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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines 2-D-Projektionsbildes eines Gefäßsystems einer interessierenden Körperregion, insbesondere des Parenchyms, insbesondere des menschlichen oder tierischen Körpers.
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Zur Visualisierung eines Gefäßsystems des menschlichen oder tierischen Körpers sind unterschiedliche Technologien bekannt. Bei einer Form der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) werden nach Gabe eines Kontrastmittels wiederholt zweidimensionale Projektionsbilder unter einem vorbestimmen, festen Projektionswinkel mit einer Röntgeneinrichtung aufgenommen, wobei von jedem Bild ein Referenzbild (Maskenbild) abgezogen wird. Das Maskenbild wird dabei zu einem Zeitpunkt erstellt, in dem kein Kontrastmittel vorliegt. Auf diese Weise kann die Anflutung des Kontrastmittels in den Gefäßen, somit der Blutfluss, visualisiert werden (Perfusion). Aufgrund der Subtraktion der einzelnen Zeitreihenbilder von dem Maskenbild enthalten die Darstellungen nur noch die mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße. Der Hintergrund (Gewebe, Knochen, Luft) ist ausgeblendet. Die digitale Subtraktionsangiographie spielt in der Diagnostik eine große Rolle, beispielsweise zur Erkennung von pathologischen Gefäßerkrankungen im Gehirn.
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Unter dem Namen Syngo iFlow ist ein Tool bekannt, welches basierend auf der digitalen Subtraktionsangiographie eine parametrische Darstellung der Ankunftszeit eines Kontrastmittelbolus erzeugt. Die einzelnen Bilder der DSA-Serie (Zeitreihenbilder) werden zu einem parametrischen Bild zusammen gefasst, in dem die Ankunftszeit des Kontrastmittelbolus üblicherweise farbkodiert dargestellt ist. Die Ankunftszeit ist hierbei beispielsweise die Zeit bis zur maximalen Intensität des Kontrastmittels; es entsteht eine sogenannte Time-to-Peak-Karte (TTP-Karte). Eine frühe Ankunftszeit des Kontrastmittels kann beispielsweise in einer Farbe aus dem roten Farbspektrum und eine späte Ankunftszeit in einer Farbe aus dem grünen oder blauen Farbspektrum dargestellt werden. Dies ist der Druckschrift ”syngo iFlow/Dynamic Flow Evaluation/Answers for life.” der Firma Siemens AG, Medical Solutions, Angiography, Fluoroscopic and Radiographic Systems zu entnehmen.
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In vielen Fällen sind bei den Angiographiebildern, beispielsweise bei der digitalen Subtraktionsangiographie, nur die (kleineren) Gefäße des Parenchyms (Gewebe) interessant, welche jedoch häufig stark durch die großen zuführenden und/oder abführenden Gefäße (Arterien, Venen) überdeckt sind. Die Eliminierung dieser großen Gefäße aus den Projektionsbildern der digitalen Subtraktionsangiographie ist derzeit jedoch nicht möglich.
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Neben der üblichen zweidimensionalen Subtraktionsangiographie sind Bildgebungstechniken bekannt, welche eine dreidimensionale Visualisierung eines Gefäßsystems oder der Durchblutung ermöglichen, die sogenannte 3-D-Angiographie beziehungsweise 3-D-Perfusion. Beispielhaft seien hier die Computertomographie (CT-Angiographie, Perfusions-CT), die Magnetresonanztomographie (Magnetresonanzangiographie, Magnetresonanzperfusionsbildgebung) sowie die C-Bogenbasierte Bildgebung genannt. Auch diese dreidimensionalen Techniken können grundsätzlich das Subtraktionsprinzip nutzen, so dass reine Gefäßdarstellungen unter Ausblendung des Hintergrunds erzeugt werden können. Bei den dreidimensionalen Techniken ist es bekannt, große Gefäße zu segmentieren, das heißt als solche zu klassifizieren und gegebenenfalls aus der Darstellung herauszunehmen. Der Einsatz der dreidimensionalen Techniken ist jedoch während einer Behandlung eingeschränkt und die zeitliche Auflösung schlechter als bei den 2-D-Techniken.
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DE 10 2011 005 634 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen eines nachbearbeiteten 3-D-Bilddatensatzes. Dabei wird ein 3-D-Bilddatensatz zunächst vorsegmentiert und dann eine 2-D-Vorwärtsprojektion aus dem 3-D-Bilddatensatz berechnet. Die 2-D-Vorwärtsprojektion wird dann mit einem 2-D-Bilddatensatz einer digitalen Subtraktionsangiographie verglichen, so dass ersichtlich wird, welche Bereiche einander nicht entsprechen. Anhand der Bereiche der Nichtentsprechung kann dann der 3-D-Bilddatensatz nachbearbeitet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung nebst korrespondierenden Gegenständen anzugeben, welche es ermöglichen, in einem 2-D-Projektionsbild, insbesondere einer zweidimensionalen, dynamischen Subtraktionsangiographie, kleinere Gefäße, insbesondere Gefäße des Parenchyms, möglichst gut sichtbar darzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11, eine Steuer- und Recheneinheit nach Anspruch 12 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 13 zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben und näher beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Aufnahme eines 3-D-Datensatzes der interessierenden Körperregion,
- – Aufnahme zumindest eines 2-D-Projektionsbildes der interessierenden Körperregion,
- – Erzeugung eines geänderten 3-D-Datensatzes durch Eliminierung von Gefäßen, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
- – Normalisierung des 2-D-Projektionsbildes mit Projektionsdaten des geänderten 3-D-Datensatzes,
- – Eliminierung von Gefäßprojektionen in dem normalisierten 2-D-Projektionsbild, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
- – Interpolierung der Bereiche des 2-D-Projektionsbildes, in denen die Gefäßprojektionen eliminiert sind, und
- – Denormalisierung des normalisierten und interpolierten 2-D-Projektionsbildes mit Projektionsdaten des geänderten 3-D-Datensatzes.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt weist einen computerlesbaren Datenträger und einen auf dem Datenträger gespeicherten Programmcode eines Computerprogramms auf, welcher eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zu steuern, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Steuer- und Recheneinheit weist einen Programmspeicher zur Speicherung eines Programmcodes auf, wobei der Programmcode eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zu steuern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine erste Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines 3-D-Datensatzes der interessierenden Körperregion, eine zweite Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zumindest eines 2-D-Projektionsbildes der interessierenden Körperregion und eine Steuer- und Recheneinheit auf, welche eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zu steuern. Die erste und zweite Aufnahmeeinrichtung können als getrennte Aufnahmeeinrichtungen oder als gemeinsame bzw. die gleiche Aufnahmeeinrichtung ausgeführt sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen die Eliminierung von großen Gefäßen (Gefäße mit einer vorbestimmten Mindestgröße) in einem 2-D-Projektionsbild, um eine Darstellung der (kleineren) Gefäße des Parenchyms, ein sogenanntes virtuelles Parenchymogramm, zu erzeugen.
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Hierzu wird zunächst ein 3-D-Datensatz der interessierenden Körperregion aufgenommen, was zeitlich unabhängig von der Aufnahme des 2-D-Projektionsbildes erfolgen kann. Der 3-D-Datensatz ist bevorzugt ein Angiographiebild, welches insbesondere das Blutvolumen (parenchymales Blutvolumen – PVB) wiedergibt. Die Aufnahme des 3-D-Datensatzes umfasst z. B. die Aufnahme zweidimensionaler Röntgen-Projektionsbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen und die Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus den zweidimensionalen Projektionsbildern, beispielsweise mittels eines Rückprojektionsverfahrens oder eines anderen Rekonstruktionsverfahrens. Diese Techniken sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
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Während, vor oder nach der Aufnahme des 3-D-Datensatzes wird ein Projektionsbild der gleichen Körperregion erstellt, beispielsweise durch eine Röntgenaufnahme.
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Der 3-D-Datensatz enthält die Gefäße der aufgenommenen Körperregion sowie gegebenenfalls Hintergrund, wie beispielsweise Knochen, Gewebe und/oder Luft. Insbesondere enthält der 3-D-Datensatz die Gefäßgeometrie, also Informationen zur dreidimensionalen Gestalt der Gefäße und zur Lage der Gefäße im Raum. Der 3-D-Datensatz enthält also eine dreidimensionale Karte der Gefäße der interessierenden Körperregion, vorzugsweise in ”steady state”, d. h. alle Gefäße sind gleichmäßig kontrastiert, z. B. weil sie mit Kontrastmittel gefüllt sind (statische Darstellung).
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gefäße in dem 3-D-Datensatz segmentiert werden, so dass der 3-D-Datensatz ausschließlich die Gefäßinformationen (ohne Hintergrund) enthält.
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Das 2-D-Projektionsbild enthält eine Projektionsdarstellung der Gefäße der interessierenden Körperregion und kann grundsätzlich aus einer beliebigen Projektionsrichtung erzeugt werden. Insbesondere enthält das 2-D-Projektionsbild sowohl die parenchymalen Gefäße, also die Gefäße des Gewebes, als auch die großen zuführenden und abführenden Gefäße.
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Aus dem 3-D-Datensatz, welcher zunächst auch sämtliche Gefäße, also sowohl die parenchymalen Gefäße als auch die zuführenden und abführenden Gefäße (Arterien, Venen) enthält, werden bestimmte Gefäße, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, heraussegmentiert. Auf diese Weise wird ein geänderter 3-D-Datensatz erzeugt, der vorzugsweise die zuführenden und abführenden Gefäße nicht mehr enthält, also nur noch die Gefäße der sogenannten Mikrozirkulation aufweist. Der geänderte 3-D-Datensatz kann auch als dreidimensionaler Datensatz des parenchymalen Blutvolumens (PBV) bezeichnet werden. Der 3-D-Datensatz kann, wenn gewünscht, mittels einer Anzeigeeinrichtung visualisiert werden und auch als 3-D-Aufnahme, insbesondere 3-D-PBV-Aufnahme, bezeichnet werden. Der geänderte 3-D-Datensatz enthält also nur noch den interessierenden Abschnitt des Gefäßsystems, insbesondere ohne die großen zu- und abführenden Gefäße (Arterien, Venen).
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Aus dem geänderten 3-D-Datensatz können in grundsätzlich bekannter Weise mittels einer Vorwärtsprojektion Projektionsdaten erzeugt werden. Diese Projektionsdaten werden zur Normalisierung des 2-D-Projektionsbildes verwendet, das heißt das 2-D-Projektionsbild wird mit Projektionsdaten, die aus dem geänderten 3-D-Datensatz gewonnen werden, normalisiert. Hierzu erfolgt erfindungsgemäß die Vorwärtsprojektion entlang derselben Projektionsrichtung wie diejenige des 2-D-Projektionsbildes. Die auf diese Weise gewonnenen Projektionsdaten des 3-D-Datensatzes bilden ein Projektionsbild, welches – im Gegensatz zu dem 2-D-Projektionsbild – nur noch die interessierenden Bereiche des Gefäßsystems enthält. Unter Normalisierung wird vorliegend erfindungsgemäß eine Division des 2-D-Projektionsbildes durch das aus dem geänderten 3-D-Datensatz errechnete Projektionsbild (Projektionsdaten) verstanden.
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In dem normalisierten 2-D-Projektionsbild werden diejenigen Gefäßprojektionen, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, heraussegmentiert und die entsprechenden Bereiche mit künstlichen Daten aufgefüllt, vorzugsweise durch nicht-lineare Interpolation. Die nicht-lineare Interpolation erzeugt dabei einen weichen Bildeindruck und eliminiert die großen Gefäße. Jedoch sind auch jegliche andere Informationen in diesen Bereichen verloren.
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Um gewisse Parenchyminformationen beziehungsweise Informationen zu den Gefäßen des Parenchyms wieder herzustellen, werden die interpolierten Projektionsdaten (2-D-Projektionsbild) denormalisiert, und zwar anhand des geänderten 3-D-Datensatzes, welcher ausschließlich das Parenchymvolumen, also die Füllung des Parenchyms, enthält. Hierzu werden, analog zur vorherigen Normalisierung, Linienintegrale durch den 3-D-Datensatz (enthaltend die Gefäße des Parenchyms) gerechnet und zur Denormalisierung des interpolierten 2-D-Projektionsbildes verwendet. Auf diese Weise werden anatomische Informationen wieder in das 2-D-Projektionsbild gebracht. Unter Denormalisierung wird vorliegend erfindungsgemäß eine Multiplikation des 2-D-Projektionsbildes mit dem aus dem geänderten 3-D-Datensatz errechneten Projektionsbild (Projektionsdaten) verstanden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gefäße des 3-D-Datensatzes, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, in das – insbesondere normalisierte – 2-D-Projektionsbild projiziert werden und dass die Eliminierung der Gefäßprojektionen in dem normalisierten 2-D-Projektionsbild, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, auf Basis der projizierten Gefäße des 3-D-Datensatzes erfolgt. Die segmentierten Gefäße aus der 3-D-PBV-Aufnahme werden in das 2-D-Projektionsbild (beispielsweise die 2-D-iFlow-Projektion) hinein projiziert und ihre zweidimensionalen ”Spuren” markiert. Anhand dieser Markierung erfolgt die Erkennung der großen Gefäße in dem 2-D-Projektionsbild. Es erfolgt also eine Heraussegmentierung der großen Gefäße in dem 3-D-Datensatz. Diese segmentierten, großen Gefäße werden in das 2-D-Projektionsbild hinein projiziert, um dort die entsprechenden, großen Gefäße zu identifizieren. Auf diese Weise können die großen Gefäße in dem 2-D-Projektionsbild auf einfache Weise erkannt werden. Aufgrund der vorhandenen räumlichen Informationen ist die Segmentierung der großen Gefäße in dem 3-D-Datensatz einfacher und genauer als in dem 2-D-Projektionsbild.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der 3-D-Datensatz mittels Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) oder durch C-Bogen-basierte Bildgebung erzeugt. Beispiele für eine Computertomographie sind eine DynaCT-PBV oder eine Mehrschichtcomputertomographie (MSCT). Eine Magnetresonanztomographie kann insbesondere eine MR-Perfusion sein. Bei einer Magnetresonanzangiographie erfolgt vorzugsweise eine atlasbasierte Segmentierung und Klassifizierung, um Schwächungskarten aus den MR-Daten zu errechnen. Der 3-D-Datensatz (PBV-Aufnahme) wird vorzugsweise auf Basis einer Subtraktion erstellt, so dass lediglich das Füllungsvolumen (ohne Umgebung, zum Beispiel Knochen) enthalten ist. Der 3-D-Datensatz ist vorzugsweise eine statische Darstellung der Gefäße, in welcher sämtliche Gefäße gefüllt sind (ohne Zeitinformation).
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Das 2-D-Projektionsbild wird vorzugsweise mit dem Verfahren der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) erzeugt. Bei dieser grundsätzlich bekannten Vorgehensweise wird ein Differenzbild zwischen einem unter Gabe eines Kontrastmittels aufgenommenen Füllungsbild und einem kontrastmittelfreien Maskenbild erzeugt. Die Differenzbildung erfolgt pixelweise. Durch die DSA verbleibt als finales Bild eine Aufnahme, die lediglich das kontrastmittelgefüllte Gefäßsystem zeigt (ohne Gewebe, Knochen etc.).
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine zeitliche Serie von 2-D-Projektionsbildern (DSA-Serie) aufgenommen. Von jedem Projektionsbild der zeitlichen Serie wird das kontrastmittelfreie Maskenbild abgezogen, so dass die Anflutung des Kontrastmittels visualisiert werden kann. Diese Technik ist grundsätzlich bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Die Erzeugung der DSA-Serie kann auch als dynamische, zweidimensionale DSA bezeichnet werden.
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Eine besonders anschauliche Visualisierung der Perfusion kann erreicht werden, indem aus der zeitlichen Serie von 2-D-Projektionsbildern (DSA-Serie) ein finales oder kumuliertes 2-D-Projektionsbild erzeugt beziehungsweise berechnet wird, das Informationen über die Einströmung von Kontrastmittel in das Gefäßsystem, insbesondere des Parenchyms, enthält. Bei dieser Vorgehensweise werden die einzelnen Bilder der DSA-Serie (Zeitreihenbilder) zu einem parametrischen Gesamtbild zusammengefügt, in dem bestimmte Parameter der Kontrastmittel-Einflutung enthalten sind, z. B. der Zeitpunkt der maximalen Kontrastmittel-Konzentration (time-to-peak), der Zeitpunkt der Einflutung, der Blutfluss oder das Blutvolumen (Time-to-Peak-Karte, 2-D-parametrische DSA-Darstellung). Vorzugsweise ist das 2-D-Projektionsbild eine parametrische Darstellung der Einflutung von Kontrastmittel in das Gefäßsystem, insbesondere in Form einer Time-to-Peak-Karte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass für jedes Bild der DSA-Serie ein zugeordneter, geänderter 3-D-Datensatz erzeugt wird, wobei diejenigen Bereiche des Gefäßsystems, welche in dem jeweiligen 2-D-Projektionsbild nicht gefüllt sind, in dem 3-D-Datensatz eliminiert werden, und dass die Normalisierung und/oder die Denormalisierung für jedes Bild der DSA-Serie anhand des jeweils zugeordneten, geänderten 3-D-Datensatzes erfolgt. Hintergrund hierzu ist, dass die PBV-Karte (3-D-Datensatz ohne die großen Gefäße) in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lediglich einen Zeitpunkt repräsentiert, in dem das Gefäßsystem vollständig gefüllt ist. Daher muss bei der Segmentierung beziehungsweise Vorwärtsprojektion abgeglichen werden, welcher Gefäßbereich zum jeweiligen Zeitpunkt in der 2-D-Serie gefüllt ist. Es findet also zu jedem Bild der 2-D-Serie ein Abgleich statt, welche Bereiche des Gefäßsystems gefüllt sind. Diejenigen Bereiche, die zu dem jeweiligen Zeitpunkt in dem 2-D-Projektionsbild nicht gefüllt sind, werden in dem 3-D-Datensatz eliminiert. Dies erfolgt vorzugsweise basierend auf einer Rückprojektion des 2-D-Bildes auf den 3-D-Datensatz. Durch eine binäre Analyse (Voxel gefüllt ja/nein?) wird für jedes Zeitreihenbild der DSA-Serie ein geänderter 3-D-Datensatz erzeugt, in dem die jeweils nicht gefüllten Voxel entfernt sind. Dieser Schritt erfolgt vorzugsweise vor der Normalisierung und/oder der Denormalisierung. Vorzugsweise erfolgt dieser Schritt außerdem vor dem Heraussegmentieren der großen Gefäße.
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Die Aufnahme des 3-D-Datensatzes erfolgt vorzugsweise ebenfalls auf Basis einer Subtraktion. Hierbei wird aus einem dreidimensionalen Kontrastmitteldatensatz ein dreidimensionaler Maskenbilddatensatz subtrahiert (voxelweise Subtraktion), so dass nur die dem Kontrastmittel geschuldeten Signale verbleiben. Das entsprechende Verfahren kann als dreidimensionale Subtraktionsangiographie bezeichnet werden. Nach dem Heraussegmentieren der großen Gefäße (Arterien, Venen) verbleiben nur noch die Gefäße des Parenchyms. Der verbleibende Differenzbilddatensatz kann dabei als parenchymales Blutvolumen (PBV) bezeichnet werden. Ein Gedanke der Erfindung kann somit darin gesehen werden, zur Normalisierung und/oder Denormalisierung des 2-D-Projektionsbildes einen auf Basis einer Subtraktionsangiographie gewonnenen Datensatz des parenchymalen Blutvolumens (PBV-Datensatz) zu verwenden.
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Die Normalisierung und/oder die Denormalisierung erfolgt vorzugsweise bildpunktweise (pixelweise). Bei der Normalisierung werden die Bildpunkte des 2-D-Projektionsbildes durch die entsprechenden Pixel der Vorwärtsprojektion des 3-D-Datensatzes dividiert. Bei der Denormalisierung werden die Bildpunkte des 2-D-Datensatzes mit den entsprechenden Pixeln der Vorwärtsprojektion des 3-D-Datensatzes multipliziert. Hierdurch werden, insbesondere in den Bereichen mit den interpolierten Daten, anatomische Informationen aus dem 3-D-Datensatz in das 2-D-Projektionsbild eingebracht.
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Mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäßen Steuer- und Recheneinheit und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die im Zusammenhang mit dem Verfahren dargestellten Vorteile und Effekte erzielt. Insofern wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dabei können die vorgesehenen Aufnahmeeinrichtungen auch durch ein einziges Aufnahmegerät realisiert sein. Diese gemeinsame Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise eine C-Bogen-Röntgeneinrichtung sein. Mit dieser lassen sich durch Umfahren des Körpers sowohl ein 3-D-Datensatz erstellen als auch zeitlich nacheinander ein oder mehrere 2-D-Projektionsbilder aufnehmen. Die Steuer- und Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Erstellung und anschließende Bearbeitung der Aufnahmen zu steuern. Auf diese Weise lässt sich mit der Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben.
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Hierin zeigen:
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1 ein Flussdiagramm zur Darstellung von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die einzelnen Verfahrensschritte gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der 1 beschrieben. In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt eine Aufnahme eines 3-D-Datensatzes des Gefäßsystems mit einem Angiographiesystem, beispielsweise einem C-Bogen-Gerät. Die Aufnahme erfolgt vorzugsweise auf Basis einer Differenzbildung zwischen einem Füllungsbild, bei welchem das Gefäßsystem statisch, also gleichmäßig bzw. im ”steady state”, mit Kontrastmittel gefüllt ist, und einem kontrastmittelfreien Referenzbild. Ergebnis der 3-D-Aufnahme ist eine dreidimensionale, statische Darstellung des Gefäßsystems. Die Aufnahme enthält sowohl die großen zu- und abführenden Gefäße (Arterien, Venen) als auch die Gefäße des Parenchyms (insbesondere die sogenannte Mikrozirkulation). Sämtliche Gefäße können gegebenenfalls segmentiert werden.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 erfolgt eine Segmentierung derjenigen Gefäße, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Dies kann auf Basis bekannter Segmentierverfahren erfolgen, beispielsweise mittels schwellwertbasierter Segmentierung. Alternativ kommt beispielsweise aber auch eine manuelle Segmentierung anhand einer 3-D-Visualisierung des Datensatzes in Betracht. Ergebnis der Segmentierung ist ein erster geänderter 3-D-Datensatz (segmentierter Datensatz), welcher lediglich die interessierenden, kleineren Gefäße (insbesondere die Gefäße des Parenchyms) enthält. Des Weiteren wird ein zweiter, geänderter 3-D-Datensatz erzeugt, welcher ausschließlich die heraussegmentierten, großen Gefäße (Arterien, Venen) enthält.
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Die Schritte S1 und S2 können zu einem beliebigen Zeitpunkt, unabhängig von den nachfolgenden Schritten und/oder unabhängig von einer Perfusionsmessung, vorgenommen werden.
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In einem weiteren Verfahrensschritt S3 erfolgt eine Aufnahme zumindest eines 2-D-Projektionsbildes der interessierenden Körperregion, insbesondere mittels digitaler Subtraktionsangiographie. Vorzugsweise erfolgt eine dynamische Aufnahme mit einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Projektionsbildern kurz nach Injektion eines Kontrastmittel-Bolus, um die Perfusion des Gefäßsystems dynamisch (mit zeitlicher Information) darzustellen. Die nachfolgenden Schritte können anhand der einzelnen Aufnahmen der Aufnahmeserie oder anhand eines parametrischen Projektionsbildes erfolgen, welches die einzelnen Aufnahmen der Aufnahmeserie kombiniert und in einem gemeinsamen Bild darstellt.
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In einem Schritt S4 erfolgt eine Normalisierung des 2-D-Projektionsbildes anhand des 3-D-Datensatzes des Parenchymvolumens (erster geänderter 3-D-Datensatz, PBV-Datensatz). Hierbei wird das 2-D-Projektionsbild pixelweise durch eine Vorwärtsprojektion des 3-D-Datensatzes des Parenchymvolumens dividiert. Die Vorwärtsprojektion des 3-D-Datensatzes erfolgt hierbei entlang derselben Projektionsrichtung wie das 2-D-Projektionsbild. Hierzu erfolgt vorzugsweise zunächst eine Registrierung der Vorwärtsprojektion mit dem 2-D-Projektionsbild.
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In einem Schritt S5 werden diejenigen Gefäße in dem 2-D-Projektionsbild markiert oder eliminiert, deren Größe einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Dies erfolgt z. B. anhand der segmentierten, großen Gefäße des 3-D-Datensatzes (zweiter geänderter 3-D-Datensatz). Durch eine Vorwärtsprojektion des zweiten, geänderten 3-D-Datensatzes, welcher ausschließlich die segmentierten, großen Gefäße enthält, werden in dem 2-D-Projektionsbild die entsprechenden, großen Gefäße erkannt und können als solche klassifiziert werden.
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In einem Schritt S6 werden in dem 2-D-Projektionsbild die Bereiche der großen Gefäße mit künstlichen Daten aufgefüllt, insbesondere durch Interpolation, vorzugsweise nicht-lineare Interpolation. Durch die Interpolation gehen zunächst die anatomischen Informationen der durch die großen Gefäße verdeckten Bereiche verloren.
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Um zumindest einen Teil dieser Informationen wieder in das Bild einzuführen, wird in einem Schritt S7 das 2-D-Projektionsbild anhand des 3-D-Datensatzes des Parenchymvolumens (erster geänderter 3-D-Datensatz) denormalisiert. Hierzu wird das 2-D-Projektionsbild pixelweise mit einer Vorwärtsprojektion des 3-D-Datensatzes des Parenchymvolumens multipliziert.
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Der Schritt S3 umfasst vorzugsweise die Aufnahme einer Zeitreihe von 2-D-Projektionsbildern, um die Perfusion des Gefäßsystems darzustellen. Die Schritte S4 bis S7 werden dann für jeden Zeitpunkt der Zeitreihe durchgeführt, wobei jeweils nur die zu dem jeweiligen Zeitpunkt gefüllten Bereiche des Gefäßsystems in dem 3-D-Datensatz berücksichtigt werden.
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In einem weiteren Schritt kann dann ein Zusammenfügen der nachbearbeiteten Einzelprojektionen zu einer neuen Time-to-Peak-Berechnung (TTP) und -Darstellung erfolgen. Die neue Darstellung unterdrückt die großen Gefäße.
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Die Erfindung erreicht somit durch eine zeitabhängige Denormalisierung von Projektionswerten eine verbesserte Darstellung von TTP-Karten, welche die großen und störenden Gefäße nicht mehr enthalten. Hierzu wird bevorzugt ein dreidimensionaler Datensatz des parenchymalen Blutvolumens (3-D-PBV-Datensatz) verwendet. Dieser kann zeitlich unabhängig von der Aufnahme der 2-D-Projektion (DSA-Aufnahme beziehungsweise DSA-Serie) erfolgen und aufgrund der 3-D-Informationen zur Denormalisierung einer aus einem beliebigen Winkel aufgenommenen 2-D-DSA verwendet werden. Ein einmal vorhandener 3-D-Datensatz kann somit nachfolgend zur Denormalisierung einer Vielzahl von 2-D-DSA-Aufnahmen verwendet werden, um deren Darstellung zu verbessern.
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2 zeigt eine Vorrichtung, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann und welche selbst gemäß der Erfindung ausgestaltet bzw. konfiguriert sein kann. Die Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung 30, nämlich ein Röntgengerät, insbesondere ein C-Bogengerät. Die Aufnahmeeinrichtung 30 umfasst eine Röntgenquelle 32 und einen Röntgendetektor 33, welche an den Armen eines C-Bogens 31 befestigt sind, der um eine Patientenliege 38 verschwenkbar ist. Bei dem Röntgendetektor 33 handelt es sich bevorzugt um einen digitalen Detektor, welcher digitale Röntgenbilder eines auf der Patientenliege 38 gebetteten Patienten 40 erzeugen kann. Der C-Bogen ist beweglich an einem Ständer 34 aufgehängt.
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Die Bewegungen des C-Bogens und die Akquisition von Röntgenbildern werden durch eine Steuer- und Recheneinheit 35 gesteuert. Ferner können die durch den Röntgendetektor 33 akquirierten digitalen Röntgenbilder an die Steuer- und Recheneinheit 35 übertragen und dort verarbeitet werden. Die Steuer- und Recheneinheit 35 umfasst einen Datenträger oder Programmspeicher 36, beispielsweise eine interne Festplatte, auf welcher ein Programmcode eines Computerprogramms zur Steuerung der Aufnahmeeinrichtung 30 und zur Verarbeitung der gewonnenen Daten gespeichert ist. Die Steuer- und Recheneinheit 35 sowie der Programmspeicher 36 können Teil eines Rechners 37 sein, der beispielsweise ein PC, eine Workstation oder eine Konsole für die Aufnahmeeinrichtung 30 ist. Darüber hinaus können auch ein Bildschirm zur Darstellung von Röntgenbildern sowie Eingabegeräte wie Tastatur und/oder Maus vorhanden sein.
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Die Aufnahmeeinrichtung 30 ist dazu eingerichtet, durch Aufnahme einer Vielzahl von zweidimensionalen Projektionsbildern aus unterschiedlichen Richtungen einen 3-D-Datensatz der interessierenden Körperregion, insbesondere des Gehirns eines Patienten, aufzunehmen. Darüber hinaus ist die Aufnahmeeinrichtung 30 dazu vorgesehen, eine zeitliche Serie von 2-D-Projektionsbildern aus einer vorbestimmten Richtung aufzunehmen. Die aufgenommenen Serienbilder (DSA-Serie) können zu einer parametrischen Darstellung (iFlow-Bild) zusammengefügt werden, was vorzugsweise in der Steuer- und Recheneinheit 35 erfolgt. Alternativ können zur Aufnahme des statischen 3-D-Datensatzes und des die Zeitinformation enthaltenden 2-D-Projektionsbildes aber auch unterschiedliche und/oder andere Aufnahmegeräte vorgesehen sein.
