DE102012209410A1

DE102012209410A1 - Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion

Info

Publication number: DE102012209410A1
Application number: DE102012209410A
Authority: DE
Inventors: Johannes Georg KORPORAAL
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: DE102012209410B4; CN103445799A; US9050055B2; US20130324845A1; CN103445799B

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR). Hierzu werden zunächst basierend auf einer definierten Testbolus-Inputfunktion (IFT) patientenspezifische Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) sowie eine Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen (CIRB) bereitgestellt. Es wird dann durch Kombination der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIRB) mit der Testbolus-Inputfunktion (IFT) eine Anzahl von simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TFS, TFS,m) erzeugt. Die simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TFS, TFS,m) und die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) werden aneinander unter Variation einer Anzahl von Anpassungsparametern zur Gewinnung von optimalen Anpassungsparameterwerten (t0, b, a) angepasst, und dann wird die patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) auf Grundlage der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIRB) und der optimalen Anpassungsparameterwerte (t0, b, a) erstellt. Darüber hinaus werden ein darauf basierendes Verfahren zur Vorhersage eines voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs (CIF) und ein dieses Verfahren wiederum nutzendes Verfahren zur Ansteuerung eines medizintechnischen Bildgebungssystems (1) beschrieben. Außerdem werden eine entsprechende Vorrichtung (25) zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR), eine Steuereinrichtung (10) für ein Bildgebungssystem (1) und ein Bildgebungssystem (1) mit einer solchen Steuereinrichtung (10) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vorhersage eines voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines medizintechnischen Bildgebungssystems unter Verwendung dieses voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs. Schließlich betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für ein Bildgebungssystem, die eine Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion aufweist, sowie ein Bildgebungssystem zum Erzeugen von Bilddatensätzen vom Inneren eines Untersuchungsobjekts mit einer derartigen Steuereinrichtung.
Bildgebungssysteme, welche Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjekts erzeugen, gehören heutzutage zum Standard der modernen Medizin. Typischerweise werden hierfür Ultraschallsysteme, Magnetresonanzsysteme, Röntgengeräte oder mit Röntgenstrahlung arbeitende Computertomographiesysteme (CT-Systeme) eingesetzt. Zur leichteren Erkennung von bestimmten Strukturen im Inneren eines Untersuchungsobjekts werden vielfach Kontrastmittel eingesetzt und während der Verbreitung des Kontrastmittels im Untersuchungsobjekt zu einem oder verschiedenen Zeitpunkten Bilddaten der interessierenden Region (Region of Interest = ROI) gefertigt. Durch das Kontrastmittel, welches sich in bzw. an den bestimmten Strukturen in besonderer Weise verteilt, anreichert und wieder abbaut, werden diese Strukturen in den Bildern besser unterscheidbar und Pathologien oder Fehlfunktionen sichtbar. Zudem können so bestimmte Organe, wie z. B. Blutgefäße, oder andere Objekte leichter in den Bilddaten segmentiert werden.
Für viele Bereiche bzw. Auswertungen ist eine genaue Bestimmung oder sogar Steuerung des Anreicherungszustands (oft auch „Enhancement“ genannt) des Kontrastmittels in einem bestimmten Objekt oder Organ vorteilhaft oder sogar erforderlich. Dies gilt beispielsweise insbesondere für die CT-Angiographie, bei der das Enhancement in den Gefäßen möglichst genau festgelegt werden sollte. Einerseits soll nämlich ein bestimmtes Minimum an Anreicherung erreicht sein, damit die Segmentierung der Gefäße in den Bilddaten für eine spätere Auswertung optimal durchgeführt werden kann. Andererseits darf das Enhancement nicht zu hoch sein, damit z. B. Calciumablagerungen nicht verschleiert werden. Auch sollte die Akquisition der Bilddaten (der CT-Scan) zum richtigen Zeitpunkt gestartet werden, damit das Gewebe möglichst zum Zeitpunkt des maximalen Anreicherungszustands gemessen wird. Um dies zu erreichen, ist eine zuverlässige Vorhersage des Kontrastmittelverlaufs für jeden individuellen Patienten wünschenswert.
Um das Enhancement zu einem bestimmten Zeitpunkt möglichst genau vorhersagen zu können, wird häufig ein sogenannter Testbolus gegeben. Dabei wird dem Patienten oder Probanden vorab eine kleine Menge Kontrastmittel gegeben und dann das Enhancement in einer bestimmten Schicht, vorzugsweise in der interessierenden Region oder zumindest nahe dieser Region, ausgewertet. Bei CT-Aufnahmen wird hierzu meist mit geringer Röntgendosis nur eine Schicht von ca. 10 mm Stärke i. d. R. orthogonal zur Körperachse gemessen. Für CT-Angiographien erfolgt diese Messung meist so, dass das Enhancement in einem Querschnitt durch die Aorta am Herzen beobachtet wird. Sind andere Organe zu untersuchen, wird dementsprechend bevorzugt in einer Schicht in der Nähe des jeweiligen Organs gemessen, beispielsweise bei einer Leberuntersuchung ein Querschnitt in der Aorta neben der Leber. Es wird dann bei der Auswertung der betreffende Aortenquerschnitt als ROI verwendet und mit Hilfe der Bilddaten in diesem Bereich die Anreicherung des Kontrastmittels in Abhängigkeit von der Zeit beobachtet. Aus den so ermittelten patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten wird dann versucht, eine patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (üblicherweise auch „Patientenfunktion“ genannt) zu destillieren. Mit dieser Patientenfunktion kann dann der Kontrastmittelverlauf für eine weitere Kontrastmittelgabe vorhergesagt werden oder umgekehrt kann, wenn ein bestimmter Kontrastmittelverlauf gewünscht wird, das dazu erforderliche Injektionsprotokoll bestimmt werden. Unter einem Injektionsprotokoll sind dabei die Steuerungsvorschriften zu verstehen, zu welchem Zeitpunkt wie viel Kontrastmittel zu verabreichen ist. Die Funktion, die diese Kontrastmittelgabe in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt, wird auch allgemein als „Input-Funktion“ bezeichnet.
Wird beispielsweise das Blutzirkulationssystem als lineares zeitinvariantes System betrachtet, kann ein Kontrastmittelverlauf mathematisch als Konvolution (oder Faltung) der Input-Funktion mit der Patientenfunktion beschrieben werden. Um aus den Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten bei einer bekannten Testbolus-Input-Funktion die Patientenfunktion zu bestimmen, kann beispielsweise nach einer Fouriertransformation des Injektionsprotokolls und der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten im Spektralbereich eine Entfaltung durchgeführt werden. Dies setzt aber voraus, dass die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten über einen ausreichend langen Zeitraum und mit hoher zeitlicher Auflösung gemessen werden, damit beispielsweise auch die Rezirkulation des Kontrastmittels in diesen Daten mit erfasst wird. Ist die zeitliche Auflösung zu niedrig oder werden die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten nicht ausreichend lange vollständig gemessen, ist es sehr schwierig, eine zuverlässige Patientenfunktion zu generieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit der auch bei nicht vollständigen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten sicher eine patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion folgende Schritte durchgeführt:

– Zum einen erfolgt eine Bereitstellung von patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten basierend auf einer definierten Testbolus-Input-Funktion. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem auf in einem Speicher zuvor hinterlegte patientenspezifische Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten zugegriffen wird. Erforderlich ist, dass diese patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten, d. h. der Kontrastmittelverlauf in dem zu untersuchenden Patienten, gemessen wurden, wobei die Gabe des Testbolus in bekannter, genau definierter Weise erfolgte. D. h. auch die Input-Funktion des Testbolus muss für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung stehen, beispielsweise mit den patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten hinterlegt sein.
– Zum anderen muss eine Anzahl von, d. h. eine oder mehrere, Basis-Impulsantwortfunktionen bereitgestellt werden. Diese können beispielsweise in einem Speicher, insbesondere einer Datenbank, hinterlegt sein, auf die dann im Verfahren zugegriffen wird. Zur Erstellung der Basis-Impulsantwortfunktionen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die später noch im Detail erläutert werden.
– Es wird dann eine Anzahl von, d. h. eine oder mehrere, simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen durch Kombination der Basis-Impulsantwortfunktionen mit der Testbolus-Input-Funktion erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Faltung der betreffenden Basis-Impulsantwortfunktion mit der Testbolus-Input-Funktion.
– Diese simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen und die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten werden dann aneinander angepasst, wozu eine Anzahl von Anpassungsparametern zur Gewinnung von optimalen Anpassungsparameterwerten variiert werden. Üblicherweise wird dabei die simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion an die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten angepasst. Prinzipiell wäre aber auch die umgekehrte Variante oder eine Kombination zwischen beiden Vorgehensweisen möglich. Auch die bevorzugten Anpassungsparameter werden später noch im Detail erläutert.
– Schließlich wird die patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf Grundlage der verwendeten Basis-Impulsantwortfunktionen sowie der optimalen Anpassungsparameterwerte erstellt.

Dieses Verfahren erfordert also nicht mehr eine mathematische Entfaltung und somit die kompletten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten in möglichst hoher zeitlicher Auflösung. Stattdessen reicht auch eine reduzierte Anzahl an Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten mit relativ großem zeitlichen Abstand und ggf. auch nur in Teilbereichen aus, da letztlich der wesentliche Punkt des Verfahrens auf dem Anfitten einer oder mehrerer simulierter Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen basiert. Das gesamte Verfahren ist somit bei nicht optimalen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten erheblich stabiler und unempfindlicher als eine Zurückrechnung über eine Entfaltung. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion kann dabei vorzugsweise vollautomatisch durchgeführt werden.
Im Weiteren kann dieses Verfahren dann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Vorhersage eines voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs verwendet werden. Hierzu kann die mit diesem Verfahren ermittelte Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion mit einer während der späteren Untersuchung verwendeten Input-Funktion kombiniert, beispielsweise gefaltet, werden. Auf diese Weise kann also in einer bestimmten Region, in der auch zuvor die Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion bestimmt wurde, d. h. aus der die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten stammen, sowie in den damit zusammenhängenden Organen und Objekten relativ sicher während der späteren Untersuchung der Verlauf der Kontrastmittelanreicherung in Abhängigkeit von der Zeit vorhergesagt werden.
Ein solches Verfahren kann dann wiederum bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Ansteuerung eines medizintechnischen Bildgebungssystems eingesetzt werden, wobei ein Referenzzeitpunkt – beispielsweise ein Start-Zeitpunkt zum Start einer Bildakquisition in einem bestimmten Bereich – für das Bildgebungssystem auf Basis eines Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts einer Kontrastmittelgabe und des vorhergesagten Kontrastmittelverlaufs bestimmt wird. Die Ermittlung eines solchen Referenzzeitpunkts kann aber auch für andere Verfahren sinnvoll sein, beispielsweise für eine spätere Auswertung von Bilddatensätzen einer Kontrastmittelaufnahme. So ist es in vielen Fällen wesentlich zu wissen, in welcher Phase bestimmte Bilder aufgenommen wurden, beispielsweise ob es sich um eine Phase handelt, in der sich das Kontrastmittel erst in einer bestimmten Struktur verteilt bzw. anreichert, oder ob die Bilder in einer Phase erzeugt wurden, in der das Kontrastmittel wieder aus der Struktur verschwindet, d. h. abgebaut wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion weist zumindest folgende Komponenten auf:

– Eine Eingangs-Schnittstelle zur Übernahme von patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten, basierend auf einer definierten Testbolus-Input-Funktion. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Schnittstelle zu einem Speicher handeln, in dem die betreffenden Daten hinterlegt sind, aber auch um eine Schnittstelle zu einer Auswerteeinheit, in der aktuell gerade die Messdaten aus einer Testbolus-Messung ausgewertet werden und von der die Daten direkt übernommen werden können.
– Eine Eingangs-Schnittstelle zur Übernahme einer Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen. Auch hier kann es sich beispielsweise um eine Schnittstelle zu einem Speicher handeln. Grundsätzlich können die Eingangs-Schnittstelle zur Übernahme der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und die Eingangs-Schnittstelle zur Übernahme der Basis-Impulsantwortfunktionen auch als gemeinsame Schnittstelle ausgebildet sein.
– Eine Simulationseinheit zur Erzeugung einer Anzahl von simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen durch Kombination der Basis-Impulsantwortfunktionen mit der Testbolus-Input-Funktion.
– Eine Anpassungseinheit zur Anpassung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion und der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten aneinander unter Variation einer Anzahl von Anpassungsparametern zur Gewinnung von optimalen Anpassungsparameterwerten.
– Eine Impulsantwortfunktionsberechnungseinheit zur Erstellung der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf Grundlage der Basis-Impulsantwortfunktion und der optimalen Anpassungsparameterwerte.

Die patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion kann dann über eine Ausgangs-Schnittstelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise an andere Einheiten ausgegeben werden, die mit der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion weiter arbeiten, insbesondere weitere Berechnungen durchführen oder diese speichern.
Eine solche Impulsantwortfunktions-Ermittlungsvorrichtung zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion ist besonders bevorzugt als Teil einer Steuereinrichtung für ein Bildgebungssystem ausgebildet. D. h. die Steuereinrichtung weist selber diese Vorrichtung zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf. In diesem Fall weist die Steuereinrichtung bevorzugt auch eine Schnittstelle zur Erfassung oder Ausgabe eines Kontrastmittelgabe-Start-Zeitpunkts sowie eine Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines Referenzzeitpunkts für das Bildgebungssystem auf Basis des Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts und der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf. Dies hat dann den Vorteil, dass die Steuereinrichtung vollautomatisch unmittelbar die Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf Basis der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten ermitteln und später entsprechend das Bildgebungssystem mit Hilfe dieser Steuereinrichtung so gesteuert werden kann, dass bei der eigentlichen Messung mit der Bilddatenakquisition zum richtigen Zeitpunkt nach einer Kontrastmittelgabe begonnen werden kann und/oder die Bilddaten zeitlich mit dem Referenzzeitpunkt verknüpft und gespeichert werden können.
Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion aber auch auf anderen Rechnern realisiert werden, die beispielsweise die benötigten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und Basis-Impulsantwortfunktionen von anderen Komponenten übernehmen und beispielsweise mit dem Bildgebungssystem über ein Netzwerk verbunden sind. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn rechenintensivere Aufgaben aus der Steuereinrichtung verlagert werden sollen, um die Rechenkapazität der Steuereinrichtung voll zur Steuerung anderer Messungen zur Verfügung zu stellen.
Ein erfindungsgemäßes Bildgebungssystem zum Erzeugen von Bilddaten vom Inneren eines Untersuchungsobjekts umfasst vorzugsweise eine zuvor beschriebene Steuereinrichtung, welche auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion aufweist.
Insbesondere können die Simulationseinheit, die Anpassungseinheit und die Impulsantwortfunktionsberechnungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion jeweils als Softwaremodule auf einem geeigneten Rechner mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Die Eingangs-Schnittstellen sowie die Ausgangs-Schnittstelle können ebenfalls in Form von reiner Software realisiert sein, sofern nur eine Übernahme der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und Basis-Impulsantwortfunktionen bzw. eine Ausgabe der Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion von anderen bzw. an andere, insbesondere auf der gleichen Rechnereinheit, realisierten weiteren Einheiten oder Speichern erforderlich ist. Grundsätzlich können diese Schnittstellen aber auch als kombinierte Hardware-/Software-Schnittstellen realisiert sein, um eine externe Ein- und Ausgabe zu realisieren, beispielsweise mit Hilfe von Softwarekomponenten speziell konfigurierte Hardware-Schnittstellen. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass beispielsweise auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen für Bildgebungssysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei die Ansprüche einer Kategorie auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen einer anderen Kategorie weitergebildet sein können.
Wie bereits oben erläutert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, Basis-Impulsantwortfunktionen zu erstellen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eine Basis-Impulsantwortfunktion verwendet, die auf empirischen Daten basiert. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um eine populationsgemittelte Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion. Diese empirischen Daten können beispielsweise zuvor anhand einer Vielzahl von Kontrastmittelmessungen an verschiedenen Patienten bzw. Probanden gewonnen werden, wobei hierzu jeweils ein übliches Entfaltungsverfahren genutzt werden kann, um die individuellen Patientenfunktionen zu ermitteln, die dann zur Bildung der Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion gemittelt werden. Dabei ist es in einer einfachen Variante möglich, eine Basis-Impulsantwortfunktion zu verwenden, welche über eine beliebige statistische Patientengruppe gemittelt ist, die beispielsweise repräsentativ für alle Patienten ist.
Bei einer weiter bevorzugten Variante wird eine Mehrzahl von patiententypspezifischen Basis-Impulsantwortfunktionen bereitgestellt. „Patiententypspezifisch“ ist hierbei so zu verstehen, dass die Basis-Impulsantwortfunktion in irgendeiner Weise mit einem bestimmten Patiententyp bzw. Eigenschaften des Patienten oder Probanden zusammenhängt. In diesem Fall ist die patiententypspezifische Basis-Impulsantwortfunktion beispielsweise eine Impulsantwortfunktion, die nur auf empirischen Daten aus dieser Gruppe basiert, indem z. B. nur die Impulsantwortfunktionen von Patienten bzw. Probanden der betreffenden Gruppe gemittelt werden. Insbesondere können patiententypspezifische Basis-Impulsantwortfunktionen für spezielle Patientengruppen mit bestimmten Attributen wie Geschlecht, Gewicht, Größe, Krankheit etc. bereitgestellt werden. Bei einer aktuellen Untersuchung kann dann der jeweilige Patient oder Proband einer geeigneten Gruppe zugeordnet und dann die zu dieser Gruppe passende patiententypspezifische Basis-Impulsantwortfunktion verwendet werden.
Wie später noch erläutert wird, ist es auch möglich, innerhalb des Verfahrens verschiedene patiententypspezifische Basis-Impulsantwortfunktionen für die Erstellung von verschiedenen simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen zu verwenden und diese verschiedenen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen dann jeweils an die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten anzupassen. Dabei können dann nicht nur die optimalen Anpassungsparameterwerte bestimmt, sondern auch eine besonders geeignete simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion und somit eine besonders geeignete Basis-Impulsantwortfunktion ausgewählt werden, auf deren Basis dann die patiententypspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion erstellt werden kann. In diesem Fall ist es also nicht notwendig, zuvor den Patienten oder Probanden einer Gruppe zuzuordnen, für die eine spezielle patiententypspezifische Basis-Impulsantwortfunktion zur Verfügung steht.
Vorzugsweise kann auch zur Anpassung zusätzlich zumindest eine Funktionsabschnitt-Korrekturfunktion für die Basis-Impulsantwortfunktion verwendet werden. Üblicherweise hat eine Impulsantwortfunktion bestimmte signifikante Abschnitte, die auf bestimmten Mechanismen innerhalb des Blutkreislaufs beruhen. So gibt es in der Regel einen ersten großen Peak, den sogenannten „FPP-Durchgang“ (FPP = First Pass Peak), der den ersten Durchgang des Kontrastmittels durch beispielsweise die beobachtete Arterie zeigt. Anschließend treten meist ein mehr oder weniger ausgeprägtes Minimum und danach ein kleineres Maximum mit einem langsam abnehmenden Verlauf auf. Dieser Bereich ist durch die Rezirkulation des Kontrastmittels im Körper bedingt. Daher kann vorzugsweise eine FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion verwendet werden, welche in erster Linie auf den ersten Bereich der Basis-Impulsantwortfunktion wirkt, und/oder eine Rezirkulations-Korrekturfunktion, welche vornehmlich auf den Bereich wirkt, der durch die Rezirkulation bedingt ist. Diese Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen können beispielsweise mit unterschiedlicher Gewichtung auf die Basis-Impulsantwortfunktion aufsummiert oder von dieser subtrahiert werden. Insbesondere können die Basis-Impulsantwortfunktionen mit diesen Funktionsabschnitt-Korrekturen mit unterschiedlicher Gewichtung an die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten angepasst werden, was letztlich auch einer gewichteten Aufsummierung bzw. Subtraktion der Korrekturfunktionen an die Basis-Impulsantwortfunktion gleichkommt.
Bei der Anpassung der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion an die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten oder umgekehrt haben sich bestimmte Anpassungsparameter als besonders wesentlich herausgestellt.
Einer dieser Parameter ist ein Zeitskalierungsfaktor. Mit diesem Zeitskalierungsfaktor kann die Breite der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion entlang der Zeitachse variiert werden. Mit anderen Worten, die Zeitachse dieser Funktion wird gestaucht oder gedehnt. Ein weiterer bevorzugter Anpassungsparameter der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion ist eine Offsetzeit, mit der die simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion relativ zu den Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten verschoben wird. Ein dritter bevorzugter Anpassungsparameter ist ein Amplituden-Skalierungsfaktor, mit dem die simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion insgesamt bezüglich der Höhe skaliert wird. Es hat sich herausgestellt, dass diese drei Anpassungsparameter im Wesentlichen für eine gute Anpassung ausreichen, so dass bevorzugt eine Anpassung nur mittels dieser Anpassungsparameter erfolgt. Dabei können bei einer Nutzung von mehreren Basis-Impulsantwortfunktionen bzw. zusätzlichen Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen diese drei Parameter auch separat für jede der Basis-Impulsantwortfunktionen bzw. Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen variiert werden. D. h. die Parameter können insoweit als Vektoren gesehen werden, deren Vektorelemente jeweils die Parameter für die einzelnen Basis-Impulsantwortfunktionen bzw. Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen sind.
Auch wenn zuvor angegeben wurde, dass es sich hierbei um Anpassungsparameter der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion handelt, ist es – wie eingangs bereits erläutert – auch möglich, dass diese Anpassungsparameter auf die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten angewandt werden, um eine gegenseitige Anpassung zu erreichen.
Bei einem ganz besonders bevorzugten Verfahren erfolgt eine Ermittlung von optimalen Anpassungsparameterwerten für eine Basis-Impulsantwortfunktion mittels eines iterativen Verfahrens. Das heißt, es wird beispielsweise innerhalb eines Algorithmus eines Fit-Verfahrens eine FOR-Schleife mehrfach durchlaufen, um eine optimale Anpassung zu erreichen. Dabei werden jeweils in einem Iterationsschritt zumindest folgende Schritte durchlaufen.

a) Die Basis-Impulsantwortfunktion wird mit einem Zeitskalierungsfaktor skaliert, welcher der erste Anpassungsparameterwert ist.
b) Für die zeitskalierte Basis-Impulsantwortfunktion wird dann eine aktuelle („aktuell“ heißt in diesem Zusammenhang die im jeweiligen Iterationsschritt geltende) simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion ermittelt.
c) Anschließend werden die aktuelle simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion und die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten unter Variation einer Anzahl von weiteren Anpassungsparametern aneinander angepasst. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Variation einer Offsetzeit und/oder eines Amplitudenskalierungsfaktors.
d) Es wird dann ein Abweichungswert (auch als „Goodness of Fit“ bezeichnet) der aktuell angepassten simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion von den patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten ermittelt. Dieser Abweichungswert wird hinsichtlich eines definierten Abweichungskriteriums bestimmt. Beispielsweise kommt hierzu die Methode der Summe der kleinsten Quadrate oder ein ähnliches Abweichungskriterium in Frage.
e) Die Parameterwertkombination der Anpassungsparameter der aktuellen angepassten simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion wird dann gespeichert, wenn der berechnete Abweichungswert besser als ein Abweichungswert einer zuvor gespeicherten Parameterwertkombination ist, d. h. beispielsweise eine geringere Abweichung vorliegt. Es ist klar, dass bei einem ersten Durchlauf diese Parameterwertkombination immer gespeichert werden sollte, da ja dann noch kein Abweichungswert zum Vergleich vorliegt. Es ist ebenso klar, dass ein Hinweis auf den Abweichungswert (d. h. der Wert selber oder eine Verknüpfung hierauf) der aktuell hinterlegte Parameterwertkombination für den späteren Vergleich mit anderen Abweichungswerten immer mit abgespeichert werden muss. Auf diese Weise ist immer dafür gesorgt, dass aktuell die Parameterwertkombination hinterlegt ist, die zur besten Anpassung geführt hat.

Innerhalb dieses Iterationsverfahrens wird dann von einem Iterationsschritt zum nächsten Iterationsschritt der Zeitskalierungsfaktor variiert und die Iteration schließlich bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums fortgesetzt. Das Abbruchkriterium kann darin bestehen, dass eine bestimmte Anzahl an Iterationsschritten durchlaufen wurde, beispielsweise dass zuvor eine bestimmte Anzahl von fest vorgegebenen Zeitskalierungsfaktoren getestet wurden. Ebenso kann aber auch ein Abbruchkriterium darin bestehen, dass der Abweichungswert unter einem bestimmten Grenzwert liegt bzw. diesen erreicht.
Als Ergebnis liegt dann eine geeignete Parameterwertkombination vor, um aus der verwendeten Basis-Impulsantwortfunktion oder den verwendeten Basis-Impulsantwortfunktionen bzw. Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen mit Hilfe der Parameterwerte die gewünschte patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion zu bestimmen.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es auch möglich, mehrere Basis-Impulsantwortfunktionen auszutesten. Hierzu erfolgt bei einer bevorzugten weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Auswahl einer Basis-Impulsantwortfunktion ebenfalls mittels einer iterativen Methode. Dabei werden jeweils in einem Iterationsschritt folgende Verfahrensschritte durchlaufen:

– Es wird zunächst eine Basis-Impulsantwortfunktion aus einer Mehrzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen ausgewählt.
– Danach erfolgt dann eine Ermittlung von optimalen Anpassungsparameterwerten für die ausgewählte Basis-Impulsantwortfunktion. Dies kann besonders bevorzugt nach dem zuvor beschriebenen iterativen Verfahren erfolgen.

Bei dieser iterativen Auswahl der Basis-Impulsantwortfunktion wird entsprechend von einem Iterationsschritt zum nächsten Iterationsschritt eine neue Basis-Impulsantwortfunktion aus der Mehrzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen ausgewählt und die Iteration bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums fortgesetzt. In der Regel ist dieses Abbruchkriterium erreicht, wenn alle Basis-Impulsantwortfunktionen probiert wurden. Grundsätzlich ist es aber auch hier möglich, das Verfahren abzubrechen, wenn beispielsweise ein ausreichender guter Abweichungswert erreicht wird. Bei diesem Verfahren muss dann jeweils nicht nur die beste Parameterwertkombination hinterlegt, sondern auch ein Hinweis auf die jeweilige Basis-Impulsantwortfunktion gespeichert bzw. überschrieben werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion,
2 ein Flussdiagramm eines möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion,
3 ein Diagramm mit verschiedenen möglichen Basis-Impulsantwortfunktionen, welche sich hinsichtlich ihrer Rezirkulationssenke unterscheiden,
4 ein Diagramm mit einem Beispiel einer Basis-Impulsantwortfunktion und einer schematischen Darstellung möglicher Anpassungsparameter,
5 ein Diagramm mit Varianten einer Basis-Impulsantwortfunktion, welche sich in der Breite unterscheiden, verursacht durch verschiedene Werte eines Zeitskalierungsfaktors b,
6 ein Diagramm mit Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und einer daran angepassten simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion sowie mit einer darauf basierenden, vorhergesagten Kontrastmittelverlaufsfunktion im Vergleich mit gemessenen Kontrastmittelverlaufsdaten,
7 ein Diagramm mit einem Beispiel für eine Basis-Impulsantwortfunktion und zwei Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen,
8 ein Diagramm mit einem Beispiel für eine Basis-Impulsantwortfunktion und zwei Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen sowie mit Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und einer daran angepassten simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion, die durch eine Überlagerung der Basis-Impulsantwortfunktion und der Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen gebildet wurde.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem bildgebenden System um ein Computertomographiesystem handelt, welches beispielsweise für eine CT-Angiographie genutzt werden kann. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung an Computertomographiesystemen beschränkt ist, sondern auch mit anderen medizintechnischen Bildgebungssystemen, beispielsweise Magnetresonanzsystemen oder Ultraschallsystemen, eingesetzt werden kann.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines CT-Systems 1, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 25 zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion. Das CT-System 1 weist hier eine zentrale Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 10 und eine Scannereinheit 2 auf.
Die Scannereinheit 2 umfasst einen Patiententisch 3 und ein Gantrygehäuse 4, in dem eine Rohdatenakquisitionseinrichtung 5 mit einer an einer Gantry montierten Röntgenstrahlungsquelle 6 sowie einer gegenüberliegend an der Gantry montierten Detektoranordnung 7 um einen Untersuchungsbereich 8 rotierbar angebracht ist. Auf dem Patiententisch 3 ist ein Untersuchungsobjekt P, hier ein Proband oder Patient P, gelagert und kann entlang einer Systemachse (bzw. Rotationsachse) z in den Untersuchungsbereich 8 eingefahren werden.
Es wird ausdrücklich auch darauf hingewiesen, dass es sich bei dem in 1 dargestellten Computertomographiesystem 1 nur um ein Ausführungsbeispiel handelt und die Erfindung selbstverständlich auch in Systemen genutzt werden kann, in denen sich die Gantry entlang des Patienten oder Probanden bewegt und dieser auf dem Tisch an einer festen Position liegt.
Ebenso sind andere Arten von Detektoren verwendbar, beispielsweise sich entlang des gesamten Umfangs erstreckende Detektoren, die sich nicht mitbewegen, sondern bei denen lediglich die Röntgenstrahlungsquelle 6 rotiert. Weiterhin sind Varianten mit mehreren Röntgenstrahlungsquellen oder andere Aufbauten möglich.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Patient P bzw. Proband ein Mensch. Grundsätzlich kann das Verfahren aber auch an Tieren eingesetzt werden, d.h. der Begriff Proband bzw. Patient ist dementsprechend weit zu fassen.
Dem Probanden oder Patienten P wird über eine Injektionsnadel ein Kontrastmittel gegeben, wobei die Flussrate des Kontrastmittels in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einer genau definierten Inputfunktion, welche beispielsweise in einem Injektionsprotokoll vorgegeben ist, durch eine Kontrastmittelgabeeinheit 18 gesteuert werden kann.
Gesteuert wird die Gantry mit ihren Komponenten über die zentrale Steuer- und Verarbeitungseinrichtung 10, welche einen Prozessor 20 und mehrere Schnittstellen 11, 12, 13, 14, 15, 16 sowie einen Speicher 17 besitzt. Anstelle eines Prozessors 20 können selbstverständlich auch mehrere zusammenwirkende Prozessoren eingesetzt werden.
Über eine erste Schnittstelle 11 ist ein Terminal 19 zur Bedienung des Computertomographiesystems 1 angeschlossen. Eine weitere Schnittstelle 12 dient zur Verbindung mit einem Netzwerk NW, beispielsweise einem RIS-Netzwerk (RIS = Radiologisches Informationssystem) und/oder einem PACS-Netzwerk (PACS = Picture Archiving and Communication System). Über dieses Netzwerk NW können Bilddaten und/oder Rohdaten zu Massenspeichern, Ausgabeeinheiten, Befundungsstationen, Workstations oder dergleichen übermittelt werden.
Über eine Steuerschnittstelle 13 können über eine Steuerleitung Signale an die Gantry und die Röntgenstrahlungsquelle 5 übermittelt werden, um diese passend anzusteuern. Der Einfachheit halber ist für alle Steueraufgaben betreffend die Gantry nur schematisch eine gemeinsame Steuerschnittstelle 13 gezeigt.
Um die jeweiligen Aufnahmen in der gewünschten Weise zu erzeugen, befindet sich auf dem Prozessor 20 auch eine Ansteuereinheit 21, welche in Form von Software realisiert ist. Diese Ansteuereinheit 21 übernimmt zur Ansteuerung des Scanners 2 für eine bestimmte Messung beispielsweise aus dem Speicher 17 bestimmte Scan-Protokolle SP. Üblicherweise enthält eine Steuer- und Verarbeitungseinheit 10 für ein Computertomographiesystem in einem Speicher 17 eine Vielzahl von solchen Scan-Protokollen SP für verschiedenste Untersuchungssituationen, wobei der Bediener über das Terminal 19 jeweils ein passendes Scan-Protokoll SP auswählen und ggf. modifizieren kann. Nach Start der Messung arbeitet dann das gesamte Computertomographiesystem 1 gemäß den Steuerparametern im ausgewählten Scan-Protokoll SP. Über das Terminal 19 kann der Bediener aber jederzeit das gesamte System kontrollieren und ansteuern.
Über eine Rohdaten-Akquisitionsschnittstelle 14 werden über eine Datenleitung aus der Detektoranordnung 7 zu den passenden Zeitpunkten die Rohdaten RD, das heißt Projektionsmessdaten, akquiriert. Die gemessenen Rohdaten RD werden an eine Bildrekonstruktionseinheit 22 übermittelt, welche daraus die Bilddatensätze erstellt und beispielsweise in DICOM-Dateien oder andere Bilddateien schreibt, welche dann für verschiedene weitere Funktionen zur Verfügung stehen. Zu diesen Funktionen gehört z. B. eine Speicherung im internen Speicher 17 oder einem externen Speicher über das Netzwerk NW, eine Anzeige auf dem Bildschirm des Terminals 19 aber auch eine automatische Auswertung, beispielsweise eine Segmentierung und/oder eine Ermittlung von Kontrastmittel-Anreicherungswerten in einer zuvor definierten interessierenden Region (ROI). Diese ROI kann beispielsweise nach einer Anzeige auf dem Terminal 19 von einem Benutzer mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle manuell definiert worden sein. Es ist aber auch eine automatische Auswahl der ROI möglich.
Über eine weitere Steuerschnittstelle 15 kann passend zur Steuerung der Gantry, der Röntgenstrahlungsquelle 6 und der Detektoranordnung 7 der Tischvorschub gesteuert werden, umso beispielsweise je nach Steuerprotokoll in einem sequenziellen Verfahren oder in einem Helixverfahren (Spiralverfahren) Rohdaten RD aus dem gewünschten Bereich des Untersuchungsobjekts P, bei einer CT-Angiographie beispielsweise im Bereich des Herzens, zu akquirieren und daraus die Bilddaten zu rekonstruieren. Dabei können sowohl einzelne Schichten als auch Volumendaten aufgenommen werden.
Über eine weitere Schnittstelle 16 besteht die Möglichkeit, über die Steuer- und Verarbeitungseinheit 10 die externe Kontrastmittelgabeeinheit 18 synchronisiert mit den weiteren Einheiten des Computertomografiesystems 1 anzusteuern. Alternativ kann die Kontrastmittelgabeeinheit 18 auch Teil der Steuer- und Verarbeitungseinheit 10 sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Prozessor 20 der Steuer- und Verarbeitungseinheit 10 eine Impulsantwortfunktions-Ermittlungsvorrichtung 25 zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion realisiert. Diese weist eine Eingangs-Schnittstelle 26 zur Übernahme von patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten und eine Eingangs-Schnittstelle 27 zur Übernahme von einer Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen auf, die beispielsweise im Speicher 17 hinterlegt sein können. Zudem umfasst die Vorrichtung 25 eine Simulationseinheit 28 zur Erzeugung einer Anzahl von simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen, eine Anpassungseinheit 29 zur Anpassung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen und der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten aneinander, und eine Impulsantwortfunktionsberechnungseinheit 30 zur Erstellung der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion auf.
Außerdem ist in dem Prozessor 20 der Steuer- und Verarbeitungseinheit 10 hier auch, ebenfalls in Form von Software, eine Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung 24 zur Ermittlung eines Referenzzeitpunkts für das Bildgebungssystem 1 auf Basis eines Injektions-Startzeitpunkts einer Kontrastmittelgabe realisiert. Die genaue Funktionsweise der Vorrichtung 25 zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion sowie der Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung 24 wird später noch anhand der 2 bis 8 erläutert.
Die Bildrekonstruktionseinheit 22, die Vorrichtung 25 zur automatischen Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion sowie die Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung 24 sind hier in Form von Software auf dem Prozessor 20 realisiert. Grundsätzlich können all diese Einheiten aber auch als eigenständige Hardwarekomponenten oder auf einem anderen am Netzwerk NW angeschlossenen Rechner realisiert sein, an den zunächst die Rohdaten über das Netzwerk NW übermittelt werden. Eine Verlagerung der gesamten oder eines Teils der Bildbearbeitung auf eine externe Workstation hat den Vorteil, dass die Steuereinrichtung 10 entlastet wird und somit schneller für weitere Messungen zur Verfügung steht.
Es ist klar, dass ein für die Erfindung genutztes CT-System 1 darüber hinaus auch noch eine Vielzahl weiterer üblicher Komponenten aufweisen kann, die jedoch aus Gründen der Vereinfachung in 1 nicht weiter dargestellt sind und auch nicht weiter erläutert werden müssen, da sie dem Fachmann bekannt sind.
2 zeigt den Ablauf eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR. Hierbei handelt es sich um ein mehrfach ineinander verschachteltes iteratives Verfahren (mit insgesamt drei Iterationsschleifen, die programmtechnisch z. B. als FOR-Schleifen realisiert sein können), wobei u. a. aus einer Vielzahl von möglichen Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,m, eine ideale Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,m ausgewählt wird und für diese gleichzeitig die optimalen Anpassungsparameterwerte bestimmt werden, um daraus dann die patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR zu gewinnen.
Das Verfahren beginnt im Schritt I zunächst damit, dass die möglichen Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,m geladen werden und eine erste Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,1 (mit j = 1, 2, 3, ...) aus einer Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,j ausgewählt wird.
In dem Diagramm in 3 sind drei verschiedene mögliche Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,1, CIR_B,2, CIR_B,3 dargestellt. Diese zeigen jeweils die arterielle Impulsantwort AIR (Arterial Impulse Response) in der Einheit HU/ml (HU = Hounsfield Unit; Hounsfield-Einheit) über der Zeit t in s. Eine solche Impulsantwortfunktion CIR_B,1, CIR_B,2, CIR_B,3 zeigt ab einem bestimmten Start-Zeitpunkt, hier dem Nullpunkt, zunächst einen steilen Verlauf nach oben bis zu einem Maximalwert. Anschließend läuft die Funktion fast ebenso steil wieder nach unten. Dieser erste Peak wird auch als First Pass Peak (FPP) bezeichnet. Er entsteht dadurch, wenn das das Kontrastmittel das erste Mal die Arterie an der beobachteten Position, d. h. in der gemessenen Schicht, passiert. In Abhängigkeit vom Kreislaufsystem des Patienten folgt dann in der Regel eine sogenannte Rezirkulationssenke, die bei den drei dargestellten Funktionen unterschiedlich stark ausfällt. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem das Kontrastmittel weitgehend an der beobachteten Position wieder verschwunden ist. Anschließend folgt dann ein erneutes, erheblich kleineres Maximum mit einem langsamen Verringern der Kontrastmittelkonzentration in der nachfolgenden Zeit. Dies ist die sogenannte Rezirkulation, wenn das Kontrastmittel das zweite Mal den beobachteten Punkt der betreffenden Arterie erreicht. Der FPP, die Rezirkulationssenke sowie die Signifikanz des nachfolgenden Rezirkulationsmaximums sind Merkmale, die eine bestimmte Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion charakterisieren können.
Als Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,m werden hier vorzugsweise populations-gemittelte Funktionen verwendet, die für bestimmte diskrete Zeitpunkte t_CIR einer bestimmten zeitlichen Auflösung Δt_CIR definiert sind. Diese zeitliche Auflösung sollte vorzugsweise höher sein als die zeitliche Auflösung der Testbolus-Daten, um so eine möglichst gute Anpassung zu erreichen. Beispielsweise könnte die zeitliche Auflösung der populations-gemittelten Basis-Impulsantwortfunktionen bei 0,01 s liegen. Die unterschiedlichen Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,1, CIR_B,2, CIR_B,3, beispielsweise mit den unterschiedlichen Rezirkulationssenken, können z. B. auf Basis von verschiedenen Populationsgruppen, beispielsweise klassifiziert nach Geschlecht, Körpergewicht und/oder Körpergröße, erstellt worden sein.
Weiterhin werden in diesem Schritt I auch die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB sowie eine zugehörige Testbolus-Input-Funktion IF_T geladen. Die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB wurden beispielsweise in einer vorherigen Testmessung zu den diskreten Zeitpunkten t_TB gemessen, indem dem Patienten oder Probanden gemäß der definierten Testbolus-Input-Funktion IF_T ein Kontrastmittel verabreicht wurde und dann Rohdaten zur Rekonstruktion von Bilddaten einer vorgegebenen ROI, beispielsweise bei einer Herzuntersuchung in einer Schicht, welche eine Arterie möglichst nah am Herzen umfasst, akquiriert werden. Diese Testmessung kann beispielsweise mittels der Ansteuereinheit 21 (siehe 1) auf Basis eines Steuerprotokolls SP für eine Testbolusmessung veranlasst worden sein und mittels der Rekonstruktionseinrichtung 22 wurden entsprechende Bilddaten rekonstruiert, die dann von einer entsprechenden Auswerteeinheit ausgewertet wurden, um in Abhängigkeit von der Zeit die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB zu ermitteln. Die Testbolus-Input-Funktion IF_T ist in der Regel eine einfache Rechteckfunktion, so dass ab einem bestimmten Start-Zeitpunkt eine konstante Dosis von Kontrastmittel bis zu einem vorgegebenen Endzeitpunkt gegeben wird.
Außerdem werden im ersten Schritt I andere im späteren Ablauf des Verfahrens benötigte Werte (beispielsweise Laufvariablen, Grenzwerte etc.) initialisiert.
Im Schritt II wird dann zunächst der erste Anpassungsparameterwert, nämlich ein Zeitskalierungsfaktor b, initialisiert. Dies erfolgt deswegen, da die jeweils für den Iterationsdurchlauf der äußersten Iterationschleife ausgewählte Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j in der nächsten in der in 2 dargestellten, mittleren Iterationsschleife wieder iterativ mit verschiedenen Zeitskalierungsfaktoren um einen bestimmten Mittelwert herum skaliert wird. Diese Zeitskalierung entspricht einer Stauchung oder Streckung der Zeitachse der Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,m, wie dies in 4 durch den waagerechten Doppelpfeil b verdeutlicht ist. In 4 ist eine ausgewählte Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B wieder in der gleichen Weise wie die Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,1, CIR_B,2, CIR_B,3 in 3 dargestellt.
Außer diesem Zeitskalierungsfaktor b werden in den weiteren Iterationsschritten im Verfahren gemäß 2 ein Amplituden-Skalierungsfaktor a sowie eine Offset-Zeit t₀ angepasst. Die Offset-Zeit t₀ ist mit einer Verschiebung des Start-Zeitpunkts der Basis-Impulsantwortfunktion verbunden und der Amplituden-Skalierungsfaktor a mit einer Multiplikation der Funktionswerte mit dem Faktor a.
In 5 ist die Auswirkung der Stauchung und Streckung der Zeitachse der Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B durch den Zeitskalierungsfaktor b graphisch dargestellt. Gezeigt sind hierbei die Ausgangsfunktion (die durchgezogene Linie, welche der Funktion in 4 entspricht) sowie mehrere Variationen dieser Funktion mit unterschiedlichen Werten von b, wobei b sowohl Werte größer als 1 als auch kleiner als 1 annehmen kann. Für das Verfahren gemäß 2 kann beispielsweise der Start-Wert für den ersten Iterationsdurchlauf im Schritt II auf b = 0,5 gesetzt werden. In jeder Iterationsschleife kann b dann um einen Wert von 0,1 inkrementiert werden bis z. B. zu einem Wert von b = 2,5. Andere Werte sind aber auch möglich.
Im Schritt III erfolgt dann eine zeitliche Anpassung der ausgewählten Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j(t) an den Zeitskalierungsfaktor, indem eine Funktion der Form CIR_B,j(b·t) gebildet wird.
Im Schritt IV wird dann eine simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S erzeugt, indem die aktuell in dieser Iterationsschleife ausgewählte und mit dem aktuellen Zeitskalierungsfaktor b gestauchte oder gestreckte Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j(b·t) mit der aktuellen Input-Funktion IF_T(t) gefaltet wird: TF_S(t) = IF_T(t) ⊗ CIR_B,j(b·t) (1)
Da die Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j(t) für die diskrete Zeitpunkte t_CIR einer bestimmten zeitlichen Auflösung Δt_CIR definiert ist, ändert sich die zeitliche Auflösung der Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j, wenn sie mit dem Zeitskalierungsfaktor b multipliziert wird, in b·Δt_CIR. Je nach Art der Implementierung kann es notwendig sein, die Testbolus-Input-Funktion IF_T(t), mit der die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB erzeugt wurden, an diese zeitliche Auflösung b·Δt_CIR anzupassen. Dabei kann es ausreichen, die Testbolus-Input-Funktion an den diskreten Zeitpunkten t = b·t_CIR zu bestimmen bzw. festzulegen. Die simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S(t) wird in dem Fall dann die gleiche zeitliche Auflösung b·Δt_CIR wie die Testbolus-Input-Funktion IF_T(t) und die Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j(b·t) haben.
Im Schritt V werden dann die Maxima der ersten Spitze der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB sowie der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S, wie sie zuvor berechnet wurde, aufeinander platziert. Dies kann erfolgen, indem sowohl von den patientenspezifischen gemessenen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB als auch von der aktuellen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S die Maxima bestimmt werden und der zeitliche Versatz zwischen beiden Maxima als Peak-Versatzwert Δt_P gespeichert wird.
Um eine möglichst gute Anpassung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S an die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB zu erreichen, erfolgt im Rahmen des Simulationsverfahrens gemäß 2 in der dort dargestellten inneren Iterationsschleife iterativ eine Verschiebung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion jeweils in einem bestimmten zeitlichen Fenster, um diesen Peak-Versatzwert Δt_P herum mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung z. B. 0,5 s. Dieses Zeitfenster kann beispielsweise +/–3 s betragen. Mit anderen Worten, es wird im Rahmen der inneren Iterationsschleife der erste Peak der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S jeweils innerhalb des Zeitfensters mit einer definierten zeitlichen Auflösung um den ersten Peak der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB vorbeigeschoben. Hierzu wird im Schritt V zunächst ein Verschiebewert Δt_shift gesetzt, der dem niedrigsten Zeitpunkt des gewünschten Zeitfensters entspricht, beispielsweise –3 Sek.
Im Schritt VI wird dann die simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S um eine durch den Peak-Versatzwert Δt_P und den zeitlichen Verschiebewert Δt_shift bestimmte Offset-Zeit t₀ = Δt_P + Δt_shift verschoben und es werden so die Werte der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S(t + t₀) an denselben zeitlichen Stellen t_TB wie die Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB bestimmt.
Im Schritt VII wird schließlich der ideale Amplituden-Skalierungsfaktor a bestimmt, um die aktuell hinsichtlich der Zeit verschobene und skalierte simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S an die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB anzupassen. Diese Anpassung ist optimal, wenn der Unterschied zwischen beiden, also TB(t_TB) – TF_S(t_TB)·a, so klein wie möglich ist. Bei diesem Optimierungsproblem kann die ideale Lösung für den Skalierungsfaktor a, in diesem Fall einen Skalar, unter Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate (linear least squares) ermittelt werden, wobei die Vektorelemente von TF_S(t_TB) und TB(t_TB) jeweils die Funktionswerte zu den bekannten Zeitpunkten t_TB sind: a = (TF_S ^T·TF_S)^–1·TF_S ^T·TB (2)
Dabei steht der obere Index „T“ für eine Vektortransposition.
Im Schritt VIII wird schließlich ein Abweichungswert D (auch als „Goodness of Fit“ oder „Anpassungsgüte“ bezeichnet) ermittelt. Dies erfolgt hier z. B. mittels einer Methode der kleinsten quadratischen Abweichung der Testbolusdaten TB von den Werten der simulierten Testbolus-Kontrastverlaufsfunktion TF_S zu den Zeitpunkten t_TB gemäß
wobei die Werte der Testbolus-Kontrastverlaufsfunktion TF_S(t) mit dem Amplitudenskalierungsfaktor a skaliert wurden. Die aktuellen Werte für b und t₀ sind dabei in der Testbolus-Kontrastverlaufsfunktion TF_S(t) implizit enthalten.
Im Schritt IX wird dann geprüft, ob der aktuelle Abweichungswert D bei der aktuellen Anpassung besser als ein Abweichungswert D_min ist, der in einem vorherigen Durchlauf des Iterationsverfahrens gespeichert wurde. Es ist klar, dass beim ersten Durchlauf der Iterationsschleife hier ein Vergleichswert D_min vorliegen muss, der so groß ist, dass auf jeden Fall beim ersten Durchlauf der aktuelle Abweichungswert für die weiteren Vergleiche hinterlegt wird. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem oben im Schritt I eine Initialisierung des Werts D_min auf einen entsprechend hohen Wert erfolgt.
Wenn der Abweichungswert D bzw. die Anpassungsgüte besser ist als alle anderen bisherigen Berechnungen, also beispielsweise der Abweichungswert geringer ist als die bisherigen Abweichungswerte (D < D_min), so werden (Abzweig „y“) im Schritt X die aktuellen Anpassungsparameterwerte, nämlich der aktuelle Zeitskalierungsfaktor b, die aktuelle Offset-Zeit t₀ sowie der aktuelle Amplituden-Skalierungsfaktor a hinterlegt. Außerdem wird ein Zeiger oder dergleichen auf die aktuell ausgewählte Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B,j gesetzt. Schließlich wird der aktuelle Abweichungswert D als neuer minimaler Abweichungswert D_min gesetzt, so dass ein späterer Vergleich mit diesem aktuellen Abweichungswert D erfolgt.
Anschließend wird im Schritt XI geprüft, ob alle vorgesehenen Verschiebewerte Δt_shift bereits durchlaufen wurden. Ist dies nicht der Fall (Abzweig „n“), so wird im Schritt XII der zeitliche Abweichungswert Δt_shift um einen vorgegebenen Wert erhöht und die Schleife ab dem Schritt VI erneut durchlaufen. Andernfalls wird diese Schleife abgebrochen (Abzweig „y“) und im Schritt XIII fortgefahren.
Wird im Schritt IX festgestellt, dass der aktuelle Abweichungswert D nicht kleiner ist als der bisherige minimale Abweichungswert D_min (Abzweig „n“), so wird sofort das Schleifenabbruchkriterium im Schritt XI geprüft und gegebenenfalls die Schleife ab Schritt VI erneut durchlaufen.
Im Schritt XIII erfolgt eine Überprüfung des Abbruchkriteriums der mittleren Schleife, ob bereits alle vorgesehenen Zeitskalierungsfaktoren b getestet wurden. Ist dies nicht der Fall (Abzweig „n“), so wird im Schritt XIV der Zeitskalierungsfaktor b auf den nächsten vorgesehenen Wert gesetzt und die mittlere Schleife ab dem Schritt III erneut durchlaufen.
Andernfalls (Abzweig „y“) wird das Verfahren mit dem Schritt XV fortgesetzt.
Im Schritt XV wird schließlich ein Abbruchkriterium für die äußere Schleife geprüft, ob bereits alle möglichen Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,j getestet wurden. Ist dies nicht der Fall (Abzweig „n“), so wird im Schritt XVI die nächste Basisfunktion CIR_B,j+1 ausgewählt und die äußere Schleife ab dem Schritt II erneut durchlaufen, andernfalls (Abzweig „y“) kann im Schritt XVII schließlich die gewünschte patientenspezifische Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR aus der ausgewählten Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B sowie der optimalen (zuvor in den Schleifen ermittelten und hinterlegten) Anpassungsparameterwerte t₀, b, a gemäß folgender Gleichung CIR(t) = a·CIR_B(t₀ + t·b) (4) erstellt werden.
6 zeigt, wie man mit dieser Berechnungsmethode zu einer sehr guten Vorhersage eines voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs mit einer beliebigen Input-Funktion kommen kann. Dargestellt sind hier die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB einer Testbolus-Messung als Messpunkte in Hounsfield-Einheiten (HU) über der Zeit t in s. An diese Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB wurde eine Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S wie zuvor beschrieben angepasst.
Auf Basis dieser Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S bzw. der dabei ermittelten Anpassungsparameterwerte t₀, b, a sowie der hierzu verwendeten Basis-Impulsantwortfunktion wurde in der zuvor beschriebenen Weise eine patientenspezifische Impulsantwortfunktion CIR ermittelt. Diese Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR wurde dann mit der Input-Funktion IF für die Kontrastmitteluntersuchung in üblicher Weise gefaltet, wobei eine Kontrastmittelverlaufsvorhersage in Form einer Konzentrationsverlaufsfunktion CIF erzeugt wird, die in 6 als obere durchgezogene Kurve eingezeichnet ist. Die Überlagerung mit den während der Kontrastmitteluntersuchung tatsächlichen gemessenen Konzentrationsverlaufsdaten CR zeigt, dass die Vorhersage sehr gut mit dem tatsächlichen Kontrastmittelverlauf übereinstimmt.
Auf Basis der Vorhersage-Konzentrationsverlaufsfunktion CIF lässt sich somit auch beispielsweise durch die Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung 24 (siehe 1) bei Kenntnis der Kontrastmittel-Input-Funktion IF und deren Injektions-bzw. Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts ein beliebiger Referenzzeitpunkt für das Bildgebungssystem bestimmen, an dem das Enhancement an betreffenden Ort, für den diese Funktionen bestimmt wurden, maximal ist. So lässt sich ohne weiteres der Zeitpunkt bestimmen, an dem beispielsweise bei einer CT-Angiographie eine optimale Aufnahme erfolgen kann.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das in 2 dargestellte Verfahren auch ohne Verwendung mehrerer verschiedener Basis-Impulsantwortfunktionen durchgeführt werden kann. So reicht es im einfachsten Fall aus, nur eine einzelne Basis-Impulsantwortfunktion, beispielsweise eine gemittelte Kurve der empirischen Daten einer zur Gesamtbevölkerung repräsentativen Patientengruppe, zu verwenden. In diesem Fall kann die äußere Iterationsschleife wegfallen. Das Verfahren ist dann mit weniger Rechenaufwand verbunden.
Um insbesondere auch ohne die Verwendung mehrerer Basis-Impulsantwortfunktionen eine bessere Anpassung der Peak-Form des FPP sowie der Rezirkulationssenke zu erreichen, können zusätzlich Funktionsabschnitt-Korrekturfunktionen verwendet werden, beispielsweise eine FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion und eine Rezirkulations-Korrekturfunktion, die dann mit unterschiedlicher Gewichtung angepasst werden. Das heißt, es werden dann zu einer Basis-Impulsantwortfunktion (oder bei einem besonders exakten Verfahren auch zu mehreren, wie oben auswählbaren Basis-Impulsantwortfunktionen) auf der zeitlichen Teildomäne Variationen definiert, um den FPP zu korrigieren und um die Basis-Impulsantwortfunktion nach bzw. in der Rezirkulationssenke zu korrigieren. Hierzu sind in 7 eine populationsgemittelte Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B sowie eine FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion CF_P und eine Rezirkulations-Korrekturfunktion CF_R dargestellt. Die Funktionen CIR_B, CF_P, CF_R geben hier jeweils wieder die Arterielle Impulse Response AIR in HU/ml über der Zeit t in s wieder.
Die Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR_m wird hierbei aus den drei Funktionen wie folgt zusammengesetzt: CIR_m(t) = CIR_B(t) + CF_P(t) + CF_R(t) (5)
Dabei ist nur die Form dieser drei Kurven entscheidend, aber nicht die initielle Amplitude, denn die Amplitude wird im Rahmen des späteren Anpassungsverfahrens durch den Amplituden-Skalierungsfaktor a angepasst.
Die Gewichtungen dieser drei Funktionen können in einem Schritt analog zu dem Schritt VII im Verfahren nach 2 berechnet werden. Dabei waren im Verfahren nach 2 die Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_B,j(t) und damit auch TF_S(t) nur Vektoren (deren Elemente jeweils die Funktionswerte zu den diskreten Zeitpunkten t waren), da jeweils pro Iterationsschritt nur eine populationsgemittelte Kurve als Basis-Impulsantwortfunktion betrachtet werden musste.
Wenn eine Basis-Impulsantwortfunktionen CIR_m(t) als Matrix mit drei Teil-Funktionen aufgebaut wird, kann dennoch die gleiche Fit-Routine verwendet werden. Hierzu wird die Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion CIR_m(t) wie folgt definiert:
Die Elemente in einer Spalte enthalten dabei die Funktionswerte der entsprechenden Teilfunktion zur den diskreten Zeitpunkten b·t₁, b·t₂, ..., b·t_n. Nach Faltung der einzelnen Teile mit der Inputfunktion IF (analog zu Schritt IV in 2) folgt daraus für eine zusammengesetzte simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_s,m(t):
Dabei symbolisiert in Gleichung (7) TF_S,B die Faltung der Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B mit der Inputfunktion IF, TF_S,CPF die Faltung der FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion CF_P mit der Inputfunktion IF und TF_S,CPR die Faltung der Rezirkulations-Korrekturfunktion CF_R mit der Inputfunktion IF.
In einem Schritt analog zu Schritt VII in dem Verfahren nach 2 lässt sich die ideale Lösung für den Skalierungsfaktor, in diesem Fall einen Vektor, z.B. im Linear-Least-Square-Verfahren ermitteln: a = (TF_S ^T·TF_S)^–1·TF_S ^T·TB (8)
Dabei steht der obere Index „–1“ für eine Matrixinversion und der obere Index „T“ für eine transponierte Matrix.
Man erhält dann alle Skalierungsfaktoren als Elemente in einen Vektor
Dabei ist a_B der Skalierungsfaktor für die ursprüngliche Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B, a_CFP der Skalierungsfaktor für die FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion CF_P und a_CFR der Skalierungsfaktor für die Rezirkulations-Korrekturfunktion CF_R.
8 zeigt einen entsprechenden Fit. Dargestellt sind hier patientenspezifische Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB, an die eine Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S,m angepasst ist, wobei diese simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion TF_S,m aus einer simulierten Testbolus-Verlaufsfunktion TF_S, die aus der Faltung der in 7 dargestellten Basis-Impulsantwortfunktion CIR_B mit der Input-Funktion erzeugt wurde, einer simulierten Testbolus-FPP-Verlaufsfunktion TF_S,CP, die aus einer Faltung der in 7 dargestellten FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion CF_P mit der Input-Funktion IF erstellt wurde, und einer simulierten Testbolus-Rezirkulationsverlaufsfunktion TF_S,CR, die aus einer Faltung der in 7 dargestellten Rezirkulations-Korrekturfunktion CF_R mit der Input-Funktion IF erzeugt wurde, zusammengesetzt ist. Dieses Diagramm zeigt deutlich, wie mit diesem Verfahren eine hervorragende Anpassung an gemessene Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB möglich ist.
Je nach Länge des Testbolus, d. h. über welchen zeitlichen Bereich Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten TB erfasst wurden, könnte auch entschieden werden, beispielsweise die Rezirkulations-Korrekturfunktion CF_R bei der Kalkulation wegzulassen. In diesem Fall würde die Matrix in Gleichung (6) aus nur zwei Spalten bestehen. Die Anpassroutine würde jedoch unverändert bleiben.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren und der Systemarchitektur lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele handelt, die vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere sind auch Kombinationen der beschriebenen Verfahren möglich, d.h. beispielsweise sowohl die Auswahl einer Basis-Impulsantwortfunktion aus einer Mehrzahl von z.B. patiententypspezifischen Basis-Impulsantwortfunktionen als auch die Verwendung einer FPP-Durchgangs-Korrekturfunktion und/oder einer Rezirkulations-Korrekturfunktion oder weiterer Korrekturfunktionen. 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. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) mit folgenden Schritten: – Bereitstellung von patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) basierend auf einer definierten Testbolus-Inputfunktion (IF_T), – Bereitstellung einer Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B), – Erzeugung einer Anzahl von simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) durch Kombination der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) mit der Testbolus-Inputfunktion (IF_T), – Anpassung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) und der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) aneinander unter Variation einer Anzahl von Anpassungsparametern zur Gewinnung von optimalen Anpassungsparameterwerten (t₀, b, a), – Erstellung der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) auf Grundlage der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) und der optimalen Anpassungsparameterwerte (t₀, b, a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) auf empirischen Daten basiert, vorzugsweise auf einer populationsgemittelte Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von patiententypspezifischen Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung zumindest eine Funktionsabschnitt-Korrekturfunktion (CF_P, CF_R) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassungsparameter der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) und/oder der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) einen Zeitskalierungsfaktor (b) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassungsparameter der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) und/oder der Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) eine Offset-Zeit (t₀) und/oder einen Amplituden-Skalierungsfaktor (a) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung von optimalen Anpassungsparameterwerten (t₀, b, a) für eine Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) mittels eines iterativen Verfahrens erfolgt, wobei in einem Iterationschritt jeweils – die Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) mit einem Zeitskalierungsfaktor (b) skaliert wird, – für die zeitskalierte Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) eine aktuelle simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion (TF_S, TF_S,m) ermittelt wird, – die aktuelle simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion (TF_S, TF_S,m) unter Variation einer Anzahl von weiteren Anpassungsparametern und die patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB), vorzugsweise unter Variation einer Offset-Zeit (t₀) und/oder eines Amplituden-Skalierungsfaktors (a), aneinander angepasst werden, – ein Abweichungswert (D) der aktuellen angepassten simulierte Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion (TF_S, TF_S,m) von den patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) ermittelt wird, – und die Parameterwertkombination der aktuellen angepassten simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktion (TF_S, TF_S,m) gespeichert wird, wenn der Abweichungswert (D) besser ist als ein Abweichungswert (D_min) einer zuvor gespeicherten Parameterwertkombination, wobei von einem Iterationsschritt zum nächsten Iterationsschritt der Zeitskalierungsfaktor (b) variiert wird und die Iteration bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswahl einer Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) mittels eines iterativen Verfahrens erfolgt, wobei in einem Iterationschritt jeweils – eine Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) aus einer Mehrzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen ausgewählt wird, – eine Ermittlung von optimalen Anpassungsparameterwerten (t₀, b, a) für die ausgewählte Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) erfolgt und wobei von einem Iterationsschritt zum nächsten Iterationsschritt eine neue Basis-Impulsantwortfunktion (CIR_B) aus der Mehrzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen ausgewählt wird und die Iteration bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums fortgesetzt wird.
Verfahren zur Vorhersage eines voraussichtlichen Kontrastmittelverlaufs (CIF) durch Kombination einer gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelten Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) mit einer Inputfunktion (IF).
Verfahren zur Ansteuerung eines medizintechnischen Bildgebungssystems (1), wobei ein Referenzzeitpunkt für das Bildgebungssystem (1) auf Basis eines Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts einer Kontrastmittelgabe und einem gemäß Anspruch 9 vorhergesagten Kontrastmittelverlauf (CIF) bestimmt wird.
Vorrichtung (25) zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) mit – einer Eingangs-Schnittstelle (26) zur Übernahme von patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) basierend auf einer definierten Testbolus-Inputfunktion (IF_T), – einer Eingangs-Schnittstelle (27) zur Übernahme von einer Anzahl von Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B), – einer Simulationseinheit (28) zur Erzeugung einer Anzahl von simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) durch Kombination der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) mit der Testbolus-Inputfunktion (IF_T), – einer Anpassungseinheit (29) zur Anpassung der simulierten Testbolus-Kontrastmittelverlaufsfunktionen (TF_S, TF_S,m) und der patientenspezifischen Testbolus-Kontrastmittelverlaufsdaten (TB) aneinander unter Variation einer Anzahl von Anpassungsparametern zur Gewinnung von optimalen Anpassungsparameterwerten (t₀, b, a), – einer Impulsantwortfunktionsberechnungseinheit (30) zur Erstellung der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) auf Grundlage der Basis-Impulsantwortfunktionen (CIR_B) und der optimalen Anpassungsparameterwerte (t₀, b, a).
Steuereinrichtung (10) für ein Bildgebungssystem mit – einer Schnittstelle (16) zur Erfassung oder Ausgabe eines Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts, – einer Vorrichtung (25) zur Ermittlung einer patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR) nach Anspruch 11, – und einer Referenzzeitpunkt-Ermittlungseinrichtung (24) zur Ermittlung eines Referenzzeitpunkts für das Bildgebungssystem (1) auf Basis des Kontrastmittelgabe-Startzeitpunkts und der patientenspezifischen Kontrastmittel-Impulsantwortfunktion (CIR).
Bildgebungssystem (1) zum Erzeugen von Bilddatensätzen vom Inneren eines Untersuchungsobjekts (P) umfassend eine Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 12.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (10) eines Bildgebungssystem (1) ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der Steuereinrichtung (10) ausgeführt wird.