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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Vorher/Nachher-Vergleich von Flussgeschwindigkeiten auf Basis von aus wenigstens einer Angiographieaufnahme abgeleiteten Kontrastintensitätskurven.
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Die Blutversorgung kann unter anderem durch Stenosen in Blutgefäßen beeinträchtigt werden. Diese können entweder medikamentös oder durch eine Angioplastie (mit oder ohne Stent) behandelt oder alternativ durch einen Bypass, beispielsweise von Koronarien, umgangen werden.
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Der Erfolg dieser Behandlungen wird üblicherweise am Durchmesser des Gefäßes sowohl vor als auch nach der Behandlung festgemacht bzw. nach der subjektiv optischen Verteilung des Kontrastmittels in einer Gefäßaufnahme, beispielsweise mittels DSA (Digitale Subtraktions-Angiographie), bestimmt. Insbesondere aber hat die medikamentöse Behandlung keinen Einfluss auf den Gefäßdurchmesser.
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Derartige Angiographieaufnahmen können mit einer in der 1 als Beispiel dargestellten Röntgendiagnostikeinrichtung erstellt werden, die als sogenanntes Biplan-System im Wesentlichen zwei sogenannte Ebenen mit zwei C-Bogen aufweist, wobei die erste Ebene 1 aus einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem ersten C-Bogen 2 bestehen kann, an dessen Enden eine erste Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein erster Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind. Dieser erste C-Bogen 2 kann an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters (nicht dargestellt) drehbar gelagert sein.
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Mittels dieses beispielsweise aus der
US 7 500 784 B2 bekannten Knickarmroboters, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen
2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler
3 und dem Röntgendetektor
4 gedreht wird. Das Röntgensystem
1 bis
4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors
4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 schneidende Drehachsen.
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Der bekannte Knickarmroboter weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
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Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
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Bei der zweiten Ebene 5 der in der 1 dargestellten Röntgendiagnostikeinrichtung mit zwei C-Bogen ist über eine Deckenhalterung 9 ein deckengehängter zweiter C-Bogen 6 mit einem zweiten Röntgenstrahler 7 und einem zweiten Röntgenbilddetektor 8 gehalten. Aber auch hier kann dieser C-Bogen 6 in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters drehbar gelagert sein.
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Die beiden Röntgenbilddetektoren 4 und 8 können rechteckige oder quadratische, flache Halbleiterdetektoren sein, die vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt sind. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
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Im Strahlengang der beiden Röntgenstrahler 3 und 7 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 10 zur Röntgenbildaufnahme ein zu untersuchender Patient 11 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 12 mit einem Bildsystem angeschlossen, das die Bildsignale der beiden Röntgenbilddetektoren 4 und 8 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf einer an der Decke angebrachten Monitorampel 13 mit einem ersten Display 14 für die erste Ebene 1 und einem zweiten Display 15 für die zweite Ebene 5 betrachtet werden. Neben der Systemsteuerungseinheit 12 ist ein Hochspannungsgenerator 16 für die beiden Röntgenstrahler 3 und 7 vorgesehen.
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Informationen bzgl. einer Verbesserung der Flussgeschwindigkeit sind heute in der derartig beschriebenen bildgebenden Diagnostik, abgesehen von Ultraschall-Bildgebung, nicht verfügbar.
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In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2010 040 945 B3 ist deshalb vorgeschlagen worden, zwischen zwei Punkten auf unterschiedlichen Gefäßabschnitten die Flussgeschwindigkeiten auf Basis von aus Angiographieaufnahmen abgeleiteten Kontrastintensitätskurven zu ermitteln.
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Aus der
DE 10 2007 046 281 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Flussgeschwindigkeit eines Kontrastmittels in einem Gefäß eines Patienten durch eine CT-Untersuchung bekannt, wobei eine Abtastung des Patienten durch in zwei Ebenen fächerförmig ausgesandte Röntgenstrahlen und Bestimmung der Absorption aus einer Vielzahl von Umlaufwinkeln stattfindet, während sich das Kontrastmittel durch das Gefäß ausbreitet. Mit dem durch Kontrastmittel gefüllten Gefäß wird eine Rekonstruktion eines 3-D-Datensatzes örtlicher Absorptionsdaten durchgeführt. Für mehrere zeitlich aufeinander folgende Umlaufwinkel der Röntgenstrahlen wird ein Satz von Röntgenstrahlen bestimmt, der dieses Gefäß durchdringt. Durch Bestimmung der sich verändernden Absorptionswerte entlang dieses Gefäßes aus den zeitlich aufeinander folgenden Gefäßstrahlensätzen wird die Flussgeschwindigkeit des Kontrastmittels in dem Gefäß aus der räumlichen und zeitlichen Veränderung der Absorptionswerte in dem Gefäß berechnet.
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Die
DE 10 2008 035 549 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erstellung von Angiographieaufnahmen, bei dem zuerst ein Maskenbild mit einer ersten Modalität aufgenommen wird. Nach einer Kontrastmittelinjektion wird ein Kontrollbild mit einer zweiten Modalität erstellt. Zur Steuerung nachfolgender Aufnahmen erfolgt dann eine bildbasierte Bestimmung der Kontrastmittelausbreitung und Auswertung, aus der bestimmt wird, ob ein Aufnahmekriterium erreicht ist. Bejahendenfalls wird ein Füllungsbild mit der ersten Modalität aufgenommen, das zusammen mit dem Maskenbild verarbeitet und ausgewertet wird.
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In der
DE 41 33 018 A1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung für die digitale Subtraktionsangiographie beschrieben, bei der das erzeugte Bild deutlich größer ist als die Erstreckung eines Kontrastmittelbolus in dem zu untersuchenden Gefäß. Die Vorrichtung wird derart gesteuert, dass Röntgenbilder mit Kontrastmittelbolus sowie Masken zur Erzeugung angiographischer Darstellungen derart verarbeitet werden, dass bei geringer Kontrastmittelmenge eine Angiographie in kurzer Zeit mit guter Qualität durchführbar ist.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, zwischen zwei Punkten auf unterschiedlichen Gefäßabschnitten die Flussgeschwindigkeiten zu ermitteln und die zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Flussgeschwindigkeiten auf einfache Weise zu vergleichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
Sa Erste DSA-Akquisition einer ersten Angiographieszene unter Kontrastmittelzugabe in einem Gefäßabschnitt mit einer Vielzahl einzelner Angiographiebilder,
Sb zeitkodierte Aufsummation aller einzelnen Angiographiebilder der ersten Angiographieszene zu einem ersten Summationsbild,
Sc Berechnung der Flussgeschwindigkeiten aus Kontrastintensitätskurven aufgrund ermittelter Zeitdifferenzen der maximalen Intensitäten der Kontrastintensitätskurven für alle Flächenmarkierungen,
Sd zweite DSA-Akquisition einer zweiten, der ersten zeitlich nachfolgenden Angiographieszene unter Kontrastmittelzugabe in dem Gefäßabschnitt mit einer Vielzahl einzelner Angiographiebilder mit dem gleichen Kontrastmittelprotokoll wie die erste DSA-Akquisition gemäß Schritt Sa,
Se zeitkodierte Aufsummation aller einzelnen Angiographiebilder der zweiten Angiographieszene zu einem zweiten Summationsbild,
Sf Berechnung der Flussgeschwindigkeiten aus Kontrastintensitätskurven aufgrund ermittelter Zeitdifferenzen der maximalen Intensitäten der Kontrastintensitätskurven für alle Flächenmarkierungen,
Sg 2-D/2-D-Registrierung der beiden Summationsbilder,
Sh Vergleich der ersten Berechnung der Flussgeschwindigkeiten gemäß Schritt Sc und der zweiten Berechnung der Flussgeschwindigkeiten gemäß Schritt Sf in jedem einzelnen Gefäßabschnitt und
Si visuelle Darstellung der Geschwindigkeitsänderungen.
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Dabei können die Berechnungen der Flussgeschwindigkeiten gemäß den Schritten Sc und Sf folgende Teilschritte beinhalten:
S1 Festlegung des Start- und Endpunktes des Messbereichs eines Gefäßabschnittes für die Flussgeschwindigkeitsevaluation,
S2 Ermittlung einer Centerline des Gefäßabschnitts,
S3 Verteilung von stückweise auf der Centerline linearen Flächenmarkierungen zwischen den Markierungen in Bezug auf die Centerline,
S4 Ermittlung von Kontrastintensitätskurven der einzelnen Flächenmarkierungen,
S5 Übereinanderlagerung der einzelnen Kontrastintensitätskurven,
S6 Bestimmung der Zeitdifferenzen von einer Markierung bis zur nächsten Markierung und
S7 Ermittlung der Flussgeschwindigkeiten aus den bestimmten Zeitdifferenzen der maximalen Intensitäten der Kontrastintensitätskurven.
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Durch diesen erfindungsgemäß automatisierten Vergleich der Flussgeschwindigkeit in den einzelnen Abschnitten vor und nach der interventionellen Behandlung oder Therapie kann genau ermittelt und der untersuchenden Person angezeigt werden, in welchen Gefäßabschnitten sich die Flussgeschwindigkeit durch die Behandlung verändert hat. Dadurch kann die untersuchende Person den Erfolg der interventionellen Behandlung oder Therapie bestimmen.
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Erfindungsgemäß müssen die Kontrastmittelprotokolle beider DSA-Akquisitionen von Angiographieszenen bzgl. Menge und Injektionsgeschwindigkeit gleich sein.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zum Vergleich der Berechnung der Flussgeschwindigkeiten gemäß Schritt Sh eine automatische Synchronisation der Aufnahmen der beiden DSA-Akquisitionen aus den Schritten Sa und Sd durchgeführt wird, wobei die automatische Synchronisation durch automatisches Setzen der ”Null-Linie” des Kontrastmittels erfolgen kann.
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In vorteilhafter Weise kann die 2-D/2-D-Registrierung gemäß Schritt Sg mit Fokus auf die Centerline des Gefäßabschnitts durchgeführt werden, wobei die 2-D/2-D-Registrierung als flexible Registrierung, d. h. nicht-rigide, erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß kann die visuelle Darstellung der Geschwindigkeitsänderung gemäß Schritt S1 durch entsprechendes normiertes Einfärben der Gefäßabschnitte und/oder durch Hervorheben von gravierenden Geschwindigkeitsänderungen erfolgen.
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Auch Fälle, bei denen das zu untersuchende Gefäß nicht parallel zum Röntgenbilddetektor verläuft, lassen sich untersuchen, wenn die beiden DSA-Akquisitionen gemäß der Schritte Sa und Sd mit einer Biplan-C-Bogen-Röntgenanlage durchgeführt werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Festlegung des Start- und Endpunktes des Messbereichs eines Gefäßabschnittes gemäß Schritt S1 durch Festlegen des Gefäßabschnittes erfolgt, welcher orthogonal zum Röntgenbilddetektor verläuft.
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Erfindungsgemäß können die Markierungen gemäß Schritt S3 Strecken-, Punkt-, Pixel- oder Flächenmarkierungen sein.
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In vorteilhafter Weise kann die Verteilung von stückweise auf der Centerline linearen Flächenmarkierungen zwischen den Markierungen in Bezug auf die Centerline gemäß Schritt S3 auf der Centerline, orthogonal zur Centerline des Gefäßabschnittes und/oder in gleichen Abständen genommene Flächensummen erfolgen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Festlegung des Start- und Endpunktes des Messbereichs eines Gefäßabschnittes für die Flussgeschwindigkeitsevaluation gemäß Schritt S3, die Ermittlung der Centerline des Gefäßabschnitts gemäß Schritt S2 sowie die Verteilung von stückweise linearen Flächenmarkierungen gemäß Schritt S3 automatisch erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann die Ermittlung der Flussgeschwindigkeiten gemäß Schritt S7 absolut oder relativ erfolgen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine bekannte Biplan-C-Bogen-Röntgenanlage,
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2 einen Gefäßausschnitt auf Basis einer Angiographieaufnahme als Aufsummation der einzelnen Bilder einer Szene mit gleichen Flächenabschnitten auf der Centerline in stückweise linearen Abschnitten,
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3 Kontrastintensitätskurven von fünf verschiedenen markierten Stellen auf der Centerline des Gefäßausschnitts nach einer ersten DSA-Akquisition,
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4 Kontrastintensitätskurven von den fünf Stellen gemäß 3 nach einer zweiten DSA-Akquisition,
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5 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf der Hauptschritte und
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6 einen Verfahrensablauf der Teilschritte zur Bestimmung der Kontrastintensitätskurven.
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In der 2 ist ein Gefäßabschnitt 20 eines Gefäßes auf Basis einer Angiographieaufnahme als Aufsummation der einzelnen Bilder einer Angiographieszene dargestellt. Das Gefäß im Gefäßabschnitt 20 weist eine Gefäßwand 21 auf, in deren Mitte eine Centerline 22 wiedergegeben ist, die sich beispielsweise mittels des von H. Greenspan et al. in ”Evaluation of Center-Line Extraction Algorithms in Quantitative Coronary Angiography” IEEE Transactions an Medical Imaging, Vol. 20, No. 9, September 2001, Seiten 928 bis 941, bekannten Verfahrens ermitteln und darstellen lässt. Der interessierende zu untersuchende Bereich des Gefäßabschnitts 20 weist einen Startpunkt 23 und einen Endpunkt 24 auf. Der Gefäßabschnitt 20 ist mit gleichen Flächenabschnitten oder Flächenmarkierungen 25 auf der Centerline in stückweise linearen Abschnitten dargestellt, die mit Markierungen ➀ bis ➄ versehen sind. Die Breite der Flächenmarkierungen 25 ist immer gleich – genauso wie deren Flächen.
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Alle Flächenmarkierungen 25 weisen gleich große Flächen auf. Diese Flächenmarkierungen 25 sollten möglichst orthogonal zu dem Vektor der Centerline 22 an festgelegten Abständen der Markierungen ➀ bis ➄ sein.
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In der 3 sind in Kontrastintensitätskurven die Kontrastintensitäten K über der Zeit t von den Flächenmarkierungen 25 der verschiedenen Markierungen ➀ bis ➄ auf der Centerline 22 des Gefäßabschnitts 20 gemäß der 2 aufgetragen. Wie den einzelnen Kontrastintensitätskurven zu entnehmen ist, tritt das Maximum der Kontrastintensität K bei den Markierungen ➀ bis ➄ je nach Lage im Gefäßabschnitt 20 in Abhängigkeit vom Auftreten des Kontrastmittels zu unterschiedlichen Zeiten auf.
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Diese Kontrastintensitätskurven gemäß der 3 werden beispielsweise aus präoperativ aufgenommenen Bildern einer ersten DSA-Akquisition mit zeitkodierter Aufsummation der Bilder und anschließender Flussgeschwindigkeitsberechnung gewonnen.
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Das Ermitteln der Flussgeschwindigkeiten an sich erfolgt wie in der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2010 040 945 B3 beschrieben:
Durch Überlagerung der einzelnen Kontrastintensitätskurven auf der Zeit/Kontrastintensitätsachse kann man, da die Streckendistanz der Markierungen ➀ bis ➄ immer gleich ist, aufgrund des Zeitverlaufs erkennen, in welchem Streckenabschnitt das Kontrastmittel langsamer oder schneller geflossen ist. Werden nun die Zeitdifferenzen zwischen den Peaks der Markierungen ➀ bis ➄ ermittelt, so lassen sich aufgrund der Zeitdifferenzen die Flussgeschwindigkeiten berechnen. Teilt man die bekannte Strecke der Länge L durch die jeweiligen Zeiten bzw. Zeitdifferenzen, so ergeben sich die einzelnen Flussgeschwindigkeiten.
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Wenn alle Maxima der Kontrastintensitätskurven gleichmäßig auf der t-Achse verteilt wären, dann wären die Flussgeschwindigkeiten konstant. Liegen jedoch zwischen Maximum der Kontrastintensitätskurve der Markierung ➀ und dem Maximum der Kontrastintensitätskurve der Markierung ➁ beispielsweise eine Zeitdifferenz von 1,5 Sek. und zwischen Maximum der Kontrastintensitätskurve der Markierung ➁ und Maximum der Kontrastintensitätskurve der Markierung ➂ z. B. eine Zeitdifferenz von 3 Sek., kann abgeleitet werden, dass die Flussgeschwindigkeit in der Flächenmarkierung 25 der Markierung ➀ doppelt so schnell ist, wie die in der Flächenmarkierung 25 der Markierung ➁, da die Strecken bzw. Breiten gleich sind.
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Nach der präoperativen ersten DSA-Akquisition und Berechnung sowie Visualisierung der Flussgeschwindigkeiten erfolgt eine interventionelle Behandlung durch einen Radiologen, Kardiologen oder Chirurgen. Die interventionelle Behandlung kann beispielsweise ein Coiling oder eine Angioplastie sein.
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Danach wird eine zweite DSA-Akquisition durchgeführt, wobei darauf zu achten ist, dass die Kontrastmittelprotokolle beider DSA-Akquisitionen von Angiographieszenen bzgl. Menge und Injektionsgeschwindigkeit gleich sind.
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Aus den postoperativen Aufnahmen der zweiten DSA-Akquisition mit zeitkodierter Aufsummation der Bilder und anschließender Flussgeschwindigkeitsberechnung werden Kontrastintensitätskurven gewonnen, wie dies noch nachfolgend genauer beschrieben wird. Diese in der 4 dargestellten Kontrastintensitätskurven werden wieder in den Flächenmarkierungen 25 der verschiedenen Markierungen ➀ bis ➄ auf der Centerline 22 des Gefäßabschnitts 20 gemäß der 2 ermittelt.
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In den Kontrastintensitätskurven sind die Kontrastintensitäten K über der Zeit t von den verschiedenen Markierungen ➀ bis ➄ auf der Centerline 22 des Gefäßabschnitts 20 gemäß der 2 aufgetragen. Wie den einzelnen Kontrastintensitätskurven zu entnehmen ist, tritt das Maximum der Kontrastintensität K bei den Markierungen ➀ bis ➄ je nach Lage im Gefäßabschnitt 20 in Abhängigkeit vom Auftreten des Kontrastmittels zu unterschiedlichen Zeiten auf.
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Auch treten die Maxima der Kontrastintensitätskurven gemäß der 4 früher auf als die der Kontrastintensitätskurven gemäß der 3. Daraus ist zu schließen, dass die Flussgeschwindigkeiten nach der interventionellen Behandlung größer sind als vorher. Daraus kann weiterhin geschlossen werden, dass sich beispielsweise das Gefäß erweitert hat.
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In der 5 ist nun der erfindungsgemäße Verfahrensablauf näher dargestellt und beschrieben. In einem ersten Schritt Sa wird in einer ersten DSA-Akquisition wenigstens eine Angiographieszene unter Kontrastmittelzugabe mit einer Vielzahl einzelner Angiographiebilder in dem Gefäßabschnitt 20 aufgenommen. Anschließend erfolgt gemäß einem zweiten Schritt Sb eine zeitkodierte Aufsummation aller einzelnen Angiographiebilder der Angiographieaufnahme der Angiographieszene, so dass man ein Summationsbild erhält. In einem dritten Schritt Sc werden die Flussgeschwindigkeiten wie oben beschrieben und wie in der oben genannten Patentanmeldung beschriebenen Weise berechnet.
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Nach dieser Berechnung sowie visuellen Darstellung der Flussgeschwindigkeiten erfolgt eine interventionelle Behandlung.
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In einem vierten Schritt Sd wird eine zweite DSA-Akquisition durchgeführt, bei der wenigstens eine Angiographieszene unter Kontrastmittelzugabe mit einer Vielzahl einzelner Angiographiebilder in dem Gefäßabschnitt 20 aufgenommen wird. Dabei muss diese zweite DSA-Akquisition mit dem gleichen Kontrastmittelprotokoll bzgl. Menge und Injektionsgeschwindigkeit durchgeführt werden wie die erste DSA-Akquisition gemäß Schritt Sa. Die Erfassung der prä- und postoperativen Aufnahmen der DSA-Akquisitionen kann aber auch direkt hintereinander erfolgen. Die Ermittlung der Flussgeschwindigkeiten gemäß den Schritten Sb und Sc kann dann nachgeholt werden, da diese ggf. erst für den folgenden Vergleich benötigt werden.
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Aufgrund der Bilddaten der zweiten DSA-Akquisition erfolgt gemäß einem fünften Schritt Se eine zeitkodierte Aufsummation aller einzelnen Angiographiebilder der Angiographieaufnahme der Angiographieszene, so dass man ein zweites Summationsbild erhält. In einem sechsten Schritt Sf werden die postoperativen Flussgeschwindigkeiten berechnet.
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Gemäß einem siebten Schritt Sg wird eine 2-D/2-D-Registrierung der beiden aufsummierten Bilder durchgeführt, wobei bei der Registrierung der Fokus auf die Gefäß-Centerline liegt. In vorteilhafter Ausführung wird die 2-D/2-D-Registrierung als flexible Registrierung, d. h. nicht-rigide, durchgeführt.
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In einem achten Schritt Sh wird ein Vergleich der Flussgeschwindigkeiten der beiden DSA-Akquisitionen, d. h. ein Vergleich von erster und zweiter Geschwindigkeitsberechnung in jedem einzelnen Gefäßabschnitt, durchgeführt, wobei eine automatische Synchronisation der Aufnahmen der beiden DSA-Akquisitionen aus den Schritten Sa und Sd durchgeführt wird.
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Abschließend erfolgt in einem neunten Schritt Si eine visuelle Darstellung der berechneten Änderungen der Flussgeschwindigkeiten beispielsweise durch Einfärben der Gefäßabschnitte 20, um gegenüber der ersten DSA-Akquisition schnellere bzw. langsamere Flussgeschwindigkeiten einfach erkennen zu können, oder durch Hervorhebung der Gefäßabschnitte 20 bei gravierenden Geschwindigkeitsänderungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Flussgeschwindigkeiten von Kontrastmittel und damit des Blutes in Gefäßen oder Gefäßabschnitten 20 bei Röntgenaufnahmen darzustellen und zu visualisieren.
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Anhand der
6 wird nun der Verfahrensablauf der einzelnen Teilschritte der Verfahrensschritte Sc und Sf – Berechnen der Flussgeschwindigkeiten – näher erläutert, der im Wesentlichen aus der älteren Patentanmeldung
DE 10 2010 040 945 B3 bekannt ist.
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In einem ersten Teilschritt S1 werden Start- und Endpunkte des Gefäßabschnittes 20 festgelegt, der orthogonal zum jeweiligen Röntgenbilddetektor 4 oder 8 verläuft. Dabei wird der Messbereich bestimmt, der für die Flussgeschwindigkeitsevaluation benötigt wird.
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Gemäß einem zweiten Teilschritt S2 wird in bekannter Weise (beispielsweise aus ”syngo Workplace – InSpace AX Vessel Analysis/Operator Manual”, Seiten 22ff, der Siemens AG) die Centerline 22 des Gefäßabschnitts 20 ermittelt. Dazu wird ausgehend von den Gefäßwänden 21 des Gefäßabschnitts 20 die mittlere Lage bestimmt.
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In einem dritten Teilschritt S3 erfolgt eine ggf. automatische Verteilung von stückweise auf der Centerline 22 linearen Flächenmarkierungen 25 zwischen den Markierungen ➀ bis ➄ in Bezug auf die Centerline 22, wobei die Breite aller Flächenmarkierungen 25 und damit die Länge aller Abschnitte gleich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass auf der Centerline 22 und/oder orthogonal zur Centerline 22 des Gefäßes und/oder in gleichen Abständen genommene Flächensummen die Verteilung erfolgt. Diese Markierungen oder Abschnitte können erfindungsgemäß Strecken-, Punkt-, Pixel- oder Flächenmarkierungen 25 sein.
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Nachfolgend werden gemäß einem vierten Teilschritt S4 Kontrastintensitätskurven (Kontrastintensität pro Zeitabschnitt) in den einzelnen Flächenmarkierungen 25 gemäß 5 bestimmt.
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In einem fünften Teilschritt S5 werden die einzelnen Kontrastintensitätskurven übereinandergelegt und/oder übereinandergelagert.
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Gemäß einem sechsten Teilschritt S6 werden die Zeitdifferenzen von einer Markierung ➀ bis ➃ bis zur nächsten Markierung ➁ bis ➄ ermittelt.
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In einem siebten Teilschritt S7 wird eine Bestimmung der absoluten oder relativen Flussgeschwindigkeiten durchgeführt: v = x/t (v = Geschwindigkeit, x = Strecke, t = Zeit).
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Nach diesen Teilschritten der Verfahrensschritte Sc und Sf wird entweder die zweite DSA-Akquisition gemäß Schritt Sd durchgeführt oder es wird mit dem Schritt Sg, der 2-D/2-D-Registrierung der beiden aufsummierten Bilder, gemäß der 5 fortgefahren.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht neben der generellen Visualisierung und/oder Berechnung der Flussgeschwindigkeit auch einen Vorher/Nachher-Vergleich, einen Vergleich des Zustands des Gefäßabschnitts und der Flussgeschwindigkeiten vor der Therapie verglichen mit dem Zustand und den Flussgeschwindigkeiten nach Abschluss der Therapie.
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Durch Berechnen einer Centerline in einem Volumen (z. B gemäß oben genannter Vessel Analysis) und einer gleichzeitigen Aufnahme aus zwei unterschiedlichen Winkeln beispielsweise mittels einer Biplan-Anlage können durch den oben beschriebenen Ablauf auch Flussgeschwindigkeiten in Gefäßen ermittelt werden, die nicht parallel zum Röntgenbilddetektor 4 oder 8 verlaufen.
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Die Kontrastintensitätskurven des gleichen aufgenommenen Punktes können aufeinander gemappt werden – somit ist die Berechnung des Punktes im Raum möglich. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein 3-D-Modell basierend auf Biplan-Aufnahmen (Fluoroskopie/Akquisition) mit Kontrastmittel basierend auf den digitalen Bildinformationen und unter Einbeziehung der Kontrastintensitätskurven erstellt wird. Während einer DSA-Biplan-Aufnahme werden zwei Szenen gleichzeitig unter Kontrastmittelgabe aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommen.
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Somit entstehen zwei Aufnahmen mit 2-D-Informationen. Soll nun aus diesen 2-D-Informationen ein 3-D Modell errechnet werden, dann muss feststehen, welcher Bildpunkt auf dem einen 2-D-Bild zu welchem Bildpunkt auf dem dazugehörigen anderen 2-D-Bild zuzuordnen ist. Dies ist durch ein ”Mappen” von Kontrastintensitätskurven möglich. Da die Kontrast-über-Zeit-Verteilung auf beiden Aufnahmen für den jeweiligen Punkt identisch ist, kann die Kontrastintensitätskurve eines Pixels auf einem Bild der Kontrastintensitätskurve des anderen Bildes zugeordnet werden. Die Winkel der dazugehörigen Aufnahmemedien, zum Beispiel Detektoren, sind jeweils durch die Systemparameter bekannt und können somit in die Berechnung mit einbezogen werden. Da nun die zusammengehörigen Pixel und die Winkel der Aufnahmen zueinander bekannt sind, kann im 3-D-Modell der Punkt eingezeichnet werden.
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Die minimale Verzögerung der Aufnahmen im Biplan-Betrieb wird nachträglich durch Korrekturalgorithmen angepasst, so dass nahezu von zeitgleichen Aufnahmen für die Kalkulation der Kontrastintensitätskurven bzw. des 3-D-Modells ausgegangen werden kann.
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Um einen Biplan-Betrieb zu simulieren, kann auch eine Monoplan-Anlage verwendet werden. Dies bedeutet allerdings eine zweimalige Kontrastmittelgabe und dass die Messung der Kontrastintensitätskurven bei einer vergleichbaren Kontrastmittelgabe, beispielsweise per Injektor, stattfindet und zu einem vergleichbaren Punkt, manuell oder automatisch getriggert, gestartet wird.
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Durch nachträgliche Berechnungen der Pixel-Kontrastintensitätskurven auf unterschiedlichen Streckenabschnitten des Gefäßes kann die Flussgeschwindigkeit zwischen den zwei Punkten ermittelt werden.
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Durch einen automatischen Vergleich der Flussgeschwindigkeit in den einzelnen Abschnitten vor und nach der interventionellen Behandlung oder Therapie kann genau ermittelt und der untersuchenden Person angezeigt werden, in welchen Gefäßabschnitten sich die Flussgeschwindigkeit durch die Behandlung verändert hat.
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Das Verfahren oder der Workflow für den erfindungsgemäßen automatisierten Vorher/Nachher-Vergleich kann folgenden zeitlichen Ablauf aufweisen:
- 1. Erste DSA-Akquisition mit zeitkodierter Aufsummation der aufgenommenen Bilder.
- 2. Flussgeschwindigkeitsberechnung mittels Kontrastintensitätskurven.
- 3. Interventionelle Behandlung durch einen Radiologen, Kardiologen oder Chirurgen. Die interventionelle Behandlung kann beispielsweise ein Coiling oder eine Angioplastie sein.
- 4. Zweite DSA-Akquisition mit zeitkodierter Aufsummation der aufgenommenen Bilder.
Diese zweite Akquisition muss mit dem gleichen Kontrastmittelprotokoll bzgl. Menge und Injektionsgeschwindigkeit durchgeführt werden wie die erste DSA-Akquisition gemäß Schritt 1.
- 5. Flussgeschwindigkeitsberechnung mittels Kontrastintensitätskurven.
- 6. 2-D/2-D-Registrierung der beiden aufsummierten Bilder (Registrierung mit Fokus auf die Gefäß-Centerline).
In vorteilhafter Ausführung wird die 2-D/2-D-Registrierung als flexible Registrierung (d. h. nicht-rigide) durchgeführt.
- 7. Vergleich von erster und zweiter Geschwindigkeitsberechnung in jedem einzelnen Gefäßabschnitt, wobei eine automatische Synchronisation der beiden Aufnahmen aus Schritt 1 und 3 durchgeführt wird (-> automatisches Setzen der ”Null-Linie” des Kontrastmittels).
- 8. Visuelle Darstellung der Geschwindigkeitsänderung beispielsweise durch farbliche Darstellung und/oder Hervorheben von gravierenden Geschwindigkeitsänderungen.
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Aufgrund der erfolgten 2-D/2-D-Registrierung wird sichergestellt, dass die Punkte, Areale und Distanzen, die zur Geschwindigkeitsermittlung verwendet werden, auf beiden Aufnahmen gleich sind, d. h., dass der Abstand der Markierung ➀ zur Markierung ➁ der ersten DSA-Akquisition gleich dem Abstand der Markierung ➀ zur Markierung ➁ der zweiten DSA-Akquisition ist. Auch sind die Abmessungen der verschiedenen Markierungen ➀ bis ➄ auf der Centerline 22 des Gefäßabschnitts 20 jeweils gleich.
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Das Verfahren wurde zwar anhand einer Biplan-C-Bogen-Röntgenanlage beschrieben, es lässt sich aber auch mit einer monoplanen C-Bogen-Röntgenanlage in ausreichender Weise durchführen, wenn das Gefäß parallel zum Röntgenbilddetektor verläuft. Eine Biplan-C-Bogen-Röntgenanlage ist dann erforderlich, wenn das Gefäß nicht parallel zum Röntgenbilddetektor verläuft. Dann muss aber basierend auf den zwei Aufnahmen einer Kontrastmittelgabe zuvor die Centerline des Gefäßes in 3-D ermittelt werden. Die Centerline kann durch Berechnung eines 3-D-Modells auf Basis von zwei Projektionen bestimmt werden.
