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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur getrennten dreidimensionalen
Darstellung von Arterien und/oder Venen eines Gefäßsystems
in einem Untersuchungsobjekt mittels eines Tomographie-Röntgengeräts
gemäß dem Patentanspruch 1 sowie einer Vorrichtung,
insbesondere zur Ausführung des Verfahrens, gemäß dem
Patentanspruch 14. Bevorzugt findet die Erfindung Anwendung bei C-Bogen-Angiographen.
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Es
besteht ein wachsender Bedarf an einer möglichst genauen
dreidimensionalen Darstellung des Aussehens und Verlaufs von Gefäßen
in Körperteilen, insbesondere von Arterien und Venen, zu
diagnostischen Zwecken im Bereich der Gefäßerkrankungen
und deren Therapie. Ein wichtiges Einsatzgebiet stellt die Untersuchung
zerebraler Aneurismen dar, die auch eine Analyse und optimale Darstellung zur
Definition des Aneurismahalses unter topografischen Verhältnissen
zu benachbarten Gefäßen beinhaltet. Angiographien
werden auch an anderen Körperteilen durchgeführt,
um arteriosklerotische Veränderungen oder Fehlbildungen
festzustellen. Mit der Einführung der computergestützten
Rotationsangiographie, die dreidimensionale Darstellungen mit einer
gleichmäßigen Auflösung aus den Projektionsrohdaten
rekonstruiert, gelang ein technischer Durchbruch im Bereich der
Diagnostik.
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Stand
der Technik sind hierbei so genannte C-Bogen-Angiographen, bei denen
eine Röntgenquelle und ein gegenüber dieser angeordneter
Sensor in einem etwa 200° umfassenden Bogen um das zu untersuchende
Körperteil eines Patienten rotiert wird und dabei zwischen
50 und 500 Röntgenbilder aufgenommen und digital gespeichert
werden. Aus den aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommenen
Projektionsröntgenbildern kann dann ein dreidimensionales
Modell des ge röntgten Körperteiles berechnet werden.
Jedoch ist mit der herkömmlichen 3D-Angiographie eine klare
Trennung nach arteriellem und venösem Gefäßsystem
aufgrund der Aufnahmezeiten und der Dynamik der Kontrastmittelausbreitung
nicht hinreichend möglich.
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Bei
der vorbekannten dreidimensionalen Gefäßdarstellung
werden ein sog. Maskenlauf und ein Füllungslauf aufgenommen.
Beim Maskenlauf erfolgt die Rotation des C-Bogens um das Untersuchungsobjekt
und die Aufnahme der Röntgenbilder über den vorgegebenen
Winkelbereich. Danach wird in das interessierende Gefäß ein
Kontrastmittel injiziert und bei einer erneuten C-Bogen-Rotation
ein zweiter Satz Röntgenbilder aufgenommen, die den sog.
Füllungslauf abbilden. Die Projektionsdaten beider Bildsequenzen
werden nunmehr voneinander so subtrahiert, dass im Ergebnis nur
noch die kontrastierten (d. h. Kontrastmittel enthaltenden) Gefäße
zu sehen sind. Diese werden nun mit einem 3D-Rekonstruktionsverfahren
zu einem dreidimensionalen Datensatz rekonstruiert. Alternativ können
auch Masken und Füllungslaufdaten getrennt rekonstruiert
und die resultierenden dreidimensionalen Datensätze voneinander
subtrahiert werden.
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Das
Verfahren der 3D-Angiographie nach dem Stand der Technik liefert
in der Regel einen dreidimensionalen Datensatz, der sowohl einen
Teil des arteriellen als auch Teile des venösen Gefäßsystems darstellt.
Der Grund für diesen Mangel derzeitiger Angiographiesysteme
ist darin zu suchen, dass die Rotationszeit des Tomographen mit
ca. 5 s deutlich länger ist als die sog. arterielle Phase
der Gefäßkontrastierung, die lediglich 2 bis 3
s andauert. Danach wandert das Kontrastmittel über die üblichen
Kapillarwege in das venöse Gefäßsystem,
so dass sich nach Ablauf der arteriellen Phase eine venöse
Phase der Gefäßkontrastierung zeigt, die in einem
späteren Teil der Rotation des Tomographen aufgezeichnet
wird, so dass sich eine dreidimensionale Mischstruktur aus Arterien
und Venen ergibt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders
schnelles und einfaches Verfahren vorzusehen, welches geeignet ist,
dreidimensionale Datensätze von Gefäßen
zu erzeugen, die je nach Wunsch entweder nur Arterien oder nur Venen
darstellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
das Verfahren zur getrennten dreidimensionalen Darstellung von Arterien
und/oder Venen gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch 1 sowie die Vorrichtung zur getrennten dreidimensionalen
Darstellung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
14; vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur getrennten Darstellung von
Arterien und Venen zwei schnelle Füllungsläufe
durchzuführen, wobei bei jedem nur ein Teil, idealerweise
die Hälfte, der Winkelpositionen des Maskenlaufs angefahren
werden, so dass eine einzige Kontrastmittelinjektion genügt,
um sowohl die arterielle Phase (während des ersten Füllungslaufs)
als auch die venöse Phase der Gefäßkontrastierung
(während des zweiten Füllungslaufs) aufzunehmen.
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Dadurch
dass die Anzahl der Kontrastmittelinjektionen auf eins beschränkt
werden kann, bleibt die Belastung des Patienten durch Kontrastmittel
relativ gering. Das Verfahren ist außerdem auf einfache Weise
zeitlich abstimmbar dadurch dass arterielle Phase und venöse
Phase auf je einen Füllungslauf aufgeteilt sind. Zusätzlich
wird der Patient mit einer relativ geringen Röntgendosis
belastet, da die Anzahl der Röntgenaufnahmen vergleichsweise
gering bleibt. Durch die geringe Aufnahmezeit werden die Dauern
des Atemanhaltens und der Bewegungslosigkeit für den Patienten
kürzer und die Behandlung somit weniger unangenehm. Die
geringere Anzahl von Projektionsaufnahmen pro Füllungslauf
wird anschließend durch eine Gewichtung aufgewogen, durch
die die Qualität der dreidimensional rekonstruierten Volumina
der Venen und der Arterien denen der doppelten Anzahl von Aufnahmen
zumindest vergleichbar ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur getrennten dreidimensionalen
Darstellung von Arterien und/oder Venen eines Gefäßsystems
in einem Untersuchungsobjekt mittels eines Tomographie-Röntgengeräts
umfasst folgende Schritte:
- (a) Durchführen
eines Maskenlaufs des Röntgengeräts mit N Projektionen
an N Winkelpositionen um das Untersuchungsobjekt ohne Kontrastmittel;
- (b) Durchführen eines ersten Füllungslaufs
des Röntgengeräts um das Untersuchungsobjekt mit M
Projektionen an M der N Winkelpositionen nach Injektion eines Kontrastmittels,
wobei M < N;
- (c) Durchführen eines zweiten Füllungslaufs
des Röntgengeräts um das Untersuchungsobjekt mit N – M
Projektionen an N – M der N Winkelpositionen in direktem
Anschluss an den ersten Füllungslauf;
- (d) Rekonstruktion eines zusammengesetzten dreidimensionalen
Volumendatensatzes aus einem Zwischendatensatz, welcher Zwischendatensatz
aus den beim Maskenlauf, beim ersten Füllungslauf und beim
zweiten Füllungslauf entstandenen Datensätzen
durch Subtraktion und Kombination ermittelt wurde;
- (e) Berechnung eines Reprojektionsdatensatzes für Arterien
durch Reprojektion der Winkelpositionen des ersten Füllungslaufs
aus dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz und/oder
Berechnung eines Reprojektionsdatensatzes für Venen durch
Reprojektion der Winkelpositionen des zweiten Füllungslaufs
aus dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz;
- (f) Berechnung eines dreidimensionalen Volumendatensatzes für
Arterien und/oder eines dreidimensionalen Volumendatensatzes für
Venen mittels Gewichtung des zusammengesetzten dreidimensionalen
Volumendatensatzes unter Berücksichtigung der jeweiligen
gemessenen und der jeweiligen errechneten Projektionsbilder
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Dabei
ist unter einem Tomographie-Röntgengerät ein Röntgengerät
zu verstehen, welches ein bildgebendes Verfahren mit Errechnung
eines dreidimensionalen Modells des Untersuchungsobjekts verwendet.
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Ein
Maskenlauf ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der Lauf des
Tomographie-Röntgengeräts ohne die Verwendung
eines Kontrastmittels.
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Ein
Kontrastmittel ist, wie Fachleuten geläufig ist, eine Substanz,
die für das jeweilige bildgebende Verfahren, im vorliegenden
Fall für Röntgenstrahlen, undurchlässig
ist und damit ausgefüllte Polstrukturen durch einen deutlichen
Röntgenschatten abbildet.
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Unter
einem Füllungslauf ist ein Lauf des Tomographie-Röntgengeräts
zu verstehen, bei dem der zu untersuchende Hohlraum, in diesem Fall
Gefäße, mit einem Kontrastmittel bis zu dem Grad
gefüllt sind, dass sich ein hinreichender Kontrast im bildgebenden
Verfahren ergibt.
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Unter
einer Kombination der Daten aus den Füllungsläufen
zu Datensätzen ist zu verstehen, dass mit Hilfe eines vorgegebenen
Algorithmus und ggf. unter Mitwirkung eines menschlichen Auswerters
jeweils Teilmengen der Daten der einzelnen Füllungsläufe
nach vorgegebenen Regeln zu einem neuen Datensatz kombiniert werden.
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Unter
einer Subtraktion von Datensätzen ist gemäß der
Fachleuten geläufigen Verwendung dieses Ausdrucks bei tomographischen
Verfahren ein rechnerisches Prozedere zu verstehen, bei dem die Messdaten
eines Hintergrundes von den interessierenden Messdaten so abgezogen
werden, dass im Wesentlichen nur die interessierenden Messdaten
im Datensatz verbleiben.
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Um
aus den Projektionsbilddaten der einzelnen Aufnahmen der Läufe
ein dreidimensionales Modell zu generieren, wird ein Verfahren verwendet,
das auf dem Gebiet der Angiographie als Rekonstruktion bezeichnet
wird. Diese Rekonstruktion beinhaltet im Allgemeinen eine Filterung
und eine Rückprojektion.
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Ein
wichtiges Einsatzgebiet der Erfindung ist das Auffinden von Aneurismen
in den Gefäßen des Gehirns. Es versteht sich jedoch,
dass auch andere Körperteile von Menschen und anderen Tierarten
mit einem Gefäßsystem dem Verfahren gemäß der
Erfindung grundsätzlich zugänglich sind.
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Nach
einer Ausführung der Erfindung ist M = N/2. Dies hat zum
Beispiel den Vorteil, dass jeder der beiden Füllungsläufe
gleich viele Projektionsbilder aufweist, so dass Arterien und Venen
letztendlich mit der gleichen Qualität rekonstruiert werden
können. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft,
jede zweite Winkelpositionen des Maskenlaufs beim ersten Füllungslauf
zu verwenden, die übrigen Winkelpositionen des Maskenlaufs
beim zweiten Füllungslauf, so dass eine Gleichverteilung
der Projektionswinkel auf den ersten und den zweiten Füllungslauf
zustande kommt. Insbesondere wird auch der erste Füllungslauf
zum Zeitpunkt der Kontrastmittelinjektion in die zu untersuchenden
Gefäße gestartet und wird der zweite Füllungslauf
bei Beginn der venösen Phase gestartet.
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Die
Gewichtung des zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatzes
unter Berücksichtigung der jeweiligen gemessenen und der jeweiligen
errechneten Projektionsbilder kann auf zwei verschiedene Arten realisiert
werden, die beide auf der so genannten HYPR-Methode beruhen.
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Nach
einer ersten Alternative der Erfindung wird für Schritt
f) der Volumendatensatz für Arterien erhalten, indem der
zusammengesetzte dreidimensionale Datensatz mit der Rückprojektion
eines gewichteten Projektionsdatensatzes für Arterien multipliziert
wird, wobei der gewichtete Projektionsdatensatz für Arterien
sich aus den Quotienten der einzelnen Projektionsbilder des ersten
Füllungslaufs mit den jeweiligen, für übereinstimmende
Winkelpositionen erstellten Projektionsbildern des Reprojektionsdatensatzes
für Arterien gebildet wird. Auf eine vergleichbare Art
und Weise wird für Schritt f) der Volumendatensatz für
Venen erhalten, indem der zusammengesetzte dreidimensionale Datensatz
mit der Rückprojektion eines gewichteten Projektionsdatensatzes
für Venen multipliziert wird, wobei der gewichtete Projektionsdatensatz
für Venen aus den Quotienten der einzelnen Projektionsbilder
des zweiten Füllungslaufs mit den jeweiligen, für übereinstimmende
Winkelpositionen erstellten Projektionsbilder des Reprojektionsdatensatzes
für Venen gebildet wird.
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Nach
einer zweiten Alternative der Erfindung wird für Schritt
f) der Volumendatensatz für Arterien erhalten, indem der
zusammengesetzte dreidimensionale Datensatz mit der Rückprojektion
der Projektionsbilder des ersten Füllungslaufs multipliziert
wird und anschließend durch die Rückprojektion
des Reprojektionsdatensatzes für Arterien geteilt wird.
Entsprechend wird für Schritt f) der Volumendatensatz für
Venen erhalten, indem der zusammengesetzte dreidimensionale Datensatz
mit der Rückprojektion der Projektionsbilder des zweiten
Füllungslaufs multipliziert wird und anschließend
durch die Rückprojektion des Reprojektionsdatensatzes für
Venen geteilt wird.
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Durch
die Verwendung der so genannten HYPR-Methode ist die Anzahl der
für eine gute Qualität der rekonstruierten Volumina
erforderlichen Projektionsbilder für die Rekonstruktion
der Arterien und Venen gegenüber einer gewöhnlichen
separaten Rückprojektion deutlich geringer. Die HYPR-Methode
ist insbesondere aus der Magnetresonanztomographie bekannt, siehe
zum Beispiel die Veröffentlichung „Highly
Constrained Backprojection for Time-Resolved MRI", von C. A. Mistretta
et. al., Magnetic Resonance in Medicine 55, 2006, Seite 30 ff..
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Der
Zwischendatensatz, welcher anschließend zu dem zusammengesetzten
dreidimensionalen Volumendatensatz rekonstruiert wird, kann auf zwei
verschiedene, gleichwertige Möglichkeiten erhalten werden.
Die erste Möglichkeit besteht darin, dass der Zwischendatensatz
durch
- – Subtraktion eines Teils des
beim Maskenlauf erhaltenen Datensatzes, bei welchem Teil die Winkelpositionen
mit denen des ersten Füllungslaufs übereinstimmen,
von dem Datensatz des ersten Füllungslaufs zu einem ersten
Datensatz,
- – Subtraktion eines Teils des beim Maskenlauf erhaltenen
Datensatzes, bei welchem Teil die Winkelpositionen mit denen des
zweiten Füllungslaufs übereinstimmen, von dem
Datensatz des zweiten Füllungslauf zu einem zweiten Datensatz, und
- – Kombination des ersten und des zweiten Datensatzes,
entsteht.
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Zweite
Möglichkeit besteht darin dass der Zwischendatensatz durch
- – Kombination des beim ersten Füllungslauf
und des beim zweiten Füllungslauf entstandenen Datensatzes
zu einem kombinierten Datensatz,
- – Subtraktion des beim Maskenlauf entstandenen Datensatzes
von dem kombinierten Datensatz unter Berücksichtigung übereinstimmender
Winkelpositionen,
entsteht.
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Nach
einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Tomographie-Röntgengerät
von einem C-Bogen-Röntgengerät gebildet. Derartige
C-Bogen Röntgengeräte sind in der Lage, Projektionsbilder
bei schnellen Umläufen um einen Patienten anzufertigen,
wobei sie den Vorteil haben, durch ihre im Vergleich zu einem CT-Gerät
relativ kleine Form dennoch eine gute Zugänglichkeit zu
den Patienten zu gewährleisten. Insbesondere an Industrierobotern gehalterte
C-Bögen besitzen eine große Flexibilität.
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Abhängig
vom verwendeten Tomographie-Röntgengerät und dessen
Bewegungsmuster werden in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der Maskenlauf, der erste Füllungslauf und der
zweite Füllungslauf in derselben Abtastrichtung durchgeführt.
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Bei
Tomographie-Röntgengeräten, welche die Abtastung
auf einfache Weise ändern können, also z. B. das
C-Bogen Röntgengeräts, werden der Maskenlauf,
der erste Füllungslauf und der zweite Füllungslauf
abwechselnd in unterschiedlichen Abtastrichtungen durchgeführt.
Auf diese Weise kann möglicherweise Zeit gespart werden,
da das Röntgengerät nicht wieder seine Ausgangsposition
zurückgefahren werden muss, um den ersten Füllungslauf
und den zweiten Füllungslauf zu starten.
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Die
Erfindung ist in einem weiteren Aspekt auf eine Vorrichtung gerichtet,
wobei alles bezüglich des Verfahrens Gesagte auch für
die Vorrichtung oder umgekehrt gilt, so dass wechselweise Bezug genommen
wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet. In einer Ausführung der Erfindung ist das Tomographie-Röntgengerät
als C-Bogen-Röntgengerät ausgebildet.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:
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1 ein
Prinzip der Abtastung eines Untersuchungsobjektes gemäß dem
Stand der Technik;
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2 ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur getrennten Darstellung
von Arterien und Venen eines Gefäßsystems eines
Untersuchungsobjekts;
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3 ein
Prinzip der Abtastung eines Untersuchungsobjektes in einer ersten
Ausführungsform; und
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4 ein
Prinzip der Abtastung eines Untersuchungsobjektes in einer zweiten
Ausführungsform.
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In 1 ist
das Prinzip der Abtastung eines Untersuchungsobjektes 1 gemäß dem
Stand der Technik gezeigt. Während eines Maskenlaufs 3 wird eine
Reihe von Projektionsbildern eines um ein Untersuchungsobjekt kreisenden
Aufnahmesystems angefertigt welche z. B. aus einem Winkelbereich
von circa 200° aufgenommen wurden. Die Projektionsbilder
werden insbesondere von einem C-Bogen Röntgengerät,
an welchem eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor
fest angeordnet sind, aufgenommen. Anschließend wird in
das interessierende Gefäßsystem ein Kontrastmittel
mittels einer Kontrastmittelinjektion 4 injiziert und ein
so genannter Füllungslauf durchgeführt. Dieser
Füllungslauf enthält dieselbe Anzahl von Projektionsbildern
wie der Maskenlauf, welche ebenfalls an denselben Winkelpositionen
wie bei dem Maskenlauf aufgenommen wurden.
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Da
im Allgemeinen die Rotationszeit eines derartigen C-Bogens etwa
5 Sekunden beträgt, wenn genügend Aufnahmen für
eine qualitativ hochwertige Rekonstruktion erstellt werden sollen,
die arterielle Phase 5 der Gefäßkontrastierung
jedoch nur circa 2 bis 3 Sekunden dauert, können bei einem
Verfahren nach dem Stand der Technik nur die arterielle Phase 5 und
die venöse Phase 6 gleichzeitig dargestellt werden.
Anschließend an die Aufnahme von Maskenlauf und Füllungslauf
erfolgt eine Subtraktion 7, bei der die Projektionsbilder
des Maskenlaufs von den Projektionsbildern des Füllungslaufs
abgezogen werden. Daraus ergibt sich ein Datensatz, welcher mittels üblicher
Rekonstruktionsverfahren zu einem dreidimensionalen Volumendatensatz
rekonstruiert wird. Derartige übliche Rekonstruktionsverfahren
beinhalten im Allgemeinen eine Filterung und eine Rückprojektion
der Daten. Der erhaltende dreidimensionale Volumendatensatz stellt
gleichzeitig Arterien und Venen dar.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
nun eine getrennte dreidimensionale Darstellung von Arterien und
Venen eines Gefäßsystems in einem Untersuchungsobjekt.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass zwei getrennte Füllungsläufe
angefertigt werden, die jeweils nur die Hälfte der Anzahl
der Projekti onsbilder des Maskenlaufs beinhalten, wobei aber bei
beiden Füllungsläufen der gesamte Winkelbereich
abgedeckt ist. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, dass beim
ersten Füllungslauf nur jede zweite Winkelposition angefahren
wird und beim zweiten Füllungslauf ebenfalls jede zweite
Winkelposition angefahren wird, wobei hier aber die Winkelpositionen verwendet
werden, die beim ersten Füllungslauf nicht angefahren werden.
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Dieses
Abtastungsprinzip ist in den 3 und 4 gezeigt.
Der Maskenlauf 3 erfolgt an N verschiedenen Winkelpositionen 12.1 um
das Untersuchungsobjekt 1 (durch die Kreuze symbolisiert), der
erste Füllungslauf 10 an N/2 Winkelpositionen 12.2 (durch
die leeren Punkte symbolisiert) und der zweite Füllungslauf 11 an
N/2 Winkelpositionen 12.3 (durch die vollen Punkte symbolisiert).
N liegt hierbei bevorzugt zwischen 50 und 500. Vor Beginn des ersten
Füllungslaufs 10 wird ein Kontrastmittel in das Untersuchungsobjekt
injiziert und gegebenenfalls gewartet, bis das Kontrastmittel den
zu untersuchenden Gefäßbereich erreicht hat. Der
zweite Füllungslauf 11 erfolgt unmittelbar im
Anschluss an den ersten Füllungslauf 10. Idealerweise
dauert der erste Füllungslauf genauso lang wie die arterielle
Phase (im Allgemeinen etwa 2 bis 3 s) des Gefäßbereichs
und beginnt der zweite Füllungslauf mit der venösen
Phase und dauert genau so lang wie die venöse Phase (ebenfalls
etwa 2 bis 3 s). Insgesamt dauern die beiden Füllungsläufe
also etwa 4 bis 6 s.
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Im
Anschluss an die beiden Füllungsläufe wird – wie
in 3 gezeigt – eine Kombination 13 des Datensatzes
des ersten Füllungslaufs und des Datensatzes des zweiten
Füllungslaufs zu einem kombinierten Datensatz gebildet.
Anschließend wird eine Subtraktion 7 des Datensatzes
des Maskenlaufs von dem kombinierten Datensatz durchgeführt.
Das Ergebnis ist ein Zwischendatensatz 14 aus Projektionsbildern.
Eine weitere Möglichkeit, diesen Zwischendatensatz 14 zu
erhalten ist in der 4 gezeigt. Hier werden von dem
Datensatz des ersten Füllungslaufs die entsprechenden,
an denselben Winkelpositionen aufgenommenen Projektionsbilder des
Maskenlaufs direkt abgezogen. Ebenso werden von dem Datensatz des
zweiten Füllungslaufs die entsprechenden, an denselben
Winkelpositionen aufgenommenen Projektionsbilder des Maskenlaufs
direkt abgezogen. Die beiden, daraus erhaltenen Datensätze
werden anschließend kombiniert, so dass als Ergebnis ebenfalls
der Zwischendatensatz 14 erhalten wird.
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Ein Überblick über
das gesamte erfindungsgemäße Verfahren ist in
der 2 gegeben. In einem ersten Schritt 20 wird
der Maskenlauf angefertigt. Nach dem zweiten Schritt 21,
der Injektion eines Kontrastmittels, wird in einem dritten Schritt 22 ein
erster Füllungslauf und in einem vierten Schritt 23 ein
zweiter Füllungslauf durchgeführt. In einem fünften
Schritt 24 wird anschließend der Zwischendatensatz
ermittelt und in einem sechsten Schritt 25 wird der Zwischendatensatz
zu einem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz rekonstruiert.
Eine derartige Rekonstruktion beinhaltet im Allgemeinen eine Filterung
und eine Rückprojektion und wird als gefilterte Rückprojektion
bezeichnet. Der auf diese Weise erhaltene zusammengesetzte dreidimensionale
Volumendatensatz enthält gemeinsame Daten über
die Arterien und über die Venen.
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Um
separate Daten über Arterien und oder Venen zu erhalten,
werden die folgenden Schritte durchgeführt: In einem siebten
Schritt 26 wird ein Reprojektionsdatensatz für
Arterien berechnet. Der zweidimensionale Reprojektionsdatensatz
für Arterien wird dadurch erstellt dass aus dem zusammengesetzten
dreidimensionalen Volumendatensatz jeweils an den Winkelpositionen
des ersten Füllungslaufs Daten reprojiziert werden und
so wieder zweidimensionale Projektionsbilder erhalten werden. In
einem achten Schritt 27 wird nach demselben Prinzip aus
den Winkelposition des zweiten Füllungslaufs und dem zusammengesetzten
dreidimensionalen Volumendatensatz ein zweidimensionaler Reprojektionsdatensatz
für Venen errechnet. In einem neunten Schritt 28 kann
anschließend aus dem zweidimensionalen Reprojektionsdatensatz
für Arterien, aus dem ersten Füllungslauf und
aus dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz mittels
Gewichtung ein dreidimensionaler Volumendatensatz für Arterien
errechnet werden. Ebenso wird in einem zehnten Schritt 29 aus
dem zweidimensionalen Reprojektionsdatensatz für Venen,
auf dem zweiten Füllungslauf und aus dem zusammengesetzten
dreidimensionalen Volumendatensatz mittels Gewichtung ein dreidimensionaler
Volumendatensatz für Venen errechnet.
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Für
die entsprechenden Berechnungen des neunten und zehnten Schrittes
können zwei Alternativen verwendet werden. Im Folgenden
werden beide Varianten beispielhaft für Arterien beschrieben:
In
einer ersten Alternative wird der zweidimensionale Datensatz des
ersten Füllungslaufs durch den zweidimensionalen Reprojektionsdatensatz
für Arterien geteilt. Anschließend wird aus dem
daraus erhaltenen gewichteten Reprojektionsdatensatz für
Arterien mittels Rückprojektion wieder ein dreidimensionaler Datensatz
erhalten, welcher mit dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz
multipliziert wird. Das Ergebnis ist ein dreidimensionaler Volumendatensatz
für Arterien.
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In
einer zweiten Alternative wird eine Rückprojektion des
zweidimensionalen Datensatzes des ersten Füllungslaufs
errechnet anschließend wird eine Rückprojektion
des zweidimensionalen Reprojektionsdatensatz für Arterien
errechnet. Die beiden daraus erhaltenen dreidimensionalen Datensätze werden
durcheinander geteilt und anschließen mit dem zusammengesetzten
dreidimensionalen Volumendatensatz multipliziert. Das Ergebnis ist
ebenfalls ein dreidimensionaler Volumendatensatz für Arterien.
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Optional
kann zusätzlich eine Rekonstruktion des bei dem Maskenlauf
erhaltenen Datensatzes errechnet werden, so dass daraus ein nativer
dreidimensionaler Volumendatensatz erhalten wird.
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Durch
die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Anzahl der erforderlichen Projektionsbilder für
die Rekonstruktion von Arterien und Venen gegenüber einem
Verfahren aus dem Stand der Technik deutlich, insbesondere um den Faktor
2, reduziert werden. Geht man davon aus, dass eine begrenzte Ausleserate
des Röntgendetektors die limitierende Größe
für die Aufnahme darstellt, so kann die Dauer einer Untersuchung
auf diesem Wege halbiert werden.
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Die
drei Rotationsaufnahmen, also der Maskenlauf und die beiden Füllungsläufe,
können entweder mit gleicher Rotationsrichtung und jeweils
schnellen Rückläufen zwischen den Aufnahmen, oder
mit alternierenden Rotationsrichtungen durchgeführt werden.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Beispiel
von einem C-Bogen-Röntgengerät gebildet, dessen
C-Bogen an einem Industrieroboter, insbesondere einem sechsachsigen
Knickarmroboter, gehaltert ist und dadurch schnell und einfach in alle
Raumrichtungen verstellbar ist.
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Die
Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen:
Um Arterien und/oder Venen eines Gefäßsystems
getrennt dreidimensional darstellen zu können, ist ein
Verfahren zur getrennten dreidimensionalen Darstellung von Arterien
und/oder Venen eines Gefäßsystems in einem Untersuchungsobjekt
mittels eines Tomographie-Röntgengeräts mit den
folgenden Schritten vorgesehen: Durchführen eines Maskenlaufs 3 des
Röntgengeräts mit N Projektionen an N Winkelpositionen
um das Untersuchungsobjekt 1 ohne Kontrastmittel; Durchführen
eines ersten Füllungslaufs 10 des Röntgengeräts
um das Untersuchungsobjekt 1 mit M Projektionen an M der
N Winkelpositionen nach Injektion eines Kontrastmittels, wobei M < N; Durchführen
eines zweiten Füllungslaufs 11 des Röntgengeräts
um das Untersuchungsobjekt 1 mit N – M Projektionen
an N – M der N Winkelpositionen in direktem Anschluss an
den ersten Füllungslauf 10; Rekonstruktion eines
zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatzes aus einem
Zwischendatensatz 14, welcher Zwischendatensatz 14 aus
den beim Maskenlauf 3, beim ersten Füllungslauf 10 und
beim zweiten Füllungslauf 11 entstandenen Datensätzen
durch Subtraktion 7 und Kombination 13 ermittelt
wurde; Berechnung eines Reprojektionsdatensatzes für Arterien
durch Reprojektion der Winkelpositionen des ersten Füllungslaufs 10 aus
dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz und/oder
Berechnung eines Reprojektionsdatensatzes für Venen durch
Reprojektion der Winkelpositionen des zweiten Füllungslaufs 11 aus
dem zusammengesetzten dreidimensionalen Volumendatensatz; Berechnung
eines dreidimensionalen Volumendatensatzes für Arterien
und/oder eines dreidimensionalen Volumendatensatzes für
Venen mittels Gewichtung des zusammengesetzten dreidimensionalen
Volumendatensatzes unter Berücksichtigung der jeweiligen
gemessenen und der jeweiligen errechneten Projektionsbilder.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Highly
Constrained Backprojection for Time-Resolved MRI", von C. A. Mistretta
et. al., Magnetic Resonance in Medicine 55, 2006, Seite 30 ff. [0023]