DE102014223658A1

DE102014223658A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Ergebnisbildes, Computerprogramm, maschinenlesbarer Datenträger sowie bildgebendes Gerät

Info

Publication number: DE102014223658A1
Application number: DE102014223658.4A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Ditt; Ernst Klotz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-25
Also published as: CN105615906B; CN105615906A; US9984477B2; US20160148379A1

Abstract

Die Erfindung beruht auf der Aufnahme mehrerer Bilder eines Untersuchungsbereiches zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Weiterhin werden anatomische Informationen sowie Flussinformationen aus den Bildern abgeleitet. Insbesondere können die anatomischen Informationen den Verlauf von Gefäßen oder die Struktur durchflossenen Gewebes betreffen. Die Erfinder haben nun erkannt, dass die zeitliche Komponente der Flussinformation vorteilhaft mit der anatomischen Information in einem Ergebnisbild kombiniert werden kann, wobei eine intensitätsabhängige Fensterung Bildelementen des Ergebnisbildes einen Grauwert entsprechend der anatomischen Informationen zuweist, wobei eine zeitabhängige Fensterung den Bildelementen des Ergebnisbildes einen Farbwert entsprechend der Flussinformationen zuweist, und wobei die Grauwerte und die Farbwerte unabhängig voneinander zugewiesen werden. Der Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass eine intensitätsabhängige Fensterung mit einer zeitabhängigen Fensterung kombiniert wird, so dass Farbwerte und Grauwerte unabhängig voneinander sind. Damit können die anatomischen Informationen sowie die Flussinformationen unverfälscht in dem Ergebnisbild dargestellt werden.

Description

Bildgebende Geräte wie ein Röntgengerät oder ein tomographisches Gerät ermöglichen es Bildern eines Untersuchungsbereiches zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufzunehmen. Durch den Vergleich der Bilder ist es möglich Informationen mit einer zeitlichen Komponente aus diesen Bildern abzuleiten. Die Bilder stellen meist ein Volumen dar und können mehrere vorgebbare Schichten des Untersuchungsbereiches umfassen. Wird der Untersuchungsbereich von einem Stoff durchflossen, können auch Flussinformationen aus den Bildern abgeleitet werden. So ermöglichen moderne, bildgebende Geräte Störungen des Blutflusses in Organen, beispielsweise dem Herzen oder dem Gehirn, zu identifizieren. Zu den wichtigsten Methoden zur bildgebenden Messung des Blutflusses gehören die Angiographie sowie das tomographische Perfusions-Scanning.
Zur Auswertung der Bilder müssen also sowohl anatomische Informationen als auch Flussinformationen ausgewertet werden. Die anatomischen Informationen betreffen die anatomische Struktur des Untersuchungsbereiches und weisen damit eine räumliche Komponente auf. Die Flussinformationen betreffen die Dynamik eines in dem Untersuchungsbereich fließenden Stoffes und weisen damit sowohl eine räumliche als auch eine zeitliche Komponente auf. Die Darstellung von räumlichen und zeitlichen Informationen einer bildgebenden Messung erfolgt typischer Weise, indem für je einen Zeitpunkt ein Bildstapel mit mehreren Schichten erstellt wird. Dann können die räumlichen und zeitlichen Informationen dargestellt werden, indem einzelne Schichten oder Projektionen der Bildstapel als zeitlich sequentielle Folge ausgegeben werden. Damit kann die zeitliche Entwicklung eines in dem Untersuchungsbereich fließenden Stoffes beurteilt werden. Dies ist aber zeitaufwändig und vor allem schlecht zur Dokumentation geeignet.
Um die Verarbeitung von räumlichen und zeitlichen Informationen zu vereinfachen wird in der Patentschrift US6650928 B1 vorgeschlagen, tomographische Bilder in farbkodierte Karten umzuwandeln. Beispielsweise werden zwei Bilder von Gehirnstrukturen überlagert. Dabei wird ein anatomisches Bild mit einem farbigen, parametrischen Bild überlagert. Die Transparenz des überlagerten Bildes kann so angepasst werden, dass die anatomische Struktur mehr oder weniger sichtbar ist. Nachteilig an dieser Technik ist, dass eine gute Sichtbarkeit der anatomischen Information die Sichtbarkeit der parametrischen Information stört.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung anzugeben, wie eine Flussinformation mit einer zeitlichen Komponente vorteilhaft mit einer anatomischen Information kombiniert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch ein Computerprogramm nach Anspruch 10, durch einen maschinenlesbaren Datenträger nach Anspruch 11 sowie durch ein bildgebendes Gerät nach Anspruch 12.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Gerät als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf ein Gerät gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Die Erfindung beruht auf der Aufnahme mehrerer Bilder eines Untersuchungsbereiches zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Weiterhin werden anatomische Informationen sowie Flussinformationen aus den Bildern abgeleitet. Insbesondere können die anatomischen Informationen den Verlauf von Gefäßen oder die Struktur durchflossenen Gewebes betreffen. Die Erfinder haben nun erkannt, dass die zeitliche Komponente der Flussinformation vorteilhaft mit der anatomischen Information in einem Ergebnisbild kombiniert werden kann, wobei eine intensitätsabhängige Fensterung Bildelementen des Ergebnisbildes einen Grauwert entsprechend der anatomischen Informationen zuweist, wobei eine zeitabhängige Fensterung den Bildelementen des Ergebnisbildes einen Farbwert entsprechend der Flussinformationen zuweist, und wobei die Grauwerte und die Farbwerte unabhängig voneinander zugewiesen werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass eine intensitätsabhängige Fensterung mit einer zeitabhängigen Fensterung kombiniert wird, so dass Farbwerte und Grauwerte unabhängig voneinander sind. Denn dadurch beeinflusst die intensitätsabhängige Fensterung nicht die zeitabhängige Fensterung. Damit können die anatomischen Informationen sowie die Flussinformationen unverfälscht in dem Ergebnisbild dargestellt werden. Bei der Aufnahme der Bilder handelt es sich um eine physikalische Messung und bei den daraus abgeleiteten anatomischen Informationen sowie den Flussinformationen handelt es sich um einer physischen Struktur entsprechende Messergebnisse. Die Erfindung hat also den technischen Effekt, dass einer physikalischen Messung entsprechende Messergebnisse ohne die Gefahr einer Verfälschung in einem Ergebnisbild miteinander kombiniert werden können. Das Erfindungsgemäße Ergebnisbild weist also einen besonders hohen Informationsgehalt auf.
Die anatomischen Informationen können dabei als aus wenigstens einem der Bilder abgeleitete räumliche Intensitätsverteilung ausgebildet sein. Weiterhin können die Flussinformationen als aus den Bildern abgeleitete Verteilung von Flusswerten ausgebildet sein. Bei den Flusswerten handelt es sich beispielweise um einen Parameter, welcher einen physikalischen Prozess, insbesondere eine Bewegung, charakterisiert.
Die Flussinformationen werden typischer Weise basierend auf einer Veränderung der Verteilung von Intensitätswerten der zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder abgeleitet. Dabei können die Flussinformationen so bestimmt werden, dass für jedes Bildelement des Ergebnisbildes ein eigener Wert, insbesondere ein Flusswert, bestimmt wird.
Handelt es sich bei dem Untersuchungsbereich um einen Körperteil oder ein Organ eines Patienten, dann können die Flussinformationen patientenspezifisch abgeleitet werden. Dann weist das Ergebnisbild einen besonders hohen diagnostischen Wert auf.
Die unabhängige Zuweisung von Grauwerten und Farbwerten kann insbesondere die unabhängige Zuweisung von Grauwerten und Farbtönen umfassen, da der Farbton besonders gut geeignet ist als eine von dem Grauwert unabhängige Information wahrgenommen zu werden. Weiterhin kann die unabhängige Zuweisung derart erfolgen, dass der Farbwert, insbesondere der Farbton, orthogonal zu dem Grauwert ist. In diesem Fall basiert die zeitabhängige Fensterung auf einem Farbraum, in dem der Farbwert, insbesondere der Farbton, und der Grauwert orthogonal zueinander sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufnahme wenigstens eines Teils der Bilder durch Kontrastmittel unterstützt. Damit umfassen die Flussinformationen auch Informationen über die Anflutung von Kontrastmittel, insbesondere in einem Blutgefäß. Dann können die Bilder in Form von Angiographie-Bildern oder tomographischen Perfusionsbildern aufgenommen werden, so dass besonders einfach Flussinformationen betreffend den Blutfluss in dem Untersuchungsbereich abgeleitet werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die anatomischen Informationen abgeleitet, indem eine erste Projektion über eine Mehrzahl der zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder hinweg erfolgt. Die erste Projektion erfolgt also wenigstens entlang der Zeitachse. So werden bei der ersten Ableitung der anatomischen Information besonders viele Messpunkte berücksichtigt. Somit ist der Informationsgehalt des Ergebnisbildes besonders hoch. Weiterhin wird dadurch die Zuverlässigkeit bei einer weitergehenden Analyse auf Basis des Ergebnisbildes erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Flussinformationen basierend auf einem physikalischen Modell abgeleitet. Beispielsweise kann das physikalische Modell die Ausbreitung von Blut in einem Blutgefäß oder die Ausbreitung von Blut in einem Gewebe beschreiben. Insbesondere kann das Gewebe stark kapillarisiert sein. Weiterhin kann das physikalische Modell auch die Ausbreitung eines Stoffes durch Diffusion beschreiben. Dieser Aspekt der Erfindung erlaubt es die Flussinformationen besonders genau zu bestimmen.
Zusätzlich zu dem Farbwert weist eine Farbe die Eigenschaften einer Helligkeit sowie einer Farbsättigung auf. Eine Farbe kann dabei in verschiedenen Farbräumen wie beispielsweise dem Rot-Grün-Blau (kurz: RGB) Farbraum, dem l·a·b Farbraum, der CIE Normtafel oder dem HSV Farbraum (Akronym für die englischsprachigen Begriffe Hue, Saturation, Value) dargestellt werden. Die Achsen, welche einen Farbraum aufspannen, können allgemein auch als Kanäle eines Farbraums bezeichnet werden. Bei der zeitlichen Fensterung kann insbesondere ein Farbton direkt einer Flussinformation entsprechen. Um sicher zu stellen, dass der Informationsgehalt des Ergebnisbildes besonders hoch ist und sowohl die anatomischen Informationen als auch die Flussinformationen unverfälscht wiedergegeben werden, ist es weiterhin möglich Anforderungen an die Helligkeit oder die Farbsättigung zu stellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die zeitabhängige Fensterung derart, dass eine maximale Helligkeit der Farbwerte für die Bildelemente gleich ist. Da die Helligkeit einem Grauwert entspricht, ist damit auch der maximale Grauwert für die Bildelemente gleich. Damit ist ausgeschlossen, dass Bildelemente, denen unterschiedliche Farbwerte und gleiche Grauwerte zugewiesen werden, effektiv doch unterschiedliche Helligkeiten bzw. Grauwerte aufweisen. Insbesondere kann damit die intensitätsabhängige Fensterung effektiv linear erfolgen, also auch unter Berücksichtigung der zeitabhängigen Fensterung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die zeitabhängige Fensterung derart, dass eine maximale Farbsättigung für die Bildelemente gleich ist. Beispielsweise lässt sich die Farbsättigung in der CIE Normtafel als relativer Abstand vom Neutralpunkt bestimmen. Im HSV Farbraum wird die Farbsättigung als eine der drei aufspannenden Achsen betrachtet. Ist nun die maximale Farbsättigung für die Bildelemente gleich, dann verändert die Zuweisung der Grauwerte die entsprechenden Farbwerte in ähnlicher und regelmäßiger Art und Weise.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Grauwertskala für die intensitätsabhängige Fensterung und/oder die Farbskala für die zeitabhängige Fensterung vorgebbar. Dadurch wird die Erfindung besonders flexibel gestaltet. Beispielsweise kann die maximale Helligkeit der Farbwerte oder die maximale Farbsättigung vorgegeben werden. Insbesondere können die Grauwertskala und/oder die Farbskala von einem Benutzer auswählbar sein, beispielsweise durch eine graphische Benutzeroberfläche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die graphische Ausgabe des Ergebnisbildes auf einer Anzeigeeinheit, wobei ein Ausschnitt des Ergebnisbildes auswählbar ist, wobei die Grauwertskala und/oder die Farbskala von dem ausgewählten Ausschnitt abhängig sind. Beispielsweise kann die Grauwertskala den für den Ausschnitt abgeleiteten anatomischen Informationen oder die Farbskala den für den Ausschnitt abgeleiteten Flussinformationen angepasst werden. Dadurch wird der Kontrast des Ausschnittes erhöht und eine weitergehende Analyse dieses Ausschnittes wird erleichtert.
Bei den Bildern kann es sich grundsätzlich sowohl um zweidimensionale Projektionen als auch um aus tomographischen Aufnahmen berechneten Bildstapel mit mehreren Schichten handeln. Ein solcher zu einem Zeitpunkt aufgenommener Bildstapel kann auch als räumlich dreidimensionales Bild bezeichnet werden. Die Schnittebenen zur Berechnung der einzelnen Schichten des Bildstapels sind grundsätzlich beliebig wählbar. Nun können die aufgenommenen Bilder und das Ergebnisbild die gleiche räumliche Dimensionierung aufweisen. Die aufgenommenen Bilder und das Ergebnisbild können aber auch eine unterschiedliche räumliche Dimensionierung aufweisen. Bei einem besonders wichtigen Aspekt der Erfindung handelt es sich bei den Bildern jeweils um räumlich dreidimensionale Bilder, wobei die anatomischen Informationen sowie die Flussinformationen jeweils räumlich dreidimensional ausgebildet sind, und wobei es sich bei dem Ergebnisbild um ein räumlich zweidimensionales Bild handelt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung erfolgt die intensitätsabhängige Fensterung derart, dass den Bildelementen die Grauwerte entsprechend den entlang einer Raumrichtung projizierten anatomischen Informationen zugewiesen werden, wobei die zeitabhängige Fensterung derart erfolgt, dass den Bildelementen die Farbwerte entsprechend den entlang der Raumrichtung projizierten Blutflussinformationen zugewiesen werden. Die Raumrichtung kann frei wählbar sein, sie kann aber auch durch eine Vorzugsachse des Untersuchungsbereiches vorgegeben sein. Insbesondere kann es sich bei der Raumrichtung um eine Körperachse des Patienten handeln, beispielsweise senkrecht zur Sagittalebene, senkrecht zur Frontalebene oder senkrecht zur Transversalebene. Dadurch werden besonders viele räumliche und zeitliche Informationen in dem Ergebnisbild kombiniert.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der zuvor genannten Aspekte der Erfindung, wenn das Computerprogramm in dem Computer ausgeführt wird. Dadurch ist das Verfahren reproduzierbar und wenig fehleranfällig auf unterschiedlichen Computern durchführbar.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen maschinenlesbarer Datenträger, auf dem das zuvor beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein bildgebendes Gerät mit einem Computer zur Steuerung des bildgebenden Geräts, wobei der Computer durch das Senden von Befehlen an das bildgebende Gerät bewirkt, dass das bildgebende Gerät ein Verfahren nach einem der zuvor genannten Aspekte der Erfindung ausführt.
Weiterhin kann der Computer derart zur Steuerung des bildgebenden Gerätes ausgebildet sein, dass der Computer durch das Senden von Befehlen an das bildgebende Gerät bewirkt, dass das tomographische Gerät ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Bei einem bildgebenden Gerät kann es sich um einen Magnetresonanztomographie-Gerät handeln. In diesem Fall umfasst die Strahlung ein hochfrequentes Wechselfeld im Radiofrequenzbereich. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich in diesem Fall um wenigstens eine Spule zur Erzeugung des hochfrequenten Wechselfeldes. Bei dem Strahlungsdetektor handelt es sich bei der Magnetresonanztomographie um wenigstens eine Spule zur Detektion hochfrequenter Strahlung.
Weiterhin kann es sich bei dem bildgebenden Gerät um ein Röntgengerät handeln, welches zur Aufnahme einer Vielzahl von Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln ausgelegt ist. Beispielsweise handelt es sich bei einem solchen Röntgengerät um einen Computertomographie-Gerät mit einem ringförmigen Drehrahmen oder um ein C-Bogen-Röntgengerät. Die Aufnahmen können während einer, insbesondere kontinuierlichen, Rotationsbewegung einer Aufnahmeeinheit mit einer Röntgenquelle und einem mit der Röntgenquelle zusammenwirkenden Röntgendetektor erzeugt werden. Bei der Röntgenquelle kann es sich insbesondere um eine Röntgenröhre mit Drehanode handeln. Bei dem Röntgendetektor für ein Computertomographie-Gerät handelt es sich beispielsweise um einen Zeilendetektor mit mehreren Zeilen. Bei einem Röntgendetektor für ein C-Bogen-Röntgengerät handelt es sich beispielsweise um einen Flachdetektor. Der Röntgendetektor kann sowohl energieauflösend als auch zählend ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 ein bildgebendes Gerät,
2 schematisch ein Ergebnisbild mit einzelnen Bildelementen,
3 schematisch ein Ergebnisbild mit unterschiedlichen Bereichen,
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein bildgebendes Gerät am Beispiel eines Computertomographie-Gerätes. Das hier gezeigte Computertomographie-Gerät verfügt über eine Aufnahmeeinheit 17, umfassend eine Strahlungsquelle 8 in Form einer Röntgenquelle sowie einen Strahlungsdetektor 9 in Form eines Röntgendetektors. Die Aufnahmeeinheit 17 rotiert während der Aufnahme von Röntgenprojektionen um eine Systemachse 5, und die Röntgenquelle emittiert während der Aufnahme Strahlen 2 in Form von Röntgenstrahlen. Bei der Röntgenquelle handelt es sich in dem hier gezeigten Beispiel um eine Röntgenröhre. Bei dem Röntgendetektor handelt es sich in dem hier gezeigten Beispiel um einen Zeilendetektor mit mehreren Zeilen.
In dem hier gezeigten Beispiel liegt ein Patient 3 bei der Aufnahme von Projektionen auf einer Patientenliege 6. Die Patientenliege 6 ist so mit einem Liegensockel 4 verbunden, dass er die Patientenliege 6 mit dem Patienten 3 trägt. Die Patientenliege 6 ist dazu ausgelegt den Patienten 3 entlang einer Aufnahmerichtung durch die Öffnung 10 der Aufnahmeeinheit 17 zu bewegen. Die Aufnahmerichtung ist in der Regel durch die Systemachse 5 gegeben, um die die Aufnahmeeinheit 17 bei der Aufnahme von Röntgenprojektionen rotiert. Bei einer Spiral-Aufnahme wird die Patientenliege 6 kontinuierlich durch die Öffnung 10 bewegt, während die Aufnahmeeinheit 17 um den Patienten 3 rotiert und Röntgenprojektionen aufnimmt. Damit beschreiben die Röntgenstrahlen auf der Oberfläche des Patienten 3 eine Spirale.
Zusätzlich kann ein tomographisches Gerät auch über einen Kontrastmittelinjektor zur Injektion von Kontrastmittel in den Blutkreislauf des Patienten 3 verfügen. Dadurch können die Bilder mittels eines Kontrastmittels derart aufgenommen werden, dass in dem Untersuchungsbereich liegende Strukturen, insbesondere Blutgefäße, mit einem erhöhten Kontrast dargestellt werden können. Weiterhin besteht mit dem Kontrastmittelinjektor auch die Möglichkeit angiographische Aufnahmen zu tätigen oder ein Perfusions-Scanning durchzuführen. Unter Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel verstanden, welche die Darstellung von Strukturen und Funktionen des Körpers bei bildgebenden Verfahren verbessern. Im Rahmen der hier vorliegenden Anmeldung sind unter Kontrastmitteln sowohl konventionelle Kontrastmittel wie beispielsweise Jod oder Gadolinium als auch Tracer wie beispielsweise ¹⁸F, ¹¹C, ¹⁵O oder ¹³N zu verstehen.
Das hier gezeigte bildgebende Gerät verfügt über einen Computer 12, welcher mit einer Anzeigeeinheit 11 sowie einer Eingabeeinheit 7 verbunden ist. Bei der Anzeigeeinheit 11 kann es sich beispielsweise um einen LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm handeln. Es kann sich weiterhin um einen berührungsempfindlichen Bildschirm handelt, welcher auch als Eingabeeinheit 7 ausgebildet ist. Ein solcher berührungsempfindlicher Bildschirm kann in das bildgebende Gerät integriert sein oder als Teil eines mobilen Geräts ausgebildet sein. Die Anzeigeeinheit 11 ist zur erfindungsgemäßen graphischen Ausgabe OUT des Ergebnisbildes geeignet. Bei der Eingabeeinheit 7 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten „Touch-Screen“ oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe. Die Eingabeeinheit 7 eignet sich auch dazu ein Ausschnitt des auf der Anzeigeeinheit 11 ausgegebenen Ergebnisbildes auszuwählen.
Der Computer 12 weist zur Rekonstruktion eines Bildes aus Rohdaten eine Rekonstruktionseinheit 14 auf. Beispielsweise kann die Rekonstruktionseinheit 14 ein tomographisches Bild in Form eines Bildstapels mit mehreren Schichten rekonstruieren. Weiterhin kann das bildgebende Gerät über eine Recheneinheit 15 verfügen. Die Recheneinheit 15 kann mit einem computerlesbaren Datenträger 13 zusammenwirken, insbesondere um durch ein Computerprogramm mit Programmcode ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Weiterhin kann das Computerprogramm auf dem maschinenlesbaren Trägers abrufbar gespeichert sein. Insbesondere kann es sich bei dem maschinenlesbaren Träger um eine CD, DVD, Blu-Ray Disc, einen Memory-Stick oder eine Festplatte handeln. Sowohl die Recheneinheit 15 als auch die Rekonstruktionseinheit 14 können in Form von Hard- oder in Form von Software ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Recheneinheit 15 oder die Rekonstruktionseinheit 14 als ein sogenanntes FPGA (Akronym für das englischsprachige "Field Programmable Gate Array") ausgebildet oder umfasst eine arithmetische Logikeinheit.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist auf dem Speicher des Computers 12 wenigstens ein Computerprogramm gespeichert, welches alle Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn das Computerprogramm auf dem Computer 12 ausgeführt wird. Das Computerprogramm zur Ausführung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Programmcode. Weiterhin kann das Computerprogramm als ausführbare Datei ausgebildet sein und/oder auf einem anderen Rechensystem als dem Computer 12 gespeichert sein. Beispielsweise kann das bildgebende Gerät so ausgelegt sein, dass der Computer 12 das Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens über ein Intranet oder über das Internet in seinen internen Arbeitsspeicher lädt.
2 zeigt schematisch ein Ergebnisbild mit einzelnen Bildelementen. In dem hier gezeigten Beispiel stellen die Kreise jeweils ein Bildelement 16 des Ergebnisbildes dar. Bei den Bildelementen 16 kann es sich sowohl um Pixel als auch um Voxel handeln. Pixel bezeichnen dabei Bildelemente 16 eines räumlich zweidimensionalen Bildes, Voxel bezeichnen die Bildelemente 16 eines räumlich dreidimensionalen Bildes. Die Bilder zur Bestimmen des Ergebnisbildes können mit einem in 1 beschriebenen tomographischen Gerät aufgenommen worden sein und auf der Anzeigeeinheit 11 graphisch ausgegeben werden.
Die Füllung der einzelnen Kreise gibt den Grauwert an, welcher durch eine intensitätsabhängige Fensterung einem Bildelement 16 zugewiesen wird. Dieser Grauwert entspricht in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch der Helligkeit 19, welcher der Farbwert eines bestimmten Ergebnisbildes annimmt. Damit nimmt die Helligkeit 19 in dem hier gezeigten Ergebnisbild von links nach rechts ab. Außerdem sind die Bildelemente 16 einer Spalte alle gleich hell. Die Richtungen der mit den Kreisen verbundenen Pfeile 20 geben jeweils den Farbwert an. Beispielsweise basiert die Farbskala für die zeitabhängige Fensterung auf der Regenbogenskala. Dann kann ein nach rechts orientierter Pfeil 20 einem Rotton entsprechen, ein nach unten orientierter Pfeil 20 einem Grünton und ein nach links orientierter Pfeil 20 einem Blauton. In dem hier gezeigten Beispiel wird also von oben nach unten eine Regenbogenskala abgetastet. In dem hier gezeigten Beispiel ist die maximale Helligkeit für alle Farbwerte gleich. Die maximale Helligkeit wird in diesem Beispiel durch einen weiß gefüllten Kreis angegeben. Die Längen der Pfeile 20 geben an, wie stark die Farbsättigung jeweils ist. Ein längerer Pfeil 20 entspricht einer stärkeren Farbsättigung. In dem hier gezeigten Beispiel ist die Farbskala so gewählt, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der Farbsättigung und der Helligkeit 19 besteht, zumindest für die Bildelemente 19, denen ein bunter Farbton zugewiesen wird. Die Entsättigung erfolgt von links nach rechts, wobei die Entsättigung durch einen steigenden Anteil von schwarz erfolgt. Ein weiß gefüllter Kreis entspricht also einem Bildelement 6, dem eine maximale Sättigung zugewiesen worden ist. Ein weiß gefüllter Kreis entspricht hingegen einem Bildelement 16, dem eine minimale Sättigung zugewiesen worden ist, so dass das entsprechende Bildelement 16 schwarz erscheint. Die Farbsättigung lässt sich also in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung als Funktion der Helligkeit 19 oder des zugewiesenen Grauwertes bestimmen. In dem hier gezeigten Beispiel findet eine vollständige Entsättigung bei einer normierten Helligkeit 19 größer Null statt. In einem anderen, hier nicht gezeigten Beispiel erfolgt die Entsättigung durch einen steigenden Anteil von weiß.
Die intensitätsabhängige Fensterung erfolgt entsprechend den anatomischen Informationen. Die anatomischen Informationen können insbesondere durch eine Intensitätsverteilung beschrieben werden. Die anatomischen Informationen und damit auch eine Intensitätsverteilung können mit bekannten Methoden der Bildverarbeitung aus wenigstens einem der aufgenommenen Bilder abgeleitet werden. Beispielsweise umfasst das erste Ableiten der anatomischen Informationen eine Filterung oder Segmentierung wenigstens eines der aufgenommenen Bilder. Weiterhin können die anatomischen Informationen in einem aus einer tomographischen Aufnahme rekonstruierten Schichtbild eines Untersuchungsbereiches durch die Verteilung von Intensitätswerten in Einheiten von Hounsfield beschrieben werden. Die intensitätsabhängige Fensterung kann durch den unten stehenden Ausdruck für I(c) beschrieben werden, wobei c die Intensität in Einheiten von Hounsfield angibt und c_max sowie c_min jeweils die maximale und die minimale Intensität in Einheiten von Hounsfield innerhalb der Intensitätsverteilung. I bezeichnet den zuzuweisenden Grauwert, I_max und I_min bezeichnen jeweils den maximalen sowie den minimalen Grauwert, welcher bei der intensitätsabhängigen Fensterung einem Bildelement 16 zugewiesen werden kann. So kann I_min = 0 und I_max = 255 betragen.
Die zeitabhängige Fensterung erfolgt entsprechend einer Flussinformation. Die Flussinformation wird aus den Bildern abgeleitet, insbesondere können die Flussinformationen aus Veränderungen von einer Verteilung von Intensitätswerten zwischen zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern abgeleitet werden. In diesem Sinne weist die Flussinformation eine zeitliche Komponente auf. Beispielsweise kann es sich bei den Flussinformationen um eine den Blutfluss betreffende Information handeln. Insbesondere kann es sich dabei um das Blutvolumen, die mittlere Durchflusszeit durch ein Volumen innerhalb des Untersuchungsbereiches sowie um die Verzögerungszeit bis zur maximalen Anflutung eines Kontrastmittels in dem Untersuchungsbereich handeln. Die Flussinformation kann in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sowohl einen gerichteten als auch einen ungerichteten Fluss betreffen. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Flussinformation um Diffusionsparameter in dem Untersuchungsbereich. Die Diffusionsparameter beziehen sich typischer Weise auf die Diffusion von Wasser und können insbesondere basierend auf der Diffusions-Tensor-Bildgebung abgeleitet werden.
Die Flussinformation kann direkt einen zeitlichen Wert betreffen, oder die Flussinformation ist aufgrund eines zeitabhängigen Phänomens abgeleitet worden. So werden Geschwindigkeiten oder Diffusionsparameter aus einem zeitabhängigen Phänomen abgeleitet, nämlich aus einer Bewegung. Die Flussinformationen können natürlich auch eine räumliche Komponente aufweisen, indem sie einer räumlichen Verteilung entsprechen. Die zeitabhängige Fensterung bewirkt eine Skalierung der Flussinformationen basierend auf der zeitabhängigen Komponente. So kann die zeitabhängige Fensterung durch den unten stehenden Ausdruck für L(t) beschrieben werden, wobei t eine Durchflusszeit angibt und t_max sowie t_min jeweils die maximale und die minimale Durchflusszeit angeben. L bezeichnet den zuzuweisenden Farbwert, L_max und L_min bezeichnen jeweils den maximalen sowie den minimalen Farbwert innerhalb einer Farbskala, welcher bei der intensitätsabhängigen Fensterung einem Bildelement 16 zugewiesen werden kann.
Weiterhin können bei der zeitlichen Fensterung diejenigen Bildelemente 16 markiert werden, denen keine valide Flussinformation zugewiesen werden kann. Beispielsweise kann keine valide Flussinformation vorliegen, wenn in dem jeweiligen Bildelement 16 das Rauschen einen Grenzwert übersteigt. Die Markierung kann derart erfolgen, dass denjenigen Bildelementen 16, denen keine valide Flussinformation zugewiesen werden kann, kein Farbwert oder der Farbwert „weiß“ zugewiesen wird. In einem solchen Fall kann L = 0 gewählt werden. In diesem Sinne kann die zeitabhängige Fensterung eine Maskierung umfassen.
Allgemein gilt, dass ein Farbwert zugewiesen werden kann, indem einem Bildelement 16 wenigstens ein Wert eines Kanals eines Farbraums zugewiesen wird. Beispielsweise kann der Farbwert zugewiesen werden, indem dem Kanal Hue im HSV Farbraum ein Wert zugewiesen wird. Auch kann der Farbwert zugewiesen werden, indem den Kanälen Rot, Grün, Blau des RGB Farbraums jeweils ein Wert zugewiesen wird. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die zeitabhängige Fensterung, dass einem Bildelement 16 für jeden Kanal eines Farbraumes ein Wert zugewiesen wird. Weiterhin können die Farbwerte auch in einer normierten Form beschrieben werden. Wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit der RGB Farbraum gewählt, so ist der normierte Farbwert gegeben durch:
Dabei bezeichnet FW_norm(i) den normierten Farbwert. r_i, g_i und b_i bezeichnen die Werte der Kanäle Rot, Grün und Blau. i gibt dabei den Index des Farbraums an, beispielsweise kann i zwischen 0 und 255 bei einem Farbraum mit 255 Farbtönen liegen. Die Funktion max(r_i, g_i, b_i) gibt den maximalen Wert der drei Kanäle für den Index i an. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die zeitabhängige Fensterung derart, dass die maximale Helligkeit 19 der Farbwerte für die Bildelemente 16 gleich ist. Die Helligkeit 19 ist im RGB Farbraum durch H(i) = r_i + g_i + b_i gegeben, wobei H die Helligkeit 19 bezeichnet. Nun kann also die Farbskala so gewählt werden, dass die maximale Helligkeit 19 für alle zugewiesenen Farbwerte gleich ist. Insbesondere kann die maximale normierte Helligkeit 19 der Farbwerte für die Bildelemente 16 gleich sein. Die normierte, maximale Helligkeit der Farbwerte ist im RGB Farbraum gegeben durch folgenden Ausdruck:
L_max bezeichnet dabei die normierte, maximale Helligkeit, welche in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung unterschiedliche Werte annehmen kann. Beispielsweise kann die Bedingung L_max = 1 oder L_max = 0,5 erfüllt sein.
Nun können die intensitätsabhängige und die Zeitabhängige Fensterung miteinander kombiniert werden. In dem Beispiel des RGB Farbraums ist die kombinierte Fensterung dann gegeben durch folgenden Ausdruck:
In diesem Fall geben l und m die zweidimensionale Position des betreffenden Bildelements 16 in dem Ergebnisbild dar, welches l Zeilen und m Spalten umfasst. t_l, m bezeichnet in diesem Beispiel die Flussinformation in Form einer Durchflusszeit, welche einem Bildelement 16 zugeordnet ist. MC_l, m bezeichnen die Verteilung der anatomischen Information, welche beispielsweise durch eine Projektion der maximalen Intensität über die Zeitpunkte der aufgenommenen Bilder hinweg ermittelt wird. * bezeichnet eine Multiplikation. Bei dem Ausdruck {1, 1, 1} handelt es sich um dein Einheitsvektor im RGB Farbraum. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der Einheitsvektor des jeweils verwendeten Farbraums Verwendung finden.
Der Grauwert I kann also von der Verteilung der anatomischen Informationen abhängig sein. Der Farbraum kann, wie beispielhaft hier beschrieben, so konstruiert sein, dass

– der Grauwert für Bildelemente des Ergebnisbildes, denen kein Farbwert, insbesondere kein bunter Farbwert, zugewiesen wird, mit dem Einheitsvektor des Farbraumes multipliziert wird,
– der Grauwert für Bildelemente des Ergebnisbildes, denen ein Farbwert, insbesondere ein bunter Farbwert, zugewiesen wird, mit dem jeweils zugewiesenen, normierten Farbwert multipliziert wird.

Daher sind Grauwert und Farbwert in einem solchen Farbraum unabhängig voneinander. Der Farbraum kann also so konstruiert sein, dass Grauwert und Farbwert orthogonal zueinander sind. Weiterhin kann der Farbraum so konstruiert sein, dass er nicht die Farbwerte „weiß“ und „schwarz“ umfasst, sondern lediglich bunte Farben.
3 zeigt schematisch ein Ergebnisbild mit unterschiedlichen Bereichen. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem schematisch dargestellten Ergebnisbild um ein zweidimensionales Bild eines Gehirns eines Patienten 3. Dabei handelt es sich um eine Projektion des Gehirns entlang der langen Körperachse des Patienten 3, so dass die Frontseite in 3 nach oben zeigt. 3 ist stark schematisiert und zeigt keine anatomischen Details. Der erste Bereich 21 des Ergebnisbildes ist dadurch gekennzeichnet, dass den in dem ersten Bereich 21 liegenden Bildelementen 16 jeweils kein Farbwert zugewiesen wird oder der Farbwert gleich Null ist. Beispielsweise kann der erste Bereich 21 weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Flussinformation, insbesondere deren zeitliche Komponente, nicht mit einer festgelegten Genauigkeit bestimmt werden kann. Es kann also sinnvoll sein, bestimmten Bildelementen 16 bei der zeitabhängigen Fensterung keinen Farbwert zuzuweisen, wenn der zu erwartende Fehler des Farbwertes einen Grenzwert überschreitet. So kann der zu erwartende Fehler aufgrund eines hohen Rauschniveaus in den aufgenommenen Bildern hoch sein. In dem hier gezeigten Beispiel liegen in dem ersten Bereich 21 keine großen Blutgefäße, so dass bei mit Kontrastmittel aufgenommenen Bildern die in den Bildern messbare Intensität zu gering ist, um die zeitliche Information mit hoher Genauigkeit abzuleiten. Im zweiten Bereich 22 hingegen wird den Bildelementen 16 jeweils durch die zeitabhängige Fensterung ein Farbwert zugewiesen. Denn in dem zweiten Bereich 22 ist der zu erwartende Fehler eines Farbwertes kleiner als ein Grenzwert ist. In dem hier gezeigten Beispiel liegen in dem zweiten Bereich 22 große Blutgefäße, so dass bei mit Kontrastmittel aufgenommenen Bildern die in den Bildern messbare Intensität groß genug ist, um die zeitliche Information mit hoher Genauigkeit abzuleiten. Der Übersichtlichkeit halber wird der zweite Bereich 22 in 3 schraffiert dargestellt und der erste Bereich 21 wird in 3 in einem einheitlichen Grauwert dargestellt. In 3 werden die unterschiedlichen Farbwerte in dem zweiten Bereich 22 durch die Orientierung der Schraffierung angegeben. Die Helligkeit des jeweiligen Farbwerts wird durch die Dichte der Schraffierung dargestellt. Bei den Flussinformationen handelt es sich in dem hier gezeigten Beispiel um die Ankunftszeit eines Kontrastmittels.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Aufnahme REC mehrerer Bilder eines Untersuchungsbereiches zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt durch ein bildgebendes Gerät. Dabei können die Bilder mit einem identischen oder einem variablen zeitlichen Abstand aufgenommen werden. Insbesondere zum Ableiten von Perfusionsparametern ist es von Vorteil, wenn eine Vielzahl von Bildern mit einem identischen zeitlichen Abstand aufgenommen wird. Das erste Ableiten D-1 von anatomischen Informationen aus wenigstens einem der Bilder sowie das zweite Ableiten D-2 von Flussinformationen aus den Bildern kann durch einen Computer 12 unterstützt werden und automatisch erfolgen. Weiterhin umfasst das hier dargestellte Verfahren den Schritt des Bestimmens IMG eines Ergebnisbildes, wobei eine intensitätsabhängige Fensterung Bildelementen 16 des Ergebnisbildes Grauwerte entsprechend der anatomischen Informationen zuweist, wobei eine zeitabhängige Fensterung den Bildelementen 16 Farbwerte entsprechend den Flussinformationen zuweist, und wobei die Grauwerte und die Farbwerte unabhängig voneinander zugewiesen werden. Weiterhin umfasst das hier gezeigte Verfahren den Schritt der graphischen Ausgabe OUT des Ergebnisbildes auf einer Anzeigeeinheit 11, wobei ein Ausschnitt des Ergebnisbildes auswählbar ist, wobei die Grauwertskala und/oder die Farbskala von dem ausgewählten Ausschnitt abhängig sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Flussinformationen basierend auf einem physikalischen Modell abgeleitet. Die Flussinformationen können insbesondere so abgeleitet werden, dass für jedes Bildelement des Ergebnisbildes basierend auf dem physikalischen Modell ein Wert, insbesondere ein Flusswert, bestimmt wird. Ein solches Modell kann insbesondere den Fluss eines Stoffes modellieren und dabei auch Eigenschaften des Stoffes sowie eine den fließenden Stoff begrenzende Struktur berücksichtigen. Beispielsweise kann das Modell den Blutfluss in einem Blutgefäß oder in einem von Blutgefäßen durchdrungenem Gewebe modellieren. Weiterhin können die Flussinformationen derart basierend auf einem physikalischen Modell abgeleitet werden, dass das Modell an die Veränderung der Verteilung von Intensitätswerten angepasst wird. Die Anpassung kann insbesondere durch eine Interpolation von zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Intensitätswerten erfolgen. Dabei kann ein Parameter an die Veränderung der Verteilung von Intensitätswerten angepasst werden, insbesondere ein Parameter, welcher einen physikalischen Prozess charakterisiert. Weiterhin kann die Veränderung der Verteilung von Intensitätswerten interpoliert werden.
Weiterhin können die Flussinformation derart basierend auf einem physikalischen Modell abgeleitet werden, dass eine Simulation durchgeführt wird. Beispielsweise handelt es sich um eine numerische Simulation, welche weiterhin als Flusssimulation ausgebildet sein kann. Eine solche Flusssimulation kann insbesondere in Form einer sogenannten CFD Simulation ausgebildet sein (CFD ist das Akronym für das den englischen Ausdruck Computational Fluid Dynamics). Die Flusssimulation kann weiterhin auf einem oder mehreren anatomischen Parametern beruhen, welche aus wenigstens einem der zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder abgeleitet werden. Bei dem anatomischen Parameter kann es sich beispielsweise um den Durchmesser eines Blutgefäßes handeln. Dadurch lassen sich die Flussinformationen einerseits besonders genau und andererseits doch patientenspezifisch ableiten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6650928 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Ergebnisbildes, umfassend: – Aufnahme (REC) mehrerer Bilder eines Untersuchungsbereichs zu unterschiedlichen Zeitpunkten, – Erstes Ableiten (D-1) von anatomischen Informationen aus wenigstens einem der Bilder, – Zweites Ableiten (D-2) von Flussinformationen aus den Bildern, – Bestimmen (IMG) eines Ergebnisbildes, wobei eine intensitätsabhängige Fensterung Bildelementen (16) des Ergebnisbildes Grauwerte entsprechend der anatomischen Informationen zuweist, wobei eine zeitabhängige Fensterung den Bildelementen (16) Farbwerte entsprechend den Flussinformationen zuweist, und wobei die Grauwerte und die Farbwerte unabhängig voneinander zugewiesen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme wenigstens eines Teils der Bilder durch Kontrastmittel unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die anatomischen Informationen abgeleitet werden, indem eine erste Projektion über eine Mehrzahl der zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder hinweg erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Flussinformationen basierend auf einem physikalischen Modell abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zeitabhängige Fensterung derart erfolgt, dass eine maximale Helligkeit der Farbwerte für die Bildelemente (16) gleich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zeitabhängige Fensterung derart erfolgt, dass eine maximale Farbsättigung für die Bildelemente (16) gleich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Grauwertskala für die intensitätsabhängige Fensterung und/oder die Farbskala für die zeitabhängige Fensterung vorgebbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend: – graphische Ausgabe (OUT) des Ergebnisbildes auf einer Anzeigeeinheit (11), wobei ein Ausschnitt des Ergebnisbildes auswählbar ist, wobei die Grauwertskala und/oder die Farbskala von dem ausgewählten Ausschnitt abhängig sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei den Bildern jeweils um räumlich dreidimensionale Bilder handelt, wobei die anatomischen Informationen sowie die Flussinformationen jeweils räumlich dreidimensional ausgebildet sind, wobei es sich bei dem Ergebnisbild um ein räumlich zweidimensionales Bild handelt, wobei die intensitätsabhängige Fensterung derart erfolgt, dass den Bildelementen (16) die Grauwerte entsprechend den entlang einer Raumrichtung projizierten anatomischen Informationen zugewiesen werden, wobei die zeitabhängige Fensterung derart erfolgt, dass den Bildelementen (16) die Farbwerte entsprechend den entlang der Raumrichtung projizierten Flussinformationen zugewiesen werden.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogramm in dem Computer (12) ausgeführt wird.
Maschinenlesbarer Datenträger (13), auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
Bildgebendes Gerät mit einem Computer (12) zur Steuerung des bildgebenden Geräts, wobei der Computer (12) durch das Senden von Befehlen an das bildgebende Gerät bewirkt, dass das bildgebende Gerät ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.