DE102014226685A1

DE102014226685A1 - Verfahren zum Identifizieren von Versorgungsgebieten,Verfahren zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten, Computerprogramm und maschinenlesbares Medium sowie bildgebendes Gerät

Info

Publication number: DE102014226685A1
Application number: DE102014226685.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Godenschwager; Michael Sühling
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105708548A; US20160180052A1; US10964120B2

Abstract

Die Erfindung beruht auf der Idee ein physiologisches Modell eines anatomischen Bereichs mit Blutgefäßen basierend auf patientenspezifischen 3D Bilddaten des anatomischen Bereichs anzupassen. Da das das physiologische Modell wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter umfasst, können insbesondere der wenigstens eine geometrische Parameter und/oder die funktionellen Parameter angepasst werden. Nun wird die 3D Perfusion des anatomischen Bereiches basierend auf dem angepassten physiologischen Modell simuliert, so dass die patientenspezifischen Versorgungsgebiete des anatomischen Bereichs basierend auf der Simulation identifiziert werden.

Description

Anatomische Bereiche, insbesondere Muskelgewebe und innere Organe, müssen mit Blut versorgt werden, damit sie ihre Funktion ausführen können. Mit Blut versorgte Gebiete eines solchen anatomischen Bereiches können auch als Versorgungsgebiete bezeichnet werden. Ein Versorgungsgebiet wird typischer Weise anhand von demjenigen Blutgefäß identifiziert, welches das Versorgungsgebiet mit Blut versorgen. Das Identifizieren von Versorgungsgebieten innerhalb eines anatomischen Bereichs ist sehr wichtig für Diagnose und Therapieplanung. Dies gilt insbesondere, wenn die Versorgungsgebiete des Myokards identifiziert werden sollen. Zwar ist es möglich geschädigte Gebiete des Myokards durch eine Perfusionsmessung zu identifizieren, aber eine korrekte patientenspezifische Identifikation wird durch die hohe anatomische Variabilität des Koronarbaums erschwert. Außerdem lassen sich die hämodynamischen Auswirkungen pathologischer Veränderungen der Koronararterien auf die Verteilung der Versorgungsgebiete nur schwierig abschätzen.
Cerqueira et al. schlagen in dem Artikel "Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association", erschienen in Circulation (2002), 105(2), Seiten 539 bis 542, ein einheitliches Koordinatensystem und eine einheitliche Unterteilung des Myokards vor. Weiterhin werden nach Cerqueira et al. den definierten Segmenten auch Teilbäume des Koronarbaums zugewiesen. Diese Segmentierung der Versorgungsgebiete des Myokards ist etabliert und wird unter anderem von der AHA (englischsprachiges Akronym für „American Heart Association“) als Standard verwendet. Diese Segmentierung ist auch als 17-Segment Modell bekannt. Nachteil einer herkömmlichen Identifizierung von Versorgungsgebieten mit dem 17-Segment Modell sowie anderer bekannter Modelle ist, dass die große Variabilität des Koronarbaums nicht berücksichtigt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Identifikation von Versorgungsgebieten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren nach Anspruch 1 sowie nach Anspruch 19, durch Computerprogramme nach Anspruch 27 sowie nach Anspruch 28, durch maschinenlesbare Medien nach Anspruch 29 sowie nach Anspruch 30, und durch bildgebende Geräte nach Anspruch 31 sowie nach Anspruch 32.
Die Erfindung beruht auf der Idee ein physiologisches Modell eines anatomischen Bereichs mit Blutgefäßen basierend auf patientenspezifischen 3D Bilddaten des anatomischen Bereichs anzupassen. Da das physiologische Modell wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter umfasst, können insbesondere der wenigstens eine geometrische Parameter und/oder die funktionellen Parameter angepasst werden. Nun wird die 3D Perfusion des anatomischen Bereichs basierend auf dem angepassten physiologischen Modell simuliert, so dass die Versorgungsgebiete des anatomischen Bereichs basierend auf der Simulation identifiziert werden.
Daher erlaubt die Erfindung die Versorgungsgebiete patientenspezifisch zu identifizieren. Die erfindungsgemäßen Versorgungsgebiete können also auch als patientenspezifische Versorgungsgebiete bezeichnet werden. Denn die Anpassung des physiologischen Modells erfolgt basierend auf patientenspezifischen 3D Bilddaten. Insbesondere können Parameter des physiologischen Modells wie der wenigstens eine geometrische Parameter oder die funktionellen Parameter an Parameter angepasst werden, welche aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten abgeleiteten werden. Mittels moderner bildgebender Techniken wie der Tomographie können aus patientenspezifischen 3D Bilddaten mit großer Genauigkeit geometrische Parameter abgeleitet werden. Wurde wenigstens ein Teil der patientenspezifischen 3D Bilddaten mittels funktioneller Bildgebung aufgenommen, dann können aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten auch funktionelle Parameter abgeleitet werden.
Weiterhin erfolgt die Simulation der 3D Perfusion basierend auf dem angepassten physiologischen Modell. Die Ergebnisse einer solchen Simulation weisen eine wesentlich höhere räumliche und zeitliche Auflösung als eine herkömmliche Perfusionsmessung auf. Die Versorgungsgebiete lassen sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren also auch sehr genau bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird als ein erster geometrischer Parameter die 3D Erstreckung der Blutgefäße relativ zu dem anatomischen Bereich basierend auf den patientenspezifischen 3D Bilddaten angepasst. Insbesondere können dabei Verzweigungspunkte und/oder die lokalen Krümmungen von Blutgefäßen angepasst werden. Durch diesen Aspekt kann weiterhin wenigstens ein Austrittspunkt eines Blutgefäßes in das Gewebe des anatomischen Bereiches angepasst werden. Die Erstreckung der Blutgefäße beeinflusst die Eigenschaften der Strömung des Blutes in den Blutgefäßen und damit die Simulation der 3D Perfusion. Bei den Eigenschaften der Strömung des Blutes handelt es sich beispielweise um die Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere die lokale Variation der Geschwindigkeit, oder um Turbulenzen, insbesondere im Bereich von Verzweigungen. Weiterhin handelt es sich bei dem Druck oder einer Druckänderung, insbesondere im Bereich einer Stenose, um eine Eigenschaft der Strömung.
Die 3D Erstreckung der Blutgefäße kann basierend auf üblichen Methoden der Bildverarbeitung angepasst werden. So können die Blutgefäße in den patientenspezifischen 3D Bilddaten erst segmentiert werden, dann können Zentrallinien der Blutgefäße basierend auf den segmentierten Blutgefäßen bestimmt werden.
Die Erstreckung, die Verzweigungspunkte sowie die lokalen Krümmungen der Blutgefäße können basierend auf Zentrallinien der Blutgefäße angepasst werden. Weiterhin kann aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten ein geometrisches Modell der Blutgefäße und/oder des anatomischen Bereiches abgeleitet werden. Basierend auf einem solchen geometrischen Modell können dann geometrischen Parameter abgeleitet und angepasst werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird als ein zweiter geometrischer Parameter wenigstens ein Durchmesser eines der Blutgefäße basierend auf den patientenspezifischen 3D Bilddaten angepasst. Die Anpassung des Durchmessers ist von besonderer Bedeutung, da er die Eigenschaften des Blutflusses in den Blutgefäßen und damit die Simulation der 3D Perfusion in großem Maße beeinflusst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das physiologische Modell eine 3D Struktur des anatomischen Bereichs. Die 3D Struktur kann insbesondere eine oder mehrere Oberflächen des anatomischen Bereiches umfassen. Durch die Kenntnis der 3D Struktur des anatomischen Bereiches kann die 3D Perfusion in dem anatomischen Bereich besonders genau simuliert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem anatomischen Bereich um wenigstens einen Teil des Herzens des Patienten, wobei als dritter geometrischer Parameter die 3D Oberflächenstruktur des Herzens angepasst wird. Die Oberflächenstruktur kann weiterhin die Oberflächenstruktur der Herzinnenhaut, auch als Endokard bekannt, und/oder die Oberflächenstruktur des Herzbeutels, auch als Epikard bekannt, umfassen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird wenigstens ein funktioneller Parameter an einen aus einer Perfusionsmessung des anatomischen Bereichs gewonnene Perfusionsparameter angepasst. Beispielsweise handelt es sich bei einem Perfusionsparameter um die Geschwindigkeit der Blutströmung, die Transportrate der Blutströmung, um das Blutvolumen oder um die mittlere Durchgangszeit. Insbesondere können die Perfusionsparameter jeweils lokal ausgebildet sein, indem sie sich nur auf einen bestimmten Bereich eines Blutgefäßes beziehen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Versorgungsgebiete als 3D Versorgungsgebiete identifiziert. Die Versorgungsgebiete stellen dann jeweils einen voluminösen Anteil des anatomischen Bereiches dar. Dieser Fall ist besonders relevant, da er eine außerordentlich präzise Diagnostik oder Therapieplanung zulässt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Versorgungsgebiete unabhängig von vorgegebenen Segmenten des anatomischen Bereiches identifiziert. Insbesondere können die Versorgungsgebiete unabhängig von den Segmenten des 17-Segment Modells identifiziert werden. Damit können die Versorgungsgebiete besonders flexibel und individuell bestimmt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem anatomischen Bereich um das Herz eines Patienten, und die Blutgefäße umfassen wenigstens RIVA, RCA und RCX, wobei die Versorgungsgebiete in Abhängigkeit der simulierten 3D Perfusion des Herzens durch RIVA, RCA und RCX identifiziert werden. Dabei stehen RIVA, RCA und RCX jeweils für Ramus interventricularis anterior, die rechte Koronararterie sowie Ramus circumflexus. Eine weitere gängige Abkürzung für RIVA ist LAD als englischsprachiges Akronym für „left anterior descending“.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die 3D Perfusion basierend auf einem Lattice-Boltzmann Verfahren simuliert. Das Lattice-Boltzmann-Verfahren verwendet Methoden der statistischen Physik, wobei eine stark vereinfachte Teilchen-Mikrodynamik zum Einsatz kommt. Teilchen im Sinne der vorliegenden Anmeldung können insbesondere masselos sein. Die Simulation erfolgt also auf der Ebene einzelner Teilchen. Aufgrund der guten Parallelisierbarkeit eignet sich das Lattice-Boltzmann Verfahren zur Berechnung von Strömungen in komplexen Geometrien, insbesondere auf Computern mit modernen Mehrkernarchitekturen oder auf einer Vielzahl von Computern mittels verteilten Rechnens. Es ist aber auch möglich, dass die 3D Perfusion mit anderen Verfahren der numerischen Strömungssimulation simuliert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird basierend auf der Simulation ein Strömungsfeld berechnet, wobei das Strömungsfeld sowohl die Bewegung von Blut in den Blutgefäßen als auch in Gewebe des anatomischen Bereiches umfasst. Dadurch lassen sich die Versorgungsgebiete besonders genau bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Pfade von durch das Strömungsfeld bewegten Teilchen berechnet. Diese Pfade können ausgewertet werden, um das Strömungsfeld und dadurch die Versorgung des anatomischen Bereiches mit Blut zu analysieren. Insbesondere können die Versorgungsgebiete basierend auf den Pfaden identifiziert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Teilchen in einem der Blutgefäße erzeugt, wobei die Teilchen demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, aus dem sie in das Gewebe des anatomischen Bereiches eindringen. Gemäß einem alternativen Aspekt können die Teilchen auf einem Gitter innerhalb des Gewebes des anatomischen Bereiches erzeugt werden, wobei die Teilchen demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, zu dem die Teilchen über eine Rückwärtsintegration gelangen. Gemäß diesen beiden Aspekten können die Versorgungsgebiete basierend auf der Zuordnung der Teilchen identifiziert werden. Dadurch wird die große zur Verfügung stehende Statistik bei einer großen Anzahl von Teilchen für eine genaue Identifizierung der Versorgungsgebiete ausgenutzt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt eine graphische Darstellung wenigstens eines Teils der Blutgefäße, wobei wenigstens eine auf der Simulation basierende Verteilung farbkodiert dargestellt wird. Dadurch werden die Ergebnisse der Simulation mit einer hohen Informationsdichte ausgegeben. Weiterhin ist eine besonders schnelle Kontrolle der Ergebnisse der Simulation basierend auf der graphischen Darstellung möglich. Weiterhin erleichtert die graphische Darstellung die Diagnose sowie die Therapieplanung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Verteilung die Anteile der Blutgefäße an der gesamten 3D Perfusion, so dass die Farben der dargestellten Blutgefäße jeweils dem relativen Anteil des betreffenden Blutgefäßes an der gesamten 3D Perfusion zugeordnet sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Verteilung eine Zuordnung der Teilchen zu jeweils einem der Versorgungsgebiete, wobei die Farben der dargestellten Teilchen jeweils einem der Versorgungsgebiete zugeordnet sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Verteilung eine Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen, wobei die Farben der dargestellten Teilchen oder der dargestellten Pfade der Teilchen jeweils einer Geschwindigkeit zugeordnet sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten, wobei eine Simulation einer 3D Perfusion eines anatomischen Bereiches mit Blutgefäßen basierend auf einem physiologischen Modell des anatomisches Bereiches erfolgt, wobei das physiologische Modell wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter umfasst. Weiterhin werden bei dem Verfahren die Versorgungsgebiete des anatomischen Bereichs basierend auf der Simulation identifiziert. Schließlich erfolgt eine graphische Darstellung wenigstens eines Teils der Blutgefäße, wobei wenigstens eine durch die Simulation berechnete Verteilung farbkodiert dargestellt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung Computerprogramme mit Programmcode zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, wenn das jeweilige Computerprogramm in einem Computer ausgeführt wird. Ein solches Computerprogramm kann auch auf mehreren Computern gleichzeitig ausgeführt werden, insbesondere auf einem sogenannten „Cluster“ von Computern. Das Computerprogramm kann dabei durch verteiltes Rechnern auf mehreren Computern ausgeführt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung maschinenlesbare Medien, auf denen ein solches Computerprogramm ausgeführt wird. Das Computerprogramm und das maschinenlesbare Medium können jeweils in ein bildgebendes Gerät oder eine sogenannte „Workstation“ zur Verarbeitung von 3D Bilddaten integriert sein. Weiterhin können das Computerprogramm sowie das maschinenlesbare Medium auch räumlich getrennt von einem bildgebenden Gerät vorliegen, insbesondere können die patientenspezifischen 3D Bilddaten über ein Netzwerk, beispielsweise das Internet oder ein Intranet, zur Verarbeitung durch das Computerprogramm übertragen werden. So kann das Computerprogramm oder das maschinenlesbare Medium auch als Client ausgebildet sein, wobei die patientenspezifischen 3D Bilddaten auf einem Server, insbesondere einem Bildablage- und Kommunikationssystem, abrufbar gespeichert sein können. Ein solcher Server kann sowohl zentral als auch dezentral, insbesondere in Form einer sogenannten „Cloud“ ausgebildet sein. Um die Datensicherheit bei der Übertragung von patientenspezifischen 3D Bilddaten oder daraus abgeleiteten Parametern zu gewährleisten, können diese bei der Übertragung über ein Netzwerk verschlüsselt werden.
Ein Gegenstand oder eine Eigenschaft, welche räumlich dreidimensional ausgebildet ist, wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch mit dem Zusatz „3D“ versehen. So werden räumlich dreidimensionale Bilddaten auch als 3D Bilddaten bezeichnet, und eine räumlich dreidimensionale Perfusion wird auch als 3D Perfusion bezeichnet. Weiterhin können sowohl die patientenspezifischen 3D Bilddaten als auch die 3D Perfusion oder weitere räumlich dreidimensional ausgebildete Gegenstände oder Eigenschaften eine zeitliche Komponente aufweisen.
Ein physiologisches Modell eines anatomischen Bereiches modelliert einen physiologischen Prozess des anatomischen Bereiches. Die Blutgefäße des anatomischen Bereichs können zusammenhängend ausgebildet sein und ein Gefäßsystem bilden. Das physiologische Modell kann weiterhin verschiedene Typen von Blutgefäßen unterscheiden, beispielsweise Arterien, Arteriolen, Kapillaren, Venen und Venolen. Bei dem physiologischen Prozess kann es sich insbesondere um die Versorgung des anatomischen Bereiches mit Blut handeln. Das physiologische Modell kann auf physikalischen Prozessen basieren, insbesondere auf Strömungsprozessen. Das physiologische Modell ist typischer Weise als Computerprogramm implementiert. Das physiologische Modell kann ein geometrisches Modell sowie ein funktionelles Modell umfassen, wobei das geometrische Modell die Geometrie des anatomischen Bereiches mit Blutgefäßen beschreibt, und wobei das funktionelle Modell einen physiologischen Prozess beschreibt. Dabei kann das geometrische Modell Randbedingungen für das funktionelle Modell aufstellen. Das geometrische Modell umfasst einen oder mehrere geometrische Parameter, wobei ein geometrischer Parameter eine Randbedingung für das funktionelle Modell aufstellen kann.
Das physiologische Modell umfasst wenigstens einen geometrischen sowie funktionelle Parameter. Ein geometrischer Parameter betrifft eine geometrische Eigenschaft des anatomischen Bereiches, beispielsweise die 3D Erstreckung des anatomischen Bereiches oder den Durchmesser eines Blutgefäßes. Der Durchmesser kann insofern räumlich dreidimensional bestimmt werden, als dass mehrere Durchmesser innerhalb einer Querschnittsebene, insbesondere Senkrecht zur Zentrallinie, des Blutgefäßes bestimmt werden. Dadurch ist es weiterhin möglich eine Verengung des Blutgefäßes räumlich dreidimensional zu bestimmen. Bei den funktionellen Parametern handelt es sich beispielsweise um Perfusionsparameter oder um einen Permeabilitätsparameter für den anatomischen Bereich. Insbesondere kann es sich um einen Permeabilitätsparameter handeln, welcher angibt, in welchem Maße Blut aus einem Blutgefäß in umliegendes Gewebe eintritt oder in welchem Maße Blut innerhalb des Gewebes strömt. Bei dem Gewebe um Myokard handeln. Weiterhin kann ein funktioneller Parameter auf einer Messung oder einer Berechnung beruhen. Beispielsweise kann der Druck oder der Druckabfall des Blutes, insbesondere im Bereich einer Stenose, invasiv gemessen oder auch durch berechnet werden. Der funktionellen Parameter kann insbesondere die sogenannte „Fractional Flow Reserve“ oder den sogenannten „Instantaneous wave-free ratio“ umfassen.
Weiterhin kann das physiologische Modell auf einem Lernalgorithmus basieren. Insbesondere können das geometrische und/oder das funktionelle Modell auf einem Lernalgorithmus basieren. Beispielsweise kann für das Lernen eine Vielzahl von Paaren von geometrischen und funktionellen Parametern bestimmt werden. Die Paare von geometrischen und funktionellen Parametern können von Messungen an Patienten abgeleitet werden. Dann kann der Lernalgorithmus auf Basis der Paare einen Zusammenhang zwischen einem oder mehreren geometrischen Parametern sowie einem oder mehreren funktionellen Parametern herstellen. Wird nun ein geometrischer Parameters aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten abgeleitet, so kann nicht nur ein entsprechender geometrischer Parameter des physiologischen Modells angepasst werden, sondern es kann durch den gelernten Zusammenhang auch ein entsprechender funktioneller Parameter des physiologischen Modells angepasst werden. Beispielsweise kann der Lernalgorithmus lernen, welcher Druck im Bereich einer Stenose herrscht, wobei die Stenose durch wenigstens einen geometrischen Parameter beschrieben wird.
Bei dem anatomischen Bereich kann es sich um wenigstens einen Teil eines Organs und damit verbundene Blutgefäße handeln. Bei dem Organ kann es sich beispielsweise um die Nieren, die Leber, das Herz oder das Gehirn eines Patienten handeln. Das physiologische Modell kann dabei unterschiedliche Domänen für die Simulation der 3D Perfusion in einem Blutgefäß und in dem Gewebe des anatomischen Bereiches vorsehen. Insbesondere können die funktionellen Parameter global für das ganze physiologische Modell einheitlich oder lokal unterschiedlich gewählt werden. So können sich die funktionellen Parameter beispielsweise in den Blutgefäßen und in dem Gewebe des anatomischen Bereiches unterscheiden.
Unter 3D Bilddaten sind räumlich dreidimensionale digitale Bilddaten zu verstehen, welche Voxel aufweisen. 3D Bilddaten umfassen insbesondere aus Rohdaten rekonstruierte 3D Bilddaten, wobei Rohdaten die unmittelbar von einem bildgebenden Gerät aufgenommenen Projektionen meinen. Beispielsweise können 3D Bilddaten aus tomographischen Rohdaten mittels des Feldkamp-Algorithmus oder eines iterativen Algorithmus oder eines exakten Algorithmus rekonstruiert werden. Unter der Aufnahme von 3D Bilddaten ist also auch die Aufnahme von Rohdaten, aus denen 3D Bilddaten rekonstruiert werden können, zu verstehen. Die 3D Bilddaten können insbesondere in Form von tomographischen Schichten vorliegen, so dass sie eine Vielzahl räumlich zweidimensionalen Bilddaten umfassen, welche ein räumlich dreidimensionales Volumen beschreiben.
Unter einem bildgebenden Gerät ist allgemein ein Gerät zu verstehen, dass zur Aufnahme von 3D Bilddaten ausgelegt ist. Ein medizinisches bildgebendes Gerät ist dazu ausgelegt 3D Bilddaten eines belebten Objekts, beispielsweise eines Menschen, aufzunehmen, insbesondere derart, dass die aufgenommenen Bilddaten für diagnostische Zwecke geeignet sind. Eine Klasse medizinischer bildgebender Geräte sind Röntgengeräte, umfassend C-Bogen-Röntgengeräte. Eine weitere Klasse medizinischer Geräte sind tomographische Geräte, umfassend Computertomographie-Geräte oder Magnetresonanztomographie-Geräte. Dementsprechend kann es sich bei den 3D Bilddaten um Röntgenbilddaten oder um tomographische Bilddaten handeln.
Die patientenspezifischen 3D Bilddaten können insbesondere unter Zuhilfenahme eines Kontrastmittels aufgenommen werden. Als Kontrastmittel werden allgemein solche Mittel definiert, die 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.
Nun können aus den erfindungsgemäß patientenspezifischen 3D Bilddaten geometrische Parameter abgeleitet werden, beispielsweise durch Methoden der Bildverarbeitung. Die 3D Bilddaten sind insofern patientenspezifisch, als dass sie basierend auf nur einem einzigen Patienten gewonnen werden. Damit können aus den 3D Bilddaten patientenspezifische geometrische und patientenspezifische funktionelle Parameter abgeleitet werde. Die geometrische Parameter können in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sowohl automatisch als auch semi-automatisch oder manuell aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten abgeleitet werden. Beispiele für die Bildverarbeitung sind Rendering, Segmentierung, Änderung des Bildeindrucks wie Kontrast oder Auflösung, Bestimmung von Strukturen und ihrer Eigenschaften in patientenspezifischen 3D Bilddaten wie beispielsweise eines Durchmessers eines Blutgefäßes oder von Kalzifikationen und Stenosen. Auch kann aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten eine lokale Vernarbung des anatomischen Bereiches abgeleitet werden. Weiterhin können aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten ein Gefäßbaum der Blutgefäße oder die Zentrallinien der Blutgefäße ermittelt werden. Aus einem Gefäßbaum der Blutgefäße und/oder Zentrallinien der Blutgefäße kann auch die 3D Erstreckung der Blutgefäße abgeleitet werden.
Unter Perfusion ist die Versorgung eines anatomischen Bereiches mit Blut zu verstehen. Die 3D Perfusion wird erfindungsgemäß basierend auf dem angepassten physiologischen Modell simuliert. Dadurch wird insbesondere die Versorgung des Gewebes des anatomischen Bereiches mit Blut räumlich dreidimensional simuliert. Umfasst das physiologische Modell eine 3D Struktur des anatomischen Bereiches, berücksichtigt die 3D Perfusion also auch die 3D Struktur, beispielweise die 3D Oberflächenstruktur des anatomischen Bereiches. Insbesondere kann die Simulation die Diffusion von Blut durch die 3D Struktur des Epikards berücksichtigen.
Die Simulation der 3D Perfusion erzeugt ein räumlich wesentlich genaueres Ergebnis als eine Perfusionsmessung. Trotzdem kann eine Perfusionsmessung herangezogen werden, um einen funktionellen Parameter zu bestimmen. Eine Perfusionsmessung erfolgt typischer Weise durch die kontrastmittelgestützte Aufnahme einer zeitlichen Serie von patientenspezifischen 3D Bilddaten. Jedoch ist es auch möglich bei der Magnetresonanztomographie eine Perfusionsmessung ohne Kontrastmittel durchzuführen.
Die Versorgungsgebiete können entsprechend der Versorgung durch ein Blutgefäß identifiziert werden. Die Versorgungsgebiete können also insbesondere dem Blutgefäß zugewiesen werden, durch welches sie versorgt werden. Handelt es sich bei dem anatomischen Bereich um das Herz eines Patienten mit wenigstens den Blutgefäßen RIVA, RCA und RCX, so können die Versorgungsgebiete jeweils einem dieser Blutgefäße zugeordnet werden. Handelt es sich bei dem anatomischen Bereich um wenigstens einen Teil des Herzen eines Patienten mit wenigstens den Blutgefäßen des linken Teilbaums der Koronargefäße, so können die Versorgungsgebiete jeweils einem dieser Blutgefäße zugeordnet werden. Die Blutgefäße des linken Teilbaums der Koronargefäße umfassen die linke Hauptarterie, sowie RIVA und RCX. Die linke Hauptarterie ist auch als LCA als englischsprachiges Akronym für „left coronary artery“ bekannt. Die Versorgungsgebiete können jeweils nur einem Blutgefäß zugeordnet werden, insbesondere dem Blutgefäß, welches am meisten zur Versorgung des jeweiligen Gebietes mit Blut beiträgt. Die Versorgungsgebiete können aber auch mehr als einem Blutgefäß zugeordnet werden. Handelt es sich bei dem anatomischen Gebiet um das Herz kann insbesondere die Anzahl der identifizierten Versorgungsgebiete insbesondere größer oder kleiner als siebzehn sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die in den Figuren beschriebenen Versorgungsgebiete können insbesondere als patientenspezifische Versorgungsgebiete ausgebildet sein.
Es zeigen:
1 ein bildgebendes Gerät mit einem erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Medium,
2 ein Netzwerk mit einem maschinenlesbaren Medium,
3 zeigt einen Zusammenhang zwischen verschiedenen Modellen,
4 ein erstes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Identifizieren von Versorgungsgebieten,
5 ein zweites Flussdiagramm eines Verfahrens zum Identifizieren von Versorgungsgebieten,
6 ein Flussdiagram eines Verfahrens zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten,
7 eine erste graphische Darstellung eines Simulationsergebnisses,
8 eine vereinfachte graphische Darstellung der patientenspezifischen Versorgungsgebiete,
9 eine zweite graphische Darstellung eines Simulationsergebnisses.
1 zeigt ein bildgebendes Gerät mit einem erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Medium. Beispielhaft ist hier ein Computertomographie-Gerät gezeigt, welches über eine Aufnahmeeinheit 32 mit einer Strahlungsquelle 8 in Form einer Röntgenquelle sowie mit einem Strahlungsdetektor 9 in Form eines Röntgendetektors verfügt. Die Aufnahmeeinheit 32 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 32 zu bewegen. Die Aufnahmerichtung ist in der Regel durch die Systemachse 5 gegeben, um die die Aufnahmeeinheit 32 bei der Aufnahme von Röntgenprojektionen rotiert. Bei einer Spiral-Aufnahme wird die Patientenliege 6 kontinuierlich durch die Öffnung 10 bewegt, während die Aufnahmeeinheit 32 um den Patienten 3 rotiert und Röntgenprojektionen aufnimmt. Damit beschreiben die Röntgenstrahlen auf der Oberfläche des Patienten 3 eine Spirale.
Zusätzlich kann ein bildgebendes 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 eine Perfusionsmessung durchzuführen.
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 Darstellung PIC 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 von patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 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 maschinenlesbaren Medium 13 zusammenwirken, insbesondere um durch ein Computerprogramm mit Programmcode ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Weiterhin kann das Computerprogramm auf dem maschinenlesbaren Medium 13 abrufbar gespeichert sein. Insbesondere kann es sich bei dem maschinenlesbaren Medium 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 ein Netzwerk mit einem maschinenlesbaren Medium. In dem hier gezeigten Beispiel sind auf dem maschinenlesbaren Medium 13 die patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 gespeichert. Die patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 und/oder der wenigstens eine daraus abgeleitete geometrischen Parameter und/oder funktionelle Parameter können über ein Netzwerk 27 an den Client 28 übertragen werden. Auf dem Client 28 ist das physiologische Modell 1 als ausführbares Programm gespeichert. Das physiologische Modell 1 kann mittels der über das Netzwerk 27 übertragenen Parameter und/oder aus den übertragenen patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 abgeleiteten Parametern angepasst werden. Eine Anzeigeeinheit 11 für eine graphische Darstellung PIC kann direkt mit dem Client 28 verbunden sein. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden die Informationen zur graphischen Darstellung PIC von dem Client 28 über das Netzwerk 27 an eine Anzeigeeinheit 11 übertragen.
3 zeigt einen Zusammenhang zwischen verschiedenen Modellen. Das physiologische Modell 1 umfasst in der hier gezeigten Ausführungsform der Erfindung sowohl ein geometrisches Modell 25 als auch ein funktionelles Modell 26. Ein geometrischer Parameter des physiologischen Modells 1 kann durch einen geometrischen Parameter mit einem ersten Wert 29 angepasst werden, welcher aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 abgeleitet worden ist. Weiterhin kann ein funktioneller Parameter des physiologischen Modells 1 durch einen funktionellen Parameter mit einem zweiten Wert 30 angepasst werden. Ein solcher funktioneller Parameter mit dem zweiten Wert 30 kann auch aus den patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 abgeleitet werden. Die 3D Bilddaten 18 sind auf einem maschinenlesbaren Medium 13 gespeichert und weiterhin können der geometrische Parameter mit dem ersten Wert 29 und der funktionelle Parameter mit dem zweiten Wert 30 ebenfalls auf dem maschinenlesbaren Medium 13 gespeichert sein. Weiterhin können der geometrische Parameter mit dem ersten Wert 29 sowie der funktionelle Parameter mit dem zweiten Wert 30 in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch manuell eingegeben oder aus einer Liste ausgewählt werden.
4 zeigt ein erstes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Identifizieren von Versorgungsgebieten. In der hier gezeigten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Bestimmens BPB eines physiologischen Modells 1 eines anatomischen Bereichs 16 mit Blutgefäßen. Dabei umfasst das physiologische Modell 1 wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter. Der Schritt des Bestimmens BPB kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass ein abrufbar gespeichertes physiologisches Modell 1 in den Speicher eines Computers 12 aufgerufen wird. Auch kann der Schritt des Bestimmens BPB umfassen, dass ein bestimmtes physiologisches Modell 1 aus einer Vielzahl physiologischer Modelle 1 ausgewählt wird. Beispielsweise können unterschiedliche physiologische Modelle 1 sich auf unterschiedliche anatomische Bereiche 16 beziehen.
Weiterhin umfasst das hier gezeigte Verfahren den Schritt des Anpassens APM des physiologischen Modells 1 basierend auf patientenspezifischen 3D Bilddaten 18 des anatomischen Bereichs 16. Durch das Anpassen APM wird das physiologische Modell 1 ebenfalls patientenspezifisch ausgebildet. Damit modelliert das angepasste physiologische Modell 1 einen patientenspezifischen physiologischen Prozess.
Das Verfahren umfasst das Simulieren SIM der 3D Perfusion des anatomischen Bereiches 16 basierend auf dem angepassten physiologischen Modell 1. Dadurch wird der physiologische Prozess patientenspezifisch simuliert. Beispielsweise handelt es sich um eine numerische Simulation, welche weiterhin als Strömungssimulation ausgebildet sein kann. Zur Simulation kann neben einem Lattice-Boltzmann-Verfahren auch eine sogenannte CFD Simulation durchgeführt werden (CFD ist das Akronym für den englischsprachigen Ausdruck „Computational Fluid Dynamics“. Die Simulation kann nicht nur auf einem lokalen Computer 12 erfolgen, sondern auch durch verteiltes Rechnen auf einer Vielzahl von Computern 12 gleichzeitig durchgeführt werden.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Identifizierens IDF von Versorgungsgebieten des anatomischen Bereichs 16 basierend auf der Simulation. Die Versorgungsgebiete können abhängig oder unabhängig einer vorgegebenen Segmentierung des anatomischen Bereiches identifiziert werden. Eine von einer vorgegebenen Segmentierung unabhängige Identifizierung hat den Vorteil, dass sie besonders flexibel ist und eine sehr genaue Zuordnung der Versorgungsgebiete zu den sie jeweils versorgenden Blutgefäßen erlaubt. Weiterhin kann die Anzahl der Versorgungsgebiete bei Beginn der Simulation festgelegt sein, beispielsweise kann sie einer bestimmten Anzahl von Blutgefäßen entsprechen.
Erfolgt das Identifizieren IDF hingegen abhängig von einer vorgegebenen Segmentierung hat dies den Vorteil einer größeren Standardisierung. Beispielsweise kann das Blutvolumen, welches aus einem bestimmten Blutgefäß in ein bestimmtes Segment eindringt oder sich zu einem bestimmten Zeitpunkt der Simulation in dem bestimmten Segment befindet, erfasst werden. Insbesondere kann das Blutvolumen durch von einem simulierten Strömungsfeld bewegten Teilchen 24 repräsentiert werden. Das bestimmte Segment wird dann demjenigen Blutgefäß zugeordnet, aus dem der größte Anteil des in dem bestimmten Segment befindlichen Blutvolumens stammt. Die Erfindung ermöglicht es also auch eine herkömmliche Segmentierung als Basis zum Identifizieren IDF von patientenspezifischen Versorgungsgebieten zu verwenden, insbesondere von patientenspezifischen 3D Versorgungsgebieten.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Verfahren zum Identifizieren von Versorgungsgebieten auch die Aufnahme REC von patientenspezifischen 3D Bilddaten 18, insbesondere mittels eines tomographischen Geräts. Ein weiterer optionaler Schritt ist die graphische Darstellung PIC wenigstens eines Teils der Blutgefäße, wobei wenigstens eine auf der Simulation basierende Verteilung farbkodiert dargestellt wird.
Weiterhin kann auch die Versorgung der Versorgungsgebiete basierend auf der Simulation bestimmt werden. Denn bei einer unzureichenden Versorgung kann das der anatomische Bereich 16 Schaden nehmen. Weiterhin kann das Bestimmen der Versorgung derart erfolgen, dass eine zureichende oder unzureichende Versorgung angezeigt wird, insbesondere in Form einer graphischen Darstellung PIC. Ist die Versorgung eines Versorgungsgebietes unzureichend, kann in einer Ausführungsform auch automatisch ein Vorschlag für eine Behandlung des anatomischen Bereiches gemacht werden.
5 zeigt ein zweites Flussdiagramm eines Verfahrens zum Identifizieren von Versorgungsgebieten. In dem hier gezeigten Beispiel ist der Schritt des Modifizierens MOD des physiologischen Modells 1 umfasst. Das Modifizieren MOD des physiologischen Modells 1 umfasst das Modifizieren MOD eines geometrischen oder funktionellen Parameters. Damit umfasst das Modifizieren MOD auch das Modifizieren MOD eines geometrischen Modells 25 oder eines funktionellen Modells 26. Das Modifizieren MOD erfolgt derart, dass der Effekt einer Behandlung des Patienten 3 berücksichtigt wird. Beispielsweise kann das Modifizieren MOD derart erfolgen, dass es der Weitung des Lumens eines Blutgefäßes, insbesondere durch einen Stent, entspricht. Auch kann das Modifizieren MOD derart erfolgen, dass es dem Hinzufügen eines Bypass entspricht. Das Modifizieren MOD kann sowohl manuell als auch semiautomatisch erfolgen. Ein geometrisches Modell 25 kann manuell durch Benutzerinteraktion, beispielsweise durch eine Maus oder eine andere Eingabeeinheit 7, modifiziert werden. Ein geometrisches Modell 25 kann aber auch semiautomatisch modifiziert werden, indem eine Behandlungsoption vorgeschlagen und diese manuelle durch Benutzerinteraktion ausgewählt wird. Weiterhin kann der Vorschlag für eine bestimmte Behandlungsoption auf einer vorherigen erfindungsgemäßen Simulation beruhen.
6 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten. Die Verteilung wird dabei insofern farbkodiert dargestellt, als dass eine bestimmte Farbeigenschaft einem bestimmten Wert oder Wertebereich einer Verteilung zugeordnet wird. Beispielsweise können die Teilchen 24, welche dem gleichen Blutgefäß zugeordnet sind, jeweils mit der gleichen Farbe dargestellt werden. Dabei können unterschiedliche Farbskalen zum Einsatz kommen. Die Farbkodierung kann sowohl die Farbeigenschaft des Farbtons als auch andere Farbeigenschaften betreffen, beispielsweise die Sättigung. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten können auch die Schritte des Verfahrens zum Identifizieren von Versorgungsgebieten umfassen, insbesondere die in 4 und 5 gezeigten Schritte.
7 zeigt eine erste graphische Darstellung eines Simulationsergebnisses. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem anatomischen Bereich 16 um das Herz eines Patienten. Dabei wird der linke Ventrikel 34 mit der Herzwand 33 dargestellt. In der hier gezeigten Ansicht ist der linke Teilbaum der Koronargefäße mit der linken Hauptarterie 31 sowie den RIVA 20 und RCX 21 sowie drei weiteren Blutgefäßen 17.1, 17.2 und 17.3 dargestellt. Dabei gilt folgende Zuordnung zwischen den Teilchen 24 mit folgender Füllung und den Blutgefäßen: waagerecht schraffiert = erstes Blutgefäß 17.1; ausgefüllt = zweites Blutgefäß 17.2; leer = drittes Blutgefäß 17.3; senkrecht schraffiert = RIVA 20; gepunktet = RCX 21. So kann die leere Füllung in einer Farbdarstellung dem Farbton gelb entsprechen; die waagerecht schraffierte Füllung kann in einer Farbdarstellung dem Farbton blau entsprechen; die senkrecht schraffierte Füllung kann in einer Farbdarstellung dem Farbton violett entsprechen; die ausgefüllte Füllung kann in einer Farbdarstellung dem Farbton rot entsprechen; die gepunktete Füllung kann in einer Farbdarstellung dem Farbton grün entsprechen. Es können in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch andere Farbtöne und/oder Farbkombinationen verwendet werden.
Die Teilchen 24 können auch mit anderen Symbolen als den hier verwendeten Kreisen dargestellt werden. Dadurch ist es möglich auf einfache Art und Weise Versorgungsgebiete zu identifizieren. Eine vereinfachte graphische Darstellung PIC der Versorgungsgebiete wird in 8 gezeigt. Das erste, zweite und dritte Versorgungsgebiet 19.1, 19.2, 19.3 sind in 8 den drei Blutgefäßen 17.1, 17.2 und 17.3 zugeordnet. Das vierte Versorgungsgebiet 19.4 ist RIVA 20 zugeordnet. Das fünfte Versorgungsgebiet 19.5 ist RCX 21 zugeordnet. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen werden die Blutgefäße in 8 nicht dargestellt. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Blutgefäße jedoch zusammen mit den identifizierten Versorgungsgebieten dargestellt werden. Die Versorgungsgebiete können sowohl in einer 3D Darstellung des anatomischen Bereiches 16 als auch schematisch, insbesondere räumlich zweidimensional, dargestellt werden. Weiterhin können die identifizierten Versorgungsgebiete farbkodiert dargestellt werden.
Ferner kann für jede Position im Myokard der Anteil der einzelnen Blutgefäße an der gesamten regionalen Perfusion dargestellt werden. Schränkt man beispielsweise die graphische Darstellung PIC auf die drei Hauptgefäße RIVA 20, RCA 21 und LCX 22 ein, so kann die Farbkodierung für den Farbwert F wie folgt geschehen: F = αR + βG + γB, wobei α, β, γ die relativen Perfusionsanteile der drei Hauptgefäße RIVA 20, RCA 21 und LCX 22 sind, und wobei R, G und B die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau im RGB Farbmodell sind. Versorgungsgebiet-Grenzen können insbesondere mittels einer Wasserscheidentransformation berechnet und dargestellt werden.
9 zeigt eine zweite graphische Darstellung eines Simulationsergebnisses. Wie in 7 handelt es sich hier bei dem anatomischen Bereich 16 um das Herz eines Patienten. Dabei wird der linke Ventrikel 34 mit der Herzwand 33 dargestellt. Weiterhin werden die Pfade 23 der Teilchen 24 nach Austritt aus den jeweiligen Blutgefäßen dargestellt. Diese Pfade 23 können basierend auf der Simulation berechnet werden. In dem hier gezeigten Beispiel wird die Geschwindigkeit der Teilchen 24 in den Blutgefäßen farbkodiert dargestellt. In weiteren Ausführung der Erfindung können auch die Pfade 23 der Teilchen 24 entsprechend der Geschwindigkeit der Teilchen 24 in dem Gewebe des anatomischen Bereiches 16, insbesondere im Myokard, farbkodiert dargestellt werden. In der hier gezeigten vereinfachten graphischen Darstellung PIC entspricht eine dichte Schraffierung einer hohen Geschwindigkeit. Dabei werden drei Geschwindigkeitsklassen dargestellt:
Langsame Geschwindigkeit: geringe Schraffierung;
Mittlere Geschwindigkeit: mittelstarke Schraffierung;
Hohe Geschwindigkeit: starke Schraffierung;
So kann die langsame Geschwindigkeit in einer Farbdarstellung dem Farbton blau entsprechen; eine mittlere Geschwindigkeit kann in einer Farbdarstellung dem Farbton grün entsprechen; und eine hohe Geschwindigkeit kann in einer Farbdarstellung dem Farbton rot entsprechen. Es können in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch andere Farbtöne und/oder Farbkombinationen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Cerqueira et al. schlagen in dem Artikel “Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association”, erschienen in Circulation (2002), 105(2), Seiten 539 bis 542 [0002]

Claims

Verfahren zum Identifizieren von Versorgungsgebieten, umfassen die folgenden Schritte: – Bestimmen (BPB) eines physiologischen Modells (1) eines anatomischen Bereichs (16) mit Blutgefäßen, wobei das physiologische Modell (1) wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter umfasst, – Anpassen (APM) des physiologische Modell (1) basierend auf patientenspezifischen 3D Bilddaten (18) des anatomischen Bereichs (16), – Simulieren (SIM) der 3D Perfusion des anatomischen Bereiches (16) basierend auf dem angepassten physiologischen Modell (1), – Identifizieren (IDF) von Versorgungsgebieten des anatomischen Bereichs (16) basierend auf der Simulation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als ein erster geometrischer Parameter die 3D Erstreckung der Blutgefäße relativ zu dem anatomischen Bereich (16) basierend auf den patientenspezifischen 3D Bilddaten (18) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei als ein zweiter geometrischer Parameter wenigstens ein Durchmesser eines der Blutgefäße basierend auf den patientenspezifischen 3D Bilddaten (18) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das physiologische Modell (1) eine 3D Struktur des anatomischen Bereichs (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem anatomischen Bereich (16) um wenigstens einen Teil des Herzens des Patienten (3) handelt, und wobei als dritter geometrischer Parameter die 3D Oberflächenstruktur des Herzens angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens ein funktioneller Parameter an einen aus einer Perfusionsmessung des anatomischen Bereichs (16) gewonnenen Perfusionsparameter angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Versorgungsgebiete als 3D Versorgungsgebiete identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Versorgungsgebiete unabhängig von vorgegebenen Segmenten des anatomischen Bereiches identifiziert werden.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei dem anatomischen Bereich (16) um das Herz eines Patienten (3) handelt, und die Blutgefäße wenigstens RIVA (20), RCA (21) und RCX (22) umfassen, und wobei die Versorgungsgebiete in Abhängigkeit der simulierten 3D Perfusion des Herzens durch RIVA (20), RCA (21) und RCX (22) identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die 3D Perfusion basierend auf einem Lattice-Boltzmann Verfahren simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei basierend auf der Simulation ein Strömungsfeld berechnet wird, wobei das Strömungsfeld sowohl die Bewegung von Blut in den Blutgefäßen als auch in Gewebe des anatomischen Bereiches (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Pfade (23) von durch das Strömungsfeld bewegten Teilchen (24) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Teilchen (24) in einem der Blutgefäße erzeugt werden, wobei die Teilchen (24) demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, aus dem sie in das Gewebe des anatomischen Bereiches (16) eindringen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Teilchen (24) auf einem Gitter innerhalb des Gewebes des anatomischen Bereiches (16) erzeugt werden, und wobei die Teilchen (24) demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, zu dem die Teilchen (24) über eine Rückwärtsintegration gelangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin umfassend: – Graphische Darstellung (PIC) wenigstens eines Teils der Blutgefäße, wobei wenigstens eine auf der Simulation basierende Verteilung farbkodiert dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Verteilung die Anteile der Blutgefäße an der gesamten 3D Perfusion umfasst, so dass die Farben der dargestellten Blutgefäße jeweils dem relativen Anteil des betreffenden Blutgefäßes an der gesamten 3D Perfusion zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 sowie mit einer graphischen Darstellung (PIC) nach Anspruch 15, wobei die Verteilung eine Zuordnung der Teilchen (24) zu jeweils einem der Versorgungsgebiete umfasst, wobei die Farben der dargestellten Teilchen (24) jeweils einem der Versorgungsgebiete zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 sowie mit einer graphischen Darstellung (PIC) nach Anspruch 15, wobei die Verteilung eine Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen (24) umfasst, wobei die Farben der dargestellten Teilchen (24) oder der dargestellten Pfade (23) der Teilchen (24) jeweils einer Geschwindigkeit zugeordnet sind.
Verfahren zur graphischen Darstellung von Versorgungsgebieten, umfassend folgende Schritte: – Simulieren (SIM) einer 3D Perfusion eines anatomischen Bereiches mit Blutgefäßen basierend auf einem physiologischen Modell (1) des anatomisches Bereiches (16), wobei das physio-logische Modell (1) wenigstens einen geometrischen Parameter sowie funktionelle Parameter umfasst, – Identifizieren (IDF) von Versorgungsgebieten des anatomischen Bereichs (16) basierend auf der Simulation, – Graphische Darstellung (PIC) wenigstens eines Teils der Blutgefäße, wobei wenigstens eine durch die Simulation berechnete Verteilung farbkodiert dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei es sich bei dem anatomischen Bereich (16) um das Herz eines Patienten (3) handelt, und die Blutgefäße wenigstens RIVA (20), RCA (21) und RCX (22) umfassen, und wobei die Versorgungsgebiete in Abhängigkeit der simulierten 3D Perfusion des Herzens durch RIVA (20), RCA (21) und RCX (22) identifiziert werden.
Verfahren Anspruch 19 oder 20, wobei die Verteilung die Anteile der Blutgefäße an der gesamten 3D Perfusion umfasst, so dass die Farben der dargestellten Blutgefäße jeweils dem relativen Anteil des betreffenden Blutgefäßes an der gesamten 3D Perfusion zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei Pfade (23) von durch die simulierte 3D Perfusion bewegten Teilchen (24) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Teilchen (24) in einem der Blutgefäße erzeugt werden, wobei die Teilchen (24) demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, aus dem sie in das Gewebe des anatomischen Bereiches (16) eindringen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Teilchen (24) auf einem Gitter innerhalb des Gewebes des anatomischen Bereiches (16) erzeugt werden, und wobei die Teilchen (24) demjenigen Blutgefäß zugeordnet werden, zu dem die Teilchen (24) über eine Rückwärtsintegration gelangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Verteilung eine Zuordnung der Teilchen (24) zu jeweils einem Versorgungsgebiet umfasst, wobei die Farben der dargestellten Teilchen (24) jeweils einem Versorgungsgebiet zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Verteilung eine Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen umfasst, wobei die Farben der dargestellten Teilchen (24) oder der dargestellten Pfade (23) der Teilchen jeweils einer Geschwindigkeit zugeordnet sind.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wenn das Computerprogramm in einem Computer (12) ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wenn das Computerprogramm in einem Computer (12) ausgeführt wird.
Maschinenlesbarer Medium (13), auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 27 gespeichert ist.
Maschinenlesbarer Medium (13), auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 28 gespeichert ist.
Bildgebendes Gerät zur Aufnahme von patientenspezifischen 3D Bilddaten (18) mit einem Computer (12) sowie mit einem Computerprogramm nach Anspruch 27.
Bildgebendes Gerät zur Aufnahme von patientenspezifischen 3D Bilddaten (18) mit einem Computer (12) sowie mit einem Computerprogramm nach Anspruch 28.