds to the pixels, who reproduce the heart in a reconstructed image. On In this way, the determination of the movement is essentially based on the heart activity concentrates.
Bezüglich der Darstellung der Motion Map schlagen die Erfinder einerseits vor, dass als Maß für die Herzphase in der Motion Map ein zeitlicher Abstand von einem Triggerereignis bei der Messung der Herztätigkeit verwendet wird. Andererseits besteht jedoch auch die Möglichkeit als Maß für die Herzphase einen prozentualer Anteil zwischen zwei aufeinander folgenden Triggerereignissen bei der Messung der Herztätigkeit zu nutzen. Hierfür kann beispielsweise als Triggerereignis eine R-Zacke eines EKGs oder eine Druckpulsmaximum einer Druckpulsmessung verwendet werden.In terms of the presentation of the motion map beat the inventors one hand that as a measure of the cardiac phase in the motion Map a time interval from a trigger event during the measurement the heart activity is used. On the other hand exists but also the possibility as a measure of the heart phase is a percentage between two consecutive following trigger events in the measurement of cardiac activity to use. For this example, as a trigger event an R-wave of an ECG or a pressure pulse maximum of a pressure pulse measurement be used.
Zur Bestimmung der Zugehörigkeit eines Bewegungsminimums zur systolischen oder diastolischen Endphase kann beispielsweise die zeitliche Lage des jeweiligen Bewegungsminimums in einem vorbestimmten Prozentbereich des Herzzyklus verwendet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, hierzu die zeitliche Lage des jeweiligen Bewegungsminimums in einem vorbestimmten Zeitintervall relativ zu einem Triggerereignis bei der Messung der Herztätigkeit zu nutzen oder die zeitliche Reihenfolge der gemessenen Minima in einem Herzzyklus, vorzugsweise in einem vorbestimmten Bereich des Herzzyklus, zu verwenden.to Determining the affiliation of a movement minimum to For example, the systolic or diastolic final phase may be the temporal position of the respective minimum movement in a predetermined Percent range of the cardiac cycle. It exists, however also the possibility, for this the temporal situation of the respective Minimum movement in a predetermined time interval relative to a trigger event in the measurement of cardiac activity to use or the temporal order of the measured minima in a cardiac cycle, preferably in a predetermined area of the Cardiac cycle, to use.
Da das beschriebene Verfahren eine relativ hohe Anzahl an Rekonstruktionen erfordert und damit einen hohen Rechenaufwand bedingt, schlagen die Erfinder zusätzlich vor, dass die erste Auflösung für die ersten Rekonstruktionen kleiner ist als die zweite Auflösung für die mindestens eine zweite Rekonstruktion. Vorzugsweise kann die erste Rekonstruktion eine Auflösung von 642 Pixel aufweisen, während beispielsweise die zweite Rekonstruktion eine Auflösung von 5122 Pixel nutzt. Außerdem kann die Rekonstruktion zur Bestimmung der Motion Map in dickeren Schichten in z-Richtung erfolgen, als die diagnostisch zu betrachtenden Bilddatensätze aus der zweiten Rekonstruktion.Since the method described requires a relatively high number of reconstructions and thus requires a high computational effort, the inventors additionally propose that the first resolution for the first reconstructions is smaller than the second resolution for the at least one second reconstruction. Preferably, the first reconstruction may have a resolution of 64 2 pixels while, for example, the second reconstruction uses a resolution of 512 2 pixels. In addition, the reconstruction to Bestim Motion map in thicker layers in the z-direction, as to be considered diagnostic image data sets from the second reconstruction.
Der wesentliche Vorteil des zuvor beschriebenen Verfahrens liegt darin, dass eine optimale Herzphase beziehungsweise ein optimales Delay in der Herzphase bezüglich eines Triggerpunktes automatisch bestimmt wird und sofort bei dieser Herzphase beziehungsweise dieses Delay eine Rekonstruktion durchgeführt werden kann, ohne dass ein Eingriff des Operators notwendig ist. Diese Konstruktion liefert eine bestmögliche Bildqualität für die jeweiligen Cardioscan, so dass der diese Bilder beurteilende Radiologe sofort mit der Befundung beginnen kann.Of the The essential advantage of the method described above is that that an optimal heart phase or an optimal delay in the cardiac phase with respect to a trigger point automatically is determined and immediately at this heart phase or this Delay a reconstruction can be done without that an intervention of the operator is necessary. This construction provides the best possible picture quality for the respective cardioscan, so that judging these pictures Radiologist can start immediately with the diagnosis.
Insbesondere bei der Variante, bei der für jeden Herzzyklus individuell die optimale Lage des Bewegungsminimums berechnet und verwendet wird, kann auch bei irregulären Herzrhythmen, zum Beispiel bei Vorhofflimmern, eine optimale diagnostische Bildqualität erreicht werden.Especially in the variant, in which for each cardiac cycle individually calculated and used the optimal position of the minimum of movement can also be with irregular heart rhythms, for example in atrial fibrillation, an optimal diagnostic image quality be achieved.
Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher
beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung
notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden
Bezugszeichen verwendet:
Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:
Die
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren soll mit Hilfe einer Motion Map die optimale Zyklusphase beziehungsweise der optimale Zyklusphasenbereich innerhalb der Herzzyklen eines gescannten Patienten bestimmt werden, so dass anschließend eine Bildrekonstruktion mit Detektordaten ausschließlich aus diesen zuvor bestimmten Zyklusphasen durchgeführt werden kann, die minimale Bewegungsunschärfen aufweist.Corresponding the process of the invention should be using a motion map the optimal cycle phase or the optimal Cycle phase area within the cardiac cycles of a scanned patient be determined, so that subsequently an image reconstruction with detector data exclusively from these previously determined Cycle phases can be performed, the minimum motion blur having.
Die
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Maß für die Bewegung eines Bildes M(z, φn) die Summe aller absoluten Abweichungen der Pixel des betrachteten Bildes von den Pixelwerten der zeitlich benachbarten Bilder I(z, φn-1) und I(z, φn+1) gemäß der nachfolgenden Gleichung dargestellt.In the illustrated embodiment, as a measure of an image M of movement (z, φ n) is the sum of all absolute differences of the pixels of the viewed image from the pixel values of temporally adjacent images I (z, φ n-1) and I (z , φ n + 1 ) according to the following equation shown.
Gemäß dieser vorgenannten Gleichung werden lediglich alle Betragsabweichungen aller Pixel dieses Bildes aufsummiert und dieser Wert als Maß für die Abweichung angesehen. Dies ist möglich, wenn bei allen betrachteten Bildern die gleiche Anzahl Pixel betrachtet wird. Werden jedoch unterschiedliche Pixelmengen je betrachtetem Bild verwendet, so muss dieser Wert mit der Anzahl der betrachteten Pixel eines Bildes normiert werden. Dies kann beispielsweise notwendig werden, wenn an unterschiedlichen z-Positionen durch eine später beschriebene Maskierung nur die tatsächlich zum Herz gehörenden Pixel bei der Beurteilung der Bewegung verwendet werden. Da über die z-Richtung der Querschnitt des Herzens sich ändert, muss auch eine entsprechende Normierung über die verwendete Pixelanzahl jedes Bildes durchgeführt werden.According to this the above equation will only be all amount deviations of all the pixels of this image and this value as a measure of considered the deviation. This is possible if considered at all Pictures the same number of pixels is considered. Will, however used different pixel sets per viewed image, so this value must match the number of considered pixels of an image be normalized. This may be necessary, for example, if at different z positions by a later described Masking only those actually belonging to the heart Pixels are used in judging the movement. There over the z-direction the cross section of the heart changes, must also have a corresponding standardization over the used Pixel count of each image.
Eine alternative Variante für eine solche Bestimmung eines Maßes für die Bewegung kann darin bestehen, dass anstelle der Aufsummierung der Absolutdifferenzen aller Pixelwerte ein Korrelationswert gemäß der nachfolgenden Gleichung bestimmt wird: An alternative variant for such a determination of a measure of the movement may be that, instead of summing the absolute differences of all pixel values, a correlation value is determined according to the following equation:
Hierbei bedeuten:
- In:
- Bild bei Phase n
- In+1:
- Bild bei Phase n + 1
-
I n: - Mittelwert (genauer: Erwartungswert) des Bildes In.
- I n :
- Picture at phase n
- I n + 1 :
- Image at phase n + 1
-
I n : - Mean value (more precisely: expected value) of the image I n .
Wird
entsprechend des zuerst beschriebenen Absolutdifferenzverfahrens
für jedes Bild an jeder z-Position und an jeder Phasenposition
das Maß M(xφn) bestimmt
und in ein Koordinatenkreuz mit der z-Position auf der Abszisse
und der Herzzyklusphase auf der Ordinate eingetragen, so erhält
man eine sogenannte Motion Map
Betrachtet man dieses Bild so ist es sehr schnell klar, dass es hierbei sehr schwierig ist, durch ein automatisches rechnerisches Verfahren die richtigen Minima herauszufinden, die die Bewegungsminima der systolischen beziehungsweise diastolischen Endposition darstellen sollen.considered As soon as you get this picture it is very clear that it is very nice difficult is through an automatic computational method the Find out the right minimums that are the minimums of movement of the systolic or diastolic end position.
Betrachtet
man die Struktur der Motion Map
Die Erfinder haben nun erkannt, dass einerseits diese streifige Figur den einzelnen Herzzyklen zuzuordnen ist, wobei der leicht schräge Verlauf aufgrund der spiralförmigen Abtastung des Patienten auftritt.The Inventors have now recognized that on the one hand this streaky figure The individual cardiac cycles is attributable to the slightly oblique Course due to the spiral scan of the patient occurs.
Es
besteht also die Möglichkeit, eine Maskierung dieser schrägen
Strukturen durchzuführen, indem jeweils lediglich die Daten
eines einzigen Herzzyklus betrachtet werden und die Motion Map
Eine
solche Maskierung ist in der
Eine
weitere Einschränkung kann beispielsweise dadurch erreicht
werden, dass nicht die gesamte untere Hälfte beziehungsweise
gesamte obere Hälfte des Herzzyklus bei der Suche nach
dem richtigen Bewegungsminimum für die systolische beziehungsweise
diastolische Endphase verwendet wird, sondern dass engere Bereiche
Wird
ein solches Verfahren für alle Herzzyklen während
des Scans des Herzens durchgeführt, das heißt
werden alle in der Motion Map
Gemäß einer vorgeschlagenen Variation des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nun über die so gefundenen Bewegungsminima eine zeitliche Mittelung oder in einer verbesserten Variation eine gewichtete zeitliche Mittelung durchgeführt werden, wobei insbesondere die Bereiche der Abgänge der Koronarien und deren proximale Teile stärker gewichtet werden sollten als die Bereiche des Aortenbogens und der Leber.According to one proposed variation of the invention Method can now on the thus found motion minima a temporal averaging or in an improved variation one weighted temporal averaging are performed, wherein in particular the areas of the departures of the coronaria and whose proximal parts should be weighted more heavily as the areas of the aortic arch and the liver.
Eine
solche Gewichtungsfunktion ist in der
Die Berechnung der gewichteten Mittelwerte Φw für die optimale Ruhephase während des Scans kann mit der folgenden Formel erfolgen: The calculation of the weighted average values Φ w for the optimal resting phase during the scan can be done with the following formula:
Darin bedeuten Φw der ermittelte Mittelwert, wi(zi) der Wichtungsfaktor an der Stelle zi des gefundenen i-ten Minimums Φi(zi). Die Laufvariable i läuft über alle Minima (1...m) des ausgewählten Bereichs (Systole oder Diastole).In this equation, Φ w denotes the determined mean value, w i (z i ) the weighting factor at the position z i of the found i-th minimum Φ i (z i ). The running variable i runs over all minima (1 ... m) of the selected range (systole or diastole).
Betrachtet
man die
Eine
weitere Verbesserung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann dadurch
erreicht werden, dass bei der Berechnung der Motion Map
Entsprechend
diesem Gedanken kann an jeder z-Position eine Segmentierung des
Herzens vorgenommen werden, so dass lediglich diese Pixel zur Bestimmung
der Bewegung verwendet werden, die im Bereich des Herzens selbst
liegen. Da jedoch eine Segmentierung ein sehr rechenintensiver Vorgang
ist, kann auch eine einfache Methode verwendet werden, die in der
Insgesamt wird durch dieses zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren also eine Möglichkeit eröffnet, auf automatische Weise ohne manuelles Zutun die optimale Lage der Bewegungsminima in den jeweiligen Herzzyklen zu finden und entsprechend Cardio-Rekonstruktionen im Bereich dieser Bewegungsminima durchzuführen und damit Bilder mit minimaler Bewegungsunschärfe zu erhalten.All in all is achieved by this invention described above Procedure thus opens up a possibility automatic way without manual intervention the optimal position of the movement minima to find in the respective cardiac cycles and accordingly cardio reconstructions to perform in the range of these movement minima and thus Get pictures with minimal motion blur.
Zur Beschleunigung des gesamten Verfahrens kann die Erstellung der Motion Map mit Hilfe von Bilddatensätzen gewonnen werden, deren Auflösung wesentlich unterhalb der später verwendeten Auflösung für die eigentliche CT-Darstellung liegt. Beispielsweise können Auflösung von 642 Pixeln für die Erstellung der Motion Map verwendet werden, während für die dann rekonstruierten Cardioaufnahmen eine Auflösung von 5122 Pixeln herangezogen wird, um eine optimale Befundung zu ermöglichen.To speed up the entire process, the creation of the motion map can be obtained with the aid of image data records whose resolution is significantly below the resolution used later for the actual CT display. For example, resolution of 64 2 pixels can be used to create the motion map, while for the then reconstructed cardio images, a resolution of 512 2 pixels is used to allow for optimal diagnosis.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above features of the invention not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the invention.
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Martin H. K. Hoffmann et. all, Eur Radiol (2006) 16: 365–373, „Automatic determination of minimal cardiac motion phases for computed tomoraphy imaging: initial experience" [0002] - Martin HK Hoffmann et. all, Eur Radiol (2006) 16: 365-373, "Automatic determination of minimal cardiac motion phases for computed tomoraphy imaging: initial experience" [0002]
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |