DE102010018262B4

DE102010018262B4 - Verfahren zur automatischen Erkennung einer Kontrastmittelanflutung in einem Blutgefäß eines Patienten mit einem CT-System und CT-System zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE102010018262B4
Application number: DE102010018262.1A
Authority: DE
Inventors: Dominik BERNHARDT; Ute Feuerlein; Dr. Großkopf Stefan; Michael Scheuering
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: US8825139B2; US20110263973A1; CN102232845A; DE102010018262A1; CN102232845B

Abstract

Verfahren zur automatischen Erkennung einer Kontrastmittelanflutung in einem Blutgefäß (A) eines Patienten (P) mit einem CT-System (C1), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. zur Verfügung stellen statistischer Mittelwerte von Hauptkomponenten aus einer vorhergegangenen Auswertung einer Vielzahl von statistisch vergleichbaren CT-Darstellungen durch mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von anatomischen Strukturen einschließlich mindestens eines Blutgefäßes (A) oder einer ROI für dieses Blutgefäß, Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse je CT-Darstellung und Berechnung der statistischen Mittelwerte der Hauptkomponenten, 1.2. Durchführung einer Vielzahl zeitlich fortlaufender Scans in mindestens einer vorgegebenen Schnittebene und fortlaufende Berechnung von CT-Darstellungen zum jeweiligen Datum, 1.3. automatische, mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von erkennbaren anatomischen Strukturen, mit Ausnahme des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß, und Bestimmung der Hauptkomponenten, 1.4. Bestimmung eines Deformationsvektors von den mittleren Hauptkomponenten zu den aktuell zu jeder CT-Darstellung ermittelten Hauptkomponenten und Transformation zumindest der Position des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß, 1.5. Bestimmung einer zeitlichen Veränderung der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes über eine Vielzahl von CT-Darstellungen an den jeweils transformierten Positionen des mindestens einen Blutgefäßes oder der transformierten ROIs für dieses Blutgefäß, und 1.6. Ausgabe der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes und/oder Triggerung einer Aktion bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Schwelle (5) der Bildwerte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer Kontrastmittelanflutung in einem Blutgefäß eines Patienten mit einem CT-System, wobei in einem vorgegebenen Bereich des Patienten Übersichtsscans durchgeführt werden und automatisch beim Erreichen einer vorgegebenen CT-Bildwertschwelle diese Bildwerte ausgegeben und/oder eine Aktion getriggert wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein CT-System mit einem Scanner, einem Kontrastmittelapplikator und einem Computersystem zur Steuerung und Bildauswertung mit einem Speicher für Computerprogramme, wobei im Betrieb die im Speicher befindlichen Computerprogramme ausgeführt werden.
Solche Verfahren und solche CT-Systeme sind allgemein bekannt. So werden in der modernen Medizin Gefäßerkrankungen auf der Grundlage von Computed Tomography Angiography (CTA) Schichtbilddaten diagnostiziert. Zur besseren Erkennbarkeit der Gefäßstrukturen wird beim Scannen einer CTA dem Patienten ein Kontrastmittel in die Venen injiziert. Das Kontrastmittel gelangt durch das Herz nach einer bestimmten Zeit in die abzubildenden Gefäße. Da das Scannen des Patienten, bei dem dieser auf einer Liege durch die rotierende Gantry des Computertomographen vorgeschoben wird, einige Sekunden dauert, muss der Start des Scans mit dem Zeitpunkt der Kontrastmittelinjektion zeitlich abgestimmt werden. Hierzu wird in einer vorgegebenen Schicht im zeitlichen Abstand von ca. 1 Sekunde jeweils ein Schichtbild erstellt und die im Anschnitt erkennbaren Blutgefäße auf die Anflutung von Kontrastmittel überprüft. Wird das Kontrastmittel aufgrund der lokalen Änderung der Bildintensitäten sichtbar, so kann der Scan automatisch gestartet werden.
Problematisch ist es hierbei, dass bei einer Automatisierung dieser Vorgehensweise es notwendig ist, vor der Anflutung von Kontrastmittel zu erkennen, wo sich ein Blutgefäß im CT-Bild befindet. Da die Blutgefäße sich in ihrer Absorption kaum von dem umgebenden Organ unterscheiden, führen hierbei die bekannten Mustererkennungsverfahren in der Regel nicht zum Ziel. Es wird daher in der Praxis meist notwendig, dass ein Arzt die aktuell entstehenden CT-Darstellungen betrachtet, erkennt wann eine Anflutung eines Blutgefäßes stattfindet und entsprechend den Startbefehl für den eigentlichen CT-Scan erteilt.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 040 939 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastreichen Röntgenbildern eines Patienten bekannt, bei dem dem Patienten ein Kontrastmittel injiziert wird, nach dem Injizieren eine Wartedauer verstreicht und nach dem Ablauf der Wartedauer mit der Aufnahme von kontrastreichen Röntgenbildern begonnen wird, wobei nach dem Injizieren zur optimalen Festlegung der Wartedauer:

a) ein Röntgenbild des Patienten aufgenommen wird,
b) das Röntgenbild durch ein Bildverarbeitungssystem nach vorgegebenen Kriterien daraufhin untersucht wird, ob die Kontrastmittelkonzentration ausreichend hoch ist oder nicht,
c1) und falls die Kontrastmittelkonzentration als ausreichend hoch ermittelt wird, zur Aufnahme von kontrastreichen Röntgenbildern übergegangen wird,
c2) und falls die Kontrastmittelkonzentration als nicht ausreichend hoch ermittelt wird, die Schritte a) und b) wiederholt werden.

Aus der Druckschrift DE 10 2007 027 366 A1 ist eine Bildgebungsvorrichtung bekannt, aufweisend: eine Tomogramm-Erzeugungseinheit, die aufeinander folgend ein Tomogramm bezüglich jeder von mehreren tomographischen Ebenen erzeugt, die in unterschiedlichen Positionen in einem dreidimensionalen Bereich eines Patienten aufgereiht sind; eine Projektionsbild-Erzeugungseinheit, die ein Projektionsbild erzeugt, indem sie eine Projektionsverarbeitung spezifischer Werte von Pixeln in dem von der Tomogramm-Erzeugungseinheit erzeugten Tomogramm für jede von mehreren tomographischen Ebenen ausführt, die in der Richtung angeordnet sind, in welcher die tomographischen Ebenen aufgereiht sind; und eine Synthesebild-Erzeugungseinheit, welche mehrere Synthesebilder erzeugt, indem sie die durch die Tomogramm-Erzeugungseinheit erzeugten Tomogramme mit einem von der Projektionsbild-Erzeugungseinheit erzeugten Projektionsbild synthetisiert, wobei: die Projektionsbild-Erzeugungseinheit bei der Ausführung der Projektionsverarbeitung, wenn ein Schwellenwert noch einmal erreicht wird, nachdem der spezifische Wert des Pixels den Schwellenwert in der Richtung erreicht, in welcher die tomographischen Ebenen aufgereiht sind, die Projektionsverarbeitung beendet; und die Synthesebild-Erzeugungseinheit jedes von den Tomogrammen mit dem Projektionsbild so synthetisiert, dass die Positionen von Pixeln der durch die Tomogramm-Erzeugungseinheit in der Richtung, in welcher die tomographischen Ebenen aufgereiht sind, erzeugten Tomogramme und die Positionen von in der Richtung projizierten Pixeln, in welcher die tomographischen Ebenen aufgereiht sind, wenn die Projektionsbild-Erzeugungseinheit die Projektionsverarbeitung durchführt, miteinander in dem dreidimensionalen Bereich übereinstimmen.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2008 048 045 A1 ein Verfahren zur Erzeugung von computertomographischen Bilddatensätzen eines Patienten in einer Herz-CT zu einer Perfusionskontrolle unter Kontrastmittelapplikation mit folgenden Verfahrensschritten bekannt:

– Abtasten des Patienten im Bereich des schlagenden Herzens mit einem Röntgen-CT-System und Erzeugung von CT-Datensätzen mit korrelierten Bewegungsinformationen des Herzens über mehrere Herzzyklen mit mehreren Zyklusphasen hinweg,
– Transformation der CT-Datensätze in einen Ortsfrequenzraum,
– Aufteilung mindestens eines transformierten CT-Datensatzes in jeweils mindestens zwei transformierte CT-Teildatensätze nach unterschiedlichen Ortsfrequenzbereichen,
– Zusammenstellung eines neuen transformierten CT-Datensatzes aus jeweils mehreren CT-Teildatensätzen, wobei
– einerseits CT-Teildatensätze mindestens eines ersten Ortsfrequenzbereiches ohne Berücksichtigung von korrelierten Bewegungsinformationen des Herzens verwendet werden und
– andererseits CT-Teildatensätze mindestens eines zweiten Ortsfrequenzbereiches oder ein vollständiger transformierter CT-Datensatz jeweils unter Auswahl einer vorgegebenen Bewegungsphase des Herzens über mehrere Herzzyklen verwendet werden,
– Rücktransformation des neuen transformierten CT-Datensatzes, und
– Bestimmen und Anzeigen von Perfusionsparametern unter Benutzung der neuen CT-Datensätze.

Im Übrigen wird auf die Druckschriften US 2009/0 016 587 A1 und US 2009/0 002 366 A1 verwiesen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, bei dem das Eingreifen einer Person mit anatomischen Kenntnissen nicht mehr notwendig ist, um zum richtigen Zeitpunkt, basierend auf einer in einem automatisch gefundenen Blutgefäß gemessenen Anflutung von Kontrastmittel, eine vorgegebene Aktion automatisch zu triggern.
Des Weiteren soll auch ein CT-System vorgeschlagen werden, welches dieses erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben Folgendes erkannt:
Grundsätzlich sollte es möglich sein, das Anfluten von Kontrastmittel aus den Differenzen zwischen den Einzelbildern einer Bildsequenz zu ermitteln, da sich die Bildintensitäten nur an Stellen signifikant ändern, an denen das Kontrastmittel durch die Blutgefäße strömt und somit auf das Anfluten eines Kontrastmittels hindeuten. Eine Hauptschwierigkeit besteht jedoch darin, dass sich der Patient während der Beobachtungsphase, zum Beispiel aufgrund von Atmung, bewegt und sich somit Verschiebungen der aufgenommenen Intensitäten im Schnittbild ergeben. Erschwerend kommt dabei hinzu, dass eine Bewegung eines Patienten nicht alleine in der aufgenommenen Schnittebene vonstatten geht, sondern in beliebiger Weise, so dass beispielsweise an Stellen, an denen zuvor lediglich Gewebe detektiert wurde, nun Knochenmaterial detektiert wird, was an diesen Positionen des Bildes jeweils zu einer starken Intensitätserhöhung führt. Solche fehlleitenden Intensitätsdifferenzen aufgrund von Patientenbewegungen lassen sich durch die Registrierung des Scans und Einschränkung des Suchbereiches ausschließen. Außerdem erfolgt die Anflutung des Kontrastmittels mit einem langsameren und stetigen Anstieg als eine Veränderung der Intensität durch eine Bewegung. Außerdem lässt sich durch den Gesamteindruck des Bildes, den ein trainierter Beobachter erkennt, leicht eine Patientenbewegung erkennen und somit solche Veränderungen von einer Kontrastmittelanflutung unterscheiden.
Ein wesentliches Problem bei der automatischen Erkennung von Anflutungen besteht also darin, den richtigen Bereich in einer CT-Schnittdarstellung zu finden, in dem sich das Blutgefäß befindet, obwohl aufgrund des ähnlichen Absorptionsverhaltens von Blut und Gewebe Blutgefäße an sich nicht ohne weiteres in einer CT-Darstellung erkennbar sind. Somit besteht das Hauptproblem darin, eine Position in einer CT-Darstellung zu definieren, die einerseits einer gewissen biologischen Variabilität unterliegt und andererseits auch durch die Bewegung des Patienten von Schnittbild zu Schnittbild variiert.
Entsprechend dem vorliegenden Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder vor, auf das vorliegende Problem die an sich bekannten Grundprinzipien eines „Active Shape Models” beziehungsweise in einer verbesserten Ausführung die Grundprinzipien eines „Active Appearance Models” anzuwenden.
Entsprechend diesen Grundprinzipien eines „Active Shape Models” werden zunächst zur Ermittlung statistischer Mittelwerte eine Vielzahl von CT-Darstellungen ausgewertet und charakteristische anatomische Strukturen, die auch leicht durch automatische Verfahren erkennbar sind, bezüglich ihrer Positionen bestimmt und einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen. Hierbei wird zusätzlich auch die Position mindestens eines Blutgefäßes eingetragen, welches im späteren Verfahren bezüglich seiner Position nicht durch automatische Erkennungsverfahren auf der Basis von Kontrastunterschieden erkennbar ist. Es wird dabei also eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt, in die als Parameter die Positionsangaben der markanten anatomischen Strukturen eingehen und ein Mittelwert dieser Positionsangaben bestimmt. Soll nun die Position eines Blutgefäßes bestimmt werden, bevor eine Kontrastmittelanflutung vorliegt, dieses Blutgefäß also allein auf der Basis von Kontrastunterschieden erkennbar ist, so wird zunächst eine automatische Erkennung charakteristischer oder markanter anatomischer Strukturen durchgeführt, dies kann beispielsweise durch eine Mustererkennung geschehen, und die Positionen dieser markanten anatomischen Strukturen mit der Hauptkomponentenanalyse verglichen. Anschließend wird ein Transformationsvektor bestimmt, mit dem die aktuelle Darstellung auf das mittlere Modell übertragen wird, und anschließend wird auf der Basis der bekannten Position des mindestens einen Blutgefäßes an dieser Stelle ein Vergleich zwischen den CT-Bildwerten der aufgenommenen Zeitsequenz an CT-Bilddarstellungen durchgeführt.
In einer Verbesserung des „Active Shape Models” kann auch ein „Active Appearance Model” verwendet werden, bei dem zusätzlich die ermittelten Grauwerte an den markanten anatomischen Stellen eingehen oder zumindestens die Grauwerte an der Position des gesuchten Gefäßes mit eingehen. Bezüglich dieser an sich bekannten Modelle wird auf die nachfolgenden Veröffentlichungen verwiesen:

– T. F. Cootes und C. J. Taylor, „Statistical models of appearance for medical image analysis and computer vision”, in Proc. SPIE Medical Imaging, 2001;
– T. F. Cootes, G. J. Edwards, C. J. Tylor: „Active Appearance Models” in: H. Burkhardt, B. Neumann (Hrsg.), Proceedings of the European Conference on Computer Vision, Vol. 2, S. 484–498, Springer 1998;
– D. Datcu, L. J. M. Rothkrantz: ”Facial Expression Recognition in still pictures and videos using Active Appearance Models. A comparison approach.”, Proceedings of the 2007 international conference on Computer systems and technologies, Vol. 285, n° 112, 2007.

Wird also auf die oben genannte Weise mit Hilfe eines „Active Shape Models” die Position eines Blutgefäßes definiert oder zumindestens die ROI (ROI = Region of Interest) bestimmt, an der sich ein Blutgefäß aufhalten sollte, so können dort die sich verändernden CT-Bildwerte beobachtet werden und aufgrund der zeitlichen Veränderung der CT-Bildwerte zum Beispiel entweder ein Start des eigentlichen CT-Scans durchgeführt oder, falls die Veränderung der CT-Bildwerte zu abrupt erfolgt oder ein zu hoher CT-Bildwert erscheint, erkannt werden, dass die vermeintlich gefundene Lage des Blutgefäßes nicht korrekt ist und stattdessen aufgrund einer Bewegung sich die CT-Bildwerte verändert haben. Wird das „Active Appearance Model” verwendet, in das auch die Grauwerte der CT-Darstellung eingehen, so kann direkt aus der Veränderung der Parameter – ohne separate Betrachtung der CT-Bildwerte – auf eine entsprechende Anflutung geschlossen werden.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer Kontrastmittelanflutung in einem Blutgefäß eines Patienten mit einem CT-System vor, welches die folgenden Verfahrensschritte enthält:

– zur Verfügung stellen statistischer Mittelwerte von Hauptkomponenten aus einer vorhergegangenen Auswertung einer Vielzahl von statistisch vergleichbaren CT-Darstellungen durch mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von anatomischen Strukturen einschließlich mindestens eines Blutgefäßes oder einer ROI für dieses Blutgefäß, Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse je CT-Darstellung und Berechnung der statistischen Mittelwerte der Hauptkomponenten,
– Durchführung einer Vielzahl zeitlich fortlaufender Scans in mindestens einer vorgegebenen Schnittebene und fortlaufende Berechnung von CT-Darstellungen zum jeweiligen Datum,
– automatische, mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von erkennbaren anatomischen Strukturen, mit Ausnahme des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß, und Bestimmung der Hauptkomponenten,
– Bestimmung eines Deformationsvektors von den mittleren Hauptkomponenten zu den aktuell zu jeder CT-Darstellung ermittelten Hauptkomponenten und Transformation (= Image Wraping) zumindest der Position des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß,
– Bestimmung einer zeitlichen Veränderung der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes über eine Vielzahl von CT-Darstellungen an den jeweils transformierten Positionen des mindestens einen Blutgefäßes oder der transformierten ROIs für dieses Blutgefäß,
– Ausgabe der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes und/oder Triggerung einer Aktion bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Schwelle der Bildwerte.

Zusätzlich zu den Positionen anatomischer Strukturen können auch CT-Bildwerte mindestens einer anatomischen Struktur ermittelt und in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Hierbei ist es möglich, dass ausschließlich an der Position des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI CT-Bildwerte ermittelt und in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Alternativ hierzu können auch zu mehreren Positionen anatomischer Strukturen des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI CT-Bildwerte ermittelt und zusätzlich in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Des Weiteren schlagen die Erfinder vor, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten CT-Darstellungen verwendet werden, die unter Abwesenheit von Kontrastmittel im Blutkreislauf aufgenommen werden. Hierbei kann zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten das mindestens eine Blutgefäß oder die ROI dieses Blutgefäßes manuell ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Alternative besteht auch die Möglichkeit, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten CT-Bilddarstellungen verwendet werden, die unter Anwesenheit von Kontrastmittel im Blutkreislauf aufgenommen werden. Da hierbei auch die Blutgefäße direkt erkennbar sind, kann zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten das mindestens eine Blutgefäß und die ROI dieses Blutgefäßes automatisch bestimmt werden. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, dass es hierbei besonders vorteilhaft ist, wenn zur Erkennung des Kontrastmittels und Unterscheidung des Kontrastmittels von beispielsweise Knochenstrukturen Scans mit unterschiedlichen Röntgenenergien durchgeführt werden, wodurch aufgrund des unterschiedlichen energiespezifischen Absorptionsverhaltens von Kontrastmittel und Knochen eindeutig die Positionen von Kontrastmittel definiert werden können.
Zur Vermeidung von falschen Triggerungen wird auch vorgeschlagen, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Schwelle der Bildwerte, die höher als die erste Schwelle ist, an dem mindestens einen Blutgefäß oder der ROI dieses Blutgefäßes die durch die erste Schwelle getriggerte Aktion abgebrochen oder nicht gestartet wird.
Zur Verbesserung des automatischen Verfahrens wird außerdem noch vorgeschlagen, dass die Position der vorgegebenen Schnittebene auch mit Hilfe eines zuvor aufgenommenen Topogramms und einer automatischen Auswertung dieses Topogramms durchgeführt werden kann.
Ergänzend zu dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren schlagen die Erfinder auch ein CT-System mit einem Scanner, einem Kontrastmittelapplikator und einem Computersystem zur Steuerung und Bildauswertung mit einem Speicher für Computerprogramme vor, wobei im Speicher des Computersystems auch Programme vorliegen, welche im Betrieb die Merkmale eines der oben beschriebenen Verfahren ausführen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: C1: CT-System; C2: erste Röntgenröhre; C3: erster Detektor; C4: zweite Röntgenröhre (optional); C5: zweiter Detektor (optional); C6: Scanner; C7: C-Bogen; C8: verfahrbare Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Computersystem zur Steuerung und Bildauswertung; C11: Kontrastmittelapplikator; C12: EKG-Leitung; C13: Speicher; 1: Topogramm; 2: Schnittebene; 3: durch „Active Shape Model” oder „Active Appearance Model” ermittelte mittlere Position der Aorta; 4: zeitlicher Verlauf der CT-Werte an der Position 3; 5: Schwellwert der CT-Bildwerte; A: Aorta; L_R und L_L: Lungenflügel; P: Patient; Prg₁ bis Prg_n: Computerprogramme; R: Rippenbögen; ROI: Region of Interest; S: Schnittbild; t: Zeit; T: Triangulationslinien, W: Wirbelsäule.
Es zeigen im Einzelnen:
1 ein CT-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein C-Bogen-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Topogramm mit ausgewählter Schnittebene,
4 eine CT-Aufnahme in der ausgewählten Schnittebene des Topogramms, aufgenommen ohne Kontrastmittel,
5 eine CT-Aufnahme aus 4 mit Triangulationslinien und
6 ein CT-Wert/Zeit-Diagramm zur Darstellung des Verlaufs einer Kontrastmittelanflutung.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes CT-System C1 in einer schrägen schematischen Darstellung. Dieses CT-System C1 besteht aus einem Scanner C6, in dem sich zumindest eine Röntgenröhre C2 mit einem gegenüberliegenden Detektor C3 befindet. Optional können sich auf der Gantry auch eine weitere Röntgenröhre C4 und ein weiterer Detektor C5 befinden, wodurch auch gleichzeitig Abtastungen mit unterschiedlichen Röntgenenergien möglich werden. Ein Patient P befindet sich auf einer entlang einer Systemachse C9 verfahrbaren Patientenliege C8 und kann zum Scan entlang der Systemachse C9 in den Messbereich des Scanners C6 geschoben werden. Ergänzend ist ein Kontrastmittelapplikator C11 angeordnet, welcher bei Bedarf und gegebenenfalls auf Steuerung des Computersystems C10 einen Kontrastmittelbolus setzen kann. Außerdem ist eine EKG-Leitung C12 vorgesehen, die gegebenenfalls die Herztätigkeit misst und in an sich bekannter Weise auch gegatete Bilddaten erzeugen kann. Das Computersystem C10 verfügt über einen Speicher C13, in dem sich Computerprogramme Prg₁ bis Prg_n befinden können, welche die Steuerung des gesamten Systems ausführen, Bilddaten auswerten und auch das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Neben dem in der 1 dargestellten CT-System mit einer geschlossenen umlaufenden Gantry kann das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren auch mit einem C-Bogen-System C1, wie es in der 2 dargestellt ist, durchgeführt werden. Ein solches C-Bogen-System C1 verfügt ebenfalls über einen Scanner C6, welcher anstelle einer Gantry einen C-Bogen C7 aufweist, an dessen Enden jeweils eine Röntgenröhre C2 und ein gegenüberliegender Detektor C3 angeordnet sind. Es ist weiterhin eine Patientenliege C8 vorgesehen, auf der sich ein Patient P befindet, wobei der C-Bogen C7 mit der Röntgenröhre C2 und dem Detektor C3 um diesen Patienten P geschwenkt werden kann und dabei diesen Patienten P abtastet. Die Steuerung des gesamten Systems wird über ein Computersystem C10 durchgeführt, welches in einem Speicher C13 Computerprogramme Prg₁ bis Prg_n aufweist, welche für die Steuerung, die Detektordatenauswertung und die Bilderstellung zuständig sind. Außerdem kann durch diese Programme auch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Zusätzlich weist das hier vorgestellte C-Bogen-System C1 auch einen Kontrastmittelapplikator C11 auf, welcher gesteuert durch das Computersystem C10, bedarfsweise Kontrastmittel in den Blutkreislauf des Patienten P applizieren kann.
Wird durch eines der zuvor vorgestellten CT-Systeme zunächst ein Topogramm 1 aufgenommen, wie es in der 3 gezeigt wird, so kann anhand der hier erkennbaren anatomischen Merkmale automatisch mit Hilfe des Computersystems C10 eine Schnittebene 2 bestimmt werden, in der im erfindungsgemäßen Verfahren das so genannte „Monitoring” stattfindet. Unter „Monitoring” wird hierbei ein zeitversetzter Kreisscan verstanden, welcher unter Anwendung minimaler Dosisbelastung eine bestimmte Schnittebene abtastet und CT-Schnittbild-Darstellungen S erzeugt, wie sie in der 4 gezeigt werden. In dieser Schnittbilddarstellung S ist der Querschnitt des Patienten P in der Schnittebene 2 der 3 zu erkennen, wobei der Patient P über markante anatomische Strukturen, wie beispielsweise die dunkel dargestellten Lungenflügel L_R und L_L, zu erkennen sind. Des Weiteren sind auch Knochenstrukturen, beispielsweise die Wirbelsäule W und Rippenbögen R zu erkennen. Neben diesen markanten erkennbaren anatomischen Strukturen, die einen entsprechenden Kontrast bilden, ist auch die Aorta A im Schnittbild S eingezeichnet, welche von einer kreisförmig eingezeichneten Region of Interest ROI umgeben ist. Die äußeren Grenzen der Aorta A sind gestrichelt dargestellt. Da die Kontrastabstufung dieses Blutgefäßes in Relation zu dem umgebenden Gewebe sehr schwach ist, besteht ohne die Anwendung von Kontrastmittel, zumindest in Verbindung mit konventionellen CT-Systemen, die lediglich Absorptionsdarstellungen erzeugen, kaum eine Darstellungsmöglichkeit. Insbesondere eine automatische Detektion solcher Blutgefäße ist nicht durchführbar.
Erfindungsgemäß wird jedoch diese Position des Blutgefäßes dadurch erreicht, dass – wie in der 5 dargestellt – markante anatomische Strukturen und deren Positionen automatisch in an sich bekannter Weise bestimmt werden und deren relative Lage zu der Aorta in einer vorangehenden Trainingsphase statistisch ermittelt wird. Die 5 zeigt nochmals ein solches Schnittbild S, allerdings sind hier die markanten anatomischen Strukturen automatisch erkannt worden und deren Positionen und deren charakteristische Positionen durch Triangulationslinien T miteinander verbunden, so dass sich die Relativposition des Mittelpunktes 3 der Aorta A beziehungsweise der ROI berechnen lässt. Hierzu wird erfindungsgemäß ein „Active Shape Model” verwendet, so dass auch Bewegungen des Patienten, die zu Verschiebungen der markanten anatomischen Strukturen führen können mit berücksichtigt werden und somit das jeweils aktuelle CT-Bild auf das mittlere zuvor gewonnene CT-Bild mit seinen in einer Hauptkomponentenanalyse gewonnenen charakteristischen Strukturen übertragen werden kann.
Betrachtet man nun die Position 3 in einer zeitlichen Sequenz von CT-Darstellungen und trägt diese in ein Zeit-HU-Werte-Diagramm auf, so erhält man den zeitlichen Verlauf 4 der HU-Werte, wie er in der 6 gezeigt ist. Diese 6 zeigt ein Diagramm mit den gemessenen HU-Werten auf der Ordinate und dem Zeitverlauf über die Zeit t auf der Abszisse, wie er bei einer Monitoring-Untersuchung, beispielsweise an der Position 3, eines Schnittbildes S, wie es in der 5 gezeigt ist, gemessen wird. Hierbei ist zu erkennen, wie von links nach rechts ein etwa ebener Verlauf der CT-Bildwerte vorliegt, der nach rechts hin plötzlich stark ansteigt, also das Anfluten des Kontrastmittels in der Aorta signalisiert. Sobald ein Schwellwert 5 erreicht wird, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine Aktion getriggert, beispielsweise der Beginn des eigentlichen CT-Scans unter Anwesendheit von Kontrastmittel im Rahmen einer CTA.
Insgesamt wird also ein erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, welches bei einer CT-Untersuchung ohne äußeren Eingriff die Position mindestens eines Blutgefäßes in Schnittbilddarstellungen mit Hilfe eines Active Shape- beziehungsweise Active Appearance-Modells bestimmt, in diesem Bereich die Anflutung von Kontrastmittel gezielt misst und bei anflutendem Kontrastmittel mindestens eine vorgegebene Aktion automatisch einleitet.

Claims

Verfahren zur automatischen Erkennung einer Kontrastmittelanflutung in einem Blutgefäß (A) eines Patienten (P) mit einem CT-System (C1), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. zur Verfügung stellen statistischer Mittelwerte von Hauptkomponenten aus einer vorhergegangenen Auswertung einer Vielzahl von statistisch vergleichbaren CT-Darstellungen durch mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von anatomischen Strukturen einschließlich mindestens eines Blutgefäßes (A) oder einer ROI für dieses Blutgefäß, Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse je CT-Darstellung und Berechnung der statistischen Mittelwerte der Hauptkomponenten, 1.2. Durchführung einer Vielzahl zeitlich fortlaufender Scans in mindestens einer vorgegebenen Schnittebene und fortlaufende Berechnung von CT-Darstellungen zum jeweiligen Datum, 1.3. automatische, mindestens zweidimensionale Positionsbestimmung markanter Punkte von erkennbaren anatomischen Strukturen, mit Ausnahme des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß, und Bestimmung der Hauptkomponenten, 1.4. Bestimmung eines Deformationsvektors von den mittleren Hauptkomponenten zu den aktuell zu jeder CT-Darstellung ermittelten Hauptkomponenten und Transformation zumindest der Position des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI für dieses Blutgefäß, 1.5. Bestimmung einer zeitlichen Veränderung der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes über eine Vielzahl von CT-Darstellungen an den jeweils transformierten Positionen des mindestens einen Blutgefäßes oder der transformierten ROIs für dieses Blutgefäß, und 1.6. Ausgabe der Bildwerte im Bereich des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI dieses Blutgefäßes und/oder Triggerung einer Aktion bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Schwelle (5) der Bildwerte.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Positionen anatomischer Strukturen auch CT-Bildwerte mindestens einer anatomischen Struktur ermittelt und in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich an der Position des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI CT-Bildwerte ermittelt und in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu mehreren Positionen anatomischer Strukturen des mindestens einen Blutgefäßes oder der ROI CT-Bildwerte ermittelt und zusätzlich in der Hauptkomponentenanalyse verarbeitet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten CT-Darstellungen verwendet werden, die unter Abwesenheit von Kontrastmittel im Blutkreislauf aufgenommen wurden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten das mindestens eine Blutgefäß oder die ROI dieses Blutgefäßes manuell ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten CT-Darstellungen verwendet werden, die unter Anwesenheit von Kontrastmittel im Blutkreislauf aufgenommen wurden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der mittleren Hauptkomponenten das mindestens eine Blutgefäß oder die ROI dieses Blutgefäßes (A) automatisch bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Schwelle, die höher als die erste Schwelle ist, der Bildwerte an dem mindestens einen Blutgefäß (A) oder der ROI dieses Blutgefäßes (A) die durch die erste Schwelle getriggerte Aktion abgebrochen oder nicht gestartet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine vorgegebene Schnittebene automatisch auf der Basis eines zuvor aufgenommenen Topogramms (1) bestimmt wird.
CT-System (C1) mit einem Scanner (C6), einem Kontrastmittelapplikator (C11) und einem Computersystem (C10) zur Steuerung und Bildauswertung mit einem Speicher (C13) für Computerprogramme, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (C13) des Computersystems (C10) auch Programme (Prg₁–Prg_n) vorliegen, welche im Betrieb die Merkmale eines der Verfahrensansprüche 1 bis 10 ausführen.