DE102012214351B4

DE102012214351B4 - Angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems

Info

Publication number: DE102012214351B4
Application number: DE102012214351.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Klingenbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: US20140044330A1; CN103584875B; CN103584875A; DE102012214351A1; US9031295B2

Abstract

Angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts (6) zur Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen (21) mit folgenden Schritten: S1) Akquirierung von 3-D-Angiographie-Sequenzen, S2) Identifizierung wenigstens eines relevanten Teils (21) des Gefäßsystems in den 3-D-Angiographie-Sequenzen, S3) Bestimmung einer Centerline (22) für diesen Teil (21), S4) Ermittlung von Parallel-Linien (23), die parallel zu der Centerline (21) verlaufen und die Centerline (22) umgeben, S5) Festlegung von senkrechten Querschnitten (24, 25) wenigstens an bestimm- oder wählbaren Positionen (i, j) entlang der Centerline (22), S6) Bestimmung von auf den senkrechten Querschnitten (24, 25) liegenden Voxeln (i, j) (26, 27), S7) Ermittlung von Boluskurven (11) als eine Funktion der Zeit für jedes Voxel (i, j) (26, 27), das einen der Querschnitte (24, 25) schneidet, S8) Bestimmung einer Zeit (t) (17, 18, 19) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses für jedes dieser Voxel (i, j) (26, 27), S9) Messung einer wahren euklidischen Distanz (ΔDE) entlang der Centerline (22) und den Parallel-Linien (23) zwischen Voxeln (i, j) (26, 27) an den Positionen (i, j), S10) Teilung dieser gemessenen Distanz (ΔDE) durch die Differenz (Δt = t(i+1) – t( i )) der Zeit (t) (17, 18, 19) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses zum Erhalt der Amplitude einer ersten Geschwindigkeitskomponente der Blutfluss-Geschwindigkeit in jedem dieser Voxel (i, j) (26, 27), S11) Bestimmung von zweiten, quer verlaufenden, der relativen Massenänderung des Blutes in diesen Voxeln (i, j) (26, 27) proportionalen Geschwindigkeitskomponenten (v(i, k)trans) für jedes dieser Voxel (i, j) (26, 27) und S12) Berechnung des Blutflusses in dem relevanten Teil (21) des Gefäßsystems aufgrund der Geschwindigkeitskomponenten.

Description

Die Erfindung betrifft ein angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts zur Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen.
Die 4-D-DSA-Bildgebung ist ein neues vielversprechendes Bildgebungsverfahren, mittels dessen die raumzeitliche Ausbreitung des Bluts unter Verwendung von Kontrastmittel innerhalb eines 3-D-Gefäßbaumes darstellbar ist.
Das 4-D-DSA-Bildgebungsverfahren wurde beispielsweise von Prof. Dr. Charles A. Mistretta et al. in ”4D-DSA and 4D Fluoroscopy: Preliminary Implementation”, veröffentlicht in Proceedings of the SPIE, 2010, Vol. 7622, Seiten 762227–1 bis 8, beschrieben. Bei dem 4-D-DSA-Ansatz extrahiert man aus den Projektionen einer Rotationsangiographie das dynamische Verhalten des Kontrastmittels in den Gefäßen und blendet dies mittels perspektivischer Rückprojektion in einem statischen 3-D-Bild des Gefäßbaums ein. Dabei entsteht eine zeitaufgelöste Serie von 3-D-Datensätzen; zu jedem Zeitpunkt dieser Serie gehört ein Volumendatensatz, welcher die Füllung des Gefäßbaums mit Kontrastmittel zum jeweiligen Zeitpunkt repräsentiert.
Derartige 4-D-DSA-Bildgebungsverfahren dienen dazu, den Blutfluss in einem Gefäßabschnitt oder Gefäßsegment eines Blutgefäßes zu visualisieren, welcher eine pathologische, also eine krankhafte Veränderung beinhaltet. Eine derartige pathologische Veränderung des Gefäßabschnitts liegt beispielsweise in Form eines Aneurysmas vor, also einer krankhaften, örtlich begrenzten, häufig sackartigen Erweiterung. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten; jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas erachtet, also für dessen Entstehung und Entwicklung.
Ein Angiographiesystem zur Durchführung eines derartigen 4-D-DSA-Bildgebungsverfahrens ist beispielsweise aus der US 7 500 784 B2 bekannt, das anhand der 1 erläutert ist.
Die 1 zeigt ein als Beispiel dargestelltes monoplanes Röntgensystem mit einem von einem Ständer 1 in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters gehaltenen C-Bogen 2, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
Mittels des beispielsweise aus der US 7 500 784 B2 bekannten Knickarmroboters, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgenbilddetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße angiographische Röntgensystem 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen.
Der bekannte Knickarmroboter weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einer Tischplatte 5 eines Patientenlagerungstisches ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden. In der Systemsteuerungseinheit 7 ist weiterhin eine Recheneinheit 10 vorgesehen, deren Funktion noch genauer beschrieben wird.
Anstelle des in 1 beispielsweise dargestellten Röntgensystems mit dem Ständer 1 in Form des sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters kann das angiographische Röntgensystem auch eine normale decken- oder bodenmontierte Halterung für den C-Bogen 2 aufweisen.
Anstatt des beispielsweise dargestellten C-Bogens 2 kann das angiographische Röntgensystem auch getrennte decken- und/oder bodenmontierte Halterungen für den Röntgenstrahler 3 und den Röntgenbilddetektor 4 aufweisen, die beispielsweise elektronisch starr gekoppelt sind.
Zur Akquirierung von 3-D-Angiographie-Sequenzen wird mit dem in 1 dargestellten monoplanen Röntgensystem zuerst eine Rotationsangiographie erstellt und daraus der 3-D-Gefäßbaum der mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße rekonstruiert. Zur Erfassung der Zeitkomponenten werden 2-D-DSA-Sequenzen der mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße erstellt und in den rekonstruierten 3-D-Gefäßbaum rückprojiziert.
Zum besseren Verständnis der Erstellung der 2-D-DSA-Sequenzen ist in der 2 eine Zeit-Intensitätskurve oder Kontrastintensitätskurve für einen Gefäßabschnitt mit eingezeichneten charakteristischen Größen beispielhaft dargestellt, bei der der Blutfluss als Intensität I über der Zeit t aufgetragen ist. Nach einem rauschartigen Verlauf der Boluskurve 11 des Kontrastmittels steigt die Intensität I bis zum Intensitätsmaximum 12 (I_max) an, um dann wieder auf einen mittleren Rauschpegel 13 abzufallen. Die Boluskurve 11 wird weiterhin durch ihre Halbwertsbreite 14 (FWHM – Full Width at Half Maximum) charakterisiert, die zwischen dem mittleren Anstieg und dem mittleren Abfall der Boluskurve 11 liegt.
Die Ankunftszeit 15 (T_rise) ist die Zeit, die bis zum Auftreten des Kontrastmittelbolus an der untersuchten Stelle und damit bis zu dem Anstieg der Boluskurve 11 vergeht. Die mittlere Anstiegzeit 16 (T_rise,FWHM) ist die Zeit, die bis zum Auftreten der Halbwertsbreite 14 der Boluskurve 11 vergeht, d. h., bis die Boluskurve 11 die Hälfte des Intensitätsmaximums 12 (I_max) erreicht hat. Die Zeit bis zum Intensitätsmaximum 12 (I_max) wird Maximum-Zeit 17 (t_max, time to maximum) genannt. Die Anstiegzeit 18 oder Einwaschzeit (t_{wash in}) kennzeichnet den steilen Anstieg der Boluskurve 11. Der Abfall der Boluskurve 11 wird durch die Abfallzeit 19 oder Auswaschzeit (t_{wash out}) gekennzeichnet. Die Dauer des Auftretens des Kontrastmittelbolus wird durch die Bolus- oder Maximalzeit 20 (t_peak) gekennzeichnet.
Bei dem 4-D-DSA-Bildgebungsverfahren wird also der 3-D-Gefäßbaum erst aus einer Rotationsangiographie der mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße rekonstruiert und vollständig verstärkt oder angereichert im stationären Zustand der Trübung wiedergegeben. Die dynamische Ausbreitung des Kontrastmittels in dem 3-D-Gefäßbaum wird dann aus einer Serie von 2-D-DSA-Aufnahmen in einer Einwasch- oder Auswaschphase erfasst, die in das rekonstruierte 3-D-Volumen rückprojiziert wird.
Dabei kann die Akquirierung der 3-D-Angiographie-Sequenzen aus Projektionen einer Rotationsangiographie aufgrund von Einblendungen mittels perspektivischer Rückprojektion in einem statischen 3-D-Bild des Gefäßbaums erfolgen. Dabei entsteht eine zeitaufgelöste Serie von 3-D-Datensätzen; zu jedem Zeitpunkt dieser Serie gehört ein Volumendatensatz, welcher die Füllung des Gefäßbaums mit Kontrastmittel zum jeweiligen Zeitpunkt repräsentiert.
US 5 160 292 A betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmung einer momentanen und einer durchschnittlichen Blutflussrate aus digitalen Angiographien. Dabei wird die räumliche Verschiebung der Verteilung des Kontrastmaterials in einem Blutgefäß analysiert, während der Bolus durch das Gefäß wandert, wobei konkret ein Abstand bestimmt wird, den der Bolus zwischen unterschiedlichen Aufnahmen zurücklegt. Hierfür wird die Verteilung des Kontrasts über die Länge des Gefäßes betrachtet.
DE 10 2005 008 753 A1 offenbart ein Verfahren zur Darstellung von Fluss in einem Magnetresonanzbild. Dabei wird ein Magnetresonanzbild ohne Flusskompensation und ein Magnetresonanzbild mit Flusskompensation aufgenommen und es wird die relative Phasenlage bestimmt, die ein Maß für die Flussgeschwindigkeit ist. Diese geschieht jeweils für unterschiedliche Raumrichtungen, so dass durch Vektoraddition eine dreidimensionale Flussgeschwindigkeit erhalten wird.
Der Artikel „MR Vector Field Measurement and Visualization of Normal and Pathological Time-Resolved Three-Dimensional Cardiovascular Blood Flow Patterns” von G. Reiter et al., in: Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2007, Vol. 9, 237–238, beschreibt die Ermittlung von Blutflusseigenschaften durch Magnetresonanz. Auch hier wurden Phasenkontrast-Messungen vorgenommen, um Geschwindigkeits-Vektorfelder zu erhalten.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass eine möglichst genaue Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen und Darstellung der raumzeitlichen Ausbreitung des Bluts unter Verwendung von Kontrastmittel erfolgen können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein angiographisches Untersuchungsverfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird für ein angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts zur Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:

S1) Akquirierung von 3-D-Angiographie-Sequenzen,
S2) Identifizierung wenigstens eines relevanten Teils des Gefäßsystems in den 3-D-Angiographie-Sequenzen, der eine vaskuläre Erkrankung oder Veränderung aufweisen kann,
S3) Bestimmung einer Centerline für diesen Teil,
S4) Ermittlung von Parallel-Linien, die parallel zu der Centerline verlaufen und die Centerline umgeben,
S5) Festlegung von senkrechten Querschnitten wenigstens an bestimm- oder wählbaren Positionen entlang der Centerline,
S6) Bestimmung von auf den senkrechten Querschnitten liegenden Voxeln,
S7) Ermittlung von Boluskurven als eine Funktion der Zeit für jedes Voxel, das einen der Querschnitte schneidet,
S8) Bestimmung einer Zeit (t) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses für jedes dieser Voxel,
S9) Messung einer wahren euklidischen Distanz (ΔD_E) entlang der Centerline und den Parallel-Linien zwischen Voxeln an den Positionen,
S10) Teilung dieser gemessenen Distanz (ΔD_E) durch die Differenz (Δt = t_(i+1) – t₍ _i ₎) der Zeit (t) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses zum Erhalt der Amplitude einer ersten Geschwindigkeitskomponente der Blutfluss-Geschwindigkeit in jedem dieser Voxel,
S11) Bestimmung von zweiten, quer verlaufenden, der relativen Massenänderung des Blutes in diesen Voxeln proportionalen Geschwindigkeitskomponenten (v(i, k)trans) für jedes dieser Voxel und
S12) Berechnung des Blutflusses in dem relevanten Teil des Gefäßsystems aufgrund der Geschwindigkeitskomponenten.

Aufgrund dieser Berechnungen erhält man einen genauen Vektor der Blutfluss-Geschwindigkeiten in jedem Voxel zur exakten Bildgebung von 3-D-DSA-Sequenzen.
In vorteilhafter Weise kann die Akquirierung der 3-D-Angiographie-Sequenzen gemäß Schritt S1) aus Projektionen einer Rotationsangiographie erfolgen, die mittels Rückprojektion in einem statischen 3-D-Bild des Gefäßbaums eingeblendet werden. Dabei entsteht eine zeitaufgelöste Serie von 3-D-Datensätzen; zu jedem Zeitpunkt dieser Serie gehört ein Volumendatensatz, welcher die Füllung des Gefäßbaums mit Kontrastmittel zum jeweiligen Zeitpunkt repräsentiert.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Berechnung der zweiten, quer verlaufenden Geschwindigkeitskomponenten (v(i, k)trans) gemäß Verfahrensschritt S11) nach der Formel erfolgt:
Erfindungsgemäß kann die Zeit (t) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses gemäß Schritt S8) die Maximum-Zeit (t_max), die Anstiegzeit (t_{wash in}) der Einwaschphase und/oder die Abfallzeit (t_{wash out}) der Auswaschphase der Boluskurve sein.
In vorteilhafter Weise können nach der Berechnung der ersten Geschwindigkeitskomponente für jedes Voxel (i, j) gemäß Verfahrensschritt S10) alle benachbarten Voxel (k+) untersucht werden, ob relative Veränderungen in den Massen m(i+1, k+) zu m(i, k+) existieren, und erst dann zur Bestimmung von zweiten Geschwindigkeitskomponenten gemäß Verfahrensschritt S11) für ein Voxel (i, k) die quer verlaufende Geschwindigkeitskomponente (v(i, k)_trans) bestimmt werden, die eine Größe proportional zu der relativen Massenänderung aufweist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
2 eine Kontrastintensitätskurve mit eingezeichneten charakteristischen Größen zur Erläuterung der Erfindung,
3 die in einem Gefäß vorhandenen Gegebenheiten zur Erläuterung der Erfindung,
4 die in einem Querschnitt eines Gefäßes vorhandenen Gegebenheiten zur Erläuterung der Erfindung und
5 den erfindungsgemäßen Ablauf eines angiographischen Untersuchungsverfahrens.
Das vorgeschlagene erfindungsgemäße angiographische Untersuchungsverfahren identifiziert zuerst den 3-D-Gefäßbaum oder relevante Teile davon. Ein relevanter Teil könnte ein in der 3 veranschaulicht dargestellter Gefäßabschnitt 21 oder eine Abzweigung sein, die eine vaskuläre Erkrankung wie ein Aneurysma oder eine signifikante Stenose aufweisen kann.
In einem zweiten Schritt wird die Centerline 22 für diesen Teil, den Gefäßabschnitt 21, bestimmt und zusätzliche Parallel-Linien 23, die parallel zu der Centerline 22 verlaufen und die Centerline 22 umgeben, werden ermittelt bzw. gesetzt.
Als nächstes werden einige Positionen i und j entlang der Centerline 22 bestimmt. Hierzu werden die senkrechten Querschnitte 24 bzw. 25 durch den Gefäßabschnitt 21 ermittelt. In diesen Positionen i und j auf der Centerline 22 und auf diesen senkrechten Querschnitten 24 bzw. 25 liegen kleine Volumenelemente, Voxel (i) 26 oder (j) 27. In der 2 sind das Voxel (i) 26 an der Position i und das Voxel (j) 27 an der Position j schematisch angedeutet.
Für jedes Voxel (i) 26 oder (j) 27, das einen Querschnitt 24 bzw. 25 schneidet, wird nun eine Zeit-Intensitätskurve oder Kontrastintensitätskurve gemäß der 2 als eine Funktion der Zeit t bestimmt.
In der 4 ist beispielsweise ein Querschnitt 24 durch den Gefäßabschnitt 21 dargestellt, bei dem von der Centerline 22 radiale Linien 29 ausgehen. Die Parallel-Linien 23 sind auf diesen radialen Linien 29 beispielsweise äquidistant verteilt.
Parameterfestlegung:
Einige Parameter der Boluskurve 11, wie Maximum-Zeit 17 (t_max, time to maximum), Anstiegszeit 18 (t_{wash in}) in der Einwaschphase und Abfallszeit 19 (t_{wash out}) in der Auswaschphase, können für weitere Verarbeitungen betrachtet und herangezogen werden. Im Folgenden wird die Maximum-Zeit 17 (t_max), zu der das Intensitätsmaximum 12 der Boluskurve 11 auftritt, als Beispiel betrachtet und einfachheitshalber nur als Zeit t bezeichnet.
Nun wird in einer Position i diese Zeit t für alle Voxel 26 in dem Querschnitt 24 bestimmt. Als nächstes wird dasselbe in der Position j(i+1) oder einer beliebigen anderen Position in dem Querschnitt 25 für alle Voxel 27 durchgeführt. Als Ergebnis erhält man die Zeiten t(i) und t(i+1) für alle betroffenen Voxel 26 bzw. 27. Entlang der Centerline 22 und den Parallel-Linien 23 wird der wahre euklidische Abstand bzw. die wahre euklidische Distanz ΔD_E 28 zwischen den Positionen i und j(i+1) im 3-D-Raum gemessen. Durch Teilung dieser entlang der Centerline 22 und/oder den Parallel-Linien 23 gemessenen euklidischen Distanz ΔD_E 28 durch die Zeitdifferenz Δt = t_(i+1) – t₍ _i ₎ des Auftretens des Kontrastmittel-Ereignisses an den jeweiligen Voxeln 26 bzw. 27 erhält man die Amplitude der Blutfluss-Geschwindigkeit in jedem Voxel 26 bzw. 27.
Auf diese Weise bekommt man Geschwindigkeitskomponenten parallel zu den Linien 22 und 23, beispielsweise den flächenhaften Fluss. In der Realität jedoch entstehen turbulente Strömungen an Hindernissen wie Stenosen, Aneurysmen oder anderen Abnormalitäten der Gefäßwand. Für eine genaue Bestimmung des Flusses müssen auch die quer verlaufenden Geschwindigkeitskomponenten parallel zu den senkrechten Querschnitten 24 bzw. 25 ermittelt werden.
Dafür wird die Fläche m(i, k) unter der Kontrastintensitätskurve bzw. der Boluskurve 11 für das Voxel (k) in der Sektion (i) (Querschnitt 24) betrachtet, die proportional der Masse des Blutes ist. Alternativ kann als andere Abschätzung das Maximum der Boluskurve 11 genommen werden. Nun wird m(i, k) mit m(i+1, k) verglichen.
Falls nun m(i+1, k) kleiner als m(i, k), dann muss ein quer verlaufender Fluss aus dem Voxel k (26) vorhanden gewesen sein. Deshalb werden alle benachbarten Voxel k+ (26) beobachtet, ob m(i+1, k+) relativ zu m(i, k+) angewachsen ist. Falls das zutrifft, wird für ein Voxel (i, k) 26 eine quer verlaufende Geschwindigkeitskomponente v(i, k)_trans bestimmt, die von (i, k) nach (i, k+) mit einer Größe zeigt, die proportional zu der relativen Massenänderung ist:
Hierbei gilt zu beachten, dass mehr als ein Voxel k+ gefunden werden muss, bei dem m(i, k+) angewachsen ist. Dann wird eine analoge Bestimmung der quer verlaufenden Geschwindigkeitskomponenten v(i, k)_trans durchgeführt und das Ergebnis des Gesamt-Geschwindigkeitsvektors ist die Summe der Einzelkomponenten.
Falls m(i+1, k) größer ist als m(i, k), dann muss ein quer verlaufender Fluss in das Voxel k (26) eingetreten sein. Dann werden die benachbarten Voxel k– (26) auf einen Abfall von m(i+1, k–) relativ zu m(i, k–) überprüft und für ein Voxel (i, k) die entsprechende quer verlaufende Geschwindigkeitskomponente v(i, k)_trans bestimmt.
Mit diesen quer verlaufenden Geschwindigkeitskomponenten v(i, k)_trans kann beispielsweise der Fluss in ein Aneurysma beschrieben werden. Für praktische Anwendungen muss die Diskretisierung des vaskulären 3-D-Volumens ausreichend fein sein und die zeitliche Auflösung der 2-D-DSA-Sequenzen sollte möglichst hoch sein, beispielsweise 100 fps (frames per second) betragen.
Anhand der 5 wird nun der erfindungsgemäße Ablauf des angiographischen Untersuchungsverfahrens eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts 6 zur Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen mit folgenden Schritten erläutert: Zuerst erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt S1) eine Akquirierung von 3-D-Angiographie-Sequenzen. Dazu erfolgt aus Projektionen einer Rotationsangiographie eine Einblendung mittels Rückprojektion in einem statischen 3-D-Bild des Gefäßbaums. Dabei entsteht eine zeitaufgelöste Serie von 3-D-Datensätzen; zu jedem Zeitpunkt dieser Serie gehört ein Volumendatensatz, welcher die Füllung des Gefäßbaums mit Kontrastmittel zum jeweiligen Zeitpunkt repräsentiert.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2) wird wenigstens ein relevanter Teil des Gefäßsystems, beispielsweise ein Gefäßabschnitt 21, in den 3-D-Angiographie-Sequenzen identifiziert, der eine vaskuläre Erkrankung oder Veränderung aufweisen kann. Diese Identifizierung kann manuell oder automatisch nach vorgegebenen Kriterien erfolgen.
Für diesen Gefäßabschnitt 21 wird gemäß einem dritten Verfahrensschritt S3) eine Centerline 22 bestimmt bzw. berechnet.
Zur Centerline 22 parallel verlaufend werden in einem vierten Verfahrensschritt S4) Parallel-Linien 23 ermittelt, die die Centerline 22 umgeben.
An bestimm- oder wählbaren Positionen (i, j) entlang der Centerline 22 werden in einem fünften Verfahrensschritt S5) senkrechte Querschnitte 24 und 25 festgelegt, die für die Bestimmung des Blutflusses dienen sollen.
In einem sechsten Verfahrensschritt S6) werden auf den senkrechten Querschnitten 24 und 25 liegende Voxel (i, j) 26 und 27 bestimmt, die jeweils paarweise auf den Linien 22 oder 23 liegen.
Gemäß einem siebten Verfahrensschritt S7) erfolgt eine Ermittlung von Boluskurven 11 als eine Funktion der Zeit für jedes Voxel (i, j) 26 und 27, das einen der Querschnitte 24 oder 25 schneidet.
Für jedes dieser Voxel (i, j) 26 und 27 wird gemäß einem achten Verfahrensschritt S8) eine Zeit t des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses bestimmt. Diese Zeit kann die Maximum-Zeit 17 (t_max), die Anstiegzeit 18 (t_{wash in}) der Einwaschphase und/oder die Abfallzeit 19 (t_{wash out}) der Auswaschphase der Boluskurve 11 sein.
In einem neunten Verfahrensschritt S9) wird eine wahre euklidische Distanz ΔD_E entlang der Centerline 22 und den Parallel-Linien 23 zwischen Voxeln (i, j) 26 und 27 an den Positionen i und j gemessen.
Diese gemessene Distanz (ΔD_E) wird in einem zehnten Verfahrensschritt S10) durch die Differenz Δt = t_(i+1) – t_(i) der Zeit t des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses zum Erhalt der Amplitude einer ersten Geschwindigkeitskomponente der Blutfluss-Geschwindigkeit in jedem dieser Voxel(i, j) 26 und 27 geteilt.
Gemäß einem elften Verfahrensschritt S11) erfolgt eine Bestimmung von zweiten, quer verlaufenden, der relativen Massenänderung des Blutes in diesen Voxeln (i, j) 26 und 27 proportionalen Geschwindigkeitskomponenten v(i, k)_trans für jedes dieser Voxel (i, j) 26 und 27.
Zum Abschluss wird in einem zwölften Verfahrensschritt S12) der Blutfluss in dem relevanten Teil des Gefäßsystems, dem Gefäßabschnitt 21, aufgrund der Geschwindigkeitskomponenten
berechnet.

Claims

Angiographisches Untersuchungsverfahren eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts (6) zur Bestimmung von Flusseigenschaften innerhalb von Gefäßen (21) mit folgenden Schritten: S1) Akquirierung von 3-D-Angiographie-Sequenzen, S2) Identifizierung wenigstens eines relevanten Teils (21) des Gefäßsystems in den 3-D-Angiographie-Sequenzen, S3) Bestimmung einer Centerline (22) für diesen Teil (21), S4) Ermittlung von Parallel-Linien (23), die parallel zu der Centerline (21) verlaufen und die Centerline (22) umgeben, S5) Festlegung von senkrechten Querschnitten (24, 25) wenigstens an bestimm- oder wählbaren Positionen (i, j) entlang der Centerline (22), S6) Bestimmung von auf den senkrechten Querschnitten (24, 25) liegenden Voxeln (i, j) (26, 27), S7) Ermittlung von Boluskurven (11) als eine Funktion der Zeit für jedes Voxel (i, j) (26, 27), das einen der Querschnitte (24, 25) schneidet, S8) Bestimmung einer Zeit (t) (17, 18, 19) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses für jedes dieser Voxel (i, j) (26, 27), S9) Messung einer wahren euklidischen Distanz (ΔD_E) entlang der Centerline (22) und den Parallel-Linien (23) zwischen Voxeln (i, j) (26, 27) an den Positionen (i, j), S10) Teilung dieser gemessenen Distanz (ΔD_E) durch die Differenz (Δt = t_(i+1) – t₍ _i ₎) der Zeit (t) (17, 18, 19) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses zum Erhalt der Amplitude einer ersten Geschwindigkeitskomponente der Blutfluss-Geschwindigkeit in jedem dieser Voxel (i, j) (26, 27), S11) Bestimmung von zweiten, quer verlaufenden, der relativen Massenänderung des Blutes in diesen Voxeln (i, j) (26, 27) proportionalen Geschwindigkeitskomponenten (v(i, k)trans) für jedes dieser Voxel (i, j) (26, 27) und S12) Berechnung des Blutflusses in dem relevanten Teil (21) des Gefäßsystems aufgrund der Geschwindigkeitskomponenten.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Akquirierung der 3-D-Angiographie-Sequenzen gemäß Schritt S1) aus Projektionen einer Rotationsangiographie erfolgt, die mittels Rückprojektion in einem statischen 3-D-Bild des Gefäßbaums eingeblendet werden.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der zweiten, quer verlaufenden Geschwindigkeitskomponenten (v(i, k)trans) gemäß Verfahrensschritt S11) nach der Formel erfolgt:
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit (t) des Auftretens eines Kontrastmittel-Ereignisses gemäß Schritt S8) die Maximum-Zeit (17) (t_max), Anstiegzeit (18) (t_{wash in}) der Einwaschphase und/oder Abfallzeit (19) (t_{wash out}) der Auswaschphase der Boluskurve (11) ist.
Angiographisches Untersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Berechnung der ersten Geschwindigkeitskomponente für jedes Voxel (i, j) (26, 27) gemäß Verfahrensschritt S10) alle benachbarten Voxel (k+) untersucht werden, ob relative Veränderungen in den Massen m(i+1, k+) zu m(i, k+) existieren und erst dann zur Bestimmung von zweiten Geschwindigkeitskomponenten gemäß Verfahrensschritt S11) für ein Voxel (i, k) die quer verlaufende Geschwindigkeitskomponente (v(i, k)_trans) bestimmt wird, die eine Größe proportional zu der relativen Massenänderung aufweist.