DE102007053510A1

DE102007053510A1 - Verfahren und Systeme zur verbesserten Plaquevisualisierung

Info

Publication number: DE102007053510A1
Application number: DE102007053510A
Authority: DE
Inventors: Patricia Le Nezet; Saad Ahmet Pewaukee Sirohey; John V. New Berlin Skinner Jr.; Sandeep Waukesha Dutta; Gopal B. New Berlin Avinash; DeAnn Marie Washington Haas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US20080119713A1; JP2008126080A; US8077939B2; JP5221938B2

Abstract

Es wird ein Bildgebungssystem (10) geliefert, das einen Prozessor umfasst. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er Bilddaten empfängt, die mit einem rekonstruierten Volumen der Bilddaten assoziiert werden, welche sich auf ein Gefäß (426) beziehen, und dann eine röhrenförmige Region von Interesse (RVI) entlang einer Zentrallinie (602) des Gefäßes konstruiert, die RVI in Bezug auf darin vorhandene Gewebeklassen analysiert, die (304) mindestens eine Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion (806, 814, 816, 820) klassifiziert und eine Wahrscheinlichkeit mit der klassifizierten Region assoziiert, die mindestens eine Plaqueregion unter Verwendung einer farblichen Hervorhebung anzeigt (306), welche selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, und ferner die Farbe auf der Grundlage der assoziierten Wahrscheinlichkeit in einem Farbton anzeigt (308).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildgebungssysteme und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Verbesserung der Visualisierung von Plaque, wobei ein medizinisches Bildgebungssystem verwendet wird.
In den USA treten jährlich mehr als 500 000 Todesfälle aufgrund von kardiovaskulären Ursachen auf, und weltweit sind es noch viel mehr. Ein Hauptanteil der Todesfälle aufgrund von kardiovaskulären Ursachen ist auf die Koronararterienkrankheit zurückzuführen, bei welcher der Aufbau von Plaques, insbesondere Weichplaques, und ihre Rupturen die Hauptursache darstellen. Typischerweise kann Weichplaque mit Hilfe von Röntgen oder nicht-kontrastiertem CT schwer erkannt werden. Die Erkennung kalzifizierter Plaques ist andererseits als Surrogat für das Vorhandensein von Weichplaque genutzt worden, wobei die Schlussfolgerung so erfolgt, dass kalzifizierte Plaques ein Nebenprodukt von rupturierten Plaques sind. Koronarplaque ist gemäß der Stary-Skala in sechs Stufen klassifiziert worden. Es wird im Allgemeinen als wichtig angesehen, die Plaques in Stufen 4 und 5 zu bestimmen, da diese das kritischste anfällige Plaque darstellen und zu Rupturen oder Verlagerung der Plaques führen könnten, was Blockierungen verursacht, die zu Myocardinfarkten (MCI) führen. Intravaskulärer Ultraschall (I VUS) stellt den Goldstandard zur Bestimmung von Plaques und ihrer Konsistenz dar, wobei er allerdings aufgrund seiner invasiven Natur nur bei Patienten mit Symptomen durchgeführt wird. Patienten mit Symptomen befinden sich bereits in einem fortgeschrittenen Stadium und jenseits von nichtinvasiven Therapieoptionen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Kodierung einer visuellen Darstellung von einer oder mehreren Plaqueregionen in einem Gefäß die Segmentierung der visuellen Darstellung des Gefäßes, um Strukturen zu identifizieren, die zu dem Gefäß gehören, die Klassifizierung mindestens einer Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion, das Anzeigen der mindestens einen Plaqueregion unter Verwendung einer visuellen Hervorhebung, welche selektiv mit der Klassifizierung der mindestens einen Plaqueregion assoziiert wird, und die Tönung der visuellen Hervorhebung auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit, dass die Klassifizierung korrekt ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Bildgebungssystem einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er Bilddaten empfängt, die mit einem rekonstruierten Volumen von Bilddaten im Zusammenhang stehen, welche zu einem Gefäß gehören, und dann eine röhrenförmige Region von Interesse (RVI) entlang einer Zentrallinie des Gefäßes konstruiert, die RVI in Bezug auf darin vorhandene Gewebeklassen analysiert, mindestens eine Region in dem Gefäß als Plaqueregion klassifiziert, die mindestens eine Plaqueregi on anzeigt, wobei eine farbliche Hervorhebung verwendet wird, die selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, ferner die Farbe in einem Farbton anzeigt, der mit der Wahrscheinlichkeit assoziiert wird, dass die Klassifizierung korrekt ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Farbkodierung ein Bild von einer oder mehreren Plaqueregionen in einem Gefäß, die Segmentierung der visuellen Darstellung des Gefäßes, um die Strukturen zu identifizieren, die zu dem Gefäß gehören, die Klassifizierung von mindestens einer Region im Gefäß als Plaqueregion, die Bestimmung eines Risikofaktors, der mit der mindestens einen Plaqueregion assoziiert wird, das Anzeigen der mindestens einen Plaqueregion, indem eine farbliche Hervorhebung verwendet ist, die selektiv mit dem bestimmten Risikofaktor für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, und die Tönung der farblichen Hervorhebung auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit, dass die Risikofaktorbestimmung korrekt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Bildansicht eines Computertomographie(CT)-Bildgebungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Systems, das in 1 illustriert wird;
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Visualisierung anfälliger Plaqueregionen entlang eines Gefäßes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Screenshot eines Anzeigebildschirms gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes eines Bildanzeige-Bedienungsfeldes 404, das in 4 gezeigt wird;
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Gefäßes während des Segmentationsprozesses des Verfahrens, das oben unter Verweis auf 3 beschrieben wurde;
7 ist ein Screenshot eines beispielhaften Analysebildschirms, der im Zusammenhang mit dem System verwendet werden kann, das in 1 gezeigt wird; und
8 ist eine Querschnitts-Ansicht eines Gefäßes, das anfällige Plaqueregionen enthält, welche identifiziert und gefärbt wurden, wobei sie ein Risiko anzeigen, das mit der PlaqueLokalisierung assoziiert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG der ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern ein Verfahren und System zur automatischen Segmentierung der Gefäßdaten und zur Quantifizierung der Plaqueregionen, die mit den Gefäßen aus den Computertomographie(CT)-Bilddaten assoziiert werden.
So wie sie hier verwendet werden, sollten die Begriffe "Element" oder "Schritt", die hier im Singular aufgeführt werden und denen das Wort "ein" vorangestellt ist, so verstanden werden, dass sie keinesfalls die Vielzahl der entsprechenden Elemente oder Schritte ausschließen, es sei denn, solch eine Einschränkung wird explizit festgestellt. Ferner sollen Bezugnahmen auf "eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht dahingehend interpretiert werden, dass sie das Vorhandensein von zusätzlichen Ausführungsformen ausschließen, welche ebenfalls die aufgeführten Eigenschaften umfassen. Außerdem können Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen "umfassen" oder "haben", welche eine bestimmte Eigenschaft aufweisen, zusätzlich Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen, es sei denn, das Gegenteil wird explizit festgestellt. Beispielsweise können Ausführungsformen eines CT-Bildgebungsgeräts hier so beschrieben werden, dass sie mit einer Vielzahl von Detektorzeilen ausgestattet sind, die in einem bestimmten Prozess verwendet werden. Bei solchen Ausführungsformen ist es nicht ausgeschlossen, dass sie andere Detektorzeilen aufweisen, welche nicht in diesem Prozess verwendet werden.
Auch soll der Ausdruck "Rekonstruktion eines Bildes", so wie er hier verwendet wird, keinesfalls Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausschließen, bei denen Daten generiert werden, die ein Bild repräsentieren, nicht aber ein Bild, das betrachtet werden kann. Allerdings wird bei vielen Ausführungsformen mindestens ein Bild generiert, welches betrachtet werden kann (bzw. Sind die Ausführungsformen so konfiguriert, dass sie ein solches generieren).
Was 1 und 2 anbelangt, wird ein Mehrschicht-Scan-Bildgebungssystem, beispielsweise ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem 10, dahingehend dargestellt, dass es eine Gantry 12 umfasst, die ein CT-Bildgebungssystem der "dritten Generation" repräsentiert. Gantry 12 weist eine Röntgenröhre 14 auf (die hier auch als Röntgenquelle 14 bezeichnet wird), welche einen Röntgenstrahl 16 zu einer Detektoranordnung 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 projiziert. Die Detektoranordnung 18 wird von einer Vielzahl von Detektorzeilen (nicht gezeigt) gebildet, die eine Vielzahl von Detektorelementen 20 umfassen, welche zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erkennen, die ein Objekt wie einen medizinischen Patienten 22 durchdringen, der sich zwischen Anordnung 18 und Quelle 14 befindet. Jedes Detektorelement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls repräsentiert, und daher verwendet werden kann, um die Abschwächung des Strahls abzuschätzen, wenn dieser das Objekt oder den Patienten 22 durchdringt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojektionsdaten drehen sich die Gantry 12 und die darin montierten Komponenten um ein Rotationszentrum 24 herum. 2 zeigt nur eine einzelne Zeile von Detektorelementen 20 (d. h. eine Detektorzeile). Allerdings umfasst eine Mehrschicht-Detektoranordnung 18 eine Vielzahl von parallelen Detektorzeilen aus Detektorelementen 20, so dass Projektionsdaten, die einer Vielzahl von quasi-parallelen oder parallelen Schichten entsprechen, während einer Abtastung gleichzeitig erfasst werden können.
Die Rotation der Komponenten auf Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden von einem Controller 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Der Controller 26 umfasst einen Röntgenregler 28, der Strom- und Zeitgebungssignale an die Röntgenquelle 14 liefert, sowie einen Gantry-Motorregler 30, der die Rotationsgeschwindigkeit und Position der Komponenten auf der Gantry 12 steuert. Das Datenerfassungssystem (DES) 32 in dem Controller 26 fragt analoge Daten von den Detektorelementen 20 ab und wandelt die Daten zur nachfolgenden Verarbeitung in digitale Signale um. Ein Bildrekonstruierer 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten vom DES 32 und führt eine Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Input in einen Computer 36 eingespeist, der das Bild in einer Speichervorrichtung 38 speichert. Bei Bildrekonstruierer 34 kann es sich um spezialisierte Hardware oder Computerprogramme handeln, die auf Computer 36 ausgeführt werden.
Über Konsole 40, die mit einer Tastatur ausgestattet ist, empfängt Computer 36 auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener. Eine dazugehörige Kathodenstrahlenröhren(CRT)-, Flüssigkristall(LCD)-, Plasma- oder eine andere geeignete Anzeigevorrichtung 42 erlaubt es dem Bediener, das rekonstruierte Bild und andere Daten von Computer 36 einzusehen. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden von Computer 36 verwendet, um Kontrollsignale und Informationen an das DES 32, den Röntgenregler 28, und den Gantry-Motorregler 30 zu liefern. Zusätzlich steuert der Computer 36 einen Tischmotorregler 44, der den motorisierten Tisch 46 steuert, um den Patienten 22 in Gantry 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Körperabschnitte des Patienten 22 durch die Gantryöffnung 48.
In einer Ausführungsform umfasst Computer 36 eine Vorrichtung 50, beispielsweise ein Disketten-Laufwerk, CD-ROM-Laufwerk, DVD-Laufwerk, eine Magnetic-Optical-Disk(MOD)-Vorrichtung oder eine beliebige andere digitale Vorrichtung, die eine Netzwerkverbindungs-Vorrichtung wie eine Ethernet-Vorrichtung zum Lesen der Befehle und/oder Daten von einem computerlesbaren Medium 52 wie einer Diskette, einer CD-ROM, einer DVD oder einer anderen digitalen Quelle wie einem Netzwerk oder dem Internet sowie noch zu entwickelnde digitale Vorrichtungen umfasst. In einer anderen Ausführungsform führt Computer 36 Befehle aus, die in Firmware (nicht gezeigt) gespeichert sind. Computer 36 ist so programmiert, dass er die hier beschriebenen Funktionen durchführen kann, und so wie er hier benutzt wird, ist der Begriff Computer nicht nur auf die integrierten Schaltkreise beschränkt, die auf diesem Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich in weiteren Sinne auf Computer, Prozessoren, Mikroregler, Mikrocomputer, programmierbare logische Regler, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und andere programmierbare Schaltkreise, und diese Begriffe werden hier austauschbar verwendet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Blockdiagramm von 2 näher an einer logischen Repräsentation der hier beschriebenen Funktionen ist als ein physisches Blockdia gramm. Bestimmte Hardware- und/oder Firmware- und/oder Softwareimplementationen dieser Funktionen können als eine Wahl der Bauweise einer oder mehreren Personen überlassen werden, die auf dem Gebiet des Logik- und/oder Computer-Schaltkreisdesign und/oder der Computerprogrammierung fachkundig sind, nachdem solch eine Person bzw. Solche Personen ein Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung gewonnen haben, welche hier präsentiert wird.
Obwohl die oben erwähnte spezifische Ausführungsform sich auf ein CT-System der dritten Generation bezieht, treffen die hier beschriebenen Verfahren gleichermaßen auf CT-Systeme der vierten Generation (stationärer Detektor – rotierende Röntgenquelle) und CT-Systeme der fünften Generation (stationärer Detektor und Röntgenquelle) zu. Zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass die Vorteile der Erfindung den Bildgebungsmodalitäten zugute kommen, bei denen es sich nicht um CT handelt. Obwohl die hier beschriebenen Verfahren und das Gerät in einem medizinischen Umfeld beschrieben werden, wird zusätzlich in Betracht gezogen, dass die Vorteile der Erfindung für nicht-medizinische Bildgebungssysteme wie diejenigen Systeme genutzt werden, die typischerweise in einem industriellen Umfeld oder einem Transportumfeld eingesetzt werden, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, bei einem Gepäckdurchleuchtungssystem für einen Flughafen oder ein anderes Transportzentrum.
In einigen Konfigurationen handelt es sich bei Detektoranordnung 18 um eine Mehrzeilen-Detektoranordnung. Strahlungsquelle 14 und Mehrzeilen-Strahlen-Detektoranordnung 18 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Gantry 12 montiert, so dass beide sich um eine Rotationsachse herum drehen. Die Rotationsachse bildet die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems, dessen Ursprung innerhalb des Röntgenstrahls 16 zentriert ist. So wird durch die Ebene, die durch die "x" und "y" Achsen dieses Koordinatensystem festgelegt wird, eine Rotationsebene, genauer gesagt die Ebene der Gantry 12, definiert.
Die Rotation der Gantry 12 wird durch einen Winkel von einer beliebigen Referenzposition innerhalb der Ebene der Gantry 12 gemessen. Der Winkel variiert zwischen 0 und 2π. Röntgenstrahl 16 weicht um einen Winkel θ von der Gantryebene ab und weicht entlang der Gantryebene um den Winkel ϕ ab. Detektoranordnung 18 ist im Querschnitt im Wesentlichen bogenförmig gekrümmt und die Anordnung ihrer Detektorelemente 20 ist so angelegt, dass sie den Röntgenstrahl 16 empfangen und über seinen gesamten Winkel Intensitätsmessungen durchführen kann.
Detektoranordnung 18 umfasst eine 2D-Anordnung der Detektorelemente 20, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jede Zeile umfasst eine Vielzahl von Detektorelementen 20, die sich im Allgemeinen entlang einer innerhalb der Schicht liegenden Dimension erstrecken. Jede Spalte umfasst eine Vielzahl von Detektorelementen, die sich im Allgemeinen parallel zu der z-Achse erstrecken.
Ein technischer Effekt der vorliegenden Erfindung ist die Bestimmung eines Basisbildrauschens, wenn die Basisbild-Rohdaten nicht verfügbar sind, und die Addition einer Rauschmenge zu den Basisbilddaten, um das Basisbild als Bild zu simulieren, das bei einer niedrigeren Patientendosis erfasst wurde.
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Visualisierung von anfällig Plaqueregionen entlang eines Gefäßes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verfahren 300 umfasst die Segmentierung 302 der visuellen Darstellung des Gefäßes, um Strukturen zu identifizieren, die mit dem Gefäß im Zusammenhang stehen, die Klassifizierung 304 der mindestens einen Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion, das Anzeigen 306 der mindestens einer Plaqueregion unter Verwendung einer visuellen Hervorhebung, die selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, und die Tönung 308 der visuellen Hervorhebung auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit, dass die Klassifizierung korrekt ist. Die Wahrscheinlichkeit kann auch mit einem Risikofaktor verbunden werden, welcher im Folgenden detailliert beschrieben wird.
Die Segmentierung 302 umfasst die Auswahl eines Startpunktes und eines Endpunktes auf einem Bild oder einer anderen visuellen Darstellung des Gefäßes von Interesse. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Gefäß von Interesse eine Koronararterie, allerdings werden in anderen Ausführungsformen andere Gefäße auf dieselbe Art und Weise analysiert. Bei der Verwendung des Startpunktes und des Endpunktes wird das Gefäß nachverfolgt, indem die Zentrallinie dieses Gefäßes gefunden und definiert wird, und es wird eine Region von Interesse in Übereinstimmung mit einer im Wesentlichen zylindrischen Röhre von Voxels definiert, die entlang der Zentrallinie extrahiert wird. Eine Segmentation der Plaqueregionen wird durchgeführt, indem das Volumen der zylindrischen Röhre verwendet wird. Segmentationswerkzeuge werden verwendet, um den Inhalt der Region von Interesse zu analysieren. Ein visueller Kodierungsplan wendet einen Satz von visuellen Unterscheidungsmerkmalen wie Farben oder Mustern auf jede Nachbarschaft der Voxels innerhalb eines eingestellten Bereichs an.
Verschiedene Ansichten von dem segmentierten Gefäß werden angezeigt, wozu beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine Lumenansicht und eine bogenförmige Neuformatierungs-Ansicht gehört, wobei in der Lumenansicht das Gefäß gerade in einer Ebene ausgestreckt angezeigt wird und in der bogenförmigen Neuformatierungs-Ansicht die Gesamtheit des bogenförmig Gefäßes in einer einzigen Ebene ausgelegt ist, wobei umgebendes Gewebe aus der Ebene verzerrt wird.
Visuelle Hervorhebungen wie Farben oder Muster werden mit jeder der verschiedenen Eigenschaften angezeigt, die mit dem segmentierten Gefäß im Zusammenhang stehen. Die farblichen Hervorhebungen und Tönungen der Farben sind selektierbar durch einen Benutzer steuerbar oder können in Übereinstimmung mit beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Protokoll automatisch konfiguriert werden. Der Benutzer kann auch die Farbtransparenz verändern. In der beispielhaften Ausführungsform repräsentiert die Farbkodierung:

1. Segmentation und Klassifizierung von einer oder mehreren Gefäßregionen. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Gefäß in Lumen, Weichplaques, kalzifizierte Plaques und Hintergrund segmentiert; jede Klasse umfasst eine dazugehörige Farbe. Innerhalb jeder Klasse repräsentiert die Farbe den Wahrscheinlichkeitswert, die mit jedem Pixel assoziiert wird. Beispielsweise repräsentiert in einer Ausführungsform Grün ein Lumen des Gefäßes, Rot repräsentiert eine kalzifizierte Plaqueregion, und eine Weichplaqueregion wird durch eine blaue Hervorhebung repräsentiert. Die grüne Farbe, durch die Lumen repräsentiert wird, kann einen Farbton haben, der von einem dunklen Grün in einigen Abschnitten des Lumens bis zu einem hellen Grün in anderen Bereichen des Lumens reicht, je nach der Wahrscheinlichkeit, dass das Voxel sich in der Lumenklasse befindet.
2. Das Resultat der Segmentation der Weichplaque-Klasse kann mit Hilfe einer Kontur gezeigt werden. In der beispielhaften Ausführungsform wird Farbe verwendet, um Plaqueanfälligkeit/-risiko zu zeigen. Verschiedene Standard-Farbpaletten werden verwendet, um das Risiko einer bestimmten Region von Plaque mit der Farbe der angezeigten Region in Verbindung zu bringen. In der beispielhaften Ausführungsform steigert die Farbe von Grün bis Rot, wobei Grün ein vergleichsweise geringere Risikohöhe anzeigt, mit dem die Plaque in assoziiert wird, und Rot eine höhere Risikohöhe anzeigt, die mit dem die Plaque assoziiert wird. Das Risiko kann auch als Wahrscheinlichkeit dargestellt werden. Eine Risikofarbe kann mit jeder Weichplaqueregion, die in einem Fall gefunden wird, in Verbindung gebracht werden. Das Risiko [wird] von einer Anzahl von Faktoren definiert, beispielsweise, aber nicht ausschließlich von: a. Position der Plaque auf dem Gefäß, wobei beispielsweise Plaque, das in der Nähe eines stromaufwärtigen Endes des Gefäßes [liegt], mit einem höheren Risiko assoziiert ist. b. Zusammensetzung der Plaque, abhängig vom Typ der Plaque (faserig, gemischt): Plaqueregionen werden auf der Grundlage von weiteren Intensitäts- und/oder Texturanalysen der Plaqueregionen ferner als faserig, lipid oder gemischt klassifiziert.

In der beispielhaften Ausführungsform wird in einer Resultatslayout-Ansicht die Größe der Plaqueregion gemeldet. Zusätzlich werden auch Messungen einer spezifischen Plaqueläsion gemeldet. Jedes segmentierte Volumen kann betrachtet werden, indem eine Volumenrendering(VR)-Ansicht verwendet wird. Jedes Volumen wird definiert als ein Objekt mit einer Voreinstellung und Transparenz, die vom Benutzer verändert werden kann. Die Segmentationsresultate können vom Benutzer korrigiert werden, wenn beispielsweise die automatisierten Segmentationsresultate nicht korrekt sind oder dem Benutzer nicht exakt erscheinen. Der Benutzer kann die erkannte Kontur auf jeder der Querschnittsschicht- oder Lumenansichten bearbeiten. Die Korrekturen auf einer Schicht werden dann zu den benachbarten Schichten übertragen. Es wird auch ein manueller Segmentationsmodus zur Verfügung gestellt, um die Segmentationsresultate zu korrigieren oder um in den Fällen, in denen der Segmentationsalgo rithmus versagt, eine vorhandene Läsion zu erkennen. In der beispielhaften Ausführungsform wird die manuelle Segmentation durch Zeichnen der Plaqueregion unter Verwendung eines Paintbrushmodus durchgeführt. In einer alternativen Ausführungsform wird die manuelle Segmentation durch das Zeichnen der Konturen der Plaqueregion durchgeführt.
4 ist ein Screenshot von einem Anzeigebildschirm 400 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Anzeigebildschirm 400 umfasst ein Navigations-Bedienungsfeld 402 und ein Bildanzeige-Bedienungsfeld 404. Navigations-Bedienungsfeld 402 liefert auswählbare Steuerelemente, um die Auswahl eines Bildes zu erleichtert, welches angezeigt und verarbeitet werden soll. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Plaque-Bedienungsfeld 406 einen Segmentationsknopf 408, einen Bearbeitungs-Plaqueknopf 410, einen Messungsknopf 412 und einen VR-Anzeigeknopf 414. Der Segmentationsknopf 408 kann ausgewählt werden, um Werkzeuge zu liefern, so dass ein manueller Segmentationsprozess ermöglicht wird oder Parameter eingestellt werden, die eine automatische Segmentation steuern. Bearbeitungsplaqueknopf 410 kann ausgewählt werden, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die Konturen einer Plaqueregion, die Klassifizierung einer Plaqueregion oder den für die Plaqueregion angezeigten Risikofaktor zu bearbeiten. Ein Messungsknopf 412 kann ausgewählt werden, um zusätzliche Messungen über eine spezifische vom Benutzer ausgewählte Plaqueläsion zu liefern, indem der Benutzer einen Cursor benutzt, welcher mit dem Bild zusammen angezeigt wird, wodurch es ermöglicht wird, alle Messungen für die ausgewählte Plaqueablagerung anzuzeigen. VR-Anzeigeknopf 414 kann so ausgewählt werden, dass jedes segmentierte Volumen entsprechend der Abfrage durch den Benutzer eingesehen werden kann. Jedes Volumen ist definiert als ein Objekt mit einer Voreinstellung und Transparenz, welche vom Benutzer verändert werden können.
Zusätzliche Werkzeuge, die auf dem Navigations-Bedienungsfeld 402 verfügbar sind, umfassen ein Bildkontroll-Werkzeug 416, ein Überprüfungsschritte-Werkzeug 418 und ein allgemeines Navigationswerkzeug 420, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Das Bildanzeige-Bedienungsfeld 404 zeigt ausgewählte Bilder, graphische Darstellungen von Werkzeugen, welche für die Analyse des Bildes verwendet werden, sowie Textur- oder Graphikinformation an, die mit dem Bild oder dem aktuellen Verarbeitungsstand des Bildes im Zusammenhang stehen.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst das Bildanzeige-Bedienungsfeld 404 ein dreidimensionales Bild einer Brusthöhle 422 mitsamt einem Herzen 424. Ein Gefäß 426 wird ausgewählt, indem ein Cursor 428 über dem Gefäß 426 positioniert wird.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes 500 des Bildanzeige-Bedienungsfeldes 404 (in 4 gezeigt). Gefäß 426 wird für eine Segmentation ausgewählt, indem eine Startposition 502 und eine Endposition 504 angegeben wird.
6 ist eine vergrößerte Ansicht von Gefäß 426 während des Segmentationsprozesses des Verfahrens, das oben unter Verweis auf 3 beschrieben wurde. Diese Ansicht ist Teil des internen Segmentationsprozesses, der für den Benutzer normalerweise nicht sichtbar ist, aber hier illustriert wird, um die Erklärung des Segmentationsprozesses zu erleichtern. Eine Zentrallinie 602 des Gefäßes 426 wird entweder automatisch oder manuell bestimmt. Eine Region von Interesse (RVI), welche Gefäß 426 umfasst, wird festgesetzt, indem eine Untervolumenröhre entlang der Zentrallinie 602 von Gefäß 426 konstruiert wird, die hier allgemeiner als röhrenförmige Struktur bezeichnet wird. In der beispielhaften Ausführungsform bildet die RVI den Abschnitt der röhrenförmigen Struktur, welcher der Plaque entspricht, die der Benutzer analysieren will.
Startpunkt 502 und Endpunkt 504 werden durch die Zentrallinie 602 verbunden, um die Definition der Extrempunkte der RVI zu erleichtern. Um über die Zentrallinie einen Durchmesser für die RVI festzusetzen, hat der Benutzer die Wahl, den Durchmesser entweder manuell zu definieren oder den Durchmesser durch eine Gefäßnachverfolgungs-Analysesoftware automatisch berechnen zu lassen. In der beispielhaften Ausführungsform entspricht der Durchmesser der RVI zwischen den Extrempunkten dem Maximum der Durchmesser der orthogonalen Abschnitte der RVI. Allerdings kann der Durchmesser der RVI zwischen den Extrempunkten variabel und einstellbar sein, wodurch es dem Benutzer ermöglicht wird, die Plaqueformationen zu betrachten, die in ihrem Gesamtdurchmesser entlang der RVI zu- und abnehmen.
Eine Vielzahl von angrenzenden Einheitsvolumen (nicht gezeigt) wie Kugeln, Zylindern oder einem beliebigen Satz von vordefinierten 3D-Volumenelementen wird entlang der Zentrallinie zwischen den Extrempunkten der RVI angewendet und dann verbunden, um ein erstes Volumen durch den Verband der Einheitsvolumen zu definieren. Jedes Einheitsvolumen hat eine Gesamtdimension, die gleich dem oder kleiner als der maximale Durchmesser des dazugehörigen orthogonalen Abschnitts der RVI ist. Die Extrempunkte des ersten Volumens werden optional modifiziert, indem zwei andere Volumen subtrahiert werden, und zwar eines von jedem der Extrempunkte, um flache Oberflächen an den Extrempunkten des ersten Volumens zu erzeugen. Das letzte Volumen der RVI wird mit Hilfe desjenigen Volumens des modifizierten ersten Volumens berechnet, das durch den verbundenen Teil definiert wird, der die Mitte von Gefäß 426 enthält. Obwohl hier ein Verfahren zur Berechnung eines Volumens der RVI beschrieben wird, kann das Volumen auch mit Hilfe anderer Techniken berechnet werden, beispielsweise der Erweiterung der Zentrallinie des Gefäßes oder dem Brennen der Voxel, deren Abstand zur Zentrallinie weniger als der Durchmesser beträgt. Nach der Berechnung des Volumens der RVI kann der Benutzer Parameter wie die Länge des Volumens (die Start- und Endpunkte oder Extrempunkte) oder der Durchmesser des Volumens einstellen, so dass er in der Lage ist, das Volumen um das spezifische RVI herum anzupassen.
7 ist ein Screenshot eines beispielhaften Analysebildschirms 700, der im Zusammenhang mit System 10 (in 1 gezeigt) verwendet werden kann. Analysebildschirm 700 umfasst ein Lumenansichts-Bedienungsfeld 702, in dem Gefäß 426 dahingehend illustriert wird, dass es linear in einer Ebene ausgebreitet ist, und ein bogenförmiges Neuformatierungsansichts-Bedienungsfeld 704, in dem Gefäß 426 dahingehend illustriert wird, dass die Gesamtheit des bogenförmigen Gefäßes in einer einzigen Ebene ausbreitet ist, wobei das umgebende Gewebe aus der Ebene verzerrt wird. Lumenansichts-Bedienungsfeld 702 umfasst auch einen Graph 705 von einem Messungsparameter, welcher das Gefäß 426 definiert, welches dem Gefäßbild entspricht. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Durchmesser des Gefäßes 426 an einer entsprechenden Position angezeigt. Es werden andere Ansichten des Gefäßes 426 im Lumen-Bedienungsfeld 702 und bogenförmigem Neuformatierungsansichts-Bedienungsfeld 704 angezeigt, sofern sie vom Benutzer ausgewählt werden. Ein Radialschicht-Bedienungsfeld 706 illustriert radiale Schichten des Gefäßes 426, die mit entsprechenden ausgewählten Punkten entlang Gefäß 426 im Zusammenhang stehen, wie sie in Bedienungsfeld 702 illustriert werden. In der beispielhaften Ausführungsform entspricht jede der angezeigten Schichten einer Querschnittsansicht des Gefäßes 416, die von einem Punkt auf Gefäß 426 aus ausgewählt wurde, der in Bedienungsfeld 702 illustriert wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Lumen des Gefäßes 426, welches wie oben beschrieben als Lumen klassifiziert wurde, grün eingefärbt, um sein Klassifizierungsmaterial zu identifizieren, dass als Lumen bestimmt wurde. Zusätzlich zur Farbidentifikation des Lumens wird der Farbton mit der Wahrscheinlichkeit assoziiert, dass die Klassifizierung zutreffend ist.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Gefäßes 426, das anfällige Plaqueregionen umfasst, die identifiziert und eingefärbt werden, so dass sie ein Risiko anzeigen, dass mit der Plaqueposition assoziiert wird. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst Gefäß 426 eine Aorta, zu der ein erster Zweig 802 und ein zweiter Zweig 804 gehört. Der zweite Zweig 804 umfasst eine Plaqueregion 806, die sich in der Nähe eines stromaufwärtigen Endes 808 eines zweiten Zweiges 804 befindet. Im Allgemeinen ist es so, dass die Auswirkung dieser Plaqueregion auf die Gesundheit des Herzkreislaufsystems umso größer ist, je weiter stromaufwärts zum Herzen hin sich eine Plaqueregion befindet. Eine Wahrscheinlichkeit kann mit einem Risiko in Zusammenhang gebracht werden, so dass sie das Risiko, das mit der Plaque verbunden ist, repräsentiert. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Plaqueregion 806 rot gefärbt, um ein höheres Risiko anzuzeigen, welches mit Plaqueregion 806 verbunden ist. Die Lokalisierung der Plaqueregion in dem Gefäß stellt nur einen von vielen Parametern dar, die verwendet werden können, um das relative Risiko zu bestimmen, das mit einer bestimmten Plaqueregion assoziiert wird. Unter anderem wird der Typ von Plaque, die Größe der Plaqueregion, die Zusammensetzung der Plaque, der Durchmesser des Gefäßes und das Ausmaß der Gefäßesverengung verwendet, um den relativen Risikofaktor zu bestimmen, der mit einer Plaqueregion assoziiert wird. Weiter stromabwärts trennt sich Zweig 804 in einen ersten Unterzweig 810 und einen zweiten Unterzweig 812 auf. Jeder der Unterzweige 810 und ein zweiter Unterzweig 812 umfassen jeweils gelb eingefärbte Plaqueregionen 814 und 816, die auf der Grundlage einer in Bezug auf Gefäß 426 weiter stromabwärts liegenden Lokalisie rung von 814 und 816 ein geringeres Risiko für das Herz anzeigen. Wie oben beschrieben, beruht der Risikofaktor, der mit Plaqueregionen 814 und 816 assoziiert wird, nicht allein auf der Lokalisierung der Plaqueregionen 814 und 816 in Bezug auf Gefäß 426, sondern wird auf der Grundlage von vielen gemessenen Parametern berechnet, die mit Plaqueregionen 814 und 816 und den proximalen Gefäßen assoziiert werden. Noch weiter stromabwärts in Bezug auf Gefäß 426 trennt sich Unterzweig 810 in zwei kleinere Gefäße auf. Ein Gefäß 818 umfasst eine Plaqueregion 820, die grün eingefärbt ist, wodurch ein geringeres Risiko angezeigt wird, das mit Plaqueregion 820 assoziiert wird. Natürlich kann eine beliebige Farbpalette verwendet werden, um den Risikofaktor anzuzeigen, der mit den verschiedenen Plaqueregionen assoziiert wird, so dass die oben beschriebenen Farben Rot, Gelb und Grün nur ein Beispiel darstellen und keinen einschränkenden Charakter haben.
Die oben beschriebenen Bildgebungsverfahren und -systeme sind kosteneffektiv und hochverlässlich. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Analyse von kontrastverbesserten, Herz-gegateten Cardio-Volumen-Computertomographie-Bilder (VCT), um Plaque von Lumen und von Kalzifikationen zu unterscheiden und nicht nur zu visualisieren, an welcher Stelle eine Plaqueregion lokalisiert ist, sondern auch das dazugehörige Risiko von dieser Plaque zu visualisieren, falls es rupturieren sollte, wobei das Risiko neben anderen Faktoren von der Plaquelokalisierung in den Koronargefäßen und seiner Zusammensetzung abhängt. Folglich erleichtern die oben beschriebenen Bildgebungsverfahren und -systeme die Diagnose, wobei Bildgebungssysteme auf eine kosteneffektive und verlässliche Weise eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung anhand von verschiedenen spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, werden auf diesem Gebiet fachkundige Personen erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen gemäß der Wesensart und innerhalb des Schutzumfangs der Patentansprüche ausgeführt werden kann.
Es wird ein Bildgebungssystem 10 geliefert, das einen Prozessor umfasst. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er Bilddaten empfängt, die mit einem rekonstruierten Volumen der Bilddaten assoziiert werden, welche sich auf ein Gefäß 426 beziehen, und dann eine röhrenförmige Region von Interesse RVI entlang einer Zentrallinie 602 des Gefäßes konstruiert, die RVI in Bezug auf darin vorhandene Gewebeklassen analysiert, die 304 mindestens eine Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion 806, 814, 816, 820 klassifiziert und eine Wahrscheinlichkeit mit der klassifizierten Region assoziiert, die mindestens eine Plaqueregion unter Verwendung einer farblichen Hervorhebung anzeigt 306, welche selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, und ferner die Farbe auf der Grundlage der assoziierten Wahrscheinlichkeit in einem Farbton anzeigt 308.

4: Stufen
5: Stufen
10: Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem
12: Gantry
14: Röntgenquelle oder Strahlungsquelle oder Röntgenröhre
16: Röntgenstrahl oder Strahlungsstrahl
18: Detektoranordnung
20: Detektorelemente
22: Objekt oder Patient
24: Rotationszentrum
26: Controller
28: Röntgenregler
30: Gantrymotorregler
32: System (DES)
34: Bildrekonstruierer
36: Computer
38: Speichervorrichtung
40: Konsole
42: Anzeigevorrichtung
44: Tischmotorregler
46: motorisierter Tisch
48: Gantryöffnung
50: Vorrichtung
52: computerlesbares Medium
300: Prozess der Visualisierung von anfälligen Plaqueregionen entlang eines Gefäßes
302: Segmentierung der visuellen Darstellung des Gefäßes zur Identifikation von Strukturen, die zum Gefäß gehören
304: Klassifizierung von mindestens einer Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion
306: Anzeige der mindestens einen Plaqueregion unter Verwendung einer visuellen Hervorhebung, die selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird
308: Tönung der visuellen Hervorhebung auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeit, dass die Klassifizierung korrekt ist
400: Anzeigebildschirm
402: Navigations-Bedienungsfeld
404: Bildanzeige-Bedienungsfeld
406: Plaque-Bedienungsfeld
408: Segmentationsknopf
410: Bearbeitungsplaqueknopf
412: Messungsknopf
414: VR-Anzeigeknopf
416: Bildkontrollwerkzeug
418: Überprüfungsschritte-Werkzeug
420: allgemeines Navigationswerkzeug
422: Brusthöhle
424: Herz
426: Gefäß
428: Cursor
500: Abschnitt
502: Startpunkt oder Startposition
504: Endpunkt oder Endposition
602: Zentrallinie
700: Analysebildschirm
702: Lumenansichts-Bedienungsfeld
704: bogenförmiges Neuformatierungsansichts-Bedienungsfeld
705: Graph
706: Radialschicht-Bedienungsfeld
802: ertser Zweig
804: zweiter Zweig
806: Plaqueregion
808: stromaufwärtiges Ende
810: erster Unterzweig
812: zweiter Unterzweig
814: Plaqueregionen
816: Plaqueregionen
818: Gefäß
820: Plaqueregion

Claims

Bildgebungssystem (10), das einen Prozessor (36) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Bilddaten empfängt, die mit einem rekonstruierten Volumen von Bilddaten im Zusammenhang stehen, welche sich auf ein Gefäß (426) beziehen, und dann: eine röhrenförmige Region von Interesse (RVI) (426) entlang einer Zentrallinie (602) des Gefäßes konstruiert; die RVI in Bezug auf die darin vorhandenen Gewebeklassen analysiert; mindestens einer Region in dem Gefäß als eine Plaqueregion (806, 814, 816, 820) klassifiziert (304) und eine Wahrscheinlichkeit mit der klassifizierten Region assoziiert; mindestens eine Plaqueregion (806, 814, 816, 820) unter Verwendung einer farblichen Hervorhebung anzeigt (306), die selektiv mit der Klassifizierung für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird, ferner die Farbe auf der Grundlage der assoziierten Wahrscheinlichkeit in einem Farbton anzeigt (308).
System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er die mindestens eine Region (806, 814, 816, 820) als mindestens eine der folgenden klassifiziert: eine intimale sich verdickende Region, eine Weichplaqueregion, eine fase rige Plaqueregion, eine gemischte Region, eine kalzifizierte Lipidkernregion und eine diffuse kalzifizierte Region.
System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit, die mit der klassifizierten Plaqueregion (806, 814, 816, 820) assoziiert wird, mindestens [auf] einer der folgenden beruht: Genauigkeit der Klassifizierung und ein Risikofaktor, der mit der Plaque (806, 814, 816, 820) assoziiert wird.
System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er einen Risikofaktor auf der Grundlage von mindestens einem der folgenden bestimmt: eine Lokalisierung der Plaque entlang des Gefäßes (426), einer Lokalisierung der Plaque in Bezug auf das Gefäßlumen, einer Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion und einer Zusammensetzung der Plaque.
System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor ferner so konfiguriert ist, dass er: einen Benutzer auffordert, ein erstes Ende (502) des Gefäßes (426) auszuwählen; einen Benutzer auffordert, ein zweites Ende (504) des Gefäßes auszuwählen; eine röhrenförmige Grenze zwischen erstem Ende und zweitem Ende bestimmt, welche das Gefäß umfassen; und Bestimmung (304) der Plaqueregionen (806, 814, 816, 820) innerhalb der röhrenförmigen Grenze auf der Grundlage von vorher festgelegten Eigenschaften der Gruppen von Voxels in der visuellen Darstellung.
System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor ferner konfiguriert ist, so dass er: einen Risikofaktor für die mindestens eine Plaqueregion (806, 814, 816, 820) bestimmt; und die mindestens eine Plaqueregion anzeigt (306), wobei er eine visuelle Hervorhebung verwendet, die selektiv mit dem bestimmten Risikofaktor für die mindestens eine Plaqueregion assoziiert wird.
System (10) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen medizinischen Scanner (10) zur Generierung eines Volumens von Bilddaten, die mit einer Region von Interesse im Zusammenhang stehen; ein Datenerfassungssystem (32) zur Erfassung des Volumens der Bilddaten; und einen Bildrekonstruierer (34) zur Rekonstruktion eines einsehbaren Bildes aus dem Volumen von Bilddaten.
System (10) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Datenbank (38) zur Speicherung von Informationen vom Datenerfassungssystem und dem Bildrekonstruierer.