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Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Darstellen von Kontrastmitteln in Gefäßen in einem Gewebeabschnitt, der einen Tumor aufweist, sowie ein Röntgengerät, mit dem ein derartiges Verfahren ausführbar ist und die entsprechenden Bildergebnisse angezeigt werden können. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches das Verfahren implementiert, sowie einen Datenträger mit gespeichertem Computerprogrammprodukt.
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Die transarterielle Chemoembolisation ist ein minimal-invasives, radiologisches Verfahren zur Behandlung inoperabler Tumore. Bei einem derartigen Verfahren, welches in einer Angiographie durchgeführt wird, wird die Verabreichung von mehreren Medikamenten wie z. B. eines Chemotherapeutikums mit einer vorhergehenden oder gleichzeitigen gezielten Verstopfung – was auch als Embolisation bezeichnet wird – von Arterien mittels kleiner, beispielsweise fettartiger, Teilchen kombiniert. Vor einer Chemoembolisation muss allerdings der die Intervention durchführende Radiologe durch Aufnahme mit arteriell verabreichtem Kontrastmittel sicherstellen, dass das zuführende Gefäß (Arterie), durch welches das Chemoembolisat appliziert werden soll, kein anderes Gewebe außerhalb des Tumors versorgt. Anderenfalls würde das Chemoembolisat diesem außerhalb des Tumors liegenden, gesunden Gewebe einen Schaden zufügen.
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Um dies zu vermeiden, macht der die Intervention durchführende Radiologe im Regelfall eine auch als DSA-Röntgenbildaufnahme bezeichnete Subtraktionsangiographie unter Verabreichung eines Kontrastmittels, um die Gefäßstruktur visuell beurteilen zu können. DSA steht für die Digital Subtraction Angiography. Anhand dieser Aufnahmen ist es häufig jedoch nicht einfach, fehlerfreie Rückschlüsse zu ziehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besseres Verfahren sowie ein entsprechendes Röntgengerät zur Verfügung zu stellen, mit dem Gefäße in einem einen Tumor aufweisenden Gewebeabschnitt in der Weise besser dargestellt werden könnten, dass ein Radiologe möglichst gute Rückschlüsse daraus als Grundlage für sein weiteres Vorgehen ziehen kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem computerimplementierten Verfahren zum Darstellen von Kontrastmitteln in Gefäßen eines einen Tumor aufweisenden Gewebeabschnitts gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine DSA-Röntgenbildaufnahme des Gewebeabschnitts bereitgestellt. Unter ”Bereitstellen” wird hierbei unter anderem verstanden, dass eine derartige DSA-Röntgenbildaufnahme aus einem Archiv abgerufen wird, sofern sie dort gespeichert ist, oder dass diese DSA-Röntgenbildaufnahme im Zuge des Verfahrens erst hergestellt wird. Danach werden das Tumorareal, das den Tumor enthält, und ein als Außenareal bezeichnetes Areal um dieses Tumorareal herum segmentiert. Schließlich wird das Kontrastmittel in Gefäßen des Außenareals dadurch visualisiert, dass zunächst diejenigen Gefäße im Außenareal ermittelt werden, die von Kontrastmitteln durchflossen werden, und die ermittelten Gefäße dann geeignet markiert werden. Dadurch kann der behandelnde Radiologe dann besser feststellen, welche Gefäße von Kontrastmitteln durchflossen sind. Diese von Kontrastmitteln durchflossenen Gefäße werden dann gegebenenfalls zu verschließen sein, bevor ein Chemotherapeutikum appliziert wird.
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Sobald der behandelnde Radiologe somit durch Anwendung der erfindungsgemäßen Bilddarstellung erkennt, dass die Strömungssituation in den ihn interessierenden Gefäßen nicht zufriedensteilend ist – was unter anderem an der Lage des Katheters liegen kann, der das Kontrastmittel und/oder das Chemoembolisat oder auch nur das Chemotherapeutikum verabreichen soll –, kann er dementsprechend eingreifen und entsprechende medizinischen Maßnahmen treffen, wie beispielsweise die Verlagerung des Katheters oder den Abbruch der begonnenen Behandlung, bei der beispielsweise eine Chirurgie erforderlich ist. Diese medizinischen Maßnahmen sind jedoch nicht Gegenstand der Erfindung, sondern dienen lediglich der Erläuterung, in welchem Umfeld sie eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit zweidimensionaler als auch mit dreidimensionaler Röntgenbildaufnahme durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der zeitliche Verlauf der Strömung des Kontrastmittels visualisiert, indem diejenigen Gefäße im Außenareal markiert werden, die zeitlich nach dem Tumor von Kontrastmitteln durchflossen werden. Diese Variante wird somit vorzugsweise in Verfahren eingesetzt, bei denen es gut möglich ist, mehrere Aufnahmen unter Kontrastmittelgabe anfertigen zu können, um den zeitlichen Verlauf der Strömung des Kontrastmittels zu erfassen. Üblicherweise dauert es fünf bis acht Sekunden, bis sich das verabreichte Kontrastmittel in den Gefäßen ziemlich gleichmäßig verteilt hat. Bei einer zweidimensionalen Tomographie können sehr viele Aufnahmen in sehr kurzer Zeit (ca. 30 pro Sekunde) erstellt werden, was eine hochpräzise Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Strömung des Kontrastmittels ermöglicht. Selbst bei einer (dreidimensionalen). Computertomographie können mehrere Aufnahmen in relativ enger zeitlicher Abfolge erstellt werden, da eine derartige Aufnahme typischerweise nur etwa eine Sekunde benötigt. Diese dreidimensionalen Datensätze können auch zu einem vierdimensionalen Datensatz zusammengefasst werden.
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Das Markieren der ermittelten, kontrastmittelführenden Gefäße im Außenareal kann beispielsweise mittels Anwendung unterschiedlicher Farben, Überlagerung von entsprechenden Symbolen wie Kreisen oder Dreiecken oder entsprechenden Texturen erfolgen.
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Ein besonders geeignetes Verfahren zur Visualisierung der Strömung des Kontrastmittels stellt das sogenannten iFlow-Verfahren dar. Beim iFlow-Verfahren wird bei jedem der aufgenommenen Bilder ein einzelnes Pixel betrachtet und der Zeitpunkt ermittelt, zu dem dessen Intensität maximal wird. Dieser Zeitpunkt wird dann für ein entsprechendes Mapping auf eine Farbskala verwendet. Dieser Vorgang wird dann für alle weiteren Pixel der Bilder wiederholt. Am Ende ergibt sich dadurch in einem einzigen Bild eine farbliche Darstellung darüber, welche Bereiche zu welchem Zeitpunkt maximal von Kontrastmitteln durchflossen sind. So stellen beispielsweise rote Bereiche die zuerst durchflossenen Abschnitte dar, während blaue Bereiche, die zuletzt von Kontrastmitteln durchflossenen Abschnitte sind. Das iFlow-Verfahren kann auch bei dreidimensionalen Bildern angewendet werden, wobei die vorstehend beschriebenen Schritte dann jeweils auf Voxel anzuwenden sind. Weitere Informationen zum iFlow-Verfahren sind u. a. der
Pressemitteilung der Siemens AG "Siemens setzt neuen Standard in der Subtraktionsangiographie" vom 13. Mai 2009 und der
Broschüre der Siemens AG, Medical Solutions, Angiography, Fluoroscopic and Radiographic Systems "syngo iFlow/Dynamic Flow Evaluation/Answers for life.", Druckzeichen CC AX WS 12081.5|© 12.2008, zu entnehmen.
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Bei mit zweidimensional aufgenommenen Bildern durchgeführten Verfahren kann es von Vorteil sein, eine weitere Maßnahme zur Evaluierung dahingehend auszuführen, ob markierte Gefäße außerhalb oder innerhalb des Tumors verlaufen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn nicht ermittelt werden kann, ob diese Gefäße ”hinter” oder ”vor” dem Tumor an diesem vorbeilaufen. Eine solche weitere Evaluierungsmaßnahme kann mit Vorteil eine sogenannte Slab-3-D-Röntgenaufnahme des Gewebeabschnitts zur Erzielung einer Quasi-3-D-Darstellung sein, bei der die Kollimatoren des Röntgenstrahlers als Filter bzw. Blenden eingesetzt werden und dadurch die Röntgenstrahlung auf das Tumorareal mit einem kleinen Umfeld darum herum kollimiert werden. Dies ermöglicht eine Begrenzung der applizierten Röntgendosis.
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Bei markierten Gefäßen, bei denen der Verlauf innerhalb oder außerhalb des Tumors nicht klar ist, kann als weitere Evaluierungsmaßnahme bei zweidimensionaler Röntgenbildaufnahme mit Vorteil eine weitere 2-D-Röntgenbildaufnahme unter einer anderen Angulation wie beispielsweise um 30° oder 90° versetzt erfolgen. Sofern mindestens zwei weitere Röntgenaufnahmen bei verschiedenen Angulationen ausgeführt werden, kann vorzugsweise unter Verwendung des sogenannten IZ3D-Verfahrens eine 3-D-Visualisierung erzielt werden, die eine quasi dreidimensionale Approximation ermöglicht. Dabei werden die (zweidimensionalen) Projektionsbilder aus bekannten Angulationen übereinander gelegt und daraus eine neue Winkeldarstellung gewonnen.
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Es gibt auch Fälle, in denen nur eine einzige DSA-Röntgenbildaufnahme erstellt werden kann, beispielsweise weil die Verweildauer des Kontrastmittels in den Gefäßen nicht für eine weitere Aufnahme ausreicht. Ein Beispiel hierfür ist eine Aufnahme mit einem C-Bogen-Gerät für die Angiographie, bei dem eine Aufnahme typischerweise zwischen fünf und 20 Sekunden dauert. In diesen Fällen kann es von Vorteil sein, die mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße im Außenareal anhand von HU-Werten und/oder durch Histogrammanalyse in einem Bereich in der Nähe des Tumors zu ermitteln. Vorzugsweise werden dabei die mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße im Außenareal farbig markiert. In diesen Fällen ist somit keine Darstellung des Zeitverlaufs möglich. Der Ausdruck HU-Werte steht dabei für ”Hounsfield Units”, welche Grauwerte eines Röntgenbilds, beispielsweise eines CT-Bilds, angeben.
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Für einen die entsprechende Bilddarstellung betrachtenden Radiologen bietet es einen Vorteil, dasjenige Gefäß gesondert zu kennzeichnen, das sich zwischen einem in dem Gefäß befindlichen Katheter und dem Tumorareal befindet, da er somit überprüfen kann, ob die getroffenen Annahmen für die beabsichtigte Behandlung wie beispielsweise das Setzen des Katheters in gerade dieses und kein anderes Gefäß, richtig sind. Somit handelt es sich hierbei um die Erleichterung einer Plausibilitätsprüfung.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung kann darin bestehen, dass computergestützt und automatisch ermittelt werden kann, ob die aktuelle Lage des Katheters zum Applizieren des Chemoembolisats geeignet ist, oder ob gegebenenfalls auch gesundes Gewebe mit dem Chemoembolisat in Kontakt käme. Diese Ermittlung kann dadurch erfolgen, dass computergestützt die Lage der Spitze eines in einer Arterie befindlichen Katheters ermittelt und anschließend überprüft wird, ob eine Verbindung zwischen dieser Spitze und dem Tumor vorhanden ist. Da der Tumor bereits segmentiert wurde und die aktuelle Position der Katheterspitze bekannt ist, kann eine existierende Verbindung dadurch nachgewiesen werden, indem ein entsprechendes Verfahren einen Weg findet bzw. angeben kann, die Katheterspitze und den Tumor zu verbinden. Dies kann beispielsweise mittels eines sogenannten Region-Growing-Verfahrens durchgeführt werden. Dazu kann beispielsweise eine Histogramm-basierte Schwellwertsegmentierung des Datensatzes durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass nach dieser Schwellwertsegmentierung nur noch solche Voxel in dem Datensatz vorhanden sind, deren Grauwerte größer als ein Grenz-Grauwert sind. Dies ermöglicht es dem behandelnden Radiologen, ein zusätzliches Kriterium für seine Entscheidung heranzuziehen, ob er die Behandlung in der geplanten Weise fortführen oder entsprechend abändern möchte.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird ferner mit einem Computerprogrammprodukt bzw. Computerprogramm gemäß Anspruch 9 für eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Bilderzeugungseinheit eines Röntgengeräts gemäß einem der vorstehend erläuterten Verfahren sowie mit einem Datenträger gemäß Anspruch 10 gelöst, auf dem ein solches Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
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Ferner wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem mit einem Röntgengerät gemäß Anspruch 11 gelöst. Ein solches Röntgengerät weist einen Röntgenstrahler sowie einen zugeordneten Röntgendetektor, eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung von Bilddatensätzen aus den vom Röntgendetektor aufgenommen Daten sowie eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung der Bilddatensätze auf. Das erfindungsgemäße Röntgengerät zeichnet sich durch eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Bilderzeugungseinheit aus, welche zur Durchführung eines der vorstehend genannten erläuterten Verfahren geeignet und ausgelegt ist. Die Implementierung dieser Verfahren in der Steuervorrichtung kann dabei als Software oder aber auch als (fest verdrahtete) Hardware erfolgen.
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Hinsichtlich des Computerprogrammprodukts, des Datenträgers und des Röntgengeräts gelten die gleichen Vorteile, wie sie schon im Zusammenhang mit den eingangs erläuterten Verfahren beschrieben wurden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Röntgengerät mit einer zweidimensionalen Darstellung eines Gefäßabschnitts, in dem sich ein Tumor befindet und
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2 eine schematisierte dreidimensionale Darstellung eines Gefäßabschnitts, in dem sich ein Tumor befindet.
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1 zeigt schematisch ein als C-Bogen-Gerät ausgebildetes Röntgengerät 10, das einen hinsichtlich der Winkelstellung verschwenkbaren Röntgenstrahler 12 und einen mit dem Röntgenstrahler 12 fest verbundenen, zugeordneten Röntgendetektor 14 umfasst. Es bleibt festzuhalten, dass für die vorliegende Erfindung auch zweidimensional aufnehmende, hinsichtlich ihrer Winkelverstellung nicht verschwenkbare, Röntgengeräte verwendet werden können. Zwischen dem Röntgenstrahler 12 und dem Röntgendetektor 14 kann ein Patient 8 zur Diagnose oder Therapie angeordnet werden. An den Röntgendetektor 14 ist eine Steuervorrichtung 62, beispielsweise in Form eines Computers, angeschlossen, der mit einer Bilderzeugungseinheit 60 zur Erzeugung von Bilddatensätzen aus den vom Röntgendetektor 14 aufgenommenen Daten verbunden ist. Die Bilderzeugungseinheit wiederum ist mit einer Anzeigevorrichtung 70 wie beispielsweise einem Computermonitor verbunden, auf der bzw. dem sie die erzeugten Bilddatensätze anzeigen kann. Die Bilderzeugungseinheit 60 kann ebenfalls ein gesonderter Computer oder Mikroprozessor oder aber in der Steuervorrichtung 62 integriert sein. Die Steuervorrichtung 62 wird mittels eines Computerprogramms 19 gesteuert, welches beispielsweise auf einer CD 18 als Beispiel für einen Datenträger speicherbar ist.
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Für die Darstellung der Gefäße 40 bis 43 und 48 eines einen Tumor 21 aufweisenden Gewebeabschnitts 20 – wie auf der Anzeigevorrichtung 70 dargestellt – geht die Steuervorrichtung 62 wie folgt vor. Vom Gewebeabschnitt 20 wird eine Reihe von zweidimensionalen DSA-Röntgenbildaufnahmen erstellt. Dieser Gewebeabschnitt 20 wird segmentiert, um ein entsprechendes Tumorareal 22 zu ermitteln, in dem sich der Tumor 21 befindet, und um ein das Tumorareal 22 umgebendes Außenareal 30 zu ermitteln bzw. festzulegen. Anschließend wird ein iFlow-Verfahren durchgeführt, wobei das Tumorareal als Nullpunkt gesetzt wird, d. h. als Startzeitpunkt für die Interpretation der Intensität der mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße. Alternativ wäre auch als Nullpunkt bzw. Startzeitpunkt der Zeitpunkt der Kontrastmittelgabe möglich. In dem resultierenden Bild, in dem die Strömungsverhältnisse in Bezug auf den Zeitpunkt des Maximums des Kontrastmittelflusses wiedergegeben sind, werden diejenigen Gefäße 40 bis 43 im Außenareal 30 markiert, die zeitlich nach dem Tumorareal 22, also später als der Tumor 21, von Kontrastmittel 9 durchflossen werden. Die entsprechende Markierung der Gefäße 41 bis 43 umfasst kleine, den Gefäßen überlagerte Kreise. Das ebenfalls von Kontrastmittel durchflossene Gefäß 48 ist nicht markiert, da es nicht nach dem Tumorareal 22 durchflossen wird. In 1 ist außerdem ein Katheter 50 mit seiner Spitze 52 dargestellt, wobei in dieser Darstellung klar ist, dass der Katheter den Tumor nicht durchsetzt sondern über ihm liegt. Falls die Lage des dem Katheter 50 enthaltenden Gefäßes ermittelt werden müsste, könnte hier beispielsweise eine Slab-3-D-Aufnahme oder eine weitere zweidimensionale Röntgenaufnahme in einer anderen Angulation ausgeführt werden, um zu einer 3-D-ähnlichen Darstellung zu gelangen.
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2 zeigt in schematischer dreidimensionaler Darstellung einen anderen Gewebeabschnitt 20, in dem verschiedene Gefäße 40 bis 43 in einem Außenareal 30 eines Tumorareals 22 dargestellt sind. Zur Erzeugung dieser Darstellung wird wie folgt vorgegangen: Nach der Erstellung einer dreidimensionalen DSA-Röntgenbildaufnahme (beispielsweise mittels eines C-Bogen-Geräts 10) wird eine Segmentierung – die automatisch oder manuell erfolgen kann – des Tumorareals 22 und des entsprechenden Außenareals 30 vorgenommen. Es werden alle kontrastgefüllten Bereiche im Außenareal 30 ermittelt. Diese Ermittlung kann beispielsweise anhand der HU-Werte oder durch eine Histogrammanalyse erfolgen. Alle Gefäße außerhalb des Tumorareals 22 werden markiert (vorzugsweise farbig angezeigt, hier jedoch mit Kreisen bezeichnet). Dabei wird das Gefäß 40, welches zwischen der Spitze 52 des Katheters 50 und dem Tumor 21 liegt, mit einer besonderen Markierung versehen (hier Dreiecke), weil es offensichtlich ein den Tumor 21 versorgendes Gefäß ist. Alle anderen Gefäße 41 bis 43 werden mit Kreisen markiert, da sie das Chemoembolisat ungewollt in andere Körperregionen verteilen könnten. Das ebenfalls von Kontrastmittel durchflossene Gefäß 48 ist nicht markiert, da es keine Verbindung zum Tumorareal 22 aufweist. Der behandelnde Radiologe kann dann entscheiden, ob er die Behandlung fortführen, ändern oder ganz abbrechen will, um beispielsweise eine chirurgische Behandlung vornehmen zu können. So ist es beispielsweise möglich, die Gefäße vor der Gabe eines Chemotherapeutikums zu verschließen, um ein ungewolltes Austreten des Chemotherapeutikums in die umliegenden Bereiche außerhalb des Außenareals 30 zu verhindern.
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Bei allen vorgenannten Verfahren ist es möglich, mittels eines automatisiert ablaufenden Programms überprüfen zu lassen, ob es eine Verbindung zwischen der Spitze 52 des Katheters 50 und dem Tumor 21 gibt. Eine vorhandene Verbindung kann dabei dadurch nachgewiesen werden, dass ein Region-Growing-Verfahren einen Weg findet, die Spitze 52 des Katheters 50 mit dem Tumor 21 zu verbinden. Das Ergebnis des automatisierten Verfahrens kann den behandelnden Radiologen in seiner Entscheidung unterstützen, wie er die Behandlung weiter gestalten möchte.
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Es versteht sich von selbst, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Röntgengerät eng miteinander verknüpft sind, und dass Merkmale der Erfindung, die als Verfahrensaspekte beschrieben wurden, auch wesentlich für das Röntgengerät sein können. Dies kann auch in umgekehrter Weise für unter Bezug auf das Röntgengerät beschriebene Merkmale gelten, die auch verfahrensrelevant sein können.
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Es versteht sich von selbst, dass unter Bezug auf einzelne Ausgestaltungen beschriebene Merkmale auch bei anderen Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen realisiert werden können, außer wenn dies ausdrücklich anders beschrieben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Pressemitteilung der Siemens AG ”Siemens setzt neuen Standard in der Subtraktionsangiographie” vom 13. Mai 2009 [0011]
- Broschüre der Siemens AG, Medical Solutions, Angiography, Fluoroscopic and Radiographic Systems ”syngo iFlow/Dynamic Flow Evaluation/Answers for life.”, Druckzeichen CC AX WS 12081.5|© 12.2008 [0011]
