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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme und Darstellung wenigstens zweier dreidimensionaler (3-D) Subtraktionsbilddatensätze bestehend aus wenigstens einem nativen 3-D-Bilddatensatz und wenigstens einem nach Kontrastmittelgabe aufgenommenen 3-D-Bilddatensatz, die wenigstens einen Teil des Gefäßsystems eines Patienten darstellen, mittels einer C-Bogen-Röntgenvorrichtung, wobei die 3-D-Bilddatensätze jeweils aus einer vorgegebenen Zahl von zweidimensionalen (2-D) Projektionsbilddatensätzen gewonnen werden.
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Bei der vorbekannten dreidimensionalen Gefäßdarstellung werden ein sog. Maskenlauf und ein Füllungslauf aufgenommen. Beim "Maskenlauf" rotiert der C-Arm der C-Bogen-Röntgenvorrichtung um das Körperteil des Patienten oder den gesamten Patienten und nimmt über den vorgegebenen Winkelbereich eine erste Sequenz Röntgenbilder (2-D-Projektionsbilddatensätze) ohne Kontrastierung auf. Danach wird in das interessierende Gefäß Kontrastmittel injiziert und bei einer erneuten C-Bogen-Rotation, dem sog. "Füllungslauf", eine zweite Sequenz Röntgenbilder aufgenommen. Die beiden Sequenzen werden nunmehr voneinander so subtrahiert, dass im Ergebnis nur noch die kontrastierten (d.h. Kontrastmittel enthaltenden) Gefäße zu sehen sind. Diese werden nun mit einem 3-D-Rekonstruktionsverfahren zu einem dreidimensionalen Bilddatensatz rekonstruiert. Alternativ können auch Masken- und Füllungslaufsequenzen getrennt rekonstruiert und die resultierenden dreidimensionalen Datensätze voneinander subtrahiert werden. Sowohl Maskenlauf als auch Füllungslauf werden im Folgenden mit "Rotationslauf" bezeichnet.
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Bei einem Rotationslauf zur Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes werden üblicherweise jeweils 120 bis 140 Projektionsbilddatensätze über einen Rotationswinkel von 200° des C-Arms der C-Bogen-Röntgenvorrichtung als Rohdaten aufgenommen und zu einem 3-D-Bilddatensatz rekonstruiert.
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Dabei benötigt die Aufnahme der Projektionsbilddatensätze eines 3-D-Bilddatensatzes ca. 4 bis 5 Sekunden, wobei die Aufnahmedauer des nativen 3-D-Bilddatensatzes unkritisch ist. Die arterielle Phase des Kontrastmittelbolus, also die Aufenthaltsdauer des Kontrastmittels in arteriellen Gefäßen, liegt aber lediglich bei ca. 3 Sekunden. Danach wird das Kontrastmittel über die kapillaren Blutgefäße in die Venen transportiert. Mit dem bekannten Aufnahmeverfahren ist es daher nicht möglich, genügend Projektionsbilddatensätze während der arteriellen Phase aufzunehmen, um getrennte dreidimensionale Bilddatensätze jeweils der Arterien und der Venen zu erhalten.
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Zur Lösung dieses Problems ist aus der
DE 10 2006 012 181 A1 bekannt, mehrere Rotationsläufe jeweils nach Kontrastmittelgabe durchzuführen, wobei der Zeitpunkt der Gabe des Kontrastmittels im Vergleich zum Startzeitpunkt der Datenaufnahme variiert. Danach werden aus den aufgenommenen Projektionsbilddatensätzen diejenigen beispielsweise während der arteriellen Phase aufgenommenen Bilddatensätze ausgewählt, um für jeden benötigten Projektionswinkel einen Projektionsbilddatensatz zu erhalten, um einen 3-D-Bilddatensatz erstellen zu können, der aus Projektionsbilddatensätzen rekonstruiert wurde, die das Gefäßsystem des untersuchten Patienten während der arteriellen Phase darstellen. Mithin erhält man ein dreidimensionales Bild der Arterien des Patienten.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine mehrmalige Kontrastmittelgabe erforderlich ist. Da das Kontrastmittel über einen Zeitraum von mehreren Minuten im Gefäßsystem verbleibt, führt dies, da es sich immer mehr verteilt, zu einer Verschlechterung des Kontrasts zwischen einem gegebenen Kontrastmittelbolus und der im Gefäßsystem vorhandenen Flüssigkeit.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Verfahren zur Aufnahme von Subtraktionsbilddatensätzen anzugeben, das die Aufnahme der arteriellen und der venösen Phase bei nur einer einzigen Kontrastmittelgabe ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Als Problemlösung wird also vorgeschlagen, durch die Aufnahme einer Serie von Projektionsbilddatensätzen mit einer größeren als bei Standardmessungen vorgesehenen Datendichte über einen großen Rotationswinkel bis hin zu einem maximalen Rotationswinkel von 360° mittels der sogenannten "sliding window"-Technik eine Serie von 3-D-Subtraktionsbilddatensätzen erzeugbar zu machen. Dabei werden zuerst genügend Projektionsbilddatensätze vor Kontrastmittelgabe aufgenommen, z.B. 260 Projektionsbilddatensätze bei einem Rotationswinkel des C-Arms von 360°. Nach Kontrastmittelgabe werden ebenfalls 260 Projektionsbilddatensätze bei einem Rotationswinkel des C-Arms von 360° aufgenommen. Um aufwändige Postprocessing-Schritte zu vermeiden, sollte für jeden Projektionsbilddatensatz nach Kontrastmittelgabe ein beim gleichen Projektionswinkel und damit korrespondierender und vor Kontrastmittelgabe aufgenommener (nativer) Projektionsbilddatensatz vorliegen. Die ersten (z.B. 132) Projektionsbilddatensätze nach Kontrastmittelgabe sind der Satz von Daten, die einen Rotationswinkel von 180° plus Fächerwinkel abdecken und daher die Rekonstruktion eines 3-D-Bilddatensatzes erlauben. Bei äquidistanter Aufnahme der Projektionsbilddatensätze, d.h. bei jeweils dem gleichen Rotationswinkel zwischen zwei Projektionsbilddatensätzen, ist die Abdeckung des notwendigen Rotationswinkels immer bei Verwendung von 132 aufeinanderfolgenden Projektionsbilddatensätzen gegeben. Aus den 260 Projektionsbilddatensätzen lassen sich dementsprechend 128 Teil-3-D-Bilddatensätze und ebenso 128 Subtraktionsbilddatensätze erstellen.
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Der Zusatzwinkel hängt dabei von der Anzahl der aufzunehmenden Projektionsbilder ab. Eine mögliche Aufnahmedichte liegt bei 120 Projektionsbildern über 180°, der mindestens aufzunehmende Rotationswinkel beträgt 180° plus Fächerwinkel, also ca. 200°. Dies entspricht z.B. einer Anzahl von 132 Projektionsbilddatensätzen. Um ein minimales "sliding window" erzielen zu können ist wenigstens ein weiteres Projektionsbild aufzunehmen, wobei eine äquidistante Verteilung der Projektionsbilddatensätze sinnvoll ist. Der Zusatzwinkel beträgt dann: Zusatzwinkel = Mindestrotationswinkel/Mindestbildzahl·Anzahl der weiteren Projektionsbilder.
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Bei der oben beschriebenen Aufnahmedichte ergibt sich beispielsweise ein Wert von 200°/132 = 1.5°. Zwischen den Aufnahmen aufeinanderfolgender Projektionsbilder ist also eine Rotation von 1.5° vorzusehen. Der Zusatzwinkel beträgt z.B. 20° bis 160°, wobei bei 160° etwa der maximale Rotationswinkel von 360° erreicht wird, bevorzugt 50° bis 140°.
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Es versteht sich, dass die beschriebenen Zahlenwerte rein beispielhaft sind und insbesondere auch eine höhere Anzahl von Projektionsbilddatensätzen und ein kleinerer Rotationswinkel als 360° verwendet werden kann.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass sich eine Vielzahl von 3-D-Subtraktionsbilddatensätzen zu jeder beliebigen Phase des Kontrastmittelbolus erzeugen lässt. Dadurch ist es insbesondere möglich bei Anomalitäten wie AV-Shunts oder AV-Funktionsstörungen immer ein 3-D-Subtraktionsbild zu erzeugen, das ausschließlich Venen darstellt und auch ein Subtraktionsbild, das ausschließlich Arterien darstellt. Diese können dann für sich oder überlagert und/oder farbkodiert angezeigt werden. Weiterhin ist es möglich, insbesondere bei interventionellen Eingriffen, die Gefäße auf zweidimensionale Bilddatensätze projiziert darzustellen. Die überlagerte oder die farbkodierte Darstellung sind dabei nicht auf die Darstellung der rein arteriellen oder venösen Phase beschränkt, vielmehr kann jeder rekonstruierte 3-D-Bilddatensatz zu jeder Phase der Bilddatenaufnahme derart dargestellt werden. Dabei reicht insbesondere die einmalige Gabe des Kontrastmittels zur Erzeugung der 3-D-Bilddatensätze der arteriellen und venösen Phase aus.
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Vorzugsweise kann die Rotationsrichtung des C-Arms der C-Bogen-Röntgenvorrichtung nach einem Rotationslauf und vor dem nächsten Rotationslauf gewechselt werden. Ist die Abtastrichtung der Projektionsbilddatensätze des nativen 3-D-Bilddatensatzes im Uhrzeigersinn, so ist die Abtastrichtung des ersten 3-D-Bilddatensatzes nach Kontrastmittelgabe gegen den Uhrzeigersinn. Dadurch können Wartezeiten zwischen der Aufnahme mehrerer 3-D-Bilddatensätze nach Kontrastmittelgabe vermieden werden.
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Vorteilhafterweise können nach einer einzigen Kontrastmittelgabe mindestens zwei oder drei Füllungsläufe durchgeführt werden. Anders ausgedrückt: Der Füllungslauf umfasst mehrere Rotationen des C-Bogens, z.B. einen Hin- und einen Rücklauf. Dies ist insbesondere bei einer pathologisch verlängerten oder verspäteten venösen Phase interessant. Die Projektionsbilddatensätze der Füllungsläufe können mit der gleichen oder auch abweichenden, vorzugsweise geringeren, Aufnahmedichte wie der Maskenlauf akquiriert werden. Eine geringere Aufnahmedichte hat den Vorteil, dass die Füllungsläufe bei schnellerer Bewegung des C-Bogens und somit in kürzerer Zeitspanne durchgeführt werden können als der Maskenlauf. Dabei sollte jedoch darauf geachtet werden, dass es an den Winkelpositionen der Projektionsbilddatensätze des Füllungslaufs auch entsprechende Projektionsbilddatensätze im Maskenlauf gibt. Dadurch besteht bei der Subtraktion die Wahl, entweder jeweils die einander entsprechenden Projektionsbilddatensätze aus Füllungs- und Maskenlauf voneinander zu subtrahieren, oder aber die rekonstruierten 3-D-Bilddatensätze voneinander abgezogen werden.
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Bevorzugt wird auch bei der Aufnahme mehrerer 3-D-Bilddatensätze nach Kontrastmittelgabe ein Wechsel der Abtastrichtung bzw. Rotationsrichtung während der Aufnahme vorgenommen, um ein Zurückfahren des C-Arms zu einer festen Startposition und dadurch bedingten Messpausen zu vermeiden.
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Mit besonderem Vorteil können nach Kontrastmittelgabe wenigstens drei 3-D-Bilddatensätze aufgenommen werden. Dabei sind bei einem kleinen Gesamtrotationswinkel für einen 3-D-Bilddatensatz von beispielsweise knapp über 180° mehr 3-D-Bilddatensätze nötig zur Abdeckung des kompletten Kontrastmitteldurchlaufs als bei einem Rotationswinkel von 360°. Insbesondere ist es möglich, sogenannte Halfscans aufzunehmen. Dabei werden während der Rotation des C-Arms lediglich 180° plus Fächerwinkel überstrichen. Bevorzugt werden bei dieser Aufnahmeart drei Füllungsläufe akquiriert. Mit Halfscans ist eine schnelle Datenaufnahme möglich.
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Vorzugsweise können zur Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes ein Rotationswinkel von wenigstens 270° verwendet werden und wenigstens 180 Projektionsbilddatensätze aufgenommen werden.
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Alternativ können zur Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes ein Rotationswinkel von 360° verwendet werden und wenigstens 240 Projektionsbilddatensätze aufgenommen werden.
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Alternativ können zur Aufnahme eines 3-D-Bilddatensatzes ein Rotationswinkel von 360° verwendet werden und wenigstens 260 Projektionsbilddatensätze aufgenommen werden.
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Je höher die Anzahl der aufgenommenen Projektionsbilddatensätze ist, desto genauer können die arterielle und venöse Phase von der dazwischen liegenden Mischphase getrennt werden. Dabei bestimmt sich die Gesamtzahl der aufnehmbaren Bilder aus der Darstellbarkeit des Kontrastmittelbolus in den Projektionsbilddatensätzen und der dadurch begrenzten Messzeit. Diese Messzeit kann beispielsweise in vier 3-D-Bilddatensätze mit einem Rotationswinkel von 220° bei 130 Projektionsbilddatensätzen investiert werden oder in zwei 3-D-Bilddatensätze mit einem Rotationswinkel von 360° und 260 Projektionsbilddatensätzen. Die Auswahl hängt dabei von den AV-Parametern ab.
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Vorteilhafterweise kann eine biplane C-Bogen-Röntgenvorrichtung verwendet werden. Mit biplanen C-Bogen-Röntgenvorrichtungen können aufgrund der zusätzlichen Bilderzeugungseinheit Bilddaten in einer kürzeren Zeitspanne aufgenommen werden. Dadurch lässt sich die zeitliche Auflösung erhöhen und eine bessere Trennung der arteriellen und der venösen Phase erzielen. Der verwendete Rotationswinkel ist dabei kleiner als bei einem Monoplansystem, nämlich bis zu 180° statt maximal 360°. Aufgrund des Winkelabstandes der Bildgebungseinheiten wird effektiv allerdings ein größerer Winkel abgetastet.
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Vorzugsweise kann eine C-Bogen-Röntgenvorrichtung mit einem feststehenden Fuß verwendet werden. Unter einem feststehenden Fuß wird dabei eine fest am Untergrund fixierte C-Bogen-Röntgenvorrichtung verstanden. Derartige C-Bogen-Röntgenvorrichtung erlauben ebenfalls kürzere Messzeiten, da sie höhere Rotationsgeschwindigkeiten ermöglichen. Mit einem feststehenden Fuß können Aufnahmen mit einer Rotation von 360° in 4s durchgeführt werden. Damit können auch bei Patienten mit kurzen AV-Zyklen bspw. aufgrund von AV-Shunts Bilddatensätze aufgenommen werden, in denen die Arterien und die Venen getrennt darstellbar sind.
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Vorteilhafterweise können die 3-D-Bilddatensätze aus den jeweiligen Projektionsbilddatensätzen unter Verwendung des Feldkamp-Algorithmus mit Parker-Gewichtung rekonstruiert werden. Der Feldkamp-Algorithmus stellt ein bekanntes Verfahren zur Rekonstruktion von 3-D-Bilddatensätzen dar, die aus Projektionsbilddatensätze gewonnen werden. Mit der Parker-Gewichtung wird die Überbewertung mehrfach gemessener Stellen des Untersuchungsobjekts vermieden.
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Bei dem/den Füllungsläufen kann eine Verzögerung zwischen der Injektion des Kontrastmittels und dem Start des Rotationslaufs entweder automatisch oder manuell eingestellt werden. Die Verzögerung soll möglichst genau die Zeit sein, die der Bolus braucht, um vom Injektionsort (intravenös oder intraarteriell) bis zum interessierenden Teil der Gefäßbaums vorzudringen. Dabei können entweder Erfahrungswerte bzw. Standardeinstellungen verwendet werden, oder aber die Verzögerung mittels eine Testbolus und 2-D-DSA bestimmt werden:
Um ungewöhnliche Laufzeiten des Bolus berücksichtigen zu können, die insbesondere bei Gefäßerkrankungen wie AVM (Arteriovenous malformations) auftreten können, ist es vorteilhaft, vor Aufnahme des/der Füllungsläufe einen Testbolus am gleichen Injektionsort zu geben und den Durchfluss des Testbolus mittels 2-D-DSA (zweidimensionaler Digital Subtraction Angiographie) zu beobachten. Dabei werden mit hoher Zeitauflösung Projektionsbilder aus einem Blickwinkel aufgenommen, diese jeweils mit einem nativen Projektionsbild subtrahiert, und das Einfluten des Bolus beobachtet. Daraus lässt sich eine geeignete Verzögerungszeit zwischen Injektion und Start des bzw. der Füllungsläufe bestimmen. Außerdem lässt sich mit dem Testbolus sowohl eine geeignete Rotationsgeschwindigkeit des C-Bogens und Aufnahmedichte, als auch einen geeigneten Rotationswinkel bestimmen.
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Es ist auch möglich, das Einfluten des Kontrastmittelbolus manuell auf in Echtzeit aufgenommenen und dargestellten Projektionsbildern, sogenannten Fluoroskopiebildern, zu beobachten, und manuell den Füllungslauf zu starten, wenn der Bolus in das interessierende Areal einzufluten beginnt.
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Die 3-D-Subtraktionsbilddatensätze können bei der Darstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als 3-D-Overlay oder 3-D-Roadmapping mit 2-D-Fluoroskopiebildern überlagert dargestellt werden. Dabei kann durch Darstellung verschiedener 3-D-Subtraktionsbilddatensätze hintereinander der Eindruck erzeugt werden, als würden bestimmte Teile der Gefäßstruktur an- oder ausgeschaltet. Alternativ können die 3-D-Subtraktionsbilddatensätze auch ohne Overlay im Cine-Mode dargestellt werden, also in einer Sequenz, wodurch wiederum der zeitliche Verlauf des Kontrastmittelbolus durch die Gefäßstruktur gut visualisiert werden kann.
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Optional können der Maskenlauf oder Kombinationen des Masken- und Füllungslaufs als Vorabinformation für fortgeschrittene Rekonstruktionstechniken verwendet werden, insbesondere iterative Rekonstruktionstechniken zur Reduzierung von Artefakten und bei Rekonstruktion aus geringeren Rotationswinkeln, wie sie z.B. in Improved Sparsity Constrained CT Image Reconstruction Applied to Clinical Data von Ludwig Ritschl et al., IEEE MIC 2010, beschrieben sind.
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Vorteilhafterweise kann während der Aufnahme der Projektionsbilddaten wenigstens eines Füllungslaufs eine Aufnahmepause eingelegt werden. Die Weiteraufnahme der Projektionsbilddaten kann manuell oder automatisch gestartet werden. Die Aufnahmepause dient zur Aufnahmeoptimierung bei extremen Pathologien und damit verbundenen extremen Abweichungen von den üblicherweise vorliegenden AV-Parametern. Insbesondere kann die Aufnahmepause bei einem Projektionswinkel von 200° des ersten Füllungslaufs erfolgen, bevorzugt also nach Aufnahme der Projektionsbilder eines vollständigen 3-D-Bilddatensatzes, der die arterielle Phase abbildet. Optimaler Weise wird der Zeitpunkt der Aufnahmepause in Abhängigkeit der oben beschriebenen Testbolus bestimmt.
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Vorzugsweise werden die 3-D-Subtraktionsbilder im Bildraum erzeugt, d.h. von einem rekonstruierten 3-D-Bilddatensatz eines Füllungslaufs wird der rekonstruierte 3-D-Bilddatensatz des Maskenlaufs abgezogen. Dadurch kann vor der Subtraktion eine Registrierung der 3-D-Bilddatensätze erfolgen. Die Subtraktion erfolgt demnach nach Registrierung der 3-D-Bilddatensätze.
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Daneben betrifft die Erfindung eine C-Bogen-Röntgenvorrichtung. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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1 eine C-Bogen-Röntgenvorrichtung,
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2 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
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3 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform,
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4 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer dritten Ausführungsform und
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5 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt eine C-Bogen-Röntgenvorrichtung 1 mit einer Ständervorrichtung 2 und einem C-Arm 3. Der C-Arm 3 ist über die Aufhängung 4 mit der Ständervorrichtung 2 verbunden. Zur Datenaufnahme ist der C-Arm 3 in Richtung der Pfeile 5 und 6 mittels eines in der Aufhängung 4 befindlichen Motors 7 bewegbar. In der Ständervorrichtung 2 befindet sich eine Steuerungsvorrichtung 8 zur Ansteuerung des Motors 7 in der Aufhängung 4 sowie zur Steuerung der Röntgenquelle 9 und des Detektors 10, die an den Enden des C-Arms 3 angeordnet sind. Weiterhin ist in der Ständervorrichtung 2 der Generator 11 für die Hochspannung untergebracht.
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Selbstverständlich umfasst die Steuerungsvorrichtung 8 auch eine Speichereinheit zur Abspeicherung der aufgenommenen Daten. Sie kann auch eine Recheneinrichtung zur Weiterverarbeitung der aufgenommenen Daten und eine Anzeigevorrichtung aufweisen. Die aufgenommenen Daten können jedoch auch auf einer externen Recheneinrichtung weiterverarbeitet werden.
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Neben den gezeigten Rotationsrichtungen in Richtung der Pfeile 5 und 6 ist der C-Arm 3 noch in der Vertikalen sowie um weitere Achsen bewegbar, um eine exakte Positionierung des Patienten im Isozentrum zu ermöglichen. Diese Korrekturen können selbstverständlich auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden.
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2 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform. Dabei wird als erster Schritt die patientenspezifische Wartezeit P zwischen Kontrastmittelgabe und Abbildung des Kontrastmittels im interessierenden Aufnahmebereich ermittelt. Dazu wird ein natives zweidimensionales Projektionsbild des zu untersuchenden Bereichs aufgenommen, ein Testbolus TCA gegeben und danach mehrere Projektionsbilder wiederum des interessierenden Bereichs aufgenommen. Der Testbolus unterscheidet sich von der später erfolgenden Kontrastmittelgabe lediglich darin, dass eine geringere Menge verabreicht wird. Aus dem nativen Projektionsbild und den nach Testbolusgabe aufgenommenen Projektionsbildern werden Subtraktionsbilder ermittelt, anhand derer die Wartezeit beispielsweise mittels Verwendung eines Signalschwellwerts automatisch bestimmbar ist.
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Dieser erste Schritt ist allerdings optional, stattdessen kann auch ein Standardwert verwendet werden. Die Verwendung eines Testbolus zur Wartezeitermittlung kann in allen beschriebenen Ausführungsformen erfolgen. Insbesondere kann mittels des so bestimmten Zeitwerts die Rotationsgeschwindigkeit des C-Arms 3 angepasst werden.
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Als zweiter Schritt werden 240 native Projektionsbilder 12 über einen Rotationswinkel 13 des C-Arms 3 von 360° akquiriert. Die Anzahl der Projektionsbilder 12 kann in einem Bereich von 150 bis 360 liegen, bei 240 ist jedoch ein Optimum an notwendigem Informationsgehalt im Verhältnis zur applizierten Strahlendosis gegeben. Als Rotationswinkel 13 kommen zwar grundsätzlich alle Winkel oberhalb von 180° plus Fächerwinkel in Betracht, jedoch wird durch die Ausnutzung der vollen Rotationsbewegung des C-Arms 3 der C-Bogen-Röntgenvorrichtung 1 die Unterscheidung zwischen arterieller und venöser Phase erleichtert. Die Rotation erfolgt in Richtung des Pfeils 5.
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Nach der Aufnahme des nativen 3-D-Bilddatensatzes wird das Kontrastmittel CA intra-arteriell appliziert und die Datenaufnahme nach der entweder mittels des Testbolus bestimmten Wartezeit oder nach einer Standardwartezeit gestartet. Dabei startet die Rotation des C-Arms 3 an der Position oder wenigstens in der Nähe der Position, an der sich der C-Arm 3 nach der Aufnahme des nativen 3-D-Bilddatensatzes befindet. Dementsprechend rotiert der C-Arm 3 in Richtung des Pfeils 6. Dabei werden wenigstens 150 Projektionsbilddatensätze 14 nach der Kontrastmittelgabe aufgenommen, insbesondere 240. Zur Vereinfachung der Datenprozessierung werden die Projektionsbilddatensätze 14 nach Kontrastmittelgabe bei der gleichen Winkelstellung aufgenommen, an denen die Projektionsbilddatensätze 12 des nativen 3-D-Bilddatensatzes aufgenommen wurden. Dadurch können die einzelnen Projektionsbilddatensätze 12 und 14 bei entsprechendem Projektionswinkel jeweils direkt und ohne weitere Berechnungen voneinander subtrahiert werden. Die Anzahl der Projektionsbilddatensätze des 3-D-Bilddatensatzes nach Kontrastmittelgabe ist dabei maximal gleich der Anzahl der Projektionsbilddatensätze des nativen 3-D-Bilddatensatzes.
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Nach der Datenaufnahme werden die entsprechenden Projektionsbilddatensätze 12 und 14 als Rohdaten voneinander subtrahiert und jeweils 132 zusammenhängende Subtraktionsbilder zu einem 3-D-Subtraktionsbild mittels des von Feldkamp et al. in Practical Cone-beam Algorithm beschriebenen, im Journal of the Optical Society of America, Vol. 1, No. 6, June 1984, Seiten 612 bis 619, veröffentlichten Feldkamp-Verfahrens mit Parker-Gewichtung rekonstruiert. Dabei müssen die zusammenhängenden Subtraktionsbilder jeweils einen Rotationswinkel von 180° plus Fächerwinkel umfassen. Diese Art der Rekonstruktion wird auch "sliding window technique" genannt. Die Anzahl der verwendeten Subtraktionsbilder kann selbstverständlich auch höher sein, solange nicht alle vorhandenen Subtraktionsbilder verwendet werden ist ein "sliding window" möglich.
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Aus diesen 3-D-Subtraktionsbilddatensätzen können dann die beiden ausgewählt werden, die die Gefäße des aufgenommenen Bereiches während der arteriellen Phase bzw. während der venösen Phase zeigen.
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Für den Fall, dass sich aufgrund extremer AV-Parameter gar kein vollständiger 3-D-Subtraktionsbilddatensatz mit einer reinen arteriellen oder venösen Phase erzeugen lässt wird der im Folgenden beschriebene Zwischenschritt vorgeschlagen. Dies ist z.B. nötig, wenn nur die ersten 60 aufgenommenen Projektionsbilddatensätze eine reine arterielle Phase abbilden und danach bereits eine zusätzliche Kapillarphase bzw. venöse Phase dargestellt wird.
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In diesem Fall werden von allen aufgenommen Projektionsbilddatensätzen unter Abzug des korrespondierenden nativen Projektionsbilddatensatzes die Subtraktionsbilddatensätze gebildet. Danach wird ein Projektionsbild ausgewählt, das eine rein arterielle Phase enthält. Diese Auswahl kann automatisiert werden, indem von einem Subtraktionsbilddatensatz, der aus einem kurz nach Kontrastmittelgabe aufgenommenen Projektionsbilddatensatz erstellt wurde, rein exemplarisch Subtraktionsbilddatensatz Nummer 10, als Referenzbilddatensatz ausgewählt und die Gesamtsignalintensität ermittelt wird. Diese ist im Wesentlichen signalbefreit und der Hauptbeitrag erfolgt durch das Kontrastmittel. Dieser Subtraktionsbilddatensatz wird von den folgenden Subtraktionsbilddatensätzen zur Erzeugung von ersten Zwischenbilddatensätzen abgezogen. In den Zwischenbilddatensätzen ist die Signalintensität der einen Signalwert unter Null aufweisenden Bildpunkte aufzusummieren und mit der Gesamtsignalintensität des Referenzbilddatensatzes zu vergleichen. Sobald die negativen Signalwerte eines Zwischenbilddatensatzes vom Betrag her im Wesentlichen die Gesamtsignalintensität des Referenzbilddatensatzes aufweisen bedeutet dies, dass das zugehörige Subtraktionsbild zu einer Phase aufgenommen wurde, die direkt an die arterielle Phase anschließt. Das entsprechende Subtraktionsbild wird dann herangezogen und von allen ursprünglich erzeugten Subtraktionsbildern mit einer Mischphase zur Erzeugung zweiter Zwischenbilddatensätze abgezogen. Die Mischphase ist in allen Bildern vorhanden, die zwischen dem letzten Bilddatensatz mit rein arterieller Phase und dem mit dem beschriebenen Verfahren ermittelten Subtraktionsbilddatensatz liegen. Um im beschriebenen Beispiel zu bleiben handelt es sich um die Subtraktionsbilddatensätze 61 bis 159. In den so erzeugten zweiten Zwischenbilddatensätzen werden alle Bildpunkte mit einer Signalintensität unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, insbesondere alle Signalintensitäten unterhalb von 0, auf Null gesetzt. Auf diese Art und Weise kann aus den Subtraktionsbilddatensätzen 61 bis 159 das Signal der venösen Phase herausgerechnet werden.
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Aus den Subtraktionsbilddatensätzen 1 bis 159 können dann aus aufeinanderfolgenden Subtraktionsbilddatensätzen mehrere 3-D-Subtraktionsbilddatensätze mit der oben beschriebenen "sliding window"-Technik ermittelt werden, die nur die arterielle Phase abbilden.
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Wie beschrieben ist dieser Zusatzaufwand allerdings nur notwendig bei extremen AV-Parametern.
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Ist eine lang andauernde venöse Phase zu erwarten, kann während der Messung des 3-D-Bilddatensatzes nach Kontrastmittelgabe eine Messpause eingelegt werden. Diese kann je nach erwarteter Dauer der venösen Phase bis zu 2 s betragen und ist nach der Aufnahme der ersten Hälfte der Projektionsbilddatensätze einzulegen.
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In 2 wie auch in den folgenden Figuren werden durch die Füllung der Ellipsenbahnen der Projektionsbilddatensätze nach Kontrastmittelgabe die arterielle und die venöse Phase angedeutet, wobei die eng schraffierte Fläche die arterielle Phase und die breit schraffierte Fläche die venöse Phase darstellt. Selbstverständlich findet kein abrupter Wechsel der Phasen statt, vielmehr handelt es sich um einen gleitenden Übergang.
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3 zeigt zur Verdeutlichung die "sliding window"-Technik, wobei davon ausgegangen wird, dass die Messung der Projektionsbilddatensätze bei einem Winkel von 0° beginnt. Die Subtraktionsbilddatensätze n1 bis n132 werden zur Erzeugung des ersten 3-D-Subtraktionsbilddatensatzes verwendet. Aus den Subtraktionsbilddatensätze n128 bis n260 werden zur Erzeugung eines weiteren 3-D-Subtraktionsbilddatensatzes verwendet. Alle dazwischen liegenden und aufeinanderfolgend aufgenommenen Projektionsbilddatensätze können ebenfalls zur Erzeugung von 3-D-Subtraktionsbilddatensätzen herangezogen werden. Dies wird ermöglicht durch die Datenaufnahme über einen großen Rotationswinkel.
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Insbesondere ist es mittels der "sliding window"-Technik möglich, den Durchfluss des Kontrastmittelbolus durch die Arterien und die Venen darzustellen. Damit können nicht nur statische sondern auch dynamische Darstellungen erzeugt werden, wodurch sich eine verbesserte Diagnostik erreichen lässt.
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4 zeigt eine Ausgestaltung für den Fall, dass eine länger andauernde venöse Phase vorliegt. Dann können auch mehrere 3-D-Bilddatensätze nach Kontrastmittelgabe aufgenommen werden. Deren Projektionsbilddatensätze werden über einen Rotationswinkel von 360° aufgenommen, wobei die Aufnahmerichtungen entgegengesetzt sind. Nach der Aufnahme des nativen 3-D-Bilddatensatzes 15 wird ein Kontrastmittel gegeben und danach der 3-D-Bildatensatz 16 aufgenommen. Darauf folgend wird noch der 3-D-Bilddatensatz 17 akquiriert. Dazwischen wird jeweils die Aufnahmerichtung gewechselt, wie die Pfeile 5 und 6 andeuten. Dadurch kann die Messung direkt aufeinanderfolgend ohne Messzeitverlust erfolgen. Die Rekonstruktion der Messdaten erfolgt wie bereits beschrieben. Selbstverständlich können noch weitere 3-D-Bilddatensätze nach Kontrastmittelgabe aufgenommen werden.
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5 zeigt eine Ausgestaltung, bei der lediglich ein Rotationswinkel von 180° plus Fächerwinkel verwendet wird. Dann werden nach Kontrastmittelgabe wenigstens zwei, insbesondere drei, 3-D-Bilddatensätze aufgenommen. Nach Aufnahme des nativen 3-D-Bilddatensatzes 15 kehrt der C-Arm zur Ausgangsposition zurück. Die danach aufgenommenen Projektionsbilder der 3-D-Bilddatensätze 18, 19 und 20 nach Kontrastmittelgabe bzw. die Subtraktionsbilddatensätze werden aneinandergereiht, um die Erzeugung einer Vielzahl von 3-D-Bilddatensätzen mit der oben beschriebenen "sliding window"-Technik zu erlauben. Die so erzeugbaren 3-D-Bilddatensätze 18 bis 20 können zur Erstellung verbesserter 3-D-Subtraktionsbilder miteinander registriert werden.
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In allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, statt einer intraarteriellen eine intravenöse Injektion des Kontrastmittels vorzunehmen und zuerst die venöse Phase und danach die arterielle Phase in den Projektionsbilddatensätzen aufzunehmen.
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Weiterhin kann in allen Ausführungsformen während der Aufnahme eine 3-D-Bilddatensatzes nach Kontrastmittelgabe eine Messpause P erfolgen. Diese Messpause ist in den Zeitraum zu legen, in der eine Mischphase, also das gleichzeitige Vorhandensein von Kontrastmittel in Arterien und Venen, zu erwarten ist. Diese Messdaten werden mit hoher Wahrscheinlichkeit sowieso verworfen, weshalb sie zur Einsparung von Strahlendosis erst gar nicht akquiriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012181 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Improved Sparsity Constrained CT Image Reconstruction Applied to Clinical Data von Ludwig Ritschl et al., IEEE MIC 2010 [0028]
- Feldkamp et al. in Practical Cone-beam Algorithm beschriebenen, im Journal of the Optical Society of America, Vol. 1, No. 6, June 1984, Seiten 612 bis 619 [0044]
