DE102010040944A1

DE102010040944A1 - Verfahren zur Bestimmung hämodynamischer Flussparameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten und CT-System

Info

Publication number: DE102010040944A1
Application number: DE102010040944A
Authority: DE
Inventors: Jan Boese; Yu Deuerling-Zheng; Dr. Redel Thomas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-18
Also published as: DE102010040944B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein CT-System zur Bestimmung hämodynamischer Parameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten eines Patienten, aufweisend die Verfahrensschritte: – Aufnahme eines tomographischen 3-D-Bilddatensatzes (S1) eines Patienten im Bereich mindestens eines Aneurysma und benachbarter Blutgefäße unter Anwesenheit von Kontrastmitteln in den Blutgefäßen, – Segmentierung (S2) des mindestens einen Aneurysma und der dazu benachbarten Blutgefäße, – Bestimmung (S3) mindestens einer geometrischen Größe des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße, – Aufnahme einer projektiven zweidimensionalen zeitlichen Röntgenbildfolge (= 2-D-DSA-Szene) (S4) des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße mit vorgegebenen optischen Parametern, – Bestimmung von mindestens einem Flussparameter (S5) eines auftretenden Kontrastmittelbolus im Blutgefäß unter Verwendung der aufgenommenen 2-D-DSA-Szene, – Normierung (S6) des mindestens einen zuvor bestimmten Flussparameters aus der 2-D-DSA-Szene mit der mindestens einen zuvor bestimmten geometrischen Größe des 3-D-Bilddatensatzes und – Ausgabe und/oder Weiterverarbeitung (S7) des mindestens einen normierten Flussparameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein CT-System zur Bestimmung hämodynamischer Flussparameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten eines Patienten, unter Verwendung eine tomographischen 3-D-Bilddatensatzes und einer projektiven zweidimensionalen zeitlichen Röntgenbildfolge (=2-D-DSA-Szene) und Ausgabe und/oder Weiterverarbeitung des mindestens einen normierten Flussparameters.
Eine wichtige Ursache für Schlaganfälle sind zerebrale Blutungen, die im Wesentlichen auf die Ruptur von Aneurysmen zurückzuführen sind. Um diese Ruptur zu verhindern, wurden zwei interventionelle Verfahren entwickelt. Dabei wird entweder das Aneurysma durch Platinspiralen gefüllt, oder durch die Verwendung von Stents der Blutfluss in das Aneurysma weitestgehend unterdrückt. Ziel beider Verfahren ist es die Blutflussgeschwindigkeit im Aneurysma so zu reduzieren, dass eine Gerinnung einsetzt und das Aneurysma letztlich durch das Blutgerinnsel verschlossen ist. Da die Gerinnung Zeit benötigt, wäre ein Verfahren von Vorteil, bei welchem unmittelbar nach der Implantation die Flussgeschwindigkeit im Bereich des Aneurysma und damit auch die Reduktion der Flussgeschwindigkeit angezeigt werden könnte.
Allgemein sind Verfahren zur Bestimmung hämodynamischer Flussparameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten bekannt. Diesbezüglich wird beispielhaft auf die Veröffentlichung von Asher L. Trager et al., "Correlation Between Angiographic and Particle Image Velocimetry Quantifications of Flow Diverters in an In Vitro Model of Elastase-Induced Rabbit Aneurysms", Journal of Biomechanical Engineering, March 2009, Vol. 131, Seiten 034506-1 bis 034506-3, verwiesen. Dort wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zunächst mit einer hohen Bildrate Röntgenaufnahmen von dem Kontrastmitteleinfluss und Kontrastmittelausfluss in einem Aneurysma gemacht werden. Aus dieser digitalen 2-D-Subtraktionsangiographie wird das Aneurysma als Region of Interest (ROI) markiert und die Zeit-Intensitätskurve berechnet und anschließend geglättet. An diese erhaltene Kurve werden zwei Funktionen angepasst, die den direkten ”schnellen” Fluss in das Aneurysma und die ”langsame” Diffusionskomponente darstellen. Durch Vergleich der Kurven vor und nach einer Platzierung eines Stents und/oder eines Coils kann der Erfolg der Behandlung abgelesen werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die Analyse der Strömungen in einem Aneurysma und seiner Umgebung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich die Analyse vorhandener Strömungszustände in einem Aneurysma dadurch verbessern lässt, dass 3-D-Informationen einer dreidimensionalen CT-Aufnahme verwendet werden, um eine überlagerungsfreie Darstellung des betroffenen Gefäßsegmentes zu erhalten und die nachfolgende Auswertung zu erleichtern beziehungsweise zu präzisieren.
Bei Untersuchungen zur Analyse der Behandlung von Aneurysmen werden immer auch 3-D-Angiographiedatensätze gewonnen. Diese können zur Wahl der optimalen, überlappungsarmen Angulation für die dynamische 2-D-Aufnahme verwendet werden. Idealerweise wird diese automatisch an das Angiographiesystem übergeben. Ziel ist es hierbei eine überlagerungsfreie Darstellung des Aneurysma und der zu- und abführenden Gefäße zu erhalten. Dies kann für eine Ebene, aber auch für mehrere Ebenen (Biplan) erfolgen.
Im Allgemeinen ist eine Segmentierung in 2-D-Aufnahmen dadurch erschwert, dass sich Gefäße überlagern beziehungsweise das Aneurysma von anderen Gefäßen überlagert ist. Als Lösung schlagen die Erfinder vor, zunächst im 3-D-Bilddatensatz die zu analysierenden Bereiche auszuwählen und zu segmentieren. Diese 3-D-Segmentierung kann, gegebenenfalls nach Registrierung, auf die 2-D-Aufnahmen übertragen und zur 2-D-Segmentierung verwendet werden.
Mit Hilfe der 3-D-Informationen aus dem 3-D-Bilddatensatz können geometrische Größen, wie Oberfläche oder Volumen, des Aneurysma gewonnen werden. Damit kann vor allem der abgeleitete Energieverlust, wie er bei Asher L. Trager et al. beschrieben ist, aber auch andere Größen auf das Volumen normiert werden. Ein Vergleich verschiedener Aneurysmen oder eines Aneurysma zu verschiedenen Zeiten wird damit möglich.
Aus der 3-D-Segmentierung kann für eine vorgegebene Angulation (Aufnahmewinkel) die Tiefe des betrachteten Aneurysma oder Blutgefäßes ermittelt werden. Diese beinhaltet den Integrationspfad in der 2-D-Aufnahme. Diese Information kann überlagert in der 2-D-Aufnahme angezeigt werden oder in die Analyse, z. B. durch Normierung, einbezogen werden.
Es wird weiterhin eine Normierung beziehungsweise eine Entfaltung mit einer Inputfunktion vorgeschlagen. Diese Inputfunktion repräsentiert den einlaufenden Kontrastmittelfluss (= Kontrastmitteleinfluss) in der zuführenden Arterie und wird proximal zur ROI (= Region of Interest = Gebiet von Interesse) gemessen. Dies ist besonders hilfreich, wenn der Fluss zu verschiedenen Zeitpunkten der Behandlung miteinander verglichen werden soll. Hierbei kann auch die Form und Intensität des Bolus berücksichtigt werden.
Generell kann die oben beschriebene Analyse auf eine Vielzahl von Feldern (= weitere Unterteilungen der ROI) also nicht nur das Aneurysma als ROI, angewandt werden. Dabei lassen sich vor allem in komplex geformten Aneurysmen unterschiedliche Bereiche identifizieren und analysieren. Zudem lässt sich durch den Vergleich der Parameter der einzelnen Felder, dies können sogar die Pixel sein, ein generelles Flussmuster ableiten. Damit können z. B. auch stehende Wirbel im Aneurysma erkannt werden.
Entsprechend dem oben beschriebenen Grundgedanken schlagen die Erfinder ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung hämodynamischer Parameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten eines Patienten vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Aufnahme eines tomographischen 3-D-Bilddatensatzes eines Patienten im Bereich mindestens eines Aneurysma und benachbarter Blutgefäße unter Anwesenheit von Kontrastmitteln in den Blutgefäßen,
– Segmentierung des mindestens einen Aneurysma und der dazu benachbarten Blutgefäße aus dem tomographischen 3-D-Bilddatensatz,
– Bestimmung mindestens einer geometrischen Größe des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße im segmentierten tomographischen 3-D-Bilddatensatz im 3-D-Raum,
– Aufnahme einer projektiven zweidimensionalen zeitlichen Röntgenbildfolge (= 2-D-DSA-Szene) des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße mit vorgegebenen optischen Parametern, insbesondere Öffnungswinkel (= Brennweite) und Aufnahmerichtung (= Raumwinkel),
– Bestimmung von mindestens einem Flussparameter eines auftretenden Kontrastmittelbolus im Blutgefäß unter Verwendung der aufgenommenen 2-D-DSA-Szene,
– Normierung des mindestens einen zuvor bestimmten Flussparameters aus der 2-D-DSA-Szene mit der mindestens einen zuvor bestimmten geometrischen Größe des 3-D-Bilddatensatz,
– Ausgabe und/oder Weiterverarbeitung des mindestens einen normierten Flussparameters.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn vor der Berechnung der Flussparameter eine Bestimmung einer Transferfunktion zwischen mindestens einer Projektion und dem 3-D-Bilddatensatz unter vorgegebenen optischen Parametern durchgeführt wird. Im Ergebnis entspricht dies einer Registrierung zwischen den projektiven 2-D-Aufnahmen und dem 3-D-Bilddatensatz.
Bezüglich der Flussparameter schlagen die Erfinder vor, dass mindestens einer der Parameter der folgenden Liste bestimmt wird:

– Diffusionsanteil,
– Flussanteil,
– Konvektionsanteil,
– Energieverlust,
– mittlere Geschwindigkeit,
– lokale Kontrastmittelverweildauer und
– mittlere Transitzeit.

Bezüglich der im Verfahren bestimmten geometrischen Größen eines betrachteten Aneurysma wird vorgeschlagen, mindestens eine der Größen der folgenden Liste zu bestimmen:

– größter oder kleinster Kreisdurchmesser eines Innen- oder Außenkreises,
– großer und/oder kleiner Durchmesser einer Innen- oder Außenellipse,
– Länge des Aneurysma,
– Volumen des Aneurysma und
– Verhältnis der vorgenannten Größen zueinander in beliebiger Kombination.

Weiterhin kann zumindest ein Teil der aktuell bestimmten Flussparameter mit den entsprechenden Flussparametern einer zeitlich vorhergehenden Untersuchung oder mit Flussparametern anderer Aneurysmen verglichen werden und zumindest deren Unterschiede angezeigt und/oder ausgegeben werden.
Ebenso kann zumindest ein Teil der gewonnenen Flussparameter mit den entsprechenden Flussparametern einer zeitlich vorhergehenden Untersuchung des gleichen Aneurysma oder eines anderen Aneurysma verglichen werden und räumliche Bereiche der Unterschiede in einer 3-D-Darstellung des Aneurysma markiert werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn in mindestens einer Aufnahme der 2-D-DSA-Szene Bildpunkte, welche einem Gefäß angehören, bezüglich ihrer Bildwerte normiert werden. Hierbei können die Bildpunkte dadurch normiert werden, dass die dargestellten Absorptionswerte – ausgehend vom gemessenen Absorptionswert und einer durch den 3-D-Bilddatensatz bekannte tatsächliche Dicke – bezüglich des Strahlverlaufes für die Aufnahme der 2-D-DSA-Szene auf eine vorgegebene gleiche Dicke des betrachteten Gefäßes vereinheitlicht werden. Als vorgegebene Dicke kann beispielsweise die durchschnittliche Dicke des jeweils betrachteten Gefäßes oder Aneurysma oder auch eine vom Benutzer des Verfahrens vorgegebene konstante Dicke gewählt werden.
Weiterhin kann vor der Bestimmung der Flussparameter in der 2-D-DSA-Szene eine 2-D-Segmentierung des mindestens einen Aneurysma und der dazu benachbarten Blutgefäße durchgeführt werden.
Zur Verbesserung der Segmentierung des Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße können vor der Bestimmung der Flussparameter in der 2-D-DSA-Szene die im 3-D-Bilddatensatz segmentierten Gefäßbereiche auf die mindestens eine Aufnahme der 2-D-DSA-Szene unter Berücksichtigung der bekannten optischen Parameter übertragen werden. Außerdem können die segmentierten Gefäßbereiche für eine automatische Selektion des Aneurysma verwendet werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die optischen Parameter, also Aufnahmerichtung beziehungsweise Raumwinkel und/oder Öffnungswinkel beziehungsweise Brennweite, mit denen die 2-D-DSA-Szene aufgenommen wird, durch ein Optimierungsverfahren unter Verwendung des tomographischen 3-D-Bilddatensatzes bestimmt werden, wobei eine Überlappung des mindestens einen Aneurysma und der zu- und abführenden Blutgefäße in der zu erstellenden 2-D-DSA-Szene minimiert wird. Hierbei sollten mindestens zwei, sich im Betrachtungswinkel unterscheidende Sätze optischer Parameter gesucht werden, die sich um einen vorgegebenen Betrachtungswinkel, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 150°, unterscheiden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine arterielle Input-Funktion oder ein arterieller Input-Wert, die/der den ungestörten zeitlichen Verlauf des Kontrastmittels vor erreichen des Aneurysma beschreibt, ermittelt wird, indem eine zweite ROI (= Region of Interest) in ein zuführendes Gefäß gelegt wird und der zeitliche Verlauf der Grauwertänderung bestimmt wird. Durch eine mathematische Operation, zum Beispiel eine Entfaltung, kann der im Aneurysma ermittelte Grauwertverlauf bezüglich des speziellen Injektionsprofils des Kontrastmittels normiert werden. Der Begriff ”speziell” bezieht sich auf das in dem Patienten zur Untersuchung tatsächlich verwendete Injektionsprofil. Es kann zum Beispiel das eingestellte Profil am Injektor oder ein gemeinsames Profil, wie die arterielle Inputfunktion, verwendet werden. Dabei kann die arterielle Inputfunktion vorzugsweise proximal zur zweiten ROI (= Region of Interest = Gebiet des Interesse = Aneurysma) gemessen und als Flussparameter gespeichert werden. Hierbei kann außerdem um das mindestens eine Aneurysma eine, die zweite ROI (= Region of Interest = Gebiet des Interesse) abgrenzende Oberfläche angenommen werden und der proximale Fluss in die ROI durch diese Oberfläche im Bereich mindestens eines Blutgefäßes (= Inputfunktion) gemessen und als Flussparameter gespeichert werden.
Die Erfinder schlagen auch vor, dass aus den 2-D-DSA-Szenen auf die 3-D-Struktur der Blutgefäße transformierte Fluss- und/oder Diffusionskurven erstellt und ausgegeben werden. Dabei können auch von den transformierten Fluss- und/oder Diffusionskurven höhere zeitliche und räumliche Ableitungen gebildet und ausgegeben werden.
In einer Erweiterung der Analyse von 2-D auf 3-D ist es notwendig, die Füllung der Gefäße in der 3-D-Rotationsakquisition zu sehen. Ein Ansatz dazu ist zum Beispiel in der Druckschrift Irina Waechter et al., "Using flow information to support 3D vessel rekonstruktion from rotational angiography", Med. Phys. 35 (7), Juli 2008, Seiten 3302 bis 3316, beschrieben. Das Problem hierbei ist, dass eine 3-D-Rekonstruktion des Gefäßbaumes nur unzureichend möglich ist, da dieser während der Aufnahme in einer Vielzahl der Einzelbilder noch nicht kontrastiert ist.
Um dieses Problem zu beheben, schlagen die Erfinder eine spezielle Injektionstechnik für das Kontrastmittel vor. Es wird eine herkömmliche 3-D-Rotationsangiographie mit verdünntem Kontrastmittel durchgeführt. Die Verdünnung ist dabei so zu wählen, dass die Kontrastierung für eine 3-D-Rekonstruktion der Gefäße ausreichend ist. Mit Start der Aufnahme des Fülllaufes wird zusätzlich mit der Injektion eines höher konzentrierten Kontrastmittelbolus begonnen. Damit ist es möglich, eine vollständige 3-D-Rekonstruktion zu erhalten und die Dynamik des Bolus, zum Beispiel der Bolus-Ankunftszeiten, auszuwerten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen eine spezielle Injektionstechnik für das Kontrastmittel zu verwenden. Hierbei wird eine herkömmliche 3-D-Rotationsangiographie mit verdünntem Kontrastmittel durchgeführt. Die Verdünnung des applizierten Kontrastmittels wird nun so gewählt, dass die Kontrastierung für eine 3-D-Rekonstruktion der Gefäße gerade ausreichend ist, um diese zu erkennen. Mit dem Start der Aufnahme des Fülllaufes wird zusätzlich mit der Injektion eines höher konzentrierten Kontrastmittelbolus begonnen. Aufgrund des entstehenden Kontrastunterschiedes zwischen dem zu Anfang vorliegenden Kontrastmittels und dem nachgeschobenen Bolus mit höherer Konzentration ist es möglich, eine vollständige 3-D-Rekonstruktion zu erhalten und die Dynamik des zweiten Bolus, z. B. der Bolusankunftszeiten, auszuwerten.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System/C-Bogen-System; 2: erste Röntgenröhre, 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse beziehungsweise Antriebssystem; 7: C-Bogen; 8: verfahrbare Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Regel- und Steuereinheit; 11: Kontrastmittel-Applikator; P: Patient; Prg₁ bis Prg_n: Computerprogramme; S1 bis S7: Verfahrensschritte.
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 Fließschema des Verfahrens zur Bestimmung hämodynamischer Flussparameter,
4 eine schematische Darstellung der n-Inflow-Aufnahmen, die ein Voxel zu verschiedenen Zeitpunkten aus unterschiedlichen Richtungen zeigen,
5 Angulation mit darunter gezeigtem dazu korreliertem Kontrastmittelverlauf und
6 eine schematische Darstellung möglicher Zeit-Intensitätskurven TIC(t).
Die 1 zeigt beispielhaft ein CT-System 1, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Das CT-System 1 besteht aus einem Gantrygehäuse 6, bei dem sich auf der Gantry ein erstes Röhren-/Detektorsystem, bestehend aus einer ersten Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden ersten Detektor 3, befindet. Optional kann auch ein weiteres Röhren-/Detektorsystem vorgesehen sein, wie das hier eingezeichnete Röhren-/Detektorsystem, bestehend aus der zweiten Röntgenröhre 4 und dem gegenüberliegenden zweiten Detektor 5. Beide Röhren-/Detektorsysteme rotieren während der Abtastung um ein Messfeld, welches hier durch eine Öffnung in dem Gantrygehäuse 6 beschrieben wird, während ein Patient P, der sich auf einer verfahrbaren Patientenliege 8 befindet, entlang einer Systemachse 9 durch das Messfeld geschoben wird. Die Bewegung des Patienten P kann hierbei sowohl kontinuierlich, als auch sequentiell erfolgen, beziehungsweise bei einer Untersuchung einer bestimmten Region kann der Patient an eine bestimmte Stelle verschoben werden, auf der er stationär während der Abtastung verharrt. Falls notwendig kann dem Patienten mit Hilfe eines Kontrastmittel-Applikators 11 Kontrastmittel appliziert werden, wodurch eine verbesserte Erkennbarkeit von Blutgefäßen ermöglicht wird.
Die Steuerung des CT-Systems 1 wird durch eine Regel- und Steuereinheit 10 übernommen, welche einen Speicher mit Computerprogrammen Prg₁ bis Prg_n aufweist, in denen die notwendigen Verfahren zur Steuerung des CT-Systems und zur Auswertung der empfangenen Detektordaten, einschließlich der Rekonstruktion entsprechender Bilddaten, gespeichert sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls in einem Computerprogramm kodiert und im Programmspeicher der Steuer- und Regeleinheit 10 implementiert sein, so dass dieses Verfahren im Betrieb des Systems in seinen Verfahrensschritten abgearbeitet wird.
In der CT-Angiographie werden üblicher Weise bevorzugt so genannte C-Bogen-Systeme eingesetzt, wie es schematisch in der 2 dargestellt ist. Ein solches C-Bogen-System 1 weist einen C-Bogen 7 auf, an dessen Enden sich eine Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden Detektor 3 befindet. Dieser C-Bogen kann mit Hilfe des Antriebsystems 6 rotatorisch um einen Patienten P bewegt werden, welcher sich auf einer Patientenliege 8 befindet. Aufgrund der Bauweise des C-Bogen-Systems 1 ist der Patient P während der Untersuchung leichter zugänglich. Auch hier kann mit Hilfe eines Kontrastmittel-Applikators 11 im Bedarfsfalle Kontrastmittel appliziert werden, um die Blutgefäße besser sichtbar werden zu lassen, beziehungsweise aufgrund gemessener Kontraständerungen den Fluss in den Blutgefäßen besser darstellen zu können.
Die Regelung und Steuerung des C-Bogen-Systems 1 wird durch eine Regel- und Steuereinheit 10 ausgeführt, welche Computerprogramme Prg₁ bis Prg_n aufweist, wobei auch hier Programmcode im Speicher dieser Regel- und Steuereinheit vorgesehen sein kann, welcher im Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
Die 3 zeigt ein Flussschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei im ersten Verfahrensschritt S1 zunächst eine Aufnahme eines dreidimensionalen Bilddatensatzes des Patienten zumindest im Bereich eines Aneurysma gewonnen wird. Anschließend erfolgt im Verfahrensschritt S2 eine Segmentierung der Blutgefäße einschließlich des Aneurysma im rekonstruierten dreidimensionalen Bilddatensatz. Danach wird im Verfahrensschritt S3 mindestens eine Größe des Aneurysma im segmentierten Bilddatensatz bestimmt. Beispielweise kann dies ein Innendurchmesser des Aneurysma oder ein Außendurchmesser des Aneurysma oder auch das gemessene Volumen des Aneurysma oder ähnliche geometrische Größen sein. Danach wird im Verfahrensschritt S4 eine projektive zweidimensionale Röntgenbildfolge (= 2-D-DSA-Szene) der Blutgefäße einschließlich des Aneurysma aufgenommen, wobei vorgegebene optische Parameter, wie Öffnungswinkel und Aufnahmerichtung, bekannt sind. Schließlich erfolgt im Verfahrensschritt S5 die Bestimmung mindestens eines Flussparameters in der aufgenommen 2-D-DSA-Szene. Bezüglich der Bestimmung solcher Flussparameter wird beispielhaft auf die oben genannte Veröffentlichung von Irina Waechter et al. verwiesen. Danach erfolgt die Normierung der zuvor bestimmten Flussparameter aus der 2-D-DSA-Szene mit der zuvor bestimmten geometrischen Größe des 3-D-Bilddatensatzen im Verfahrensschritt S6 und schließlich die Ausgabe und/oder Weiterverarbeitung des mindestens einen normierten Flussparameters im Verfahrensschritt S7.
Gemäß dem oben angesprochenen weiteren Aspekt der Erfindung wird in den 4 bis 6 eine spezielle Injektionstechnik für ein Kontrastmittel unter Verwendung unterschiedlicher Konzentrationen beschrieben.
Die 4 beschreibt eine schematische Darstellung von n-Inflow-Aufnahmen die ein Voxel zu verschiedenen Zeitpunkten aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen. In der 5 ist oben eine Angulation mit einer Nativakquisition, darauf folgender Rückfahrt und einer Füllakquisition über der Zeit gezeigt. Darunter wird zeitlich dazu korreliert der erfindungsgemäße Kontrastmittelverlauf gezeigt, der zu Beginn der Füllakquisition treppenförmig ansteigt. Dieser Anstieg lässt sich entsprechend detektieren.
Schließlich zeigt die 6 mit den schematischen Teildarstellungen a bis d mögliche Zeit-Intensitätskurven TIC(t). Alle Voxel, die in einem Gefäß liegen, enden hier auf hoher Intensität. In der Teildarstellung b) ist zusätzlich die Bolusankunftszeit dargestellt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Asher L. Trager et al., ”Correlation Between Angiographic and Particle Image Velocimetry Quantifications of Flow Diverters in an In Vitro Model of Elastase-Induced Rabbit Aneurysms”, Journal of Biomechanical Engineering, March 2009, Vol. 131, Seiten 034506-1 bis 034506-3 [0003]
Asher L. Trager et al. [0009]
Irina Waechter et al., ”Using flow information to support 3D vessel rekonstruktion from rotational angiography”, Med. Phys. 35 (7), Juli 2008, Seiten 3302 bis 3316 [0025]
Irina Waechter et al. [0040]

Claims

Verfahren zur Bestimmung hämodynamischer Parameter von Blutgefäßen mit angiographischen CT-Bilddaten eines Patienten, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Aufnahme eines tomographischen 3-D-Bilddatensatzes (S1) eines Patienten im Bereich mindestens eines Aneurysma und benachbarter Blutgefäße unter Anwesenheit von Kontrastmitteln in den Blutgefäßen, 1.2. Segmentierung (S2) des mindestens einen Aneurysma und der dazu benachbarten Blutgefäße aus dem tomographischen 3-D-Bilddatensatz, 1.3. Bestimmung (S3) mindestens einer geometrischen Größe des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße im segmentierten tomographischen 3-D-Bilddatensatz im 3-D-Raum, 1.4. Aufnahme einer projektiven zweidimensionalen zeitlichen Röntgenbildfolge (= 2-D-DSA-Szene) (S4) des mindestens einen Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße mit vorgegebenen optischen Parametern, insbesondere Öffnungswinkel (= Brennweite) und Aufnahmerichtung (= Raumwinkel), 1.5. Bestimmung von mindestens einem Flussparameter (S5) eines auftretenden Kontrastmittelbolus im Blutgefäß unter Verwendung der aufgenommenen 2-D-DSA-Szene, 1.6. Normierung (S6) des mindestens einen zuvor bestimmten Flussparameters aus der 2-D-DSA-Szene mit der mindestens einen zuvor bestimmten geometrischen Größe des 3-D-Bilddatensatzes und 1.7. Ausgabe und/oder Weiterverarbeitung (S7) des mindestens einen normierten Flussparameters.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Berechnung der Flussparameter eine Bestimmung einer Transferfunktion (= Registrierung) zwischen mindestens einer Projektion und dem 3-D-Bilddatensatz unter vorgegebenen optischen Parametern durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Flussparameter mindestens einer der Parameter der folgenden Liste bestimmt wird: – Diffusionsanteil, – Flussanteil, – Konvektionsanteil, – Energieverlust, – mittlere Geschwindigkeit, – lokale Kontrastmittelverweildauer und – mittlere Transitzeit.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als geometrischen Größe eines betrachteten Aneurysma mindestens eine der Größen der folgenden Liste bestimmt wird: – größter oder kleinster Kreisdurchmesser eines Innen- oder Außenkreises, – großer und/oder kleiner Durchmesser einer Innen- oder Außenellipse, – Länge des Aneurysma, – Volumen des Aneurysma und – Verhältnis der vorgenannten Größen zueinander in beliebiger Kombination.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der aktuell bestimmten Flussparameter mit entsprechenden Flussparametern einer zeitlich vorhergehenden Untersuchung verglichen werden und zumindest deren Unterschiede angezeigt und/oder ausgegeben werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der gewonnenen Flussparameter mit den entsprechenden Flussparametern einer zeitlich vorhergehenden Untersuchung verglichen werden, und räumliche Bereiche der Unterschiede in einer 3-D-Darstellung des Aneurysma markiert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Aufnahme der 2-D-DSA-Szene Bildpunkte, welche einem Gefäß angehören, bezüglich ihrer Bildwerte normiert werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte dadurch normiert werden, dass die dargestellten Absorptionswerte – ausgehend vom gemessenen Absorptionswert und einer durch den 3-D-Bilddatensatz bekannte tatsächliche Dicke – bezüglich des Strahlverlaufes für die Aufnahme der 2-D-DSA-Szene auf eine vorgegebene gleiche Dicke des betrachteten Gefäßes vereinheitlicht werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Dicke eine durchschnittliche Dicke des betrachteten Gefäßes gewählt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bestimmung der Flussparameter in der 2-D-DSA-Szene eine 2-D-Segmentierung des mindestens einen Aneurysma und der dazu benachbarten Blutgefäße durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Segmentierung des Aneurysma und der benachbarten Blutgefäße vor der Bestimmung der Flussparameter in der 2-D-DSA-Szene die im 3-D-Bilddatensatz segmentierten Gefäßbereiche auf die mindestens eine Aufnahme der 2-D-DSA-Szene unter Berücksichtigung der bekannten optischen Parameter übertragen werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentierten Gefäßbereiche für eine automatische Selektion des Aneurysma verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Parameter (Aufnahmerichtung und/oder Öffnungswinkel), mit denen die 2-D-DSA-Szene aufgenommen wird, durch ein Optimierungsverfahren unter Verwendung des tomographischen 3-D-Bilddatensatzes bestimmt werden, wobei eine Überlappung des mindestens einen Aneurysma und der zu- und abführenden Blutgefäße in der zu erstellenden 2-D-DSA-Szene minimiert wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, sich im Betrachtungswinkel unterscheidende Sätze optischer Parameter gesucht werden, die sich um einen vorgegebenen Betrachtungswinkel, vorzugsweise im Bereich von 30° bis 150°, unterscheiden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine arterielle Input-Funktion oder ein arterieller Input-Wert, die/der den ungestörten zeitlichen Verlauf des Kontrastmittels vor erreichen des Aneurysma beschreibt, ermittelt wird, indem eine zweite ROI (= Region of Interest) in ein zuführendes Gefäß gelegt wird und der zeitliche Verlauf der Grauwertänderung durch eine mathematische Operation einer Entfaltung des im Aneurysma ermittelten Grauwertverlaufes durchgeführt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die arterielle Input-Funktion proximal zur zweiten ROI (= Region of Interest = Gebiet des Interesse = Aneurysma) gemessen und als Flussparameter gespeichert wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass um das mindestens eine Aneurysma eine, die zweite ROI (= Region of Interest = Gebiet des Interesse) abgrenzende Oberfläche angenommen wird und der proximale Fluss in die ROI durch diese Oberfläche im Bereich mindestens eines Blutgefäßes (= Input-Funktion) gemessen und als Flussparameter gespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus den 2-D-DSA-Szenen auf die 3-D-Struktur der Blutgefäße transformierte Fluss- und/oder Diffusionskurven erstellt und ausgegeben werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass von den transformierten Fluss- und/oder Diffusionskurven höhere zeitliche und räumliche Ableitungen gebildet und ausgegeben werden.
CT-System (1) mit einer Regel- und Steuereinheit (10), welche einen Speicher mit Computerprogrammen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher der Regel- und Steuereinheit (10) auch Computerprogramme (Prg₁–Prg_n) vorliegen, welche im Betrieb die Merkmale eines der Verfahrensansprüche 1 bis 19 ausführen.