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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildaufnahme und Auswertung von funktionellen dreidimensionalen CT-Bildaufnahmen im Rahmen eines minimalinvasiven Eingriffs unter Verwendung eines mit einem ersten Kontrastmittel, insbesondere Tantal, angereicherten Embolisats.
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Bei minimalinvasiven Eingriffen im menschlichen Körper eines Patienten ist es seit einiger Zeit bekannt, Embolisate zu verwenden, die den Blutfluss durch bestimmte Blutgefäße, beispielsweise zur Therapie oder zur Vorbereitung einer Operation an einer AVM (arteriovenous malformation), zu blockieren. Ein häufig verwendetes Embolisat ist beispielsweise Onyx, ein nicht klebendes flüssiges Embolisat, welches zur Erhöhung des Röntgenkontrasts häufig mit einem ersten Kontrastmittel, insbesondere mit Tantal-Puder, angereichert wird. Durch Röntgenkontrolle kann dann aufgrund des hohen Signalwerts des ersten Kontrastmittels beobachtet werden, wo sich das Embolisat befindet.
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Im Beispiel der AVMs ist es beispielsweise bekannt, diese vor operativer Entfernung zu embolisieren, um das Volumen des AVMs zu verkleinern. Auch gibt es Fälle, in denen man nach Kontrolle und nach einem gewissen Zeitabstand Anteile eines AVMs wiederholt embolisiert. Daher ist es auch allgemein häufig bekannt, eine Funktionskontrolle durch funktionelle Bildgebung durchzuführen, wobei ein Bolus eines zweiten Kontrastmittels intravenös oder interarteriell verabreicht wird, um zu beobachten, ob noch Blutfluss durch die embolisierten Blutgefäße stattfindet. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass bei herkömmlicher Computertomographie (CT) embolisierte Gefäße bzw. Gefäßanteile von Kontrastmittel gefüllten nichtembolisierten Gefäßen bzw. Gefäßanteilen nicht eindeutig unterschieden werden können, da sie etwa in den gleichen Bilddatenbereichen, insbesondere HU-Wertebereichen (Hounsfield Units), liegen. So kann es zu Fehleinschätzungen kommen.
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Zur Vermeidung solcher Fehleinschätzungen wurde vorgeschlagen, die Konzentration des zweiten Kontrastmittels so hoch zu wählen, dass der zugehörige HU-Wert deutlich über dem des mit dem ersten Kontrastmittel angereicherten Embolisats liegt. Allerdings muss dabei mit sehr hohen Konzentrationen des zweiten Kontrastmittels, als welches im Übrigen meistens Jod verwendet wird, gearbeitet werden, was eine starke Belastung des Patienten bedeutet.
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Die
DE 10 2007 024 158 A1 betrifft ein Auswahlverfahren für zwei Kontrastmittel zur Verwendung in einer Dual-Energy-CT-Untersuchung, wobei die Steigung einer Verbindungslinie in einem HU-Werte-Diagramm zugrunde gelegt wird. Darin wird auch beschrieben, wie CT-Aufnahmen mit diesen Kontrastmitteln angefertigt werden. Zunächst werden die Kontrastmittel dem Patienten verabreicht, wonach der Patient in einem CT-System mit zwei unterschiedlichen Strahlungsspektren gescannt wird. Zu beiden Strahlungsspektren werden Bilddatensätze rekonstruiert. Daraus kann dann ein dritter und ein vierter Bilddatensatz, der die Gewebearten enthält, ermittelt werden. Pixelweise werden bestimmte Lineargleichungssysteme gelöst.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bildaufnahme- und -auswertungsverfahren anzugeben, durch das ohne erhöhte Kontrastmittelgabe eine sichere Unterscheidung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontrastmittel, insbesondere von Tantal und Jod, möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bildaufnahme und Bildauswertung von funktionellen dreidimensionalen CT-Bildaufnahmen im Rahmen eines minimalinvasiven Eingriffs unter Verwendung eines mit einem ersten Kontrastmittel, insbesondere Tantal, angereicherten Embolisats, insbesondere Onyx, vorgesehen, wobei nach Gabe eines zweiten Kontrastmittels, insbesondere Jod, welches zweite Kontrastmittel sich in seinen spektralen Abschwächungseigenschaften im für die Zweispektren-CT genutzten Bereich von dem ersten Kontrastmittel unterscheidet, in den Blutkreislauf eines Patienten zwei Bildaufnahmen bei verschiedenen Röntgenspektren aufgenommen und rekonstruiert werden, wonach zur Unterscheidung des ersten und des zweiten Kontrastmittels:
- – in der ersten oder der zweiten Bildaufnahme Bildpunkte ausgewählt werden, deren HU-Wert einen vorgegebenen Schwellwert, insbesondere 80 bis 100, überschreitet,
- – durch Anwendung eines Zweispektren-Diskriminierungsverfahrens für jeden ausgewählten Bildpunkt dieser einer ersten oder einer zweiten Kontrastmittelgruppe zugeordnet wird.
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Die vorliegende Erfindung schlägt also vor, die Zweispektren-CT (häufig auch Dualenergie-CT) zur Unterscheidung der beiden Kontrastmittel zu verwenden, wenn diese sich im relevanten Bereich in ihren spektralen Abschwächungseigenschaften hinreichend unterscheiden. Bei der Zweispektren-CT werden, insbesondere gleichzeitig, zwei Bildaufnahmen erstellt, wobei jeder Bildaufnahme ein anderes Spektrum zugrunde liegt, welches häufig über die Spannung an der Strahlungsquelle, beispielsweise einer Röntgenröhre, eingestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Bildaufnahme bei einer Betriebsspannung einer Strahlungsquelle von 60–100 kV, die zweite Betriebsaufnahme bei einer Betriebsspannung der Strahlungsquelle von 120–150 kV aufgenommen wird. Bei der Zweispektren-CT wird also das unterschiedliche spektrale Schwächungsverhalten zur Unterscheidung chemisch verschiedener Materialien genutzt. Dies ermöglicht die Diskriminierung von Materialien, die beispielsweise aufgrund ihrer Schwächung bei einem einzigen Röntgenspektrum nicht unterschieden werden können. So kann es vorkommen, dass in einer einzigen CT-Bildaufnahme zwei Regionen etwa den gleichen HU-Wert (Hounsfield Units) aufweisen, wobei in der einen Region der Durchfluss des zweiten Kontrastmittels, in der anderen Region die Embolisierung, folglich das erste Kontrastmittel, entscheidend ist.
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Dies sei am Beispiel der häufig verwendeten Kontrastmittel Tantal und Jod näher erläutert. Betrachtet man die spektrenabhängigen Massenschwächungskoeffizienten, so stellt man fest, dass dem Energieniveau der k-Elektronenschale bei Tantal eine Absorptionskante bei der Photonenenergie von ca. 67 keV entspricht. Das hat zur Folge, dass der HU-Wert für ein niederenergetisches Spektrum (entsprechend einer Röhrenspannung von beispielsweise 60–80 kV) nur geringfügig von dem für das höherenergetische Spektrum (beispielsweise zwischen 120 und 150 kV) abweicht. Aus diesem Grund ist auch Tantal, insbesondere bei geringen Konzentrationen, gegenüber wasserähnlichen Substanzen (wie beispielsweise Weichteilgeweben, Kohlenwasserstoffen) mittels der Zweispektren-CT nur schwer zu identifizieren. Die Tantalanreicherung im Embolisat, insbesondere im Onyx-Embolisat, wird zwar so groß gewählt, dass der resultierende HU-Wert (also das Bilddatum) bei herkömmlicher CT in der Regel weit über dem HU-Wert von Weichteilsubstanzen liegt. Die Erfindung schlägt nun vor, dieses unterschiedliche spektrale Abschwächungsverhalten, welches selbstverständlich auch bei anderen Kombinationen von erstem und zweitem Kontrastmittel vorhanden sein kann, zu nutzen, um im Rahmen der Zweispektren-CT eine Zuordnung von hohen HU-Werten zu dem ersten oder dem zweiten Kontrastmittel zu ermöglichen.
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Dazu werden zunächst in einem ersten Auswertungsschritt Bildpunkte in der ersten oder der zweiten Bildaufnahme, bevorzugt in der ersten Bildaufnahme, ausgewählt, deren Bilddatum (also wohl meist der HU-Wert) einen vorgebenden Schwellwert überschreitet, der die Unterscheidung von Weichteilgewebe und Blut ermöglicht. Beim niederenergetischen Spektrum wird Blut meist auf einen HU-Wert von etwa 50–60 HU abgebildet, so dass sich als geeigneter Schwellwert 80–100 HU anbieten. Dieser Schritt dient folglich dazu, die erstes und zweites Kontrastmittel enthaltenden Bildpunkte (Voxel) von den verbreitet gemessenen Bildpunkten, die Weichteilgewebe, Blut und dergleichem entsprechen, zu trennen. Insbesondere bei Verwendung von Tantal als erstes Kontrastmittel ist dieser Schritt wesentlich, da, wie erwähnt, im Rahmen der Zweispektren-CT eine Unterscheidung von Tantal und wasserähnlichen Materialien meist nur schwer möglich ist.
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Danach wird ein Zweispektren-Diskriminierungsverfahren angewendet, so dass die ausgewählten Bildpunkte jeweils einer ersten Kontrastmittelgruppe für das erste Kontrastmittel oder einer zweiten Kontrastmittelgruppe für das zweite Kontrastmittel zugeordnet werden können. Es sei an dieser Stelle schon angemerkt, dass auch andere Substanzen bzw. Materialien einen hohen HU-Wert in einer CT-Bildaufnahme erzielen können, wobei hier insbesondere Kalzifizierungen genannt seien. Auch Derartiges kann in das erfindungsgemäße Verfahren integriert werden, wie im Folgenden noch näher ausgeführt werden soll. Dann kann selbstverständlich auch eine dritte Gruppe vorgesehen sein, die beispielsweise Kalzifizierungen entspricht. Die Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also in diesem Hinblick als offen bezüglich der Hinzufügung weiterer diskriminierbarer Gruppen zu verstehen.
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Im Rahmen des Diskriminierungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass in dem aus den Bilddaten der ersten und der zweiten Bildaufnahme aufgespannten zweidimensionalen Raum durch eine Diskriminierungslinie ein dem ersten Kontrastmittel zugeordneter Teilraum und ein dem zweiten Kontrastmittel zugeordneter Teilraum definiert wird und die Zuordnung zu der Kontrastmittelgruppe anhand der Lage des Tupels von Bilddaten bezüglich der Teilräume bestimmt wird. Sollen also im Rahmen des Diskriminierungsverfahrens lediglich das erste und das zweite Kontrastmittel diskriminiert werden, so kann eine Diskriminierungslinie im durch die Bilddaten der ersten und der zweiten Bildaufnahme aufgespannten Raum genutzt werden, um in diesem Fall zwei Halbräume als Teilräume zu definieren; selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, mehrere Diskriminierungslinien zu verwenden, um die Teilräume für die Kontrastmittel festzulegen. Sind die Bilddaten also beispielsweise HU-Werte, so definiert ein Tupel von HU-Werten die Lage dieses Bildpunktes in dem betrachteten zweidimensionalen Raum. Liegt ein solches Tupel im ersten Teilraum, so kann es dem ersten Kontrastmittel zugeordnet werden, liegt es im zweiten Teilraum, so kann es dem zweiten Kontrastmittel zugeordnet werden. So ist eine einfache Möglichkeit zur Diskriminierung gegeben.
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Wie bereits erwähnt, können auch andere Materialien einen hohen HU-Wert (allgemein also einen hohen Wert des Bilddatums) erzeugen, wobei insbesondere Kalzifizierungen zu nennen sind. In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei vorgesehen sein, dass eine weitere Diskrimierungsgerade zur Definition eines dritten, einer Kalzifizierung zugeordneten Teilraums verwendet wird, wobei ein in dem dritten Teilraum liegendes Tupel einer Kalzifizierungsgruppe zugeordnet wird. Auf diese Weise kann zusätzlich diskriminiert werden, ob ein Bildpunkt vielleicht gar kein Kontrastmittel, sondern eine Kalzifizierung wiedergibt.
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Zur Bestimmung der und/oder der weiteren Diskriminierungslinien kann vorgesehen sein, dass die und/oder die weitere Diskriminierungslinie als Winkelhalbierende von benachbarten, spektrenspezifischen, jeweils einem Kontrastmittel und/oder einer Kalzifizierung zugeordneten Kennlinien ermittelt wird. Da solche Kennlinien einen Schnittpunkt aufweisen, lässt sich eine Diskriminierungslinie als Winkelhalbierende von zwei Kennlinien bestimmen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Kennlinien anhand von Messungen und/oder Berechnungen von in einem Wasserphantom angeordneten ersten und zweiten Kontrastmittelrampen, sowie gegebenenfalls einer Kalzifizierungsrampe, bestimmt werden. Es wird also gemessen bzw. berechnet, welchen HU-Wert eine bestimmte Menge von Kontrastmittel in einem Bildpunkt für beide Spektren ergibt, wobei von einer bestimmten Menge Wasser, also einer bestimmten radiologischen Weglänge durch Wasser, ausgegangen wird, um letztlich den in der tatsächlichen bzw. aktuellen Messung auch vorhandenen Patienten, insbesondere seine mittlere Dicke, zu modellieren. Folglich kann auch vorgesehen sein, dass mehrere wassermengenspezifische Kennlinien ermittelt werden, wobei patientenabhängig ein bestimmter Satz von Kennlinien zur Auswertung gewählt wird. Es ist also möglich, beispielsweise Kennlinien zu ermitteln, die 20 cm Wasser, 25 cm Wasser oder dergleichen entsprechen. Dabei sind allgemein, wie erwähnt, Berechnungen denkbar, die beispielsweise über die Verwendung geeigneter Modelle erfolgen können. Es ist jedoch auch möglich, tatsächliche Messungen vorzunehmen, um die Kennlinien zu bestimmen. Selbstverständlich sind in Berechnungen bzw. Kalibrationsmessungen dann die entsprechenden Spektren, die auch später verwendet werden, zugrunde zu legen, mithin sind also insbesondere Kalibrationsmessungen an derselben CT-Einrichtung vorzunehmen wie die später erfolgende und auszuwertende Bildaufnahme. Als Beispiel sei genannt, dass die Kennlinie von Tantal relativ dicht an der Kennlinie für Wasser liegen wird. Mit besonderem Vorteil kann bei der Bestimmung der Kennlinien wenigstens eine Korrektur von Effekten erfolgen, die auch bei der Rekonstruktion der ersten und zweiten Bildaufnahme erfolgt, beispielsweise eine Aufhärtungskorrektur oder eine Streustrahlenkorrektur.
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Bei der Bestimmung solcher Kennlinien, insbesondere durch Messung oder Berechnung, wie oben dargestellt, ist ja letztlich, da das Phantom bekannt ist, auch bekannt, welche Partialdichten des ersten bzw. zweiten Kontrastmittels an den jeweiligen Messpunkten, die einem Punkt auf der Kennlinie entsprechen, vorliegen. Dieses Wissen kann vorteilhaft genutzt werden, um auch eine Quantifizierung des Vorhandenseins des Kontrastmittels zu erlauben. So kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass jedem Punkt auf einer Kennlinie eine Partialdichte des entsprechenden Materials zugeordnet ist, wobei durch senkrechte Projektion des Tupels im zweidimensionalen Raum auf die dem Teilraum zugeordnete Kennlinie ein Projektionspunkt auf der Kennlinie ermittelt wird und dem Bildpunkt die dem Projektionspunkt zugeordnete Partialdichte zugeordnet wird. Es können folglich Dichtebilder der räumlichen Verteilung der Konzentration des ersten bzw. des zweiten Kontrastmittels erzeugt und im Rahmen der weiteren Auswertung genutzt oder dargestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass aus wenigstens einer Bildaufnahme und/oder den Partialdichten eine Darstellung erzeugt und angezeigt wird. In einer solchen Bilddarstellung können die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelten Informationen einem Benutzer aufbereitet zur Kenntnis gebracht werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zugehörigkeit von Bildpunkten zu einer Kontrastmittelgruppe und/oder einer Kalzifizierungsgruppe zur Anpassung der Darstellung verwendet wird. Insbesondere können den Kontrastmitteln zugeordnete Bildpunkte in bestimmten Falschfarben dargestellt werden, so dass der betrachtende Benutzer sofort sehen kann, in welchen Bereichen welches Kontrastmittel vorliegt.
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Allgemein sei im Übrigen noch angemerkt, dass es bei der Zweispektren-CT häufig üblich ist, der Strahlungsquelle nachgeschaltete Filter zu verwenden, beispielsweise bestimmte Dicken von Kupfer, um die Spektren geeignet anzupassen. Hierüber kann auch eine Einstellung erfolgen, derart, dass das erste und das zweite Kontrastmittel aufgrund der Spektrenwahl deutlicher zu unterscheiden sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich vollkommen automatisch durchgeführt werden, beispielsweise auf einer Steuereinrichtung einer CT-Einrichtung. Dann können die erste und die zweite Bildaufnahme sofort nach der Aufnahme automatisch durch die Steuereinrichtung ausgewertet und die entsprechenden ermittelten Informationen, insbesondere als Darstellung, einem Benutzer zur Kenntnis gebracht werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen Graphen der Massenschwächungskoeffizienten verschiedener Materialien abhängig vom Spektrum,
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2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein HU-Diagramm für die Zweispektren-CT mit Kennlinien für verschiedene Materialien,
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4 ein weiteres HU-Diagramm für die Zweispektren-CT bei zusätzlicher Diskriminierung von Kalzifizierungen, und
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5 eine CT-Einrichtung.
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Obwohl die folgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren als erstes Kontrastmittel von in Onyx-Embolisat vorhandenem Tantal und als zweites Kontrastmittel von Jod ausgehen, sei bereits zu diesem Zeitpunkt darauf hingewiesen, dass, falls eine grundsätzliche Diskriminierung in der Zweispektren-CT möglich ist, auch andere Kombinationen von Kontrastmitteln denkbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf den Bereich minimalinvasiver Eingriffe im Blutkreislauf eines Patienten, wobei bestimmte Blutgefäße durch Embolisierung vom Blutkreislauf abgeschnitten werden sollen. Dabei wird ein Embolisat, beispielsweise Onyx, welches mit Tantal als erstem Kontrastmittel versehen wurde, minimalinvasiv eingebracht, welches dann die entsprechenden Blutgefäße verschließt, beispielsweise als Vorbereitung einer Operation zur Entfernung einer AVM. Soll dann eine Überprüfung stattfinden, wird meist ein zweites Kontrastmittel verabreicht, um dann eine funktionelle Bildgebung durchzuführen. Dabei ist es besonders wichtig, dass Tantal und Jod, welches als zweites Kontrastmittel in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, deutlich unterschieden werden können, was aufgrund der ähnlichen HU-Werte bei der konventionellen CT mit nur einem Spektrum schwer möglich ist.
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Deshalb wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Unterschied im spektralen Abschwächungsverhalten zwischen Jod und Tantal genutzt, welcher mit Hilfe der 1 näher dargestellt werden soll. Dort sind die Massenschwächungskoeffizienten für verschiedene Materialien gegen den Spektren kennzeichnenden Betriebsspannungswert einer Strahlungsquelle dargestellt, wobei die durchgezogene Kurve Jod entspricht, die gestrichelte Kurve Tantal und die gepunktete Kurve Wasser. Ersichtlich liegt die der k-Elektronenschale entsprechende Absorptionskante von Tantal innerhalb des für die Zweispektren-CT relevanten Bereichs, da das niederenergetische Spektrum meist bei einer Betriebsspannung von etwa 60–100 keV aufgenommen wird, das hochenergetische Spektrum bei einer Betriebsspannung von beispielsweise 120–150 keV. Das hat zur Folge, dass sich der gemessene HU-Wert für Tantal beim niederenergetischen Spektrum nur geringfügig von dem beim hoherenergetischen Spektrum unterscheidet. Dies steht im Gegensatz zum Verhalten von Jod. Dieser Unterschied wird nun im erfindungsgemäßen Verfahren genutzt, indem die Zweispektren-CT zur Unterscheidung von Jod und Tantal genutzt wird.
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Dies geschieht mit Hilfe des in 2 als Ablaufdiagramm dargestellten automatisch ablaufenden Verfahrens. In einem Schritt 1 werden dreidimensionale CT-Bildaufnahmen durch Aufnahme von Projektionsbildern und entsprechende Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes erzeugt, nämlich eine erste Bildaufnahme 2, die bei einem niederenergetischem Spektrum, vorliegend bei einer Betriebsspannung einer Strahlungsquelle der CT-Einrichtung von 60–100 kV aufgenommen wurde, und eine zweite Bildaufnahme 3, die bei einem höherenergetischem Spektrum, vorliegend bei einer Betriebsspannung von 120–150 kV, aufgenommen würde.
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In einem Schritt 4 werden dann alle Bildpunkte ausgewählt, die in der ersten Bildaufnahme 2 einen HU-Wert aufweisen, der größer als 80 HU ist. Damit wird die Betrachtung folglich auf Punkte beschränkt, an denen möglicherweise Kontrastmittel vorliegen könnten, insbesondere aber werden wasseräquivalente Materialien wie Weichteile, die im Rahmen der Zweispektren-Diskriminierung schwer von Tantal zu unterscheiden wären, der Betrachtung entzogen. In Schritt 4 findet folglich eine erste Diskriminierung anhand des HU-Werts statt.
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Danach werden die in Schritt 4 ausgewählten Bildpunkte in Schritt 5 im Rahmen einer Zweispektren-Diskriminierung einer ersten bzw. einer zweiten Kontrastmittelgruppe zugeordnet, wobei gegebenenfalls auch weitere Gruppen vorgesehen sein können. Zur Erläuterung werden zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt, die anhand der 3 und 4 näher erläutert werden sollen, die jeweils HU-Diagramme darstellen, mithin den aus den Bilddaten der ersten Bildaufnahme 2 und der zweiten Bildaufnahme 3 aufgespannten zweidimensionalen Raum zeigen, wobei im vorliegenden Beispiel der HU-Wert des höherenergetischen Spektrums (hier 120 kV) auf der x-Achse aufgetragen ist, der HU-Wert des niederenergetischen Spektrums (hier 70 kV) auf der y-Achse. Die in den Diagrammen dargestellten Linien und Punkte sind selbstverständlich spektrenspezifisch, wobei zudem angenommen wurde, dass die Spektren noch durch eine Objektdicke (Patientendicke) entsprechend 20 cm Wasser aufgehärtet wurden. Weiterhin wurden diverse Korrekturen vorausgesetzt, beispielsweise eine Aufhärtungskorrektur und Streustrahlungskorrekturen.
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In einer ersten Variante, die immer dann anwendbar ist, wenn mit wenig Kalzifizierungen, die ebenfalls hohe HU-Werte erzeugen, gerechnet wird, werden folglich nur Gruppen für das erste und das zweite Kontrastmittel, hier also Tantal und Jod, betrachtet. Dazu zeigt 3 zunächst verschiedene Kennlinien, wobei neben der Kennlinie 6 für Jod und der Kennlinie 7 für Tantal zum Vergleich auch die Kennlinie 8 für wasserähnliche Materialien dargestellt ist. Ersichtlich liegt die Kennlinie 8 sehr nahe bei der Kennlinie 7, so dass eine Unterscheidung schwierig ist. Der Anteil der Kennlinie 8 bei hohen HU-Werten entspricht dabei jedoch Konzentrationen bzw. Partialdichten, die im menschlichen Körper ohnehin nicht oder selten vorkommen, so dass die Unterscheidung in Schritt 4, die durch die eingezeichnete Schwelle 9 nochmals verdeutlicht wird, gerechtfertigt ist.
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In jedem Fall lässt sich aus 3 ersehen, dass die Kennlinien 6 und 7 deutlich zu unterscheiden sind. Dieses unterschiedliche spektrale Abschwächungsverhalten kann nun genutzt werden. Hierzu wird eine Diskriminierungslinie 10 als Winkelhalbierende der Kennlinien 6 und 7 definiert, die den zweidimensionalen Raum 11 in zwei Teilräume 12 und 13 aufteilt, wobei der Teilraum 12 Jod zugeordnet ist, der Teilraum 13 jedoch Tantal.
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Die Kennlinien 6 und 7 können dabei durch Messung und/oder Berechnung ermittelt werden. Grundlage hierfür ist je nach Vorgehensweise ein reales oder ein Modellphantom, bei dem Jod- und Tantalrampen in einer Menge von Wasser angeordnet sind, das den Patienten simulieren soll. Die Rampen ermöglichen es also, da sich ja die Messung auf diskrete Voxel bezieht, Messungen/Berechnungen für verschiedene Partialdichten vorzunehmen. Für jede Partialdichte ergibt sich ein Punkt der Kennlinien 6 bzw. 7. Es sei nochmals hervorgehoben, dass die Kennlinien 6 und 7 selbstverständlich spektrenspezifisch sind und somit mit den auch für die Bildaufnahmen 2 und 3 genutzten Spektren ermittelt werden sollten. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass das Wasser in dem Phantom durchaus in verschiedenen Mengen angenommen werden kann, so dass Kennlinien auch wassermengenspezifisch, das bedeutet, mit verschiedenen radiologischen Weglängen durch Wasser, ermittelt werden können, wobei dann je nach Patient, insbesondere mittlerer Patientendicke, ein Satz von Kennlinien ausgewählt wird.
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Anhand der Lage eines für jeden Bildpunkt, der in Schritt 4 ausgewählt wurde, zu bildenden Tupels im Teilraum 12 oder im Teilraum 13 kann dieser Bildpunkt dann einer ersten oder zweiten Kontrastmittelgruppe zugeordnet werden. Als Beispiel ist in 3 bei 14 ein Tupel im Teilraum 12 eingezeichnet, das folglich der Jodgruppe zuzuordnen ist. In Schritt 5 wird jedoch nicht nur die Zuordnung vorgenommen, sondern es werden auch dem Bildpunkt Partialdichten zugeordnet. Dies ist vorliegend möglich, da für Punkte auf den Kennlinien 6, 7, wie oben auch beschrieben, ja bekannt ist, welchen Partialdichten sie entsprechen. Dementsprechend ist vorgesehen, das Tupel 14, welches man sich ja auch durch einen Vektor beschrieben denken kann, wie durch die Linie 15 angedeutet auf die jeweilige Kennlinie, hier also die Kennlinie 6, senkrecht zu projizieren, um somit einen Projektionspunkt 16 auf der Kennlinie 6 zu bestimmen. Die diesem Projektionspunkt zugeordnete Partialdichte wird nun auch dem dem Tupel 14 zugeordneten Bildpunkt zugeordnet, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auch eine quantitative Bestimmung von Partialdichten erlaubt.
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Eine weitere Variante für einen aufzunehmenden Bereich, in dem insbesondere auch mit ebenso große HU-Werte erzeugenden Kalzifizierungen zu rechnen ist, wird durch 4 näher erläutert. Dort sind wiederum die Kennlinien 6 und 7 fur Jod und Tantal zu erkennen, wobei als weitere Kennlinie hier eine der Kalzifizierung zugeordnete Kennlinie 17, die zwischen den Kennlinien 6 und 7 liegt, dargestellt ist. Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die steilere Kennlinie 6 für Jod hier auf der Verwendung einer zusätzlichen Filterung durch 1 mm Kupfer beruht. In diesem Fall ergeben sich, wenn auch Kalzifizierungen identifiziert werden sollen, die Diskriminierungslinien nicht durch die Winkelhalbierende der Kennlinien 6 und 7, sondern es werden zwei Diskriminierungslinien gebildet, nämlich eine Diskriminierungslinie 18 als Winkelhalbierende der Kennlinien 6 und 17 und eine weitere Diskriminierungslinie 19 als Winkelhalbierende der Kennlinien 7 und 17. Dadurch wird der Raum 11 folglich in drei Teilräume unterteilt, nämlich wiederum einen Teilraum 12, der Jod zugeordnet ist, einen Teilraum 13, der Tantal zugeordnet ist, aber nun auch einen Teilraum 20.
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So kann ein Bildpunkt bzw. dessen Tupel hier nun nicht nur einer Jodgruppe und einer Tantalgruppe zugeordnet werden, sondern auch einer Kalzifizierungsgruppe, wenn es im Teilraum 20 liegt.
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Selbstverständlich können auch in dieser Variante entsprechende Partialdichten ermittelt werden.
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Nach der Einteilung in Gruppen und der Zuordnung von Partialdichten in Schritt 5 wird dann in einem Schritt 21 die Information automatisch für einen Benutzer aufbereitet, indem eine Darstellung erzeugt wird, die die erhaltenen Informationen wiedergibt. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auf Grundlage der ersten und/oder der zweiten Bildaufnahme 2, 3 ein Bild erzeugt wird, in dem Bildpunkte je nach der Zuordnung zu einer Kontrastmittelgruppe mit einer bestimmten Farbe versehen werden. Es ist jedoch auch denkbar, die durch die Partialdichten beschriebenen Dichtebilder zu einer Darstellung aufzubereiten. Verschiedene Möglichkeiten sind hier denkbar.
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5 zeigt schließlich eine CT-Einrichtung 22, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine Patientenliege 23 ist in eine Patientenaufnahme 24 beispielsweise derart einfahrbar, dass der Kopf des Patienten im Aufnahmebereich zu liegen kommt. Im vorliegenden Fall ist die CT-Einrichtung 22 zur Aufnahme von Zweispektren-CT-Bildaufnahmen in der sogenannten Dual-Source-Technik ausgebildet, bei der zwei um einen bestimmten Winkel, hier 90°, versetzte Strahlungsquellen 25 verwendet werden, die mit unterschiedlicher Betriebsspannung synchron aktiviert werden. Diesen Strahlungsquellen 25 sind dann jeweils verschiedene bei 26 angedeutete Detektorsegmente zur Aufnahme zugeordnet.
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Die CT-Einrichtung 22 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 27, die die CT-Einrichtung zur Aufnahme von Bildaufnahmen gemäß Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Auswertung gemäß den Schritten 4, 5 und 21 des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, so dass dieses letztlich vollkommen automatisch ablaufen kann. Erzeugte Darstellungen können beispielsweise auf einer zugeordneten Darstellungseinrichtung 28 angezeigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schritt
- 2
- Bildaufnahme
- 3
- Bildaufnahme
- 4
- Schritt
- 5
- Schritt
- 6
- Kennlinie
- 7
- Kennlinie
- 8
- Kennlinie
- 9
- Schwelle
- 10
- Diskriminierungslinie
- 11
- Raum
- 12
- Teilraum
- 13
- Teilraum
- 14
- Tupel
- 15
- Linie
- 16
- Projektionspunkt
- 17
- Kennlinie
- 18
- Diskriminierungslinie
- 19
- Diskriminierungslinie
- 20
- Teilraum
- 21
- Schritt
- 22
- CT-Einrichtung
- 23
- Patientenliege
- 24
- Patientenaufnahme
- 25
- Strahlungsquelle
- 26
- Detektorsegment
- 27
- Steuerungseinrichtung
- 28
- Darstellungseinrichtung
