DE102010019421A1

DE102010019421A1 - Bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung und CFD-Ergebnissen sowie Medizinsystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010019421A1
Application number: DE102010019421A
Authority: DE
Inventors: Dr. Klingenbeck Klaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US8630468B2; US20110274323A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung (IVB) und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten sowie ein bildgebendes Medizinsystem zur Durchführung des Verfahrens, das folgende Schritte aufweist: – Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs mit Röntgenstrahlen zur Erzeugung von 3-D-Röntgenbildern, – Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbildes des Untersuchungsbereichs aus den 3-D-Röntgenbildern, – Erzeugung von IVB-Bildern mittels intravaskulärer Bildgebung (IVB), – Identifikation von größeren verkalkten Plaques in den 3-D-Röntgenbildern und IVB-Bildern zur Bestimmung von Orientierungspunkten oder Landmarks, – Korrelation und/oder Registrierung der räumlichen Lage der Plaques aufgrund der Orientierungspunkte oder Landmarks und – Fusion und Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten.

Description

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung (IVB) und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten sowie ein bildgebendes Medizinsystem zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Visualisierung des vaskulären Gefäßbaums, des Blutflusses, der Plaque-Erzeugung, der Plaque-Struktur und weiterer CFD-Parameter gibt es folgende standardmäßig genutzte Verfahren:
1. Bildgebung mit 3-D-Bildmodalitäten
Die 3-D-Bildmodalitäten dienen zur Rekonstruktion des vaskulären Gefäßbaums. Hierzu wird ein Kontrastmittel injiziert, um die betrachteten Blutgefäße zu verstärken. Die Segmentation der Gefäße aus einem 3-D-Datensatz repräsentiert das vaskuläre Lumen, das als Input für CFD-Verfahren verwendet wird.
2. Intravaskuläre Bildgebung (IVB)
Die intravaskuläre Bildgebung, beispielsweise IVUS (Intravaskulärer Ultraschall) oder OCT (Optische Kohärenztomographie), ermöglicht eine Abbildung und Analyse der Gefäßwand, beispielsweise zur Darstellung von Plaque. Die virtuelle Histologie-Funktion von IVUS liefert automatische Mittel zur Detektion und Klassifikation von Plaque, beispielsweise die Fetthaltigkeit, die Faserigkeit und die Verkalkung.
3. CFD-Verfahren
Die Simulation des Blutflusses durch CFD-Verfahren (Computational Fluid Dynamics) vermittelt eine dreidimensionale Verteilung der Flussparameter, wie beispielsweise WSS (Wall Shear Stress, Wandschubspannung), entlang der Oberfläche des Gefäßlumens.
3-D-Bildmodalitäten
3-D-DSA-Rotationsangiographie ist ein standardmäßig genutztes Verfahren zum Abschätzen der vaskulären Anatomie vor und während Interventionen. Bei der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) werden nach Erstellung von Maskenbildern, Bildern ohne Kontrastmittel, und Füllungsbildern, Bildern mit Kontrastmittel, diese voneinander subtrahiert, so dass man nur die durch das Kontrastmittel hervorgerufenen zeitlichen Änderungen erhält, die die Gefäße wiedergeben.
Speziell in der Neuroradiologie ist die dreidimensionale digitale Subtraktionsangiographie (3-D-DSA) ein Routine-Tool, um minimalinvasive Prozeduren zu planen und durchzuführen. Moderne neurologische Operationsräume integrieren auch diese 3-D-Tauglichkeit mit einem rotierenden C-Bogen, um pre- und intra-prozedurale 3-D-Bildgebung der zerebralen Blutgefäße zu ermöglichen.
Eine derartige in der 1 als Beispiel dargestellte C-Bogen-Röntgenanlage zur digitalen Subtraktionsangiographie weist beispielsweise 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.
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.
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.
Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
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.
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.
Andere Systeme, beispielsweise für die Neuroradiologie, verwenden zwei C-Bogen. Dies sind sogenannte Biplan-Systeme, wie sie anhand der 2 näher beschrieben sind.
Diese weisen im Wesentlichen zwei sogenannte Ebenen auf, wobei die erste Ebene 10 aus der in der 1 dargestellten Röntgendiagnostikeinrichtung mit C-Bogen 2, Röntgenstrahler 3 und Röntgenbilddetektor 4 bestehen kann. Über eine Deckenhalterung 11 kann ein deckengehängter C-Bogen 2' mit einem Röntgenstrahler 3' und einem Röntgenbilddetektor 4' einer zweiten Ebene 12 vorgesehenen sein. Ebenfalls an der Decke kann eine Monitorampel 13 mit einem ersten Display 14 für die erste Ebene 10 und einem zweiten Display 15 für die zweite Ebene 12 angebracht sein. Neben der Systemsteuerungseinheit 7 ist ein Hochspannungsgenerator 16 vorgesehen.
Intravaskuläre Bildgebung (IVB)
Um das Plaque besser sichtbar zu machen, könnte ein separater IVUS-Katheter (Intravaskulärer Ultraschall) in den vaskulären Gefäßbaum eines Patienten eingeführt werden. Ein derartiges IVUS System ist beispielsweise in der DE 198 27 460 A1 beschrieben, aus der ein Verfahren zur intravaskulären Ultraschall-Abbildung bekannt ist, bei dem ein Ultraschall-Signalsender und -Detektor in ein Körperlumen eingeführt wird und in diesem bewegt werden kann. Der Ultraschall-Signalsender und -Empfänger sendet Ultraschallsignale und erfasst reflektierte Ultraschallsignale, die Informationen über das Körperlumen enthalten. Ein an den Ultraschall-Signalsender und -Empfänger gekoppelter Prozessor leitet eine erste Bildserie und eine zweite Bildserie von den erfassten Ultraschallsignalen ab und vergleicht die zweite Bildserie mit der ersten Bildserie. Der Prozessor kann auch programmiert sein, um erstes und zweites Bild auf kardiovaskuläre Periodizität, Bildqualität, zeitliche Änderung und Gefäßbewegung zu überwachen. Er kann auch die erste Bildserie und die zweite Bildserie einander zuordnen.
Zur intravaskulären Bildgebung (IVB) kann aber auch ein allgemein bekannter OCT-Katheter (Optische Kohärenztomographie) in das Gefäß eingeführt werden.
CFD-Verfahren
In der DE 10 2008 014 792 B3 ist ein Verfahren zur Simulation eines Blutflusses in einem Gefäßabschnitt beschrieben, wobei eine Bildaufnahme eines den Gefäßabschnitt umfassenden Gefäßbereichs gewonnen wird, aus der Bildaufnahme ein 3-D-Gefäßabschnittsmodell ermittelt wird, eine Anzahl von Blutflussparametern eingelesen wird, unter Einbeziehung des oder jeden Blutflussparameters der Blutfluss in dem Gefäßabschnittsmodell simuliert wird und eine Anzahl von hämodynamischen Parametern ausgegeben wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Bildaufnahme mit einem in dem Gefäßabschnitt eingesetzten Implantat derart gewonnen wird, dass Bilddaten des Implantats umfasst sind, und dass das 3-D-Gefäßabschnittsmodell unter Berücksichtigung der Bilddaten des eingesetzten Implantats ermittelt wird. Weiter wird eine entsprechende Vorrichtung zur Simulation eines Blutflusses in einem Gefäßabschnitt angegeben.
Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet.
Wie aus dem Artikel „Image-Based Computational Simulation of Flow Dynamics in a Giant Intracranial Aneurysm" von D. A. Steinman, J. S. Milner, C. J. Norley, S. P. Lownie und D. W. Holdsworth aus American Journal of Neuroradiology (2003), Nummer 24, Seiten 559 bis 566, bekannt ist, wird eine Anzahl von sogenannten hämodynamischen Parametern in Zusammenhang mit einem Wachstum und einem Bruch des Aneurysmas gebracht. Unter einem hämodynamischen Parameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der eine Hämodynamik, also eine Strömungsmechanik des Blutes, betrifft. In dem genannten Artikel werden als hämodynamische Parameter unter anderem ein Druck, eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie eine Flussrate genannt.
Um auf derartige hämodynamische Parameter zu schließen, wird beispielsweise der Blutfluss in einem Gefäßabschnitt, welcher beispielsweise das Aneurysma umfasst, simuliert.
In dem vorgenannten Artikel „Image-Based Computational Simulation oft Flow Dynamic in a Giant Intracranial Aneuriysm" wird dazu aus einer 3-D-Bildaufnahme, welche mittels einer Rotationsangiographie gewonnen wurde, ein 3-D-Gefäßabschnittsmodell ermittelt. Der Blutfluss in dem 3-D-Gefäßabschnittsmodell wird mittels der Methode des CFD-Verfahrens simuliert. Die Simulation wird hier unter der Annahme starrer Gefäßwände und einer konstanten Blutviskosität durchgeführt. Die CFD ist eine Methode der numerischen Strömungssimulation. Die in der numerischen Strömungsmechanik benutzten Modellgleichungen basieren meist auf einer Navier-Stokes-Gleichung, auf einer Euler- oder einer Potentialgleichung.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten, wie beispielsweise die Plaque-Erzeugung, die Plaque-Struktur und CFD-Parameter wie die Wandschubspannung, und damit den Workflow auf einfache Weise zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren durch die im Patentanspruch 1 und für eine Vorrichtung durch die im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren durch folgende Schritte gelöst:

– Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs mit Röntgenstrahlen zur Erzeugung von 3-D-Röntgenbildern,
– Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbildes des Untersuchungsbereichs aus den 3-D-Röntgenbildern,
– Erzeugung von IVB-Bildern mittels intravaskulärer Bildgebung (IVB),
– Identifikation von größeren verkalkten Plaques in den 3-D-Röntgenbildern und IVB-Bildern zur Bestimmung von Orientierungspunkten oder Landmarks,
– Korrelation und/oder Registrierung der räumlichen Lage der Plaques aufgrund der Orientierungspunkte oder Landmarks und
– Fusion und Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten.

Dadurch erhält man auf einfache Weise eine übersichtliche Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten, wie beispielsweise die Plaque-Erzeugung, die Plaque-Struktur und CFD-Parameter wie die Wandschubspannung.
Erfindungsgemäß kann zur Korrelation und/oder Registrierung eine Minimalisierung der Entfernung der Voxel im 3-D-Raum durchgeführt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Funktion zur Minimalisierung der Entfernung der Voxel im 3-D-Raum folgendermaßen lautet:
wobei r IVB / i bzw. r X / j die Koordinaten des i-ten bzw. j-ten Voxels im IVB- bzw. 3-D-Röntgen-Datensatz bestimmen.
In vorteilhafter Weise kann die Identifikation von größeren verkalkten Plaques in den 3-D-Röntgenbildern und IVB-Bildern durch Identifizierung der Voxel erfolgen, die Calcium enthalten.
Erfindungsgemäß kann die Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten durch farbkodiertes 3-D-Rendering von aus den IVB-Bilddaten abgeleiteten CFD-Ergebnissen erfolgen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten aufgrund von korrespondierenden Querschnittsinformationen der intravaskulären Bildgebung (IVB) und/oder 3-D-Röntgen in einem multiplanaren Format erfolgt.
Erfindungsgemäß kann die Wiedergabe in ausgewählten Positionen entlang des Gefäßes erfolgen, welches beispielsweise ein abnormes WSS-Verhalten zeigt.
Die IVB-Bilder mittels intravaskulärer Bildgebung können erfindungsgemäß mit intravaskulärem Ultraschall (IVUS) oder optischer Kohärenztomographie (OCT) erfolgen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Vorrichtung durch

– eine 3-D-Röntgenanlage zur Erzeugung eines 3-D-Bilddatensatzes,
– eine IVB-Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens eines IVB-Bildes,
– Bildspeichermittel zur Zwischenspeicherung des 3-D-Bilddatensatzes und des IVB-Bildes,
– eine 3-D-Bildverarbeitungstufe zur Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbildes aus dem 3-D-Bilddatensatz und Identifizierung von Blutgefäßen in dem 3-D-Rekonstruktionsbild,
– eine IVB-Bildverarbeitungstufe zur Identifizierung von Blutgefäßen in dem IVB-Bild,
– eine Korrelations- oder Registrierungsvorrichtung zur Korrelation oder Registrierung des 3-D-Rekonstruktionsbildes und des IVB-Bildes unter Zuhilfenahme der Daten der Identifizierung,
– eine Fusionsvorrichtung zur gefäßgenauen Überlagerung und
– eine 3-D-Wiedergabevorrichtung zur Wiedergabe der fusionierten Bilder gelöst.

In vorteilhafter Weise können die Vorrichtung zur Erzeugung eines IVB-Bildes ein IVUS-Katheter und die Vorrichtung zur Erzeugung eines IVB-Bildes ein OCT-Katheter sein.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes Röntgen-C-Bogen-System für die Radiologie, Kardiologie oder Neurochirurgie mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
2 eine bekannte Biplan-C-Bogen-Röntgenanlage für die Neuroradiologie,
3 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Darstellung von Bildern und
4 das erfindungsgemäße Verfahren.
In der 3 ist ein erfindungsgemäßes Medizinsystem zur Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung (IVB) und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten verbunden mit Röntgen-Angiographie mit einer 3-D-Röntgenanlage 20 und einer IVB-Vorrichtung 21 dargestellt. An der 3-D-Röntgenanlage 20, beispielsweise für Rotationsangiographie wie DynaCT, ist ein 3-D-Bildspeicher 22 angeschlossen, in dem ein aufgenommener 3-D-Bilddatensatz eingespeichert wird, aus dem nach der Akquisition des vollständigen 3-D-Bilddatensatzes ein 3-D-Rekonstruktionsbild durch eine 3-D-Bildverarbeitungsstufe 23 errechnet wird, das dann ebenfalls im 3-D-Bildspeicher 22 abgelegt wird. Anschließend wird ebenfalls durch die 3-D-Bildverarbeitungstufe 23 die örtliche Lage beispielsweise der größeren verkalkten Plaques der Blutgefäße in dem 3-D-Rekonstruktionsbild, also die Voxels, die Calcium enthalten, identifiziert und diese Daten dem 3-D-Bilddatensatz im 3-D-Bildspeicher 22 zugeordnet.
Das IVB-Bild der IVB-Vorrichtung 21, beispielsweise ein IVUS- oder ein OCT-Katheter, wird in einem IVB-Bildspeicher 24 zwischengespeichert. Durch eine IVB-Bildverarbeitungstufe 25 wird ebenfalls die örtliche Lage der größeren verkalkten Plaques der Blutgefäße in dem IVB-Bild, damit die Voxels, die Calcium enthalten, identifiziert und diese Daten dem aktuellen IVB-Bilddatensatz im IVB-Bildspeicher 24 zugeordnet.
Nachfolgend wird mittels einer Korrelations- oder Registrierungsvorrichtung 26 das 3-D-Rekonstruktionsbild aus dem 3-D-Bildspeicher 22 und das IVB-Bild aus dem IVB-Bildspeicher 24 unter Zuhilfenahme der Daten der Identifizierung der größeren verkalkten Plaques registriert.
Dafür werden die Voxels, die Calcium enthalten, ihre Entfernung im 3-D-Raum minimalisiert. Speziell kann die Funktion zur Minimalisierung folgendermaßen lauten:
wobei r IVB / i bzw. r X / j die Koordinaten des i-ten bzw. j-ten Voxels im IVB- bzw. 3-D-Röntgen-Datensatz bestimmen.
Anschließend werden die derart korrelierten oder registrierten Bilder mittels einer Fusionsvorrichtung 27 gefäßgenau überlagert und das mit dem IVB-Bild überlagerte 3-D-Rekonstruktionsbild auf einer 3-D-Wiedergabevorrichtung 28 dargestellt.
Nach einer solchen räumlichen Registrierung unter Zuhilfenahme der verkalkten Orientierungspunkte oder Landmarks können die Informationen in einer fusionierten Weise auf verschiedene Weisen wiedergegeben werden.
Eine spezielle Möglichkeit ist das übliche farbkodierte 3-D-Rendering der CFD-Ergebnisse (WWS). In ausgewählten Positionen entlang des Gefäßes, welches beispielsweise ein abnormes WSS zeigt, können die korrespondierenden Querschnittsinformationen von IVUS und/oder 3-D-Röntgen in einem multiplanaren Format wiedergegeben werden, um die Zusammensetzung der Gefäßwände zu zeigen.
Alternativ können die mittels CT-Angiographie mit DynaCT erfassten 3-D-Datensätze des Gefäßbaumes automatisch mit 2-D-Angiographie- und Fluoroskopie-Aufnahmen registriert werden. Dann kann die bekannte Registrierung zwischen 2-D-Röntgen und IVUS angewendet werden, um CTA (und CFD) mit IVUS zu registrieren.
Anhand der 4 wird nun der erfindungsgemäße Verfahrensablauf näher erläutert. Zuerst wird als Schritt S1) ein vollständiger 3-D-Bilddatensatz mit der 3-D-Röntgenanlage 20 akquiriert. Im Schritt S2) wird mittels der 3-D-Bildverarbeitungsstufe 23 aus dem 3-D-Bilddatensatz ein 3-D-Rekonstruktionsbild des Untersuchungsbereichs berechnet, aus dem gemäß Schritt S3) die örtliche Lage der größeren verkalkten Plaques der Blutgefäße, d. h., der Calcium enthaltenden Voxel, identifiziert wird, so dass man Orientierungspunkte oder Landmarks erhält.
Im Schritt S4) wird wenigstens ein IVB-Bild mit der IVB-Vorrichtung 21 aufgenommen, die beispielsweise ein IVUS- oder ein OCT-Katheter sein kann. Aus dem IVB-Bild wird gemäß Schritt S5) die örtliche Lage der größeren verkalkten Plaques der Blutgefäße zur Bestimmung von Orientierungspunkten oder Landmarks identifiziert, so dass man die Voxel, die Calcium enthalten, definieren kann.
Gemäß Schritt S6) erfolgt eine Korrelation und/oder Registrierung der räumlichen Lage der Plaques aufgrund der Orientierungspunkte oder Landmarks in den 3-D-Rekonstruktionsbildern und IVB-Bildern durch die Korrelations- oder Registrierungsvorrichtung 26 unter Zuhilfenahme einer Minimalisierung der Entfernung der definierten Voxel im 3-D-Raum.
Abschließend werden die aufgrund der Orientierungspunkte oder Landmarks korrelierten oder registrierten 3-D-Rekonstruktionsbilder und IVB-Bilder im Schritt S7) mittels der Fusionsvorrichtung 27 gefäßgenau fusioniert und die mit den IVB-Bilddaten fusionierten 3-D-Rekonstruktionsbilddaten auf der 3-D-Wiedergabevorrichtung 28 gemäß Schritt S8) dargestellt.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Korrelation zwischen Plaque-Erzeugung, der Plaque-Struktur und CFD-Parametern, beispielsweise der Wandschubspannung, zu erhalten.
Ein Annäherungsverfahren, um beispielsweise IVUS-Bilder und CFD-Ergebnisse zu korrelieren, ist Folgendes:
Für 3-D-Bildgebung mit Röntgenstrahlen kann auch die verkalkte Plaque an der Wand gesehen und detektiert werden, falls eine manuelle Annotation nötig sein kann.
Grundsätzlich identifiziert das vorgeschlagene Verfahren die größeren verkalkten Plaques aus IVUS- und 3-D-Röntgen-Daten und korreliert oder registriert ihre örtliche Lage. Dafür werden die Voxel, die Calcium enthalten, identifiziert und ihre Entfernung im 3-D-Raum minimalisiert. Speziell kann die Funktion zur Minimalisierung folgendermaßen lauten:
wobei r IVUS / i bzw. r X / j die Koordinaten des i-ten bzw. j-ten Voxels im IVUS- bzw. 3-D-Röntgen-Datensatz bestimmt. Nach einer solchen räumlichen Registrierung unter Zuhilfenahme der verkalkten Orientierungspunkte oder Landmarks können verschiedene Wege realisiert werden, um die Informationen in einer fusionierten Weise zu repräsentieren.
Eine spezielle Möglichkeit ist das übliche farbkodierte 3-D-Rendering der CFD-Ergebnisse (WWS). In ausgewählten Positionen entlang des Gefäßes, welches beispielsweise ein abnormes WSS zeigt, können die korrespondierenden Querschnittsinformationen von IVUS und/oder 3-D-Röntgen in einem multiplanaren Format wiedergegeben werden, um die Zusammensetzung der Gefäßwände zu zeigen.
Ein alternatives Verfahren zur Erreichung dieser Registration ist die Erfassung der 3-D-Datensätze des Gefäßbaumes durch die Rotationsangiographie, beispielsweise DynaCT. Dann kann die CTA (CT-Angiographie) mit DynaCT durch die bekannten Algorithmen von 3-D/3-D-Fusion fusioniert werden. DynaCT wird automatisch mit 2-D-Angiographie- und Fluoroskopie-Aufnahmen registriert. Dann kann die bekannte Registrierung zwischen 2-D-Röntgen-Bildern und IVUS-Bildern angewendet werden, um CTA (und CFD) mit IVUS zu registrieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7500784 B2 [0009]
DE 19827460 A1 [0016]
DE 102008014792 B3 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Image-Based Computational Simulation of Flow Dynamics in a Giant Intracranial Aneurysm” von D. A. Steinman, J. S. Milner, C. J. Norley, S. P. Lownie und D. W. Holdsworth aus American Journal of Neuroradiology (2003), Nummer 24, Seiten 559 bis 566 [0020]
„Image-Based Computational Simulation oft Flow Dynamic in a Giant Intracranial Aneuriysm” [0022]

Claims

Bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Ergebnissen intravaskulärer Bildgebung (IVB) und CFD-Ergebnissen von Plaques eines vaskulären Gefäßbaums eines Patienten mit folgenden Schritten: – Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes des Untersuchungsbereichs mit Röntgenstrahlen zur Erzeugung von 3-D-Röntgenbildern, – Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbildes des Untersuchungsbereichs aus den 3-D-Röntgenbildern, – Erzeugung von IVB-Bildern mittels intravaskulärer Bildgebung (IVB), – Identifikation von größeren verkalkten Plaques in den 3-D-Röntgenbildern und IVB-Bildern zur Bestimmung von Orientierungspunkten oder Landmarks, – Korrelation und/oder Registrierung der räumlichen Lage der Plaques aufgrund der Orientierungspunkte oder Landmarks und – Fusion und Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrelation und/oder Registrierung eine Minimalisierung der Entfernung der Voxel im 3-D-Raum durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion zur Minimalisierung der Entfernung der Voxel im 3-D-Raum folgendermaßen lautet:
wobei r IVB / i bzw. r X / j die Koordinaten des i-ten bzw. j-ten Voxels im IVB- bzw. 3-D-Röntgen-Datensatz bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikation von größeren verkalkten Plaques in den 3-D-Röntgenbildern und IVB-Bildern durch Identifizierung der Voxel erfolgt, die Calcium enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten durch farbkodiertes 3-D-Rendering von aus den IVB-Bilddaten abgeleiteten CFD-Ergebnissen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabe der IVB-Bilddaten und 3-D-Bilddaten aufgrund von korrespondierenden Querschnittsinformationen der intravaskulären Bildgebung (IVB) und/oder 3-D-Röntgen in einem multiplanaren Format erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabe in ausgewählten Positionen entlang des Gefäßes erfolgt, welches beispielsweise ein abnormes WSS-Verhalten zeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die intravaskuläre Bildgebung mit intravaskulärem Ultraschall (IVUS) oder optischer Kohärenztomographie (OCT) erfolgt.
Bildgebendes Medizinsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch – eine 3-D-Röntgenanlage (20) zur Erzeugung eines 3-D-Bilddatensatzes, – eine IVB-Vorrichtung (21) zur Erzeugung wenigstens eines IVB-Bildes, – Bildspeichermittel (22 und 24) zur Zwischenspeicherung des 3-D-Bilddatensatzes und des IVB-Bildes, – eine 3-D-Bildverarbeitungstufe (23) zur Erzeugung eines 3-D-Rekonstruktionsbildes aus dem 3-D-Bilddatensatz und Identifizierung von Blutgefäßen in dem 3-D-Rekonstruktionsbild, – eine IVB-Bildverarbeitungstufe (25) zur Identifizierung von Blutgefäßen in dem IVB-Bild, – eine Korrelations- oder Registrierungsvorrichtung (26) zur Korrelation oder Registrierung des 3-D-Rekonstruktionsbildes und des IVB-Bildes unter Zuhilfenahme der Daten der Identifizierung, – eine Fusionsvorrichtung (27) zur gefäßgenauen Überlagerung und – eine 3-D-Wiedergabevorrichtung (28) zur Wiedergabe der fusionierten Bilder.
Bildgebendes Medizinsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) zur Erzeugung eines IVB-Bildes ein IVUS-Katheter ist.
Bildgebendes Medizinsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) zur Erzeugung eines IVB-Bildes ein OCT-Katheter ist.