DE102011006398A1

DE102011006398A1 - Verfahren, Bildverarbeitungseinrichtung und Computertomographiesystem zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe sowie Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe

Info

Publication number: DE102011006398A1
Application number: DE102011006398A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wagner Marcus; Dr. Flohr Thomas; Dr. Schmidt Bernhard; Dr. Sedlmair Martin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-04
Also published as: CN102737375A; US8897530B2; US20120250967A1; CN102737375B; BR102012007292A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe (14) in einem definierten Gewebebereich (16) eines Untersuchungsobjekts (12) auf Basis eines den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Hochenergie-Bilddatensatz (46) und eines den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatz (48), die mittels Rontgenstrahlungsmessungen mit unterschiedlichen Röntgenstrahlungsenergien nach einer Kontrastmittelgabe (KM) an das Untersuchungsobjekt (12) aufgenommen wurden. Aus dem Hochenergie-Bilddatensatz (46) und dem Niedrigenergie-Bilddatensatz (48) werden ein virtuelles Kontrastmittelbild (20) ermittelt (ER) und ein Segmentierungs-Bilddatensatz (22) erzeugt, in dem der Gewebebereich (16) segmentiert (SE) wird. Das Segmentierungsergebnis wird in das virtuelle Kontrastmittelbild (20) übertragen (UE) zur Segmentierung des Gewebebereichs (16) im virtuellen Kontrastmittelbild (20). Abschließend erfolgt eine Analyse (AN) von Werten von den im segmentierten Bereich (34) liegenden Bildpunkten zur Identifizierung von Bildpunkten, die nekrotischem Gewebe (14) zuzuordnen sind. Die Erfindung betrifft zudem eine entsprechende Bildverarbeitungseinrichtung und ein Computertomographiesystem zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten zur Ausführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Bildverarbeitungseinrichtung und ein Computertomographiesystem zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe in einem definierten Gewebebereich, insbesondere eines Tumors, eines Untersuchungsobjektes. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten zur Ermittlung eines Anteils von nektrotischem Gewebe in einem definierten Gewebebereich, insbesondere eines Tumors, eines Untersuchungsobjekts.
Bei der Therapie von Tumorerkrankungen ist es wichtig, durch regelmaßige Verlaufsuntersuchungen den Erfolg der Therapie zu uberprufen, um rechtzeitig zu entscheiden, ob eine Therapie weitergefuhrt werden sollte oder ob ein Therapiewechsel sinnvoller ist. Bei der Einschätzung des Therapieerfolgs ist jedoch neben der Feststellung der Größe des Tumorgewebes auch die Bestimmung des Anteils des nekrotischen Gewebes des Tumorvolumens von Bedeutung, da Tumore auf unterschiedliche Therapieformen unterschiedlich reagieren und nicht gezwungenermaßen ihre Größe verändern, sondern lediglich teilweise oder ganz absterben, d. h. nekrotisieren.
Weiterhin besteht bei Biopsien einer verdachtigen Läsion die Gefahr, dass mit der Biopsienadel lediglich bereits abgestorbenes, d. h. nekrotisches Gewebe entnommen wird, welches für eine weitere Untersuchung nicht geeignet ist. Informationen uber die geometrische Lage des vitalen bzw. des nekrotischen Anteils eines Tumors sind also auch bei der Durchführung von Biopsien wertvoll, um sicherzustellen, dass vitales Gewebe entnommen wird.
Eine bisher übliche Methode, den nekrotischen Anteil eines Tumorgewebes bestimmen zu können, ist eine Kontrastmitteluntersuchung unter Verwendung eines Single-Source-Computertomographen. Bei einer derartigen Untersuchung werden zwei Aufnahmen bzw. zwei Scans durchgefuhrt. Eine erste der beiden Aufnahmen ist eine native Aufnahme, die ohne Kontrastmittel durchgeführt wird, während zumindest eine zweite Aufnahme nach Zufuhr des Kontrastmittels, meist Jod, durchgeführt wird. Das Kontrastmittel reichert sich im Tumor vorübergehend an, wobei das nekrotische Gewebe kein Kontrastmittel aufnimmt, da es abgestorben ist. Häufig erfolgen nach der Kontrastmittelgabe sogar mehrere Aufnahmen in unterschiedlichen Anreicherungsphasen des Kontrastmittels im Gewebe, beispielsweise in einer arteriellen, einer venosen und in einer spätvenösen Phase, um so zusatzliche Informationen über das vitale Gewebe durch dessen Jodaufnahmeverhalten zu gewinnen.
Zur Bestimmung des nekrotischen Gewebes könnte eine Differenzbildung der auf Basis dieser Messungen gewonnenen Bilddatensätze durchgefuhrt werden. Hierzu werden die Werte der jeweiligen Bildpunkte der beiden Bilddatensatze voneinander subtrahiert. Unter einem Bildpunkt wird im Folgenden ein Voxel oder Pixel verstanden, je nachdem, ob es sich um dreidimensionale oder zweidimensionale Bilddaten handelt. Bei den Werten eines Bildpunkts handelt es sich dementsprechend im Rahmen der Erfindung beispielsweise wie ublich um Intensitätswerte, wie z. B. Hounsfield-Werte (Einheit HU), die ein Maß für die an diesem Bildpunkt aufgetretene Schwächung der Röntgenstrahlen sind. Dieses Subtraktionsverfahren erfordert allerdings eine exakte Ausrichtung und Anpassung der aufgenommenen Gewebeabschnitte bzw. des Tumorgewebes in den verschiedenen Bilddatensätzen zueinander. Da zwischen den beiden Aufnahmen eine gewisse Zeitdauer verstreicht, kann es in der Zwischenzeit zu Patientenbewegungen und/oder zu Deformationen des Tumorgewebes aufgrund der oft weichen Gewebestruktur kommen. Diese Gewebeverschiebungen konnen zwar meist durch eine nicht-rigide, also elastische, Registrierung ausgeglichen werden. Derartige Verfahren erfordern jedoch große Rechnerkapazitäten und liefern zudem leider nicht immer einwandfreie Ergebnisse. Daher wird dieses Verfahren in der klinischen Praxis kaum verwendet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Bildverarbeitungseinrichtung, ein Computertomographiesystem und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, das bei reduziertem Datenverarbeitungsaufwand verbesserte Ergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemaß dem Patentanspruch 1, eine Bildverarbeitungseinrichtung gemäß Patentanspruch 13 und ein Computertomographiesystem gemäß Patentanspruch 14 gelost.
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe in einem definierten Gewebebereich eines Untersuchungsobjekts erfolgt auf Basis eines den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes und eines den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes. Der den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassende Hochenergie-Bilddatensatz und der den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassende Niedrigenergie-Bilddatensatz wurden zuvor mittels Röntgenstrahlungsmessung mit unterschiedlicher Röntgenstrahlungsenergie nach einer Kontrastmittelgabe an das Untersuchungsobjekt aufgenommen bzw. beispielsweise durch an sich bekannte Rekonstruktionsverfahren, insbesondere Ruckprojektionen, aus den bei diesen Messungen erhaltenen Projektionsdatensatzen erzeugt.
Erfindungsgemaß wird zunächst ein virtuelles Kontrastmittelbild auf Basis des im ersten Schritt gewonnenen Hochenergie-Bilddatensatzes und Niedrigenergie-Bilddatensatzes gewonnen. Das Ermitteln eines virtuellen Kontrastmittelbildes sowie eines virtuellen Nativbildes aus Hochenergie-Bilddatensätzen und Niedrigenergie-Bilddatensatzen ist z. B. aus der DE 10 2006 009 222 B4 bekannt und daher dem Fachmann gelaufig. So ein virtuelles (reines) Kontrastmittelbild ist eine Darstellung nur des Gewebes im definierten Gewebebereich, welches vom Kontrastmittel durchsetzt ist, und kann somit beispielsweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Anteile von vitalem Gewebe im definierten Gewebebereich darstellen.
In einem weiteren Schritt wird der definierte Gewebebereich in einem auf dem Hochenergie-Bilddatensatz und/oder dem Niedrigenergie-Bilddatensatz basierenden Segmentierungs-Bilddatensatz segmentiert. Durch die Segmentierung werden die äußeren Grenzen des definierten Gewebebereichs, beispielsweise des Tumors, inklusive des nekrotischen und vitalen Gewebes bestimmt. Die Segmentierung erlaubt somit u. A. eine Bestimmung des gesamten Volumens des definierten Gewebebereichs. Prinzipiell kann der Segmentierungs-Bilddatensatz nur einfach aus dem Hochenergie-Bilddatensatz oder dem Niedrigenergie-Bilddatensatz bestehen, d. h. die Segmentierung des definierten Gewebebereichs kann unmittelbar im Hochenergie-Bilddatensatz oder im Niedrigenergie-Bilddatensatz erfolgen, wenn der Kontrast im Hochenergie- oder Niedrigenergie-Bilddatensatz dies erlaubt. Wie spater noch erlautert wird, ist es oft vorteilhaft, auf Basis des Hochenergie- und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes extra einen Segmentierungs-Bilddatensatz zu erzeugen, der einen besseren Kontrast als z. B. der Hochenergie-Bilddatensatz aufweist und daher das Segmentieren des Gewebebereichs erleichtert.
In einem nachfolgenden Schritt wird das Segmentierungsergebnis in das virtuelle Kontrastmittelbild zur Segmentierung des definierten Gewebebereichs im virtuellen Kontrastmittelbild ubertragen. Bei dem Segmentierungsergebnis handelt es sich um die Informationen, mit denen der definierte Gewebebereich in den Bilddaten genau bestimmbar bzw. festgelegter ist, z. B. um die Ortsinformationen über alle Bildpunkte (d. h. Voxel oder Pixel), die zum definierten Gewebebereich gehoren, oder um Informationen über die äußeren Grenzen des definierten Gewebebereichs. Somit sind nun dem Kontrastmittelbild zusätzlich zu den Informationen über die vom Kontrastmittel durchsetzten Gewebeabschnitte Informationen uber den kompletten definierten Gewebebereichs zugeordnet, d. h. der definierte Gewebebereich kann auch innerhalb des virtuellen Kontrastmittelbildes, welches ja selber nur das vitale Gewebe zeigt, eindeutig komplett identifiziert und im Rahmen der Segmentierung beispielsweise von den restlichen Bilddaten im virtuellen Kontrastmittelbild separiert werden.
Schließlich erfolgt eine Analyse von Werten von zum segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbildes gehörenden Bildpunkten zur Identifizierung von solchen Bildpunkten, die nekrotischem Gewebe zuzuordnen sind. D. h. es werden beispielsweise die Intensitätswerte aller Voxel bzw. Pixel, die innerhalb des segmentierten Bereichs im virtuellen Kontrastmittelbild liegen und daher eindeutig dem definierten Gewebebereich, z. B. dem Tumor, zuzuordnen sind, dahingehend ausgewertet, ob der Intensitätswert eine Zugehörigkeit des Voxel bzw. Pixels zu einem nekrotischen Gewebe oder zu einem vitalen Gewebe indiziert. Somit liegen als Ergebnis der Analyse zwei Gruppen von Bildpunkten in dem eindeutig dem definierten Gewebebereich zuzuordnenden segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbildes vor, die zum einen dem nekrotischen Gewebe und zum anderen dem vitalen Gewebe zugeordnet werden können.
Dieses Verfahren hat gegenüber dem herkommlichen Verfahren den Vorteil, dass keinerlei natives Bild als Referenzbild zu einem Kontrastmittelbild benötigt wird. Stattdessen werden lediglich die Bilddaten aus zwei Kontrastmittelmessungen mit unterschiedlichen Rontgenenergien verwendet. Die Messungen mit den unterschiedlichen Röntgenenergien konnen jedoch nahezu gleichzeitig oder zumindest sehr kurz aufeinanderfolgend durchgefuhrt werden, anders als die Aufnahmen für ein natives Bild und ein Kontrastmittelbild, zwischen denen eine Wartezeit einzuhalten ist, in der sich das Kontrastmittel im zu untersuchenden Gewebe anreichert. Eine aufwändige Registrierung der verwendeten Bilddatensatze aufeinander zur Vermeidung von Bewegungsartefakten ist folglich bei dem erfindungsgemaßen Verfahren nicht erforderlich. Dadurch wird nicht nur Rechenzeit eingespart, sondern das Ermittlungsverfahren auch weniger fehleranfällig und somit das Ergebnis qualitativ besser. Darüber hinaus ist die Gesamtdosis, der ein Patient einer solchen Messung ausgesetzt ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren meist geringer als bei den herkömmlichen Verfahren Wie bereits oben ausgeführt, ist das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Bewertung des Therapieerfolgs einer Tumorbehandlung besonders wertvoll. Dementsprechend umfasst der definierte Gewebebereich vorzugsweise ein Tumorgewebe bzw. wird durch einen abgrenzbaren Tumor gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Verwendung bei einer Tumor-Verlaufsuntersuchung beschränkt. Prinzipiell kann es sich bei dem definierten Gewebebereich um ein beliebiges räumlich und/oder funktional abgrenzbares Gewebeobjekt handeln, insbesondere auch ein Organ, wie z. B. Herz, Leber oder Lunge. Ebenso kann es sich bei dem definierten Gewebebereich auch um einen definierbaren Abschnitt bzw. einen funktionellen Teil eines Organs oder dergleichen handeln, wie zum Beispiel einen ganz bestimmten Herzmuskel, ein bestimmtes Blutgefaß etc.
Eine erfindungsgemäße Bildverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe in einem definierten Gewebebereich eines Untersuchungsobjekts umfasst dementsprechend folgende Komponenten:

– eine Bilddatensatz-Schnittstelle zum Einlesen eines den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes und eines den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes, welche mittels Röntgenstrahlungsmessungen mit unterschiedlichen Röntgenstrahlungsenergien nach einer Kontrastmittelgabe an das Untersuchungsobjekt erzeugt wurden;
– eine Kontrastmittelbild-Ermittlungseinheit, welche ausgebildet ist, um ein virtuelles Kontrastmittelbild auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes zu ermitteln.
– eine Segmentierungseinheit, welche ausgebildet ist, um den Gewebebereich in einem auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes und/oder Niedrigenergie-Bilddatensatzes erstellten Segmentierungs-Bilddatensatzes zu segmentieren. Diese Segmentierungseinheit kann im einfachsten Fall so ausgebildet sein, dass sie die Segmentierung je nach Auswahl im Hochenergie-Bilddatensatz oder im Niedrigenergie-Bilddatensatz durchführt. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann aber, beispielsweise als Teil der Segmentierungseinheit, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Segmentierungs-Bilddatensatz-Erzeugungseinheit aufweisen, welche es erlaubt, auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes und/oder des Niedrigenergie-Bilddatensatzes einen Segmentierungs-Bilddatensatz zu erzeugen, damit die Segmentierungseinheit hierauf die Segmentierung durchführt.
– Eine Referenzierungseinheit, welche ausgebildet ist, um ein Segmentierungsergebnis in das virtuelle Kontrastmittelbild zur Segmentierung des Gewebebereichs im virtuellen Kontrastmittelbild zu ubertragen und
– eine Analyseeinheit, welche ausgebildet ist, um eine Analyse von Werten von zum segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbilds gehörenden Bildpunkten zur Identifizierung von Bildpunkten durchzuführen, die nekrotischen Gewebe zuzuordnen sind.

Eine solche Bildverarbeitungseinrichtung kann Teil eines Computertomographiesystems sein, d. h. sie kann beispielsweise auf einem Steuer- oder Auswerterechner des Computertomographiesystems installiert sein. Dementsprechend gehort zur Erfindung auch ein Computertomographiesystem, vorzugsweise ein Dual-Source-Computertomographiesystem, mit einer derartigen Bildverarbeitungseinrichtung. Grundsätzlich kann eine solche Bildverarbeitungseinrichtung aber auch auf einer eigenständigen Rechnereinheit wie z. B. einer reinen Auswertungseinheit eines radiologischen Netzwerks oder dergl. realisiert sein, die beispielsweise mit einem Computertomographiesystem zur Datenubernahme verbunden ist oder in sonstiger Weise mit entsprechenden Daten versorgt werden kann.
Insbesondere konnen die Kontrastmittelbild-Ermittlungseinheit, die Segmentierungseinheit, ggf. die Segmentierungs-Bilddatensatz-Erzeugungseinheit, die Referenzierungseinheit und die Analyseeinheit jeweils als Softwaremodule auf einem geeigneten Rechner mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Auch die Bilddatensatz-Schnittstelle kann in Form von reiner Software realisiert sein, sofern nur eine Ubernahme der Hochenergie- und Niedrigenergie-Bilddatensätze aus anderen Programmeinheiten erforderlich ist. Grundsätzlich kann die Bilddatensatz-Schnittstelle aber auch als kombinierte Hardware-/Software-Schnittstelle realisiert sein, um eine externe Eingabe zu realisieren.
Die Erfindung umfasst somit auch ein Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer derartigen Bildverarbeitungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemaßen Verfahrens durchzufuhren. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon existierende Bildverarbeitungseinrichtungen, die zur Analyse entsprechender Bilddaten verwendet werden (beispielsweise geeignete Steuereinrichtungen von Computertomographiesystemen), durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um nach dem erfindungsgemaßen Verfahren zu arbeiten.
Die abhängigen Ansprüche und die weitere Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die Ansprüche einer – Kategorie auch analog den Ansprüchen einer anderen Kategorie weitergebildet sein können.
Prinzipiell konnen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Niedrigenergie-Bilddatensatz und ein Hochenergie-Bilddatensatz ubernommen werden, die beispielsweise bereits zuvor an einem Gerät gemessen wurden. Ebenso können auch ein bereits gemessener Niedrigenergie-Projektionsdatensatz und ein Hochenergie-Projektionsdatensatz ubernommen werden und im Rahmen des erfindungsgemaßen Verfahrens werden daraus die Bilddatensätze rekonstruiert. Die Ubernahme der Daten kann dabei beispielsweise uber ein Netzwerk erfolgen.
Bei einer Variante umfasst jedoch das erfindungsgemäße Verfahren selber die Aufnahmen des den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes und des den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes mittels Rontgenstrahlungsmessung mit unterschiedlichen Rontgenstrahlungsenergien nach der Kontrastmittelgabe an das Untersuchungsobjekt. D. h. das komplette Verfahren wird mit der Messung gestartet und anschließend erfolgt unmittelbar auf Basis der Messdaten, beispielsweise auf einer Steuereinrichtung des Computertomographen, die Ermittlung des Anteils an nekrotischem Gewebe im definierten untersuchten Gewebebereich. Eine „Rontgenstrahlungsenergie” wird bei solchen Messungen in der Regel durch einen definierten Wert angegeben, beispielsweise durch die Rontgenröhrenspannung (d. h. die Abzugsspannung für die Elektronen), auch wenn eine Röntgenstrahlungsenergie keinem diskreten Wert entspricht, sondern naturgemäß immer ein Energiespektrum mit einer gewissen Bandbreite um den angegebenen Wert umfasst. Typische Röntgenstrahlungsenergien fur eine Computertomographie-Dual-Energy-Messung liegen bei 80 kV für den Niedrigenergie-Bilddatensatz und 140 kV für den Hochenergie-Bilddatensatz.
Die Messungen mit den unterschiedlichen Energien erfolgen dabei sinnvollerweise in einem kurzen zeitlichen Abstand. Dabei wird unter kurzem zeitlichem Abstand ein Zeitraum verstanden, innerhalb dessen sich die Kontrastmittelkonzentration im Untersuchungsobjekt um maximal 5% andert.
Zur Aufnahme des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes kann im Prinzip ein beliebiges Computertomographiesystem verwendet werden.
Wie oben erwähnt, lasst sich das Verfahren besonders vorteilhaft dann anwenden, wenn die Zeitdauer zwischen der Messung des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes möglichst kurz ist, so dass zwischen dem Hochenergie-Bilddatensatz und dem Niedrigenergie-Bilddatensatz keine signifikanten Bewegungen des Untersuchungsobjekts bzw. zumindest des aufzunehmenden Teils des Untersuchungsobjekts auftreten. Dies kann z. B. dann gewahrleistet werden, wenn ein Computertomographiesystem eine Detektorbreite in Vorschubrichtung aufweist, die den ganzen definierten Gewebebereich, z. B. den Tumor, abdeckt. Mit einem derartigen Computertomographiesystem können dann unmittelbar nacheinander wahrend des Umlaufs der Röntgenquelle um die Tomographenlängsachse (die der Vorschubrichtung entspricht) nacheinander (in beliebiger Reihenfolge) die Hochenergie-Messung und die Niedrigenergie-Messung durchgeführt werden. Für eine Aufnahme eines zur Rekonstruktion eines Bilddatensatzes des definierten Gewebebereichs ausreichenden Projektionsdatensatzes ist bei einer solchen Detektorbreite nur ein Umlauf der Röntgenquelle um mindestens 180° zuzüglich des Fächerwinkels der Rontgenquelle erforderlich. Es kann dann nach Erfassen des ersten Projektionsdatensatzes von einer ersten Röntgenspannung auf die zweite Rontgenspannung umgeschaltet werden, um während des weiteren Umlaufs den zweiten Projektionsdatensatz zu messen. Zusammengefasst, erlaubt ein derartiger Detektor, dessen Breite den ganzen definierten Gewebebereich abdeckt, folglich eine Aufnahme beider Projektionsdatensätze in nur ca. eineinhalb Umdrehungen der Röntgenquelle. Somit werden sowohl der Hochenergie-Bilddatensatz als auch der Niedrigenergie-Bilddatensatz fast gleichzeitig gemessen.
Besonders bevorzugt erfolgt jedoch die Aufnahme des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes (beziehungsweise der zur Rekonstruktion dieser Bilddatensätze benotigten Projektionsdatensätze) in einem Dual-Source-Computertomographen mit zwei Rontgenquellen, wobei die Röntgenquellen gleichzeitig Röntgenstrahlen unterschiedlicher Rontgenstrahlungsenergie abstrahlen. D. h. eine erste der Röntgenquellen strahlt Rontgenstrahlen einer ersten Röntgenstrahlungsenergie ab und gleichzeitig strahlt eine zweite der Rontgenquellen Röntgenstrahlen einer zweiten, von der ersten Rontgenstrahlungsenergie verschiedenen, Röntgenstrahlungsenergie ab. Derartige Dual-Source-Computertomographen weisen zwei Strahler-/Detektorsysteme auf, die meist um einen Winkel von 90° winkelversetzt an der Gantry gemeinsam um die Tomographenlängsachse drehbar angeordnet sind. Die Aufnahme des Hochenergie-Bilddatensatzes und Niedrigenergie-Bilddatensatzes können also simultan erfolgen. Als Ergebnis liegen ein Hochenergie-Bilddatensatz und ein Niedrigenergie-Bilddatensatz vor, bei denen Differenzen aufgrund von Bewegungen des Untersuchungsobjekts nahezu ausgeschlossen sind, da die Registrierung der Bilddatensätze aufeinander bereits durch den Messvorgang selbst gegeben und perfekt ist. Prinzipiell ist auch die Verwendung von mehr als zwei Röntgenquellen moglich.
Zur Identifizierung von Bildpunkten, die nekrotischem Gewebe zuzuordnen sind, konnen verschiedene Kriterien und Parameter herangezogen werden.
Bei einer besonders einfachen und daher bevorzugten Variante wird eine Schwellwertanalyse hinsichtlich der Werte der zum segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbilds gewonnenen Bildpunkte durchgeführt. Dabei wird z. B. untersucht, ob die Werte, insbesondere Intensitätswerte, der Bildpunkte innerhalb des segmentierten Bereichs im virtuellen Kontrastmittelbild oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegen. In Abhangigkeit davon kann dann festgelegt werden, ob dieser Bildpunkt dem vitalen Gewebeanteil oder dem nekrotischen Gewebeanteil zuzuordnen ist.
In einer ersten, bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, dass für die Schwellwertanalyse ein Schwellwert vorab vorgegeben wird. Es kann sich dabei um einen fixen Schwellwert handeln, der vorab empirisch bestimmt und abgespeichert wurde. Alternativ ist es auch moglich, dass eine Bedienperson einen Schwellwert vorgibt, z. B. durch manuelle Eingabe. Beispielsweise kann gepruft werden, ob die Intensitatswerte der Bildpunkte z. B. im Bereich von 0 bis 10 HU liegen, was darauf hindeutet, dass diese Bildpunkte nicht von Kontrastmittel durchsetzten Gewebeabschnitten zuzuordnen sind und damit zu dem nekrotischen Gewebe gehören. Liegen hingegen die Hounsfield-Werte in einem Bereich von 10 HU oder darüber, deutet das darauf hin, dass die Bildpunkte Gewebeabschnitten zuzuordnen sind, die von Kontrastmittel durchsetzt sind und daher zu dem vitalen Gewebe im definierten Gewebebereich gehoren.
In einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Schwellwertanalyse wird der Schwellwert auf Basis der Werte der Bildpunkte des segmentierten Bereichs ermittelt. Somit werden also die gemessenen Werte der Bildpunkte zur Bestimmung des Schwellwerts herangezogen. Dies hat den Vorteil, dass offsetbedingte Verschiebungen der Werte aller Bildpunkte durch eine automatisch passende Wahl des Schwellwerts kompensiert werden können. Hierzu können beispielsweise die Werte der Bildpunkte im Rahmen der Schwellwertanalyse bestimmten Werteintervallen zugeordnet und anhand der Intervallgrenzen der beiden Wertebereiche ein Schwellwert bestimmt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird zur Analyse auf Basis der Werte der zum segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbilds gehörenden Bildpunkte ein Histogramm erstellt. In einem solchen Histogramm kann einfach über dem Bildpunktwert, z. B. dem Intensitätswert, die Anzahl der Bildpunkte aufgetragen werden, die diesen Bildpunktwert aufweisen. Dieses Histogramm kann auf einem Bildschirm graphisch dargestellt werden und einer Bedienperson beispielsweise die Bestimmung eines geeigneten Schwellwertes erleichtern.
Alternativ können – auch ohne grafische Darstellung des Histogramms – automatisch Wertintervalle für nekrotisches Gewebe, vitales Gewebe oder besonders bevorzugt ein einfacher Schwellwert zur Trennung von nekrotischem Gewebe und vitalen Gewebe bestimmt werden. Dies ist in der Regel durch eine einfache Suche und Analyse der Maxima und oder Minima im Histogramm möglich. Die automatisch bestimmten Wertintervalle bzw. der Schwellwert konnen auch zunachst einem Bediener zur Bestätigung oder ggf. Abänderung angezeigt werden. Bei der automatischen Histogramm-Analyse kann insbesondere auch festgestellt werden, ob sich die Daten zur Festlegung eines signifikanten Schwellwerts überhaupt eignen, d. h. ob eine sinnvolle Ermittlung des Anteils von nekrotischem Gewebe mit den vorliegenden Daten überhaupt möglich ist. Dies ist nur dann der Fall, wenn sich ein Schwellwert finden lässt, der eine moglichst eindeutige Zuordnung der Werte der Bildpunkte zu dem Werteintervall des nekrotischen Gewebes und zu dem Werteintervall des vitalen Gewebes erlaubt.
Eine graphische Darstellung des Histogramms erlaubt dem Bediener dabei eine zusatzliche Kontrolle.
Der Segmentierungs-Bilddatensatz kann – wie oben erwähnt – allein auf dem Hochenergie- oder Niedrigenergie-Bilddatensatz beruhen. Bevorzugt handelt es sich aber bei dem Segmentierungs-Bilddatensatz um einen sogenannten „Mixed-Bilddatensatz”, der durch eine gewichtete, bildpunktweise Addition von Werten der Bildpunkte aus dem Hochenergie-Bilddatensatz und dem Niedrigenergie-Bilddatensatz ermittelt wird. Dabei konnen zur Addition die Werte der Bildpunkte mit positiven oder negativen Gewichtungsfaktoren gewichtet werden. Wird einer der beiden Gewichtungsfaktoren negativ gewahlt, erfolgt eine Subtraktion von Werten der Bildpunkte der beiden Bilddatensätze voneinander. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden jedoch nur positive Gewichtungsfaktoren verwendet, um eine echte Addition der Werte der Bildpunkte zu erreichen und somit den Kontrast im Segmentierungs-Bilddatensatz zu verstarken, was die Segmentierung erleichtert. Dabei werden besonders bevorzugt Gewichtungsfaktoren gewahlt, die eine Gewichtung der Bildpunkte des Hochenergie- und/oder des Niedrigenergie-Bilddatensatzes mit einem Verhaltnis von 7/10 zu 3/10 bewirken. Wird beispielsweise der Hochenergie-Bilddatensatz mit einer Energie von 140 kV und der Niedrigenergie-Bilddatensatz mit einer Energie von 80 kV gemessen, ergibt sich im Mixed-Bilddatensatz durch die Gewichtung von 7/10 zu 3/10 ein Bildeindruck einer 120 kV-Messung. Dies vereinfacht die Segmentierung von Tumoren besonders, da die Standardprogramme zur onkologischen Befundung von Computertomographie-Bilddatensätzen bereits darauf ausgerichtet sind, Tumore in Bilddatensatzen, die mit 120 kV gemessen wurden, zu segmentieren. Der Vollstandigkeit halber sei erwähnt, dass abweichend von den genannten Werten auch andere kV-Werte zur Messung des Hochenergie- und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes verwendet werden können. Entsprechend konnen andere Gewichtsverhaltnisse Verwendung finden.
Vorzugsweise wird der Anteil an nekrotischem Gewebe des definierten Gewebebereichs in Bezug zum gesamten definierten Gewebebereich bestimmt. Hierbei wird das Verhaltnis des Volumens von nekrotischem Gewebe zum Gesamtvolumen des definierten Gewebebereichs bestimmt, z. B. als Prozentangabe, die angibt, wieviel Prozent des Volumens eines Tumors noch aus vitalem Gewebe besteht. Wird von einem konstanten Volumenanteil pro Bildpunkt (das heißt gleich großen Voxeln) ausgegangen, kann einfach die die Anzahl der beispielsweise mittels des Histogramms oder der Schwellwertanalyse dem nekrotischen Gewebe oder vitalen Gewebe zuzuordnenden Bildpunkte zur Gesamtzahl der Bildpunkte des segmentierten Volumens ins Verhältnis gesetzt werden.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird auf Basis der Analyse ein Bilddatensatz zumindest eines Teils des definierten Gewebebereichs erstellt, in dem solche Bildpunkte, die nekrotischem Gewebe zugeordnet sind, anders dargestellt werden als Bildpunkte des definierten Gewebebereichs, die vitalem Gewebe zugeordnet sind. Die Ausgabe dieses Bilddatensatzes kann dann an ein Ausgabegerät wie einem Bildschirm oder einem Drucker erfolgen und gibt einer Bedienperson einen unmittelbaren Überblick über die Lage von nekrotischem und vitalem Gewebe im definierten Gewebebereich. Die Informationen eines derartigen Bilddatensatzes reduzieren das Risiko, dass im Rahmen einer Biopsie unbeabsichtigt nekrotisches Gewebe entnommen wird. Außerdem erlaubt eine derartige Darstellung, wie auch die Darstellung eines Histogramms, eine bessere Beurteilung der Homogenität des definierten Gewebebereichs, z. B. eines Tumors. So kann beurteilt werden, ob der Tumor lediglich einen zusammenhängenden Bereich von vitalem Gewebe oder viele unabhangig voneinander existierende Bereiche mit vitalem Gewebe aufweist.
Das Verfahren erlaubt eine einfache und zuverlässige Bestimmung des Anteils von nekrotischem und vitalem Gewebe insbesondere eines Tumors und damit auch eine zuverlassige Beurteilung des Therapiefortschritts bei der Behandlung von Tumoren. Hierzu kann besonders bevorzugt eine wiederholte Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens in gewissen zeitlichen Intervallen durchgeführt werden, um die Zunahme des nekrotischen Gewebes und die Abnahme des Anteils vitalen Gewebes des Tumorgewebes zu dokumentieren.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausfuhrungsbeispielen noch einmal naher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Computertomographiesystems mit einer Bildverarbeitungseinrichtung,
2 ein Ablaufschema eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemaßen Verfahrens,
3 eine schematische Darstellung eines zu untersuchenden Gewebebereichs,
4 eine schematische Darstellung eines ausgewählten Gewebebereichs nach einer Segmentierung,
5 eine schematische Darstellung eines virtuellen Kontrastmittelbildes,
6 ein Beispiel für ein Histogramm zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren und
7 ein Beispiel für einen Bilddatensatz.
Bei dem in 1 gezeigten Röntgensystem handelt es sich um einen Dual-Source-Computertomographen 1. Dieser weist eine in einem Gantry-Gehäuse 6 untergebrachte, um eine Systemachse 9 rotierbare Gantry (nicht explizit dargestellt) auf, an der zwei Strahler-/Detektorsysteme 42, 44 winkelversetzt angebracht sind, welche jeweils durch eine Röntgenröhre 2, 4 und einen gegenuber an der Gantry angeordneten Detektor 3, 5 gebildet sind. Ein Untersuchungsobjekt 12, hier ein Patient, befindet sich auf einer entlang einer Systemachse 9 verfahrbaren Patientenliege 8 und kann auf dieser während der Untersuchung durch ein Messfeld im Bereich der Strahler-/Detektorsysteme 42, 44 geschoben werden.
Die Steuerung des Dual-Source-Computertomographen 1 und ggf. auch die Bildrekonstruktion kann durch eine ansonsten ubliche Steuereinrichtung 7 durchgeführt werden, die speziell zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Anteils von nekrotischem Gewebe ausgerüstet ist. Die Steuereinrichtung 7 weist hierzu zusätzlich eine erfindungsgemaß aufgebaute Bildverarbeitungseinrichtung 10 auf. Die Bildrekonstruktionseinrichtung 10 kann einen oder mehrere zusammenwirkende Speicher und Prozessoren aufweisen, um ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Anteils von nekrotischem Gewebe zu implementieren. Das heißt, die nachfolgend beschriebenen Komponenten der Bildverarbeitungseinrichtung 10 können zumindest teilweise in Form von Softwaremodulen realisiert sein. Dabei können auch Speicher und Prozessoren mitbenutzt werden, die ansonsten von der Steuereinrichtung 7 für andere Aufgaben, z. B. die Ansteuerung des Tomographen, verwendet werden.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 10 weist eine Bilddaten-Schnittstelle 24 auf, mit der ein Hochenergie-Bilddatensatz und ein Niedrigenergie-Bilddatensatz eingelesen werden können. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10 weist ferner eine Kontrastmittelbild-Ermittlungseinheit 26 auf, die auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes ein virtuelles Kontrastmittelbild (im Folgenden auch virtuelles „Jodbild” genannt) ermittelt. Die Bildverarbeitungseinrichtung 10 umfasst weiter eine Segmentierungseinheit 28, mit der eine Segmentierung des definierten Gewebebereichs in einem auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes erstellten Segmentierungs-Bilddatensatz durchgeführt werden kann. Des Weiteren weist die Bildverarbeitungseinrichtung 10 – als eine Variante einer Segmentierungs-Bilddatensatz-Erzeugungseinheit – eine Additionseinheit 64 zur bildpunktweisen Addition von Werten des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes auf. Als weitere Einheit weist die Bildverarbeitungseinrichtung 10 eine Referenzierungseinheit 30 auf, mit der ein Segmentierungsergebnis in das virtuelle Kontrastmittelbild zur Segmentierung des Gewebebereichs im virtuellen Kontrastmittelbild 20 übertragen werden kann. Schließlich umfasst die Bildverarbeitungseinrichtung 10 eine Analyseeinheit 32, mit der eine Analyse von Werten von zum segmentierten Bereich des virtuellen Kontrastmittelbilds gehörenden Bildpunkten zur Identifizierung von Bildpunkten durchgeführt werden kann, die nekrotischem Gewebe zuzuordnen sind.
Bei der Messung des Hochenergie-Bilddatensatzes und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes werden die Röntgenrohren 2, 4 der Strahler-/Detektorsysteme 42, 44 mit unterschiedlichen Rontgenstrahlungsenergien, d. h. unterschiedlichen Röntgenspannungen, betrieben. Zum Beispiel wird die Röntgenrohre 2 des ersten Systems 42 mit 140 kV und die Röntgenröhre 4 des zweiten Systems 44 mit 80 kV betrieben.
Durch den Umlauf der beiden Strahler-/Detektorsysteme 42, 44 um das Untersuchungsobjekt 12 werden Projektionsdatensätze in Form von Sinogrammen erzeugt. Durch eine übliche – und daher hier nicht näher erlauterte – gefilterte Rückprojektion bzw. Rekonstruktion können aus solchen Projektionsdatensätzen bzw. Sinogrammen jeweils ein Hochenergie-Bilddatensatz und ein Niedrigenergie-Bilddatensatz vom Inneren des Untersuchungsobjekts 12 nach einer Kontrastmittelgabe an das Untersuchungsobjekt erzeugt werden.
Der Hochenergie-Bilddatensatz und der Niedrigenergie-Bilddatensatz sind in der Regel dreidimensionale Volumendaten, wobei diese je nach Aufnahme und Rekonstruktionstechnik auch durch einen Stapel von zweidimensionalen Schichtbildern gebildet werden konnen.
Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2 bis 5 ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens detailliert erläutert.
Untersucht werden soll ein Organ 66 mit einem ausgewählten definierten Gewebebereich 16, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Tumor 16 handelt, der durch eine Tumorgrenze 54 begrenzt ist (siehe 3). Der Tumor 16 weist hier einen Anteil an nekrotischem Gewebe 14 auf, das von einem außeren Rand von vitalem Gewebe 18 umgeben ist (in 4 dargestellt).
Vor Beginn der eigentlichen Untersuchung erfolgt eine Kontrastmittelgabe KM (siehe 2), ublicherweise eines jodhaltigen Mittels, an das Untersuchungsobjekt 12 (siehe 1). Nach der Kontrastmittelgabe KM sammelt sich das Kontrastmittel im vitalen Gewebe 18 des Tumors 16 an. Das nekrotische Gewebe 14 hingegen wird im Unterschied zum vitalen Gewebe 18 nicht durchblutet, so dass sich in dem Bereich des nekrotischen Gewebes 14 kein oder allenfalls nur sehr wenig Kontrastmittel ansammelt.
In einem ersten Schritt (siehe 2) wird dann eine Dual-Energy-Messung DE durchgefuhrt, die eine erste Aufnahme AU_H mit hoher Rontgenenergie und eine zweite Aufnahme AU_N mit niedriger Röntgenenergie umfasst. Bei der Aufnahme AU_H wird z. B. die erste Röntgenröhre 2 mit einer Rontgenspannung von 140 kV, bei der Aufnahme AU_N die zweite Röntgenröhre 4 mit einer Röntgenspannung von 80 kV beaufschlagt.
Während der Dual-Energy-Messung DE werden wie oben beschrieben Projektionsdatensätze gemessen, die zur Bildverarbeitungseinrichtung 10 übertragen werden (siehe 1). Diese Projektionsdaten 56 werden einer Rekonstruktion RE unterzogen, so dass als Ergebnis der Rekonstruktion RE ein Hochenergie-Bilddatensatz 46 und ein Niedrigenergie-Bilddatensatz 48 vorliegen.
Der Hochenergie-Bilddatensatz 46 und der Niedrigenergie-Bilddatensatz 48 werden in einem weiteren Schritt einer gewichteten Addition AD unterzogen, um einen Mixed-Bilddatensatz 22 als Segmentierungs-Bilddatensatz 22 zu erzeugen. Dies erfolgt in einer Additionseinheit 64 der Bildverarbeitungseinrichtung 10. Dabei wird als Gewichtungsfaktor für die Bildwerte des Hochenergie-Bilddatensatzes 46 ein Faktor von 7/10 und für die Bildwerte des Niedrigenergie-Bilddatensatzes 48 ein Faktor von 3/10 gewählt. Die so erzeugten Intensitätswerte der Bildpunkte des Segmentierungs-Bilddatensatzes 22 entsprechen somit Bildwerten, die man mit einer Messung eines Energie-Bilddatensatzes mit einer Röntgenspannung von 120 kV erhalten würde.
In einem weiteren Schritt erfolgt eine Segmentierung SE des Tumors 16 im Mixed-Bilddatensatz 22. Dies kann händisch von einer Bedienperson durchgefuhrt werden, oder es werden hierzu geeignete Bildverarbeitungsprogramme verwendet. Da der Mixed-Bilddatensatz 22 einem 120 kV-Bilddatensatz entspricht, kann hierzu ein in der Onkologie ubliches Programm zur Segmentierung von Tumoren verwendet werden, welches beispielsweise mit einer markierungsbasierten Segmentierung arbeitet. Hierzu kann der Bediener zum Beispiel mit einem Mauszeiger einen „Stroke” (eine beliebige Diagonale über den Tumor) in den auf einem Bildschirm einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigten Bilddaten einzeichnen. Anhand der Hounsfield-Werte der durch den Stroke markierten Bildpixel werden dann automatisch Parameter bestimmt, mit deren Hilfe dann die automatische Segmentierung erfolgt. Die Segmentierungseinheit 28 der Bildverarbeitungseinrichtung 10 kann dementsprechend als Programmmodul mit einem Zugriff auf eine geeignete Benutzerschnittstelle realisiert sein.
Das Segmentierungsergebnis 40 der Segmentierung SE beschreibt die Grenzen des Tumors 16 bzw. enthalt die Ortsinformationen über alle zum Tumor 16 gehörenden Voxel innerhalb der bei der Segmentierung identifizierten Grenzen des Tumors 16. In 4 ist schematisch ein Bild des aus dem Mixed-Bilddatensatz segmentierten Tumors 16 dargestellt. In diesem Mixed-Bild ist das nekrotische Gewebe 14 nicht optimal vom vitalen Gewebe 18 unterscheidbar.
In einem weiteren Schritt ER wird aus dem Hochenergie-Bilddatensatz 46 und dem Niedrigenergie-Bilddatensatz 48 in bekannter Weise ein virtuelles Kontrastmittelbild 20 als virtuelles Jodbild 20 erzeugt. Dies erfolgt in der Kontrastmittel-Ermittelungseinheit 26 der Bildverarbeitungseinrichtung 10 (siehe 1). In diesem Jodbild 20 werden an den einzelnen Bildpunkten die reinen Jodintensitatswerte dargestellt, d. h. nicht durchblutetes Gewebe hat in diesem Jodbild einen Hounsfieldwert von ca. 0 HU.
Das Segmentierungsergebnis 40 aus 4 wird dann in einem weiteren Schritt UE in das virtuelle Kontrastmittelbild 20 übertragen. Dies wird von der Referenzierungseinheit 30 der Bildverarbeitungseinrichtung 10 durchgeführt. Als Ergebnis dieses Schritts UE liegt nun im virtuellen Jodbild 20 ein segmentierter Bereich 34 vor, der den Anteil von nekrotischem Gewebe 14 und den Anteil von vitalem Gewebe 18 einschließt. Ein Bild des segmentierten Tumors im Jodbild 20 ist in 5 dargestellt. Da sich im vitalen Gewebe 18 das jodhaltige Kontrastmittel angesammelt hat, weisen die Bildpunkte in diesem Bereich höhere Werte, d. h. Intensitats- oder Hounsfield-Werte, als im nekrotische Gewebes 14 auf, bei dem die Hounsfield-Werte nahe 0 HU sind.
Eine Analyseeinheit 32 der Bildverarbeitungseinrichtung 10 analysiert nun die Werte von Bildpunkten, die zum segmentierten Bereich 34 des virtuellen Jodbilds 20 gehoren, um Bildpunkte zu identifizieren, die nekrotischem Gewebe 14 zuzuordnen sind.
Zur Auswertung wird in einem Schritt „Analysieren” AN ein Histogramm 38 durch die Analyseeinheit 32 erstellt, wie es beispielsweise 6 zeigt. Das Histogramm 38 gibt eine Verteilung verschiedener Intensitätswerte entsprechend ihrer Häufigkeit an. Hierzu werden einfach alle Bildpunkte mit einem identischen Hounsfield-Wert, bzw. mit einem Hounsfield-Wert in einem bestimmten Wertebereich, aufsummiert. Es ist unmittelbar erkennbar, dass das Histogramm 38 zwei große Werteintervalle 50, 52 aufweist. Da sich in nekrotischem Gewebe 14 kaum oder gar nicht Kontrastmittel ansammelt, verteilen sich die Bildpunkte des nekrotischen Gewebes 14 um 0 HU. Bildpunkte des nicht nekrotischen, vitalen Gewebeanteils 18 weisen Intensitätswerte oberhalb von 10 Hu auf.
Somit weist die Werteverteilung des Histogramms 38 zwei Maxima 58, 60 auf, die in etwa in der Mitte der jeweiligen Werteintervalle 50, 52 liegen. Anhand dieses Histogramms 38 und der Werteverteilung in den beiden Wertebereichen 50, 52 kann die Analyseeinheit 32 in einem Schritt einer Schwellwertanalyse SW einen Wert fur einen Schwellwert 36 bestimmen. Hierbei handelt es sich um den HU-Wert, an dem sich das Minimum zwischen den beiden Maxima 58, 60 befindet. Alle diese Werte lassen sich mit gängigen Algorithmen in den Histogrammdaten sehr einfach automatisch finden. Der Schwellwert 36 erlaubt dann eine Zuordnung der Bildpunkte zum nekrotischen Gewebeanteil 14 und zum vitalen Gewebeanteil 18.
Somit ist auch eine einfache Bestimmung des Anteils von nekrotischem Gewebe 14 im Tumor 16 durch die Analyseinheit 32 möglich, was in 2 in einem Schritt BE erfolgt. Hierzu wird einfach die Anzahl der Bildpunkte, d. h. Voxel oder Pixel, der jeweiligen Werteintervalle 50, 52 durch die Analyseeinheit 32 abgezahlt. Dabei entspricht die Summe aller Bildpunkte in den beiden Werteintervallen 50, 52 dem Gesamtvolumen des Tumors 16, während die Anzahl der Voxel im nekrotischen Wertebereich 52 dem Volumen des nekrotischen Gewebeanteils 14 entspricht. Werden beide Zahlenwerte nun zueinander ins Verhältnis gesetzt, so ist das Ergebnis eine Angabe in Prozent des Anteils von nekrotischem Gewebe 14 des Tumors 16.
Alternativ kann im Schritt BE der Anteil von nekrotischem Gewebe 14 des Tumors 16 durch die Analyseeinheit 32 auch ohne Verwendung eines Histogramms 32 bestimmt werden, sondern unter Verwendung eines Schwellwerts, der empirisch bestimmt und dann fix vorgegeben wurde. Es werden dann die Gesamtanzahl der Voxel des Tumors 16 und die Anzahl der Voxel, deren Werte, d. h. Intensitätswerte, oberhalb des Schwellwerts 36 liegen und daher zum vitalen Gewebe 18 gehoren, bestimmt und zueinander ins Verhältnis gesetzt.
Optional kann in einem Schritt „Bilddatensatzerzeugen” BD die Analyseeinheit 32 einen Bilddatensatz 62 erzeugen, in dem die Bereiche mit nekrotischem Gewebe 14 optisch anders dargestellt werden als Bereiche mit vitalem Gewebe 18.
Auch hierzu sind die Informationen erforderlich, um festzulegen, welche Bildpunkte zu nekrotischem Gewebe und welche zu vitalem Gewebe 18 gehören. Prinzipiell ist es möglich, dass die Analyseeinheit 32 hierfür im Schritt BD wieder auf den Schwellwert 36 zurückgreift, der schon im Schritt BE verwendet wurde. Der Schwellwert 36 kann also wie schon beschrieben unter Verwendung eines Histogramms 38 bestimmt worden sein, oder es wird ein empirisch bestimmter und dann fix vorgegebener Schwellwert 36 verwendet. Die Bildpunkte können dann je nachdem, ob ihr Wert oberhalb oder unterhalb des Schwellwerts liegt, in einer Bildschirmansicht z. B. farblich gekennzeichnet werden.
Entsprechend können dann fur eine graphische Darstellung die Voxel oder Pixel des Bilddatensatzes 62, die zu dem jeweiligen Werteintervall 50, 52 gehören, durch unterschiedliche Farbgebung oder durch Zuordnung von unterschiedlichen Grauwerten graphisch gekennzeichnet werden. Ein Beispiel für einen solchen, nur den segmentierten Tumor zeigenden Teil eines markierten Bilddatensatzes ist schematisch in 7 verdeutlicht, wobei hier einfach nekrotisches Gewebe 14 und vitales Gewebe 18 unterschiedlich schraffiert dargestellt sind.
Eine solche markierte Darstellung kann jedoch vorzugsweise wieder in dem kompletten Mixed-Bilddatensatz oder einem anderen Gesamtbild erfolgen, so dass dem Betrachter die räumliche Anordnung und Ausdehnung der nekrotischen Bereiche 14 und des vitalen Gewebes 18 des Tumors innerhalb der gesamten Anatomie gezeigt wird. Dies erleichtert es z. B., sicherzustellen, dass bei einer Biopsie nur vitales Gewebe 18 entnommen wird.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Anspruche vorgegeben ist. Beispielsweise können bei den oben beschriebenen Verfahrensabläufen Verfahrensschritte, die parallel durchzuführend angegeben sind, ggf. auch in anderer Reihenfolge nacheinander durchgeführt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006009222 B4 [0009]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Anteils von nekrotischem Gewebe (14) in einem definierten Gewebebereich (16) eines Untersuchungsobjekts (12) auf Basis eines den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und eines den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48), mit folgenden Schritten: – Ermitteln (ER) eines virtuellen Kontrastmittelbildes (20) auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48), – Segmentieren (SE) des Gewebebereiches (16) in einem auf dem Hochenergie-Bilddatensatz (46) und/oder dem Niedrigenergie-Bilddatensatz (48) basierenden Segmentierungs-Bilddatensatz (22), – Übertragen (UE) eines Segmentierungsergebnisses (40) in das virtuelle Kontrastmittelbild (20) zur Segmentierung des Gewebebereichs (16) im virtuellen Kontrastmittelbild (20), und – Durchführen einer Analyse (AN) von Werten von zum segmentierten Bereich (34) des virtuellen Kontrastmittelbildes (20) gehorenden Bildpunkten zur Identifizierung von Bildpunkten, die nekrotischem Gewebe (14) zuzuordnen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Verfahrens Aufnahmen (AU_H, AU_N) des den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und des den Gewebebereich des Untersuchungsobjekts umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48) mittels Röntgenstrahlungsmessung mit unterschiedlichen Rontgenstrahlungsenergien nach einer Kontrastmittelgabe (KM) an das Untersuchungsobjekt (12) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (AU_H, AU_N) des Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48) in einem Dual-Source-Computertomographen (1) mit zwei Röntgenquellen (2, 4) durchgeführt werden, wobei die Röntgenquellen (2, 4) gleichzeitig Röntgenstrahlungen unterschiedlicher Energien abstrahlen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung von Bildpunkten, die nekrotischem Gewebe (14) zuzuordnen sind, eine Schwellwertanalyse (SW) hinsichtlich der Werte der zum segmentierten Bereich (34) des virtuellen Kontrastmittelbildes (20) gehörenden Bildpunkte durchgefuhrt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schwellwertanalyse (SW) ein Schwellwert (36) vorab vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert (36) für die Schwellwertanalyse (SW) auf Basis der Werte der Bildpunkte des segmentierten Bereichs (34) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse (AN) auf Basis der Werte der zum segmentierten Bereich (34) des virtuellen Kontrastmittelbildes (20) gehörenden Bildpunkte ein Histogramm (38) erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (36) auf Basis des Histogramms (38) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Segmentierungs-Bilddatensatz (22) ein Mixed-Bilddatensatz ist, der durch gewichtete, bildpunktweise Addition (AD) von Werten der Bildpunkte aus dem Hochenergie-Bilddatensatz (46) und dem Niedrigenergie-Bilddatensatz (48) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von nekrotischem Gewebe (14) des definierten Gewebebereichs (16) in Bezug zum gesamten definierten Gewebebereich (16) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Analyse (AN) ein Bilddatensatz (62) zumindest eines Teils des definierten Gewebebereichs (16) erstellt wird, in dem Bildpunkte, die nekrotischem Gewebe (14) zugeordnet sind, anders dargestellt werden als Bildpunkte des definierten Gewebebereichs (16), die vitalem Gewebe (18) zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Gewebebereich (16) ein Tumorgewebe umfasst.
Bildverarbeitungseinrichtung (10) zur Ermittlung eines nekrotischen Anteils (14) in einem definierten Gewebebereich (16) eines Untersuchungsobjekts (12) mit folgenden Komponenten: – eine Bilddatensatz-Schnittstelle (24) zum Einlesen eines den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und eines den Gewebebereich (16) des Untersuchungsobjekts (12) umfassenden Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48), welche mittels Röntgenstrahlungsmessungen mit unterschiedlichen Röntgenstrahlungsenergien nach einer Kontrastmittelgabe (KM) an das Untersuchungsobjekt (12) erzeugt wurden, – eine Kontrastmittelbild-Ermittlungseinheit (26), welche ausgebildet ist, um ein virtuelles Kontrastmittelbild (20) auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und des Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48) zu ermitteln, – eine Segmentierungseinheit (28), welche ausgebildet ist, um den Gewebebereich (16) in einem auf Basis des Hochenergie-Bilddatensatzes (46) und/oder des Niedrigenergie-Bilddatensatzes (48) erstellten Segmentierungs-Bilddatensatz (22) zu segmentieren, – eine Referenzierungseinheit (30), welche ausgebildet ist, um ein Segmentierungsergebnis (40) in das virtuelle Kontrastmittelbild (20) zur Segmentierung des Gewebebereichs (16) im virtuellen Kontrastmittelbild (20) zu übertragen, und – eine Analyseeinheit (32), welche ausgebildet ist, um eine Analyse von Werten von zum segmentierten Bereich (34) des virtuellen Kontrastmittelbilds (20) gehörenden Bildpunkten zur Identifizierung von Bildpunkten durchzufuhren, die nekrotischem Gewebe (14) zuzuordnen sind.
Computertomographiesystem, insbesondere Dual-Source-Computertomographiesystem (1), mit einer Bildverarbeitungseinrichtung (10) nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Bildverarbeitungseinrichtung (10) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Anspruche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm in der Bildverarbeitungseinrichtung (10) ausgefuhrt wird.