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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels eines bildgebenden Systems erfassten Messwerten. Außerdem betrifft sie eine Vorrichtung für denselben Zweck.
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Moderne bildgebende medizintechnische Systeme wie beispielsweise Magnetresonanzsysteme, Computertomographen, PET- oder SPECT-Systeme, Ultraschallanlagen etc. sind heutzutage in der Lage, aus Messwerten sehr große Mengen an Bilddaten mit hoher Auflösung zu liefern. Eine Herausforderung zur Verbesserung der Anwendung derartiger bildgebender Systeme und der damit erzielten Ergebnisse liegt daher auch darin, die große Menge an Messwerten so aufzubereiten und für eine Befundung und/oder Interventionsplanung so auszugeben, dass der Befunder bzw. Planer alle relevanten Informationen erkennen kann.
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Als ein bildgebendes Verfahren hat sich im medizinischen Bereich die Computertomographie etabliert. Dieses Verfahren basiert auf der Aussendung von Röntgenstrahlung durch ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise durch einen menschlichen Körper, wobei der Ort der Aussendung der Röntgenstrahlung, also beispielsweise eine Röntgenquelle, um das Untersuchungsobjekt rotiert wird. Eine Sensoreinrichtung auf derselben Rotationsbahn in Bezug auf das Untersuchungsobjekt wird gegenüber des Ortes der Aussendung der Röntgenstrahlung rotiert, so dass sie durch das Untersuchungsobjekt hindurchgehende Röntgenstrahlung erfasst. Hieraus resultieren Messwerte, beispielsweise in Form von Roh-Bilddaten oder von aus einer Analyse von Roh-Bilddaten bzw. aufbereiteten Roh-Bilddaten abgeleitete Messwerte, aus denen in einem Bildnachbearbeitungsverfahren dreidimensionalen Bilddatensätze erstellt werden können. Dies bedeutet, dass die Bilddatensätze die räumliche Struktur eines Untersuchungsbereichs, also beispielsweise eines Gewebebereichs, repräsentieren und abbilden.
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In einer Weiterführung können mehrere dreidimensionale Bilddatensätze desselben Untersuchungsbereichs, die zeitlich versetzt zueinander aufgenommen wurden, in einer Ablaufsequenz zusammengefasst werden, so dass sich ein vierdimensionaler Bilddatensatz ergibt, der die Entwicklung eines Untersuchungsbereichs über die Zeit darstellt. Es handelt sich also um einen sogenannten multiphasischen dreidimensionalen Datensatz, der auch als ”Movie” bezeichnet wird.
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Solche vierdimensionalen Datensätze werden beispielsweise in der Bildgebung des Herzens, im Speziellen des Myokards, also des Herzmuskels, verwendet, wobei anhand der Ablaufdaten beispielsweise die zyklische Veränderung der Wanddicke und die zyklische Wandbewegung sowie die Blutversorgung des Herzens dargestellt werden kann. Dadurch können beispielsweise pathologische Wandbewegungsstörungen erkannt werden, die etwa von einer gefährlichen Stenose eines Herzkranzgefäßes herrühren können.
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Ein Problem bei der Herz-Bildgebung mit Hilfe von drei- bzw. vierdimensionalen Bilddatensätzen ist, dass pathologische Strukturen nur dann sicher erkannt werden können, wenn eine Vielzahl von Gesichtspunkten wie beispielsweise die Wanddicke, deren zyklische Veränderung über die Zeit, die Wandbewegung und die Blutversorgung berücksichtigt wird. Hierzu ist ein hohes Expertenwissen und große Erfahrung des Bedieners bei der Auswertung der Messwerte erforderlich.
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Für die Diagnostik pathologischer Wandbewegungsstörungen muss das Fachpersonal bis heute sämtliche Parameter im Zusammenhang mit der Wandbewegung sowie weitere Parameter der Herzfunktion unabhängig voneinander betrachten. Dies ist mit höheren Risiken verbunden und zudem ist damit ein erheblicher Zeitaufwand verbunden. Schließlich führt die Abhängigkeit von der auswertenden Person zu einer geringeren Reproduzierbarkeit der Untersuchungen. Dies ist insbesondere ein Problem, wenn Vergleichsmessungen durchzuführen sind, um den zeitlichen Verlauf der Veränderung von Gewebestrukturen bzw. deren Reaktion auf bestimmte therapeutische Maßnahmen zu verfolgen. Ebenso haben Quervergleichsstudien, bei denen die Auswerteergebnisse von verschiedenen Patienten bzw. Probanden verglichen werden sollen, nur einen begrenzt zuverlässigen Aussagewert, sofern sie überhaupt möglich sind.
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In
US 2004/01 93 036 A1 werden ein System und ein Verfahren zur Unterstützung eines Mediziners während einer medizinischen Untersuchung beschrieben. Es werden Bilddaten und Kontextdaten erfasst und mit Trainingsbildern verglichen. Auf Basis des Vergleichs werden Parameterwerte ermittelt, auf deren Basis Entscheidungen für zusätzliche Untersuchungen oder Diagnosestellungen getroffen werden.
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In
WO 2008/0 13 497 A1 werden unterschiedliche Modelle für die Pumpfunktion eines Herzens verwendet, um die Pumpfunktion eines Herzmuskels zu simulieren.
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In
US 2008/0 077 032 A1 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Daten über das Endokard eines Herzens eines Patienten genutzt werden, um Informationen zur Stellung einer Diagnose zu ermitteln.
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In
US 2006/0 247 544 A1 wird ein Trainingsmodell zur Klassifizierung von Herzbewegungen beschrieben. Dabei wird die Untersuchung von Abweichungen regionaler Herzwandbewegungen durch Kombination von Informationen von benachbarten Abschnitten verbessert.
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In DE SA REBELO, M., u. a.: „Functional bull's eye based on three dimensional velocity information to quantify left ventricle motion in gated-SPECT”. In: IEEE EMBS Conf., Vancouver, Canada, 20–24 Aug. 2008, S. 209–213 werden dreidimensionale Geschwindigkeitsdaten im Rahmen eines Einzelphotonen-Emissionscomputertomographieverfahrens dazu genutzt, quantitative Untersuchungen von Herzbewegungen vorzunehmen.
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In CIOS, L. J., u. a.: ”Hybrid Intelligence System for Diagnosing Coronary Stenosis”. In: IEEE Engineering in Medicine and Biology, Nov. Dez. 1994, S. 723–729 werden maschinelle Lernverfahren für die Diagnose einer koronaren Stenose eingesetzt.
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Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, als Basis für verbesserte Diagnose-Prozesse ein Diagnosehilfsmittel in Form eines Verfahren und einer Vorrichtung zur Nachbearbeitung von Messwerten bereitzustellen, mit denen die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Demgemäß umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Nachbearbeitung von mittels eines bildgebenden Systems erfassten Messwerten eines ein Herz mindestens teilweise umfassenden Gewebebereichs wenigstens folgende Verfahrensschritte:
- – Erstellung eines zumindest dreidimensionalen Datensatzes, bevorzugt eines Bilddatensatzes, aus den Messwerten,
- – Analyse des zumindest dreidimensionalen Datensatzes und Erstellung von Parameterkarten hinsichtlich mindestens zweier der folgenden Parameter:
– Dicke und/oder Dickenveränderung einer Herzwand,
– Bewegung der Herzwand,
– lokale Blutversorgungswerte für definierte räumliche Bereiche des Herzens,
- – automatische Erzeugung einer Ergebnis-Parameterkarte durch Kombination der erstellten Parameterkarten nach festgelegten Regeln, die vorzugsweise in einem Nachbearbeitungsprotokoll hinterlegt sind,
- – Ausgabe der Ergebnis-Parameterkarte, beispielsweise an eine Datenbank und/oder einen andersgearteten Speicher und/oder an einen Benutzer mit Hilfe einer Visualisierungseinrichtung, also beispielsweise einem Monitor oder einem Drucker.
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Als Messwerte werden im Rahmen dessen alle direkt oder indirekt von einer Messung eines bildgebenden Systems abgeleiteten Werte verstanden, z. B. Bild-Messwerte einzelner Pixel und/oder Voxel mit unterschiedlichen ortsabhängigen Intensitäten. Hieraus wird ein Datensatz erstellt, der eine räumliche, d. h. dreidimensionale Datenabdeckung aufweist.
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Dieser Datensatz wird in Bezug auf mindestens zwei, bevorzugt in Bezug auf alle der oben genannten Parameter analysiert, wobei die räumlichen Bereiche des Herzens sich sowohl in einer, als auch in zwei als auch in allen drei Raumdimensionen erstrecken können. Die Ergebnisse dieser Parameter-Analyse werden sodann in Form von Parameterkarten bereitgestellt.
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Als Parameterkarten können beispielsweise sogenannte Polarmaps verwendet werden, also schematisierte örtlich aufgelöste Zusammenfassungen von drei- bzw. vierdimensionalen Datensätzen, in denen einem Bediener einzelne Gesichtspunkte wie die Wanddicke, Wandbewegung oder Blutversorgung grafisch aufbereitet sind. Polarmaps können beispielsweise auf Basis des sogenannten AHA-17-Segmentgitters vorgelegt werden, in dem in mehreren vordefinierten Schnittebenen des Herzens Herzsegmente ermittelt und ringförmig umeinander dargestellt werden. Eine andere mögliche Art der Darstellung ist das 20-Segmentmodell, wie es beispielsweise in der SPECT (single proton emission computer tomography) Nuklearkardiologie Verwendung findet. Die Parameterkartierung kann jedoch auch anhand von Schnittbildern oder in einer von der Gewebestruktur direkt abgeleiteten dreidimensionalen Abbildung des Gewebes, beispielsweise mit Hilfe von entsprechenden Farbwertkodierungen, durchgeführt werden. Entscheidend ist, dass anhand einer geeigneten, das Herzgewebe repräsentierenden Darstellungsoberfläche eine Kodierung auf Basis der ermittelten Parameterwerte vorgenommen wird.
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Die so erstellten Parameterkarten werden nun nach festgelegten Regeln zu einer oder mehreren Ergebnis-Parameterkarte(n) weiterverarbeitet. Dabei werden die erstellten Parameterkarten miteinander geeignet kombiniert, wobei die festgelegten Regeln vorzugsweise vorab festgelegt sind, jedoch auch bei Bedarf im Verfahren modifiziert werden können, beispielsweise durch einen zusätzlichen Benutzer-Input, der etwa ein besonderes Erkenntnisinteresse eines Benutzers beinhaltet. Das Nachbearbeitungsprotokoll beinhaltet also derartige Regeln zur Kombination der erstellten Parameterkarten. Diese beinhalten bevorzugterweise insbesondere Regeln zur Gewichtung der erstellten Parameterkarten im Verhältnis zueinander und Regeln zur Ableitung der Darstellungsmodi der Ergebnis-Parameterkarte(n). Die so generierte Ergebnis-Parameterkarte wird zuletzt zur weiteren Verwendung ausgegeben.
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Ein wesentlicher Nutzen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass aus den Messwerten komprimiert kodierte Informationen bereitgestellt werden, die eine Zusammenschau von Analyse-Ergebnissen ermöglichen. Mit Hilfe einer solchen, aufgrund der im Nachbearbeitungsprotokoll festgelegten Regeln generierten kombinierten Information ergibt sich dem Benutzer ein Gesamtbild oder zumindest ein komprimiertes Teil-Gesamtbild, mit Hilfe dessen er reproduzierbar Messwerte bzw. Datensätze auswerten und miteinander in Bezug setzen kann. Im Endeffekt hebt diese Art der Nachbearbeitung des Messwerte das Ergebnis von einer Mikro-Betrachtungsebene auf eine Makro- oder gar Meta-Ebene, in der Informationen zu mehreren, bevorzugt zu allen zu berücksichtigenden Parametern vorgelegt sind.
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Im Verfahren bedient man sich somit einer möglichst weitgehenden, vorzugsweise vollständigen Automatisierung von Abläufen auf Basis von Messwerten aus einem bildgebenden System. Unter solchen bildgebenden Systemen sind alle Arten von Tomographieanlagen wie Computertomographen, Magnetresonanztomographen oder ähnliche radiologische Systeme zu verstehen, also auch Ultraschallgeräte und dergleichen.
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Entsprechend weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbearbeitung von mittels eines bildgebenden Systems erfassten Messwerten eines ein Herz mindestens teilweise umfassenden Gewebebereichs auf:
- – eine Messwerteingangsschnittstelle zur Übernahme der Messwerte und eine Erstellungseinheit zur Erstellung eines zumindest dreidimensionalen Datensatzes aus den Messwerten und/oder
- – eine Eingangsschnittstelle für einen zumindest dreidimensionalen Datensatz,
sowie - – eine Analyseeinheit, die so ausgebildet ist, dass sie den zumindest dreidimensionalen Datensatz analysiert und Parameterkarten hinsichtlich mindestens zweier der folgenden Parameter erstellt:
– Dicke und/oder Dickenveränderung einer Herzwand,
– Bewegung der Herzwand,
– lokale Blutversorgungswerte für definierte räumliche Bereiche des Herzens,
- – eine Parameterkombinationseinheit zur automatischen Erzeugung von Ergebnis-Parameterkarten durch Kombination der erstellten Parameterkarten, wobei die Parameterkombinationseinheit mit einer Speichereinrichtung verbunden ist, welche Speichereinrichtung ein Nachbearbeitungsprotokoll mit festgelegten Regeln vorhält,
- – eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe der Ergebnis-Parameterkarten.
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Die Vorrichtung weist also analog zum Verfahren zur Nachbearbeitung ausgebildete Einheiten auf. Die genannten Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können auch als Software-Module realisiert sein, beispielsweise, wenn die Messwerte von einer auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung oder dergleichen, übernommen werden können oder an diese andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen auch aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatz speziell konfiguriert wird.
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Die Speichereinrichtung kann im vorliegenden Falle innerhalb der Vorrichtung, jedoch auch außerhalb angeordnet sein, wobei sie im letzteren Falle über eine Eingangsschnittstelle mit der Vorrichtung bzw. mit der Parameterkombinationseinheit verknüpft ist. Sie kann als eine eigenständige Einheit ausgebildet sein oder als Teilbereich einer größere Speichereinheit und/oder mehrere Teilkomponenten umfassen, die dann auch teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Vorrichtung angeordnet sein können.
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Insgesamt können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Weise, insbesondere die Erstellungseinheit, die Analyseeinheit und die Parameterkombinationseinheit, ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden.
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Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher einer programmierbaren Bildbearbeitungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Bildbearbeitungseinrichtung ausgeführt wird.
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Außerdem umfasst die Erfindung ein bildgebendes System mit einer erfindungemäßen Vorrichtung. Ein solches bildgebendes System umfasst neben einer Aufnahmeeinheit zur Bildaufnahme auch eine Befundungsstation, die örtlich von der Aufnahmeeinheit und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt arrangiert sein kann. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Teil einer solchen Befundungsstation ausgebildet.
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Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch entsprechend den vorliegenden Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein.
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Bevorzugt umfassen die lokalen Blutversorgungswerte lokale Wahrscheinlichkeitswerte auf Basis von Stenosewerten in Ver- und/oder Entsorgungsgefäßen des Herzens. Solche Stenosewerte repräsentieren beispielsweise den Durchflussgrad einer Koronararterie im Bereich einer Stenose bzw. die Verengung des Lumens dieser Arterie, etwa durch Prozentangaben des örtlichen Durchmessers und/oder der Lumenquerschnittsfläche. Sie repräsentieren näherungsweise das Risiko eines Versorgungsengpasses oder einer kompletten Verstopfung, das von einer Stenose ausgeht und können somit als eine Art Risikofaktor in die Ergebnis-Parameterkarte mit eingehen. Neben dieser Art von Blutversorgungswerten können alternativ oder ergänzend auch andere Blutversorgungswerte, beispielsweise Werte, die mit Hilfe einer zeitlich aufgelösten Blutperfusionsmessung ermittelt wurden, verwendet werden.
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Besonders bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein vierdimensionaler Datensatz verwendet, der eine zeitliche Ablaufsequenz inkludiert. Gerade wenn es um die Darstellung von Bewegungen geht, insbesondere von überlagerten Bewegungen wie etwa die Entwicklung der Wanddicke und die Wandbewegung, ist die Hinzuziehung der zeitlichen Ablaufkomponente von hohem Wert. Diese überlagerten Bewegungen können in der Kombination der unterschiedlichen Parameterkarten gemeinsam dargestellt werden, ohne dass etwas von der wesentlichen Aussagekraft der einzelnen Messwerte verloren ginge. Gerade bei der zeitaufgelösten Bildgebung entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren daher einen besonders deutlichen Effekt.
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Die Erzeugung der Ergebnis-Parameterkarte kann auf Basis unterschiedlicher Analysegesichtspunkte erfolgen. Bevorzugt umfasst sie eine Analyse einer Normabweichung von Normwerten in mindestens einer der erstellten Parameterkarten, besonders bevorzugt in allen erstellten Parameterkarten. Solche Normwerte können vorab vorgegeben sein, sich jedoch auch auf konkrete Messwerte aus der auszuwertenden bildgebenden Messung beziehen. So können beispielsweise Normdaten aus Voruntersuchungen wie klinischen Studien o. ä. einbezogen werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, dass die Analyse der Normabweichung eine Analyse der Abweichung von einem in einem Mittelungsverfahren ermittelten Mittelungswert, beispielsweise einem Median oder einem Mittelwert, der jeweiligen zu analysierenden Parameterwerte umfasst. Ein solcher Mittelungswert stellt die für den konkreten Analysefall, also für das individuelle zu untersuchende Herz, ein eigenes Bezugssystem her, mit dem auch später in Folge-Untersuchungen zum Zweck des Abgleichs gearbeitet werden kann
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Die Erzeugung der Ergebnis-Parameterkarte umfasst bevorzugt eine Kombination, vorzugsweise eine gewichtete Kombination, besonders bevorzugt eine gewichtete Addition von aus den erstellten Parameterkarten abgeleiteten Referenzwerten. Bei diesen Referenzwerten kann es sich um absolute oder um Werte zu Normabweichungen handeln. Vereinfacht könnte also davon gesprochen werden, dass die erstellten Parameterkarten ”übereinandergelegt” werden, ähnlich wie man mehrere Dias übereinanderlegt, um eine kombinierte Bildprojektion zu erzielen. Besonders bevorzugt wird die gewichtete Kombination unter gleichwertiger Gewichtung der abgeleiteten Referenzwerte durchgeführt wird, da dies die einfachste Vorgehensweise darstellt, die jedem einzelnen Betrachtungsfaktor in Form einer Parameterkarte jeweils die selbe Wertigkeit zuspricht, was in praxi derzeit auch näherungsweise der Fall ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Ergebnis-Parameterkarte bildliche Repräsentationen von Gewebestrukturen hinzugefügt werden. Diese umfassen vorzugsweise Informationen zu Ver- und/oder Entsorgungsorganen des Herzens, also beispielsweise Repräsentationen eines Koronargefäßbaums. Dadurch werden sowohl geometrische als auch strukturelle Informationen des betrachteten Gewebes zusätzlich zu den Analyse-Ergebnissen bereitgestellt. Diese können als Navigations- und Erkennungshilfe, etwa bei der Zuordnung von Risikobereichen zu bestimmten Herzkranzgefäßen, eine wichtige Rolle spielen. Das Hinzufügen der bildlichen Repräsentationen kann durch eine vollständige Integration erfolgen, es kann sich jedoch auch um eine Zuordnung von Daten der bildlichen Repräsentationen zur Ergebnis-Parameterkarte handeln, wobei die bildlichen Repräsentationen an sich nicht innerhalb der Ergebnis-Parameterkarte vorgehalten werden, sondern anderswo, beispielsweise in einer Datenbank oder einem separaten Speicherbereich.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Basis der Ergebnis-Parameterkarte und/oder der erstellten Parameterkarten eine auf Schnittebenen des Herzens basierte schematische Einteilung in Segmente verwendet, beispielsweise die bereits erwähnten 17- bzw. 20-Segment-Modelle. Dadurch wird erreicht, dass das Herz in mehreren Ebenen und über seinen gesamten Querschnitt hinweg abgebildet wird, und dies in einem Standard, der bewährter Usus ist und auf den sich Benutzer daher deutlich einfacher beziehen können, wenn sie nun neue Parameterkarten in Form der Ergebnis-Parameterkarte analysieren möchten. Die Segmenteinteilung erleichtert zudem die lokale Zuordnung von Bereichen der Herzwand zu Kartenabschnitten.
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Alternativ oder ergänzend kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass als Basis der Ergebnis-Parameterkarte und/oder der erstellten Parameterkarten eine auf durch Versorgungsorgane definierte Versorgungsgebiete des Herzens basierte Einteilung verwendet wird, deren Grenzen vorzugsweise mindestens in die Ergebnis-Parameterkarte integriert oder mit dieser verknüpft werden. Dies bedeutet im Endeffekt, dass die Ergebnis-Parameterkarte und möglichst auch die erstellten Parameterkarten eine individuelle Repräsentation des abgebildeten Herzens als Grundlage haben. Es können also beispielsweise aufgrund der großen Herzkranzgefäße, nämlich der rechten Koronararterie (englisch: right coronary artery – RCA) und der linken Koronararterie mit ihren beiden Einzelsträngen, die unter den Kürzeln LCX (englisch: left circumflex) und der LAD (englisch: left anterior descending) bekannt sind, Versorgungsbereiche des Herzmuskels ermittelt werden, vorzugsweise auf Basis der kürzesten euklidischen Distanz eines Gewebes von einem Herzkranzgefäß, die als Einteilung des Herzens dienen können. Die Darstellung der Grenzziehung zwischen diesen Versorgungsbereichen zeigt einem Benutzer schnell und effektiv, wie er eine Auffälligkeit, die er in der Ergebnis-Parameterkarte entdeckt, zuordnen kann. Hieraus lassen sich nochmals deutlich klarere Schlüsse hinsichtlich der Schwere bzw. Bedeutung von Auffälligkeiten ableiten.
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Als Parameterkarten sind grundsätzlich alle Arten von Kartendarstellungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, also beispielsweise auch diskrete Parameterkarten, in denen in ganzen Darstellungssegmenten, basierend auf Schwellenwerte, nur bestimmte voneinander klar abgesetzte Farbtöne dargestellt werden. Besonders bevorzugt, da in ihrem Aussagewert schärfer und daher für die Kombination mit anderen Parameterkarten einfacher verwendbar werden als Parameterkarten, bevorzugt auch als Ergebnisparameterkarte, solche mit einem kontinuierlichen Darstellungsspektrum verwendet. Ein solches Darstellungsspektrum umfasst also beispielsweise das ganze Farbspektrum und/oder das ganze Grauspektrum, wobei jedem Pixel der jeweiligen Darstellung ein eigener Farbwert zugeordnet wird. So kann zum Beispiel eine Parameterkarte zur Durchblutung des Herzmuskels stärker durchblutete Regionen durch eine höhere Rot-Farbintensität darstellen. Es ist außerdem weiterhin möglich Parameterkarten mit Graustufen-Darstellung mit solchen zu kombinieren, die eine Farb-Auflösung aufweisen oder auch Parameterkarten mit Graustufen-Darstellungen zu einer farblich aufgelösten Ergebnis-Parameterkarte zu kombinieren bzw. umgekehrt.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen
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1 eine beispielhafte Darstellung einer ersten Parameterkarte, wie sie im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens generiert werden kann,
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2 eine beispielhafte Darstellung einer zweiten Parameterkarte, wie sie im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens generiert werden kann,
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3 eine beispielhafte Darstellung einer dritten Parameterkarte, wie sie im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens generiert werden kann,
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4 eine Bilddarstellung eines aus Bilddaten eines Herzgewebes segmentierten menschlichen Koronarbaums,
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5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ergebnis-Parameterkarte als Ergebnis eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ergebnis-Parameterkarte als Ergebnis eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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7 ein Segmentgitter mit Bezugssystem zur Zuordnung von Segmenten zu einzelnen Versorgungsbereichen, abgeleitet aus der Darstellung in 6,
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8 eine schematische Blockdarstellung des Ablaufs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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9 eine schematische Blockdarstellung der Komponenten eines erfindungsgemäßen bildgebenden Systems mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1, 2 und 3 zeigen drei Parameterkarten 101a, 101b, 101c in Form von Polarmaps zu einem menschlichen Herzen, die jeweils unter verschiedenen Analysegesichtspunkten generiert wurden. Alle Abbildungen, auch die noch folgenden, sind auf Basis der Segmenteinteilung des AHA-17-Segmentgitters erstellt. Dies bedeutet, dass das in der Mitte liegende kreisrunde Segment 17 eine Schnittebene am oberen Ende des Herzens, die darum angeordnete Reihe von vier Segmenten 13, 14, 15, 16 sogenannte apikale Segmente einer Schnittebene in der oberen Hälfte des Herzens, die darum angeordnete Reihe von sechs Segmenten 7, 8, 9, 10, 11, 12 sogenannte Mittelkavitätssegmente einer Schnittebene in der untern Hälfte des Herzens und die darum angeordneten Segmente 1, 2, 3, 4, 5, 6 sogenannte basale Segmente aus einer Schnittebene im unteren Bereich des Herzens repräsentieren.
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Die Parameterkarte 101a in 1 ist eine sogenannte first pass enhancement polar map, d. h. eine Polarmap, in der die Verteilung einer Kontrastmittelanreicherung in einem Myokard dargestellt wird. Es ist davon auszugehen, dass Bereiche, die in der Parameterkarte 101a dunkler erscheinen, schlechter durchblutet sind als andere. Alleine für sich genommen ist die Aussage, die dieser Polarmap 101a entnommen werden kann, relativ geringwertig, da wesentliche Bezüge für einen Benutzer fehlen, insbesondere genauere Bezüge zu Versorgungs- bzw. Entsorgungsgefäßen.
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In 2 bezieht sich die Parameterkarte 101b auf die Veränderung der Wanddicke derselben Herzgefäßwand wie aus 1 über die Zeit. Dunklere Bereiche im Bild bedeuten hier Zonen geringerer Wanddickenveränderung im Vergleich zur mittleren Wanddickenveränderung dieses Herzens. Ähnlich können auch die Wanddicke selbst oder andere Parameter dargestellt werden. Wiederum fehlen weitere Bezüge, die den Aussagewert dieser Polarmap um einiges verbessern könnten.
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Beide Parameterkarten 101a und 101b sind sogenannte kontinuierliche Polarmaps, in denen verschiedene Farb- bzw. Grauwerte nebeneinander innerhalb eines Segments verwendet werden. Sie eignen sich besonders gut für die Kombination in einer Ergebnis-Parameterkarte, da hier Nuancen durch die Farbschattierung besser ausgedrückt werden können. Dagegen ist exemplarisch in 3 eine Parameterkarte 101c in Form einer diskreten Polarmap gezeigt. Hier ist für jedes Segment des Segmentgitters jeweils nur eine Farbe oder Graustufe vorgesehen, wobei der Farb- bzw. Grauwert auf Basis eines Schwellenwertverfahrens ermittelt wurde. Auch solche diskrete Polarmaps können im Rahmen des Verfahrens verwendet werden, bzw. es ist auch möglich, beide Arten von Polarmaps miteinander zu kombinieren. Die Parameterkarte 101c zeigt schematisiert das Ergebnis der Analyse der Wandbewegung desselben Herzens, dessen Analyseergebnisse in den 1 und 2 gezeigt sind. Hierbei sind Bereiche mit stärkeren Wandbewegungen als das Mittel der Wandbewegung durch dunklere Grauwerte kodiert.
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In 4 ist ein aus Bilddaten eines Herzgewebes segmentierter menschlicher Koronarbaum 103 mit mehreren Koronargefäßen 107 dargestellt, wie er beispielsweise aus Bilddaten eines Computertomographen abgeleitet werden kann. Die Lage der Verästelungen des Koronarbaums 103 sind patientenabhängig, genauso wie ihr Verlauf entlang des Herzens, alleine schon wegen der unterschiedlichen Herzgrößen. Das AHA-17-Segmentmodell dagegen berücksichtigt solche individuellen Abweichungen, die erheblich sein können, nicht.
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Anhand dieser Darstellung wird erst recht deutlich, dass wichtige Informationen über den Zustand eines Myokards nicht aus einer einzelnen Polarmap abgelesen werden können. Vielmehr muss sich ein Benutzer im Endeffekt mit zahlreichen solchen Bildern befassen und sie selbstständig miteinander in Bezug setzen.
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5 zeigt ein mögliches Ergebnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Ergebnis-Parameterkarte 105. Zu ihrer Erstellung wurden die drei Parameterkarten 101a, 101b, 101c durch eine gewichtete Addition mit jeweils gleichwertiger Gewichtung jeder Parameterkarte 101a, 101b, 101c kombiniert. In dieser kombinierten Polarmap 105 sind Grauwerte im Segmentgitter dargestellt, die kodiert kombinierte Informationen zu Wanddicke, Wanddickenveränderung, Wandbewegung und Blutversorgung repräsentieren. Je dunkler ein Bereich in dieser Ergebnis-Parameterkarte 105 dargestellt ist, desto mehr verdichten sich die kombinierten Hinweise auf geringe Aktivität und schlechtere Durchblutung. Um nun eine Zuordnung zu den Koronargefäßen 107 (vgl. 4) bewerkstelligen zu können, wurden die Gefäßverläufe 106 der drei Hauptkoronargefäße mit in die Ergebnis-Parameterkarte eingefittet, d. h. im Bild überlagert. Es ist erkennbar, dass ein tendenziell unterversorgter und gering bewegter Bereich des Myokards mit dem Bereich der oben links angeordneten Herzkranzarterie korrespondiert. Ein Benutzer kann aus dieser Darstellung also beispielsweise ableiten, dass Versorgungsprobleme wohl aus diesem Herzkranzgefäß rühren und die relative Inaktivität des Myokards beispielsweise durch gezielte Behandlung dieses Gefäßes behoben werden könnte.
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6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ergebnis-Parameterkarte 105'. Auch hier sind im bereits bekannten AHA-17-Segmentgitter auf Basis von Grauwerten analog wie zur Erstellung der Parameterkarte 105 in 5 kombinierte Parameteranalysewerte und Gefäßverläufe 106', hier jedoch eines anderen Herzens, dargestellt. Zusätzlich sind als Zuordnungskriterien zur Bildbewertung Grenzen 115a, 115b, 115c, von Versorgungsbereichen 109, 111, 113 eingezeichnet. Diese Informationen werden in einer separaten Datei vorgehalten und über die Parameterkarte 105' überlagert. Diese Versorgungsbereiche 109, 111, 113 beziehen sich auf die Versorgung von Gewebe durch die drei Hauptarterien RCA, LAD, LCX; ihre Grenzen bestimmen sich durch die kürzeste euklidische Distanz zum nächsten Versorgungsorgan. Mithilfe dieser individuellen Zuordnung von Versorgungsbereichen 109, 111, 113 ist es noch einfacher möglich, pathologische Auffälligkeiten des Myokards mit den Koronararterien in Bezug zu setzen. Der Benutzer erhält also einen Mehrwert in Form von Kombinationsinformationen, die ihm die Einschätzung der Lage noch weiter vereinfachen bzw. verfeinern.
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7 zeigt eine Parameterkarte 117 mit einem Segmentgitter als Bezugssystem zur Zuordnung von Segmenten zu einzelnen Versorgungsbereichen, abgeleitet aus der Darstellung in 6. Die Zuordnungsbereiche 109, 111, 113 sind hier in schematische Zuordnungsbereiche 109', 111', 113' aufgelöst, so dass eine individuelle Versorgungssituation schematisch im Segmentgittersystem dargestellt ist. Auch eine solche Polarmap, die hier zur Verdeutlichung der Bedeutung von Zuordnungsbereichen gezeigt ist, kann im Rahmen der Erfindung in eine Ergebnis-Parameterkarte 105, 105' integriert werden, beispielsweise dadurch, dass die Farb- bzw. Grauwerte als Hintergrund einer Ergebnis-Parameterkarte 105, 105' hinterlegt werden.
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8 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Ablaufs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird in einem Schritt D, zum Beispiel in einer Bildrekonstruktion, aus Messwerten MW aus einem bildgebenden System ein zumindest dreidimensionaler, bevorzugt ein vierdimensionaler, also zeitaufgelöster (Bild-)Datensatz DS erstellt.
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In einem Schritt P wird der Datensatz DS hinsichtlich mehrerer Parameter analysiert und werden Parameterkarten 101a, 101b, 101c, 117 hierzu erstellt, die wie oben erwähnt, die Entwicklung einer Kontrastmittelanreicherung in einem Myokard, die Veränderung der Wanddicke des Herzmuskels und seine Wandbewegung sowie schematisiert Versorgungsbereiche repräsentieren.
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Auf Basis der Parameterkarten 101a, 101b, 101c, 117 wird dann in einem Verfahrensschritt E automatisch eine Ergebnis-Parameterkarte 105, 105' erstellt, wie sie im Zusammenhang mit den 5 und 6 erläutert und dargestellt sind. Dies erfolgt nach in einem Nachbearbeitungsprotokoll festgelegten Regeln. Zuletzt werden in einem Schritt A die Ergebnis-Parameterkarten 105, 105' ausgegeben.
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9 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen bildgebenden Systems 119 mit einer Bildaufnahmeeinheit 121 und einer Befundungsstation 122, innerhalb derer ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 123 angeordnet ist. Eine solche Vorrichtung 123 kann auch außerhalb einer Befundungsstation, beispielsweise auf einer separaten Rechnereinheit implementiert sein. Zahlreiche weitere Komponenten bildgebender Systeme sind aus Anschaulichkeitsgründen nicht dargestellt und dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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Die Vorrichtung 123 umfasst eine Eingangsschnittstelle 125 für dreidimensionale bzw. vierdimensionale Datensätze DS und eine Messwerteingangsschnittstelle 128 in Kombination mit einer Erstellungseinheit 126. für Datensätze DS aus Messwerten. Die Erstellungseinheit 126 erstellt aus Messwerten MW, d. h. beispielsweise Roh-Bilddaten aus einer Bildaufnahme, dreidimensionale Datensätze, ist also eine Rekonstruktionseinheit. Auf diese Weise können sowohl reine Messwerte MW als auch daraus abgeleitete dreidimensionale Datensätze DS entgegengenommen und ggf. weiterverarbeitet werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 123 eine Ausgangsschnittstelle 131 zur Ausgabe von Ergebnis-Parameterkarten 105, 105' sowie zwischen den der Eingangsschnittstellen 125, 128 und der Ausgangsschnittstelle 131 angeordnet eine Analyseeinheit 127 und eine Parameterkombinationseinheit 129.
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Dabei ist die Analyseeinheit 127 so ausgebildet, dass sie den zumindest dreidimensionalen Datensatz DS analysiert und Parameterkarten 101a, 101b, 101c, 117 wie die in den 1, 2, 3 und 7 dargestellten erstellt. Die Parameterkombinationseinheit 129 ist mit einer Speichereinrichtung 130 verbunden, die ein Nachbearbeitungsprotokoll mit festgelegten Regeln R vorhält. Hierin ist festgelegt, dass die Parameterkarten 101a, 101b, 101c, 117 dadurch miteinander kombiniert werden, dass sie gleich gewichtet addiert werden. Aus dieser Addition resultieren Ergebnis-Parameterkarten 105, 105'.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Vorrichtung bzw. dem bildgebenden System lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, die vom Fachmann in unterschiedlichster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” bzw. „Modul” nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
