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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur hervorgehobenen Darstellung
von Objekten bei interventionellen angiographischen Untersuchungen,
beispielsweise ein Roadmap-Verfahren, bei dem in einer ersten Phase
erst Röntgenbilder mit reiner Anatomie während
der Systemdosisregelungsphase und dann Röntgenbilder während
einer zweiten Phase, der Füllungsphase, bei der die Gefäße
mit Kontrastmittel gefüllt werden, aufgenommen werden,
aus denen das Maskenbild entsteht. In einer dritten Phase, einer
Arbeits- oder Interventions-Phase, entstehen unter Fluoroskopie
Röntgenbilder während ein Objekt, beispielsweise
ein Draht, ein Katheter oder ein ”Coil”, im Gefäß bewegt
wird. Durch Subtraktion und gegebenenfalls weiterer Bildverarbeitung
entstehen Roadmap-Bilder.
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Zur
diagnostischen Untersuchung und für interventionelle Eingriffe
beispielsweise in der Kardiologie, der Radiologie sowie der Neurochirurgie
werden zur Bildgebung interventionelle Röntgensysteme eingesetzt,
deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise ein robotergesteuerter
C-Bogen, an dem eine Röntgenröhre und ein Röntgendetektor
angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator
zur Erzeugung der Röhrenspannung, eine Systemkontrolleinheit
und ein Bildgebungssystem inklusive mindestens eines Monitors sein
können. Eine derartige beispielsweise in der 1 dargestellte
C-Bogen-Röntgenanlage weist einen an einem Ständer
in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten
C-Bogen 2 auf, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle,
beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre
und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als
Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
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Mittels
des beispielsweise aus der
US 7,500,784
B2 bekannten Knickarmroboters
1, welcher bevorzugt
sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der
C-Bogen
2 beliebig räumlich verstellt werden,
zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler
3 und
dem Röntgendetektor
4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße
Röntgensystem
1 bis
4 ist insbesondere
um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors
4 drehbar,
bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 und
um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 schneidende
Drehachsen.
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Der
bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf,
welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran
ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am
Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge
angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm
befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse
eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement
für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte
Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste
Rotationsachse rotierbar ist.
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Die
Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht
auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche
C-Bogen-Geräte Verwendung finden. Auch lassen sich Bi-Plan-Anlagen verwenden,
die beispielsweise aus zwei in der 1 dargestellten
C-Bogen-Röntgenanlagen bestehen.
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Der
Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder
quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise
aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber
auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren
Anwendung finden.
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Im
Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich
auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise
eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt.
An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit
einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des
Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet
(Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder
können dann auf einem Monitor 9 betrachtet werden.
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Wesentliche
Verfahren in der Bildgebung mit C-Bogen-Röntgenanlagen
sind
- • die diagnostische Bildgebung
mit
– Cardangiographie bei mittleren Röntgendosen, eine
native Darstellung der Koronargefäße mit Hilfe
von Kontrastmitteln,
– Digitale Subtraktionsangiographie
(DSA) zur Darstellung von wenig bewegten Gefäßen
mit Hilfe von Kontrastmitteln, bei der ein Nativbild als sogenannte ”Maske” von
einer Serie von Nativbildern subtrahiert wird, bei denen ein Gefäß oder Gefäßbaum
mit Kontrastmittel gefüllt wird, wobei durch die Subtraktion
der anatomische Hintergrund verschwindet und das Gefäß oder
der Gefäßbaum alleine sichtbar bleibt, und
– 3-D-Bildgebung
mit oder ohne Kontrastmittel und
- • die interventionelle Bildgebung mit
– Fluoroskopie
bzw. Durchleuchtung, bei der unter geringer Röntgendosis
primär die Positionierung von Kathetern, Führungsdrähten,
Ballonkathetern, Stents, etc. bewerkstelligt wird, wobei dieses Verfahren
auch rein diagnostisch verwendet wird, um einen Katheter zur Applikation
von Kontrastmittel zu positionieren, und
– Roadmapping,
bei dem ähnlich zur DSA zunächst eine Maske, ein
Nativbild mit Kontrastmittel gefülltem Gefäßbaum,
erstellt wird. Anschließend wird eine Serie von Nativbildern
erzeugt, in der beispielsweise ein Draht bewegt wird. Zur Subtraktion
des Maskenbildes verschwinden alle anatomischen Strukturen. Es bleiben
lediglich der Gefäßbaum und der ”darin” bewegte
Draht sichtbar.
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Neben
den hier erwähnten Verfahren gibt es weitergehende Verfahren
wie beispielsweise 3-D-Roadmapping.
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Bei
einem beispielsweise in 2 dargestellten bekannten Roadmap-Verfahren
werden ein reines Nativbild 10 (nur Anatomie) während
der Systemdosisregelung, ein Maskenbild 11, ein Nativbild aus
der Füllphase, in der der Gefäßbaum 12 mit
Kontrastmittel gefüllt wird, und eine Bildserie 13 von
Nativbildern, in der unter Fluoroskopie ein Objekt 14, beispielsweise
ein Draht, im Gefäßbaum 12 bewegt wird,
erzeugt. Von der Bildserie 13 von Fluoroskopiebildern,
in der das Objekt 14 zu sehen ist, wird das Maskenbild 11 mit
kontrastmittelgefülltem Gefäßbaum 12 in
einer Subtraktionsstufe 15 abgezogen und in einer Additionsstufe 16 eine
Konstante K zur mittleren Grauwerteinstellung addiert. Weitere Bildverarbeitungsschritte
wie Kontrasteinstellung, Kantenanhebung (Edge Enhancement), etc.
können folgen, bis man eine aktuelle Subtraktionsserie 17 erhält,
in der nur noch das bewegte Objekt 14 im ”eingefrorenen” Gefäßbaum 12 gut
zu erkennen ist.
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Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten
Art derart auszubilden, dass
- • beim
Roadmapping die herkömmlichen Nachteile wie schlechte Sichtbarkeit
des Drahts, ”Ausbrennen” (Verschwinden des dunkel
dargestellten Drahts im hell dargestellten Gefäßbaum
durch zu hohen Kontrast) etc. verringert bzw. vermieden werden und
- • bei einer Überlagerung eines Fluoroskopiebildes über
ein DSA-Bild (Overlay Reference), bei der einem Fluoroskopiebild
das invertierte DSA-Bild mit einem wählbaren Prozentsatz
beigemischt wird, wobei das DSA-Bild zur Darstellung des Gefäßbaums,
die Fluoroskopie zur Darstellung des im Gefäßbaum
bewegten Drahts dienen, die Darstellung verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren
durch die im Patentanspruch 1 und für eine Vorrichtung
durch die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem oben genannten Verfahren wird dies durch folgende Schritte erreicht:
- a) Erfassung wenigstens eines Leerbildes (reine Anatomie),
wenigstens eines Füllungsbildes mit kontrastmittelgefülltem
Gefäßbaum und wenigstens eines Nativbildes mit
eingeführtem Objekt mittels eines Detektors mit einem matrixförmigen Array
von Pixeln,
- b) Subtraktion des Leer- und Füllungsbildes zur Erzeugung
eines ersten Subtraktionsbildes,
- c) Subtraktion des Leerbildes und des wenigstens einen Nativbildes
zur Erzeugung wenigstens eines zweiten Subtraktionsbildes,
- d) Verarbeitung des ersten Subtraktionsbildes zur Bildung eines
Gefäßbildes,
- e) Verarbeitung des wenigstens einen zweiten Subtraktionsbildes
zur Bildung wenigstens eines Objektbildes,
- f) Verarbeitung des Gefäßbildes und des wenigstens
einen Objektbildes zur Erzeugung wenigstens eines Roadmap-Bildes
und
- g) Wiedergabe des wenigstens einen Roadmap-Bildes.
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Zur
Verbesserung der Sichtbarkeit von Drähten, Kathetern, Coils,
etc. werden alle drei verfügbaren Bilder bzw. Bildserien
verwendet:
- (a) das reine Nativbild (reine Anatomie),
- (b) das Nativbild mit kontrastmittelgefülltem Gefäßbaum
als Maske und
- (c) das Nativbild mit Objekt.
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Beim
Roadmap-Verfahren wird von der aktuellen Fluoroskopie-Serie (Nativbilder
mit Objekt) ein Maskenbild subtrahiert, zu dem im Allgemeinen noch ein
konstanter Grauwert addiert wird. Dadurch entsteht ein Bild mit
mittlerem Grauwert, in dem das Gefäß hell und
der Draht dunkel dargestellt sind. Es könnte natürlich
auch eine invertierte Darstellung gewählt werden.
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Weitere
Bildverarbeitungsschritte wie Filterungen, insbesondere Schärfung,
Kantenanhebung (Edge Enhancement) oder andere Grauwertverarbeitungen,
wie insbesondere Anwendung von LUTs (Look-up-tables), können
folgen.
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Das
Maskenbild entsteht im Allgemeinen selbst aus einer Reihe von Bildern,
in denen der Füllungsgrad des Gefäßbaums
in unterschiedlichen Phasen ist. Durch ein Minimumverfahren, bei
dem der jeweils niedrigste Grauwert aus allen Bildern für jedes
Pixel in das entsprechende Pixel des Maskenbilds überführt
wird, kann der gesamte gefüllte Gefäßbaum
dargestellt werden.
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Bei
Overlay Reference wird entsprechend verfahren. Die Erstellung des
reinen Gefäßbaums ist aus der DSA bekannt. Für
die Verbesserung der Sichtbarkeit des Objekts, der Extraktion des
Drahts, kann das Nativbild am Anfang der DSA-Sequenz vor Applizierung
des Kontrastmittels als reines Nativbild (Anatomiebild) verwendet
werden. Jetzt kann aber der extrahierte Draht zur Verstärkung
seiner Sichtbarkeit zusätzlich noch dem Fluoroskopiebild
beigemischt werden und das invertierte DSA-Bild wie bei der gewöhnlichen
Overlay Reference Prozedur zur Gefäßbaumdarstellung
mit einem gewissen Prozentsatz beigemischt werden.
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Als
weitere Alternative zu den vorher beschriebenen Verfahren kann das
Maskenbild einer vorher aufgenommenen DSA-Szene als Maske für die
Roadmap verwendet werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass
dazu die Geometrie, wie beispielsweise die Angulation, der Abstand
Strahlenquelle zu Detektor (SID = source to imager distance), eventuell
auch das gewählte Zoomformat, stimmen muss. Dann wird wie
bei der alternativen Roadmap verfahren; allerdings tritt anstelle
des Gefäßbildes das DSA-Bild und anstelle des
Nativbildes 10 das Nativbild aus der DSA-Sequenz.
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Das
wesentlich Neue am vorgeschlagenen Verfahren ist, das ”Auswaschen” des
Kontrasts zu vermeiden und die Sichtbarkeit des Objekts, Drahts oder
Coils, unabhängig vom intrinsischen bzw. in der Bildverarbeitung
gewählten Gefäßkontrast zu ermöglichen.
Die Idee ist, den Draht beispielsweise immer mit einem fest vorgegebenen
Grauwert (i. Allg. tief schwarz) darzustellen, auch wenn das Gefäß,
in dem sich der Draht, befindet sehr hell dargestellt ist.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verarbeitung der einzelnen
Subtraktionsbilder gemäß den Schritten d) und
e) beinhaltet, dass Filterungen, insbesondere Schärfung,
Kantenanhebung (Edge Enhancement) und/oder andere Grauwertverarbeitungen,
wie insbesondere Anwendung von LUTs (Look-Up-Tables), durchgeführt
werden.
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Eine
erste erfindungsgemäße Ausführungsform
erhält man, wenn die Verarbeitung des Gefäßbildes
und des wenigstens einen Objektbildes gemäß Schritt
f) eine Subtraktion ist.
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Alternativ
kann erfindungsgemäß als Verarbeitung des Gefäßbildes
zur Bildung des wenigstens einen Objektbildes gemäß Schritt
f) eine Sortierung durchgeführt werden, die pixelweise
eine Selektion ausführt.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn nach der Sortierung eine
vierte Bildverarbeitung des wenigstens einen Roadmap-Bildes durchgeführt wird,
wobei die vierte Bildverarbeitung eine Kontrastanhebung, Rauschunterdrückung
und/oder Erhöhung der Schärfe durchführen
kann.
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In
vorteilhafter Weise kann die Verarbeitung des Gefäßbildes
und des wenigstens eines Objektbildes gemäß Schritt
f) eine Subtraktion sein.
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Erfindungsgemäß kann
wenigstens nach einer der Subtraktionen gemäß den
Schritten b), c) und f) eine Addition einer Konstante durchgeführt
werden.
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In
vorteilhafter Weise kann als Verarbeitung des wenigstens einen zweiten
Subtraktionsbildes zur Bildung wenigstens eines Objektbildes gemäß Schritt e)
eine Binäroperation, insbesondere eine Schwellwertbildung
oder eine Segmentierung, durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß kann
das Verfahren ein Roadmap-Verfahren oder ein Verfahren zur Überlagerung
eines Fluoroskopiebildes über ein DSA-Bild (Overlay Reference)
sein.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verarbeitung des Gefäßbildes
und des wenigstens einen Objektbildes gemäß Schritt
f) eine Zusammenführung zu einem optimalen Roadmap-Bild
mit einem festen Grauwert, insbesondere schwarz oder farbig, ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung
zur Durchführung des oben genannten Verfahrens durch ein
angiographisches Röntgensystem mit einer C-Bogen-Röntgenanlage,
an deren C-Bogen ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor
angeordnet sind, mit einem Bildsystem zum Empfang der Ausgangssignale
des Röntgendetektors, mit Speichermitteln und mit einem
Monitor zur Wiedergabe der vom Bildsystem verarbeiteten Signale
gelöst, bei der das Bildsystem weiterhin
- – eine
erste Subtraktionsstufe zur Subtraktion des Nativbildes und des
Maskenbildes, so dass man ein erstes Subtraktionsbild erhält,
in dem nur der Gefäßbaum zu erkennen ist,
- – eine erste Bildverarbeitung zur Verbesserung der
Sichtbarkeit des Gefäßbaums, so dass man ein optimales
Gefäßbild erhält,
- – eine zweite Subtraktionsstufe zur Subtraktion des
Nativbildes und wenigstens eines der Nativbilder der Bildserie von
Fluoroskopiebildern, so dass man ein zweites Subtraktionsbild erhält,
in dem nur das Objekt zu erkennen ist,
- – eine zweite Bildverarbeitung zur Verbesserung der
Sichtbarkeit des Objekts, so dass man wenigstens ein optimales Objektbild
erhält, und
- – eine weitere Bildverarbeitung zur Bildung wenigstens
eines Roadmap-Bildes aus dem Gefäßbild und dem
wenigstens einen Objektbild aufweist.
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Erfindungsgemäß kann
die dritte Bildverarbeitung eine dritte Subtraktionsstufe zur Subtraktion des
Gefäßbildes und wenigstens eines der Objektbilder
aufweisen.
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Alternativ
können die zweite Bildverarbeitung zur Durchführung
einer Binäroperation, insbesondere einer Schwellwertbildung
oder einer Segmentierung, und die dritte Bildverarbeitung zur Überlagerung
des Gefäßbildes und wenigstens eines der binär
extrahierten Objektbilder ausgebildet sein.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Bildsystem weiterhin
den Subtraktionsstufen nachgeordnete Additionsstufen zur Addition
einer Konstante zur mittleren Grauwerteinstellung aufweist.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
bekanntes Röntgen-C-Bogen-System für die Radiologie,
Kardiologie oder Neurochirurgie mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
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2 ein
bekanntes Roadmap-Verfahren (state-of-the-art),
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3 eine
erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Roadmap-Verfahrens,
-
4 eine
zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Roadmap-Verfahrens,
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5 eine
dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Roadmap-Verfahrens nach einem neuem Sortierverfahren und
-
6 Zeilenplots
des invertierten Gefäßbildes G (oben), des Objektbildes
O (Mitte) und des resultierenden Roadmap-Bildes R (unten) nach pixelweisem
Ordnungsverfahren.
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In
der 3 ist eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Roadmap-Verfahrens dargestellt,
bei dem in bekannter Weise das reine Nativbild 10 während
der Systemdosisregelung, das Maskenbild 11 aus wenigsten
einem Nativbild aus der Füllphase, in der der Gefäßbaum 12 mit
Kontrastmittel gefüllt wird, und eine Bildserie 13 von
Nativbildern, in der unter Fluoroskopie ein Objekt 14,
beispielsweise ein Draht, im Gefäßbaum 12 bewegt
wird, erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß werden
nun in einer ersten Subtraktionsstufe 20 das Nativbild 10 und
das Maskenbild 11 voneinander subtrahiert. In einer ersten
Additionsstufe 21 wird eine Konstante K zur mittleren Grauwerteinstellung
addiert, so dass man ein erstes Subtraktionsbild 22 erhält,
in dem nur der Gefäßbaum 12 zu erkennen
ist. In einer nachfolgenden ersten Bildverarbeitung 23 wird
die Sichtbarkeit des Gefäßbaums 12 verbessert,
so dass man ein optimales Gefäßbild 24 erhält.
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Parallel
werden in einer zweiten Subtraktionsstufe 25 das Nativbild 10 und
wenigstens eines der Nativbilder der Bildserie 13 voneinander
subtrahiert. In einer zweiten Additionsstufe 26 wird wiederum
eine Konstante K zur mittleren Grauwerteinstellung addiert, die
von der ersten Konstante K verschieden sein kann. Dadurch erhält
man ein zweites Subtraktionsbild 27, in dem nur das Objekt 14 erkennbar
ist. In einer nachfolgenden zweiten Bildverarbeitung 28 wird
die Sichtbarkeit des Objekts 14 verbessert, so dass man
wenigstens ein optimales Objektbild 29 erhält.
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Das
Gefäßbild 24 und das Objektbild 29 werden
in einer dritten Subtraktionsstufe 30 subtrahiert und zu
dem Ergebnis wird in einer dritten Additionsstufe 26 eine
Konstante K zur mittleren Grauwerteinstellung addiert, die von den
anderen Konstanten K verschieden sein kann, so dass man als Subtraktionsserie
optimale Roadmap-Bilder 33 erhält.
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Die 4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Roadmap-Verfahrens mit binärer Extraktion des Objektes
(Schwellwertbildung oder Segmentierung) und fester Grauwertdarstellung im
Roadmap-Bild, das dem anhand der 3 beschriebenen
Verfahren ähnelt, weshalb auch die Bezugszeichen bei gleichen
Blöcken beibehalten werden. Lediglich ist anstelle der
zweiten Bildverarbeitung 28 eine Binäroperation 34,
beispielsweise eine Segmentierung, vorgesehen, so dass wenigstens
ein binäres Objektbild 35 des Objekts 14 erzeugt
wird. In einer weiteren Bildverarbeitung 36 werden das
Gefäßbild 24 und das wenigstens eine
binäre Objektbild 35 des Objekts 14 zusammengeführt,
wobei dem Objekt 14 des binären Objektbildes 35 ein
fester Wert zugeordnet werden kann. Dies kann ein Grau- oder Farbwert
sein.
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Bei
dieser Ausführung des Roadmap-Verfahrens nach dem zweiten
erfindungsgemäßen Verfahren wird das Objekt 14 binär
extrahiert. Dadurch kann beim Zusammenführen mit dem Maskenbild 24 (Gefäßbaum 12)
völlig unabhängig von der Grauwertverteilung des
Gefäßbaums 12 im Maskenbild 24 bei
der Zusammenführung in der dritten Bildverarbeitung 36 zu
einem optimalen Roadmap-Bild 33 mit einem festen Grauwert,
beispielsweise schwarz oder farbig, dargestellt werden.
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Die 5 zeigt
eine dritte Alternative des erfindungsgemäßen
Roadmap-Verfahrens, das im Wesentlichen dem der anhand der 3 beschriebenen ähnelt.
Lediglich werden das Gefäßbild 24 und
das Objektbild 29 nicht einer Subtraktion unterworfen, sondern
einer Sortierungsvorrichtung 39 zugeführt, die
pixelweise eine Selektion durchführt.
- • Erste
Voraussetzung ist, dass das Gefäßbild 24 bei
Verwendung eines Kontrastmittels beispielsweise durch Spiegelung
der Grauwerte um die Konstante K invertiert wird, so dass man ein
invertiertes Gefäßbild 37 erhält,
in dem sich der invertierte Gefäßbaum 38 weiß darstellt.
Diese Invertierung kann beispielsweise in der ersten Bildverarbeitung 23 durchgeführt
werden.
Wird das Gefäß dagegen mit CO2 gefüllt, wird das Blut im Gefäßbaum 38 ersetzt
und das Gefäßbild 24 würde,
wie dargestellt, einen hellen Gefäßbaum 38 darstellen;
dann wäre eine Invertierung nicht erforderlich.
- • Zweite Voraussetzung ist, dass die Mittelwerte beider
Bilder, des Gefäßbildes 24 und des Objektbildes 29,
gleich sind. Dies ist durch die gemeinsame addierte Konstante gewährleistet;
sonst müssen die Mittelwerte angepasst werden.
- • Es werden nun Pixel für Pixel das invertierte
Gefäßbild 37 und das Objektbild 29 analysiert.
Es wird untersucht, ob für jedes Pixel (x, y) der Grauwert
des gegebenenfalls invertierten Gefäßbildes G(x,
y) und der Grauwert des Objektbildes O(x, y) ober- oder unterhalb
von definierten Schwellwerten liegen. Es werden dann folgende Zuordnungen
für die Grauwerte des resultierenden Roadmap-Bildes R(x,
y) 33 gemacht:
– Falls das Objektbild O(x,
y) 29 unterhalb dem unteren Objektschwellwert Su(O) liegt, wird R(x, y) der Wert des Objektbildes 29 O(x,
y) zugewiesen, unabhängig vom Wert von G(x, y). Als Alternative könnte
gefordert werden, dass G(x, y) gleichzeitig oberhalb der oberen
Schwelle So(G) liegt.
– Falls
das invertierte Gefäßbild 37 G(x, y)
oberhalb der oberen Schwelle So(G) liegt
und O(x, y) oberhalb der unteren Schwelle Su(O)
liegt, wird R(x, y) der Wert des Gefäßbildes 37 G(x,
y) zugeordnet.
– In allen anderen Fällen
kann für R(x, y) beispielsweise derjenige Wert von entweder
G(x, y) oder O(x, y) gewählt werden, der näher
an der Konstanten liegt, oder aber ein Mittelwert von G(x, y) und
O(x, y). Beide Verfahren helfen den Rauscheindruck zu reduzieren.
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Die
Schwellwerte sind entweder vorgegeben oder werden aus den aktuellen
Bildern 29 und 37 ermittelt. Sie sind im Wesentlichen
mit dem typischen Rauschen der Bilder korreliert. Die oberen und
unteren Schwellwerte So(G), Su(G)
für G und So(O), Su(O) für O können unterschiedlich
sein, da der Rauschlevel in beiden Bildern unterschiedlich sein kann.
- – Das resultierende Roadmap-Bild 33 R(x,
y) wird schließlich weiter verarbeitet, beispielsweise durch
Kontrastanhebung, Erhöhung der Schärfe und/oder
Rauschunterdrückung, und dargestellt.
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In
der 6 sind Zeilenplots repräsentativer Zeilen
aus den Bildern dargestellt. Der Zeilenplot 41 des invertierten
Gefäßbildes G ist mit seinem oberen Gefäßschwellwert
So(G) 42 und unteren Gefäßschwellwert
Su(G) 43 oben wiedergegeben. Deutlich hebt
sich der Gefäß-Kurvenbereich 44 hervor.
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Der
Zeilenplot 45 des Objektbildes O mit seinem oberen Objektschwellwert
So(O) 46 und unteren Objektschwellwert
Su(O) 47 ist in der Mitte dargestellt.
Auch hier ist der Objekt-Kurvenbereich 48 deutlich zu erkennen.
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Der
unten dargestellte Zeilenplot 49 des resultierenden Roadmap-Bildes
R wurde nach dem erfindungsgemäßen pixelweisen
Ordnungsverfahren gemäß oben genannter Regeln
erstellt. An den mit ”M” markierten Stellen wurden
Mittelwerte der Pixelwerte aus beiden Bildern verwendet.
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Gegenstand
vorliegender Patentanmeldung ist es, verbesserte Verfahren zum
- • Roadmapping zur Vermeidung herkömmlicher Nachteile
wie schlechte Sichtbarkeit des Objekts, ”Ausbrennen” (Verschwinden
des dunkel dargestellten Drahts im hell dargestellten Gefäßbaum durch
zu hohen Kontrast, etc.) und
- • Overlay Reference (Überlagerung eines Fluoroskopiebildes über
ein DSA-Bild) anzugeben. Bei Overlay Reference wird einem Fluoroskopiebild das
invertierte DSA-Bild mit einem wählbaren Prozentsatz beigemischt.
Das DSA-Bild dient zur Darstellung des Gefäßbaums,
die Fluoroskopie zur Darstellung des Drahts, der im Gefäßbaum bewegt
wird.
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Zur
Verbesserung der Sichtbarkeit von Objekten 14, wie beispielsweise
Drähte, Katheter, Coils, etc., werden alle drei verfügbaren
Bilder bzw. Bildserien verwendet:
- (a) das reine
Nativbild 10 (reine Anatomie),
- (b) das Nativbild mit kontrastmittelgefülltem Gefäßbaum 12 (Maskenbild 11)
und
- (c) das Nativbild 13 (bzw. die Bildserie) mit Objekt 14.
- • Statt der üblichen Subtraktion
(Maske 11 von der Fluoroskopie-Serie 13) wird
(siehe auch 2) zunächst das Nativbild 10 von
dem Maskenbild 11 subtrahiert und eine Konstante K addiert.
Dabei entsteht ein erstes Subtraktionsbild 22, das per Definition
nur noch den Gefäßbaum 12 enthält.
- • Das erste Subtraktionsbild 22 wird anschließend in
verschiedenster Weise zum Gefäßbild 24 weiter
verarbeitet:
– Reduzierung von Rauschen im Bild durch
geeignete Filterungen (z. B. Tiefpass).
– Reduzierung
von Bildartefakten, die durch Bewegung des Patienten oder Objekts
zwischen Nativbild 10 und dem entstandenen Maskenbild 11 erzeugt
wurden (z. B. durch ”Einebnung von Inseln”).
– Der
Gefäßbaum wird nun Grauwert-homogenisiert mit
dem Ziel, den Kontrast von sehr dunklen Stellen im Gefäßbaum
eher zu reduzieren (i. Allg. dort wo das Gefäß den
größten Umfang hat, daher das meiste Kontrastmittel
ist und folglich die größte Schwächung,
d. h. Dunklung, stattfindet) und an weniger dunklen Stellen (kleinere
Gefäßstrukturen) eher anzuheben. Dieses Verfahren wird
nur für Pixel mit einem Grauwert deutlich unterhalb der
Konstante K angewandt. Damit wird sichergestellt, dass Grauwerte
des Gefäßes und nicht rauschende Pixel derart
weiterverarbeitet werden. Der Gefäßbaum wird ”restauriert”.
– Das
Grauwertfenster, mit dem der Gefäßbaum 12 dargestellt
wird, kann außerdem adaptiv gewählt werden. Da
bei unterschiedlichen Prozeduren und Gefäßen unterschiedlich
hohe Kontraste entstehen (Dicke des Gefäßes, Konstrastmittelverdünnung,
Blutfluss, Spritzgeschwindigkeit, etc.), kann durch Extraktion des
Gefäßbaums die maximale Schwärzung bzw.
Helligkeit (beim invertierten DSA-Bild) ermittelt und als Normierung für
die Fensterung herangezogen werden.
- • Zudem wird vom aktuellen Fluoroskopiebild 13 das
Nativbild 10 subtrahiert und die Konstante K addiert, sodass
ein subtrahiertes zweites Subtraktionsbild 27 entsteht,
das idealerweise nur das Objekt 14 enthält.
- • Jedes zweite Subtraktionsbild 27 wird anschließend
in verschiedenster Weise verarbeitet. Es entsteht das Objektbild 29.
– Rauschen
wird reduziert mit geeigneten Filterverfahren.
– Bildartefakte,
die durch Bewegung zwischen der Aufnahme des Nativbildes 10 und
der Aufnahme des Fluoroskopiebildes 13 entstanden sind,
werden reduziert, z. B. durch ”Einebnung von Inseln” – unkorrelierten
Strukturen.
– Das Objekt 14 wird Grauwert-homogenisiert.
D. h., dass durch Variation der Absorption und entsprechende spektrale
Veränderungen des Röntgenspektrums an unterschiedlichen
Stellen der Anatomie das Objekt 14 mit höherem
oder geringerem Kontrast abgebildet wird. Zudem kann das Objekt 14 ”restauriert” werden,
d. h. durch eine Korrelationsanalyse als geometrische Struktur erkannt
und verstärkt werden. Bei dieser Restauration sind nur
bestimmte Strukturen wie Drähte (also längliche
Gebilde), Ballons, Coils, etc. erlaubt, die für diese Prozeduren
typisch sind.
– Auch die Grauwerte des extrahierten
Objekts 14 können zur adaptiven Steuerung der
Grauwert-Fensterung verwendet werden. Je nach Patientendicke etc.
kann zunächst das Objekt 14 mit sehr unterschiedlichem
Kontrast dargestellt sein. Durch die adaptive Fensterung kann der
Drahtkontrast angepasst werden.
– Durch einfache Schwellwertbildung
kann aus dem zweiten Subtraktionsbild 27 das Objekt 14 extrahiert
werden, da das Objekt 14 deutlich dunklere Grauwerte erzeugt,
als die Umgebung, die durch die Maskensubtraktion einen bis auf Rauschen
oder durch Bewegungsartefakte generierte Abweichungen, die durch
geeignete Tiefpassbildung oder andere Verfahren reduziert werden
können, überall gleichen Grauwert ergibt. Als Objektbild 29 könnte
so ein binäres Objektbild 35 erzeugt werden, das
eine ”0” einträgt, wo Hintergrund ist,
und eine ”1”, wo sich das Objekt 14 befindet.
- • Schließlich wird vom aktuellen Differenzbild, dem
Objektbild 29, das Differenzbild, das Gefäßbild 24,
subtrahiert und eine Konstante K addiert. Dadurch entsteht ein Roadmap-Bild.
Dies wird für jedes Bild 13 ⇒ 27 ⇒ 29 ⇒ 33 durchgeführt.
- • Wurde als Objektbild 29 ein binäres
Objektbild 35 des Objekts 14 erzeugt, können
bei der Mischung der Bilder 24 und 35 zum endgültigen Roadmap-Bild 33 nun
alle Pixel im Roadmap-Bild 33 mit einem festen niedrigen,
d. h. dunklen oder schwarzen, Grauwert ersetzt werden, an denen das
Objekt 14 im binären Objektbild 35 des
Objekts 14 extrahiert wurde (d. h. dort, wo eine ”1” eingetragen
wurde). Damit wird der das Objekt 14 unabhängig
vom lokalen Kontrast des Gefäßbaums 12,
der aufgrund verschiedenster folgender Gründe (i–v)
verschieden hohe, d. h. helle Grauwerte ergibt, zur Darstellung
gebracht und ”verschwindet” nicht mehr durch die
Addition von hellem Gefäßhintergrund. Das Objekt 14 kann
so unabhängig von
i. globaler und lokaler Gefäßdicke
(Anatomie),
ii. lokaler Röntgenabsorption (hinter
Knochen nimmt der Kontrast beispielsweise ab),
iii. gewählter
Verdünnung des Kontrastmittels,
iv. Injektionsgeschwindigkeit
bzw. Verlauf des Kontrasts im Gefäßbaum 12 und
v.
gewählten Bildverarbeitungsparametern zur Gefäßbaumdarstellung
dargestellt werden. Die Punkte i, ii, iii führen alle zu
einer Variation der Helligkeit des Gefäßbaums 12 oder
Teile davon.
-
Zur
besseren Sichtbarmachung kann das Objekt 14 auch farbig
dargestellt werden. Dazu muss der Monitor 9 aber ein Farbmonitor
sein.
-
Weiterhin
kann das Verfahren auch mit einem DSA-Bild verwendet werden. Dabei
wird nur der rechte Pfad in 3 ”13–10 ⇒ 27 ⇒ 29” durchgeführt und
statt des Gefäßbildes 24 ein den Gefäßbaum 12 darstellendes
DSA-Bild subtrahiert werden.
-
Weiterhin
kann, wie bereits schon beschrieben, das Overlay Reference Verfahren
verbessert werden. Im Unterschied zur Darstellung, die im vorigen
Abschnitt beschrieben ist und nur das Objekt 14 im Gefäßbaum 12,
aber keine sonstige Anatomie darstellt, kann hier durch die Extraktion
des Objekts 14 dieses dem Fluoroskopiebild 13 überlagert
werden und hierzu das invertierte DSA-Bild mit einem gegebenen Prozentsatz
beigemischt werden.
-
Hierbei
kann – ähnlich wie bei dem Roadmap-Verfahren – das
Nativbild 10 aus der DSA-Sequenz zur Subtraktion der Fluoroskopie-Serie 13 verwendet
werden. Aus dieser Differenz, die wiederum nur das Objekt 14 darstellt,
kann durch binäre Objekt-Extraktion oder Segmentierung
eine vom Gefäßkontrast bzw. Beimischungsgrad des DSA-Bildes
oder eines Nativbildes (unsubtrahierte DSA) unabhängige
Grauwertdarstellung des Objekts 14 erzeugt werden. Insoweit
unterscheidet sich dieses Verfahren vom herkömmlichen Overlay
Reference, bei dem das Fluoroskopiebild nicht subtrahiert wird:
- • Aus der mit dem DSA-Maskenbild subtrahierten Fluoroskopie-Serie 13 kann
das Objekt 14 extrahiert werden (Schwellwertbildung oder
Segmentierung).
- • Das reine Objektbild 29, 35 kann
nun
– einem DSA-Bild (Gefäßbaum 12),
– einem
Nativ-Bild 10 (ursprüngliches Maskenbild), um
Anatomie darzustellen, oder
– einer Linearkombination
aus DSA-Bild und Nativ-Bild 10 überlagert werden.
-
Dabei
kann das Objekt 14, das binär vorliegt, wiederum
mit vom Restbild unabhängigem hohem Kontrast überlagert
werden.
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Weiterhin
kann das Verfahren auch mit einer 3-D-Darstellung des Gefäßbaums 12 kombiniert
werden. Dabei wird als Gefäßbild 24 die
3-D-Darstellung des Gefäßes in dergleichen Projektion
und demselben Ausschnitt wie die Bildserie 13 von Fluoroskopiebildern
dargestellt und beim letzten Schritt Subtraktion von Objektbild 29 bzw.
binärem Bild 35 und Gefäßbild 24 ”eingespeist”.
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Bei
einer dritten Alternative für das Roadmap-Verfahren findet
anstelle der in 3 gezeigten Subtraktion eine
komplexere Bildverarbeitung, ein Selektionsverfahren gemäß oben
genannter Regeln, statt
-
Die
verbesserte Darstellung des Objekts 14 im Gefäßbaum 12 wird
durch die verschiedenen Bildverarbeitungsschritte, insbesondere
der Grauwert-Homogenisierung sowohl des Gefäßbaums 12 als
auch des Objekts 14 gewährleistet. Das ”Ausbrennen”,
das Verschwinden des Drahts im weißen Gefäß,
wird vermieden. Das Objekt 14 kann mit diesem Verfahren
zudem ”restauriert” werden, d. h. dort, wo es
beispielsweise durch Rauschen oder unterschiedliches Spektrum als
geringeres oder ”eingebrochenes” Signal detektiert
wurde, im Kontrast angehoben werden.
-
Da
die verschiedenen Bilder, die miteinander verarbeitet werden, zu
verschiedenen Zeiten entstehen, können durch Bewegungen
beispielsweise des Patienten oder Tisches eventuell leichte Verschiebungen
oder Verzerrungen von Bild zu Bild entstehen. An jeder Stelle, an
der jeweils mindestens zwei Bilder zur Erzeugung eines neuen Bildes
miteinander verarbeitet werden, also
- • bei
der Erzeugung der Maske, des ersten Subtraktionsbildes 22,
- • bei der Erzeugung der Nativbild-korrigierten Fluoroskopiebilder,
der zweiten Subtraktionsbilder 27, und
- • bei der finalen Subtraktion der Bilder 24 von 29 bzw. 35 zur
Erzeugung der Roadmap-Bilder 33
können
durch sogenannte Pixelshift-Verfahren eventuelle Bewegungsartefakte
korrigiert werden. Solche Pixelshift-Verfahren sind bekannt und
sollen hiermit nur explizit als ein Bestandteil der Bildverarbeitung mit
aufgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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