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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Analysieren von unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordneten morphologischen und/oder funktionellen Parametern in einem Untersuchungsbereich eines Patienten. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bildrekonstruktionseinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein Computertomographiesystem.
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Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts und darüber hinaus auch für weitere Anwendungen genutzt werden können.
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Häufig basieren die bildgebenden Verfahren auf der Erfassung von Röntgenstrahlung, wobei sogenannte Projektionsmessdaten erzeugt werden. Beispielsweise können Projektionsmessdaten mit Hilfe eines Computertomographie-Systems (CT-Systems) akquiriert werden. Bei CT-Systemen läuft gewöhnlich eine an einer Gantry angeordnete Kombination aus Röntgenquelle und gegenüberliegend angeordnetem Röntgendetektor um einen Messraum um, in dem sich das Untersuchungsobjekt (das im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Patient bezeichnet wird) befindet. Das Drehzentrum (auch „Isozentrum“ genannt) fällt dabei mit einer sogenannten Systemachse z zusammen. Bei einem oder mehreren Umläufen wird der Patient mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle durchstrahlt, wobei mit Hilfe des gegenüberliegenden Röntgendetektors Projektionsmessdaten bzw. Röntgenprojektionsdaten erfasst werden, die die Röntgenschwächung des Patienten in dieser Durchstrahlungsrichtung beschreiben.
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Die erzeugten Projektionsmessdaten, kurz auch als Projektionsdaten bezeichnet, sind insbesondere von der Bauart des Röntgendetektors abhängig. Röntgendetektoren weisen gewöhnlich eine Mehrzahl an Detektionseinheiten auf, die meist in Form eines regelmäßigen Pixelarrays angeordnet sind. Die Detektionseinheiten erzeugen jeweils für auf die Detektionseinheiten auftreffende Röntgenstrahlung ein Detektionssignal, welches zu bestimmten Zeitpunkten hinsichtlich Intensität und spektraler Verteilung der Röntgenstrahlung analysiert wird, um Rückschlüsse auf das Untersuchungsobjekt zu erhalten und Projektionsmessdaten zu erzeugen.
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Bei einigen Arten von CT-Bildgebungsverfahren werden mehrere Bildaufnahmen mit Röntgenstrahlung mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren von ein und demselben Untersuchungsbereich eines Patienten durchgeführt. Diese Vorgehensweise wird auch als Multi-Energie-CT-Aufnahme bezeichnet. Eine solche Multi-Energie-CT-Aufnahme kann zum Beispiel mit Hilfe von mehreren CT-Bildaufnahmen nacheinander mit unterschiedlicher Röhrenspannung erfolgen. Man kann auch simultan Aufnahmen mit unterschiedlichen Energiespektren realisieren, wenn man einen energieempfindlichen Detektor verwendet und bei einer einzigen CT-Bildaufnahme gleichzeitig Röntgenschwächungsdaten mit unterschiedlichen effektiven Spektren aufnimmt. Diese Vorgehensweise kann zum Beispiel mit Hilfe von quantenzählenden Detektoren oder mehrlagigen Detektoren realisiert werden. Derartige Multi-Energie-CT-Bildaufnahmen können zum Beispiel dazu genutzt werden, um die Zusammensetzung von Körpersubstanz bzw. den Anteil unterschiedlicher Materialien in einem Untersuchungsbereich zu ermitteln.
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In der Computertomographie werden häufig Kontrastmittel zur Verbesserung der Darstellung von Kontrasten von anatomischen Strukturen und auch zur Bestimmung von funktionellen Parametern aus sogenannten 4D-Abbildungen eingesetzt. Ein Kontrastmittel umfasst in der Regel ein Material, welches eine hohe Ordnungszahl besitzt. Beispiele für ein solches Material als Bestandteil eines Kontrastmittels sind Jod, Gadolinium, Eisen und Wolfram. Oft ist es wünschenswert, Kontrastmittel zu verwenden, die unterschiedliche Moleküldurchmesser aufweisen. Beispielsweise wäre es vorteilhaft, extrazelluläre Kontrastmittel und intravasale Kontrastmittel bei einem Bildgebungsprozess zu verwenden. Extrazelluläre Kontrastmittel haben die Eigenschaft, dass sie auf Grund der geringen Größe der Moleküle schnell in den extravaskulären Raum diffundieren. Mit Hilfe derartiger Kontrastmittel lässt sich die Permeabilität von Gewebe bzw. Gefäßen ermitteln. Die Durchlässigkeit von Gefäßen ist zum Beispiel bei einem Auftreten von Tumoren verändert.
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Intravasale Kontrastmittel dagegen verbleiben in Blutgefäßen und diffundieren nicht oder nur sehr langsam in den extravaskulären Raum. Intravasale Kontrastmittel können somit dazu genutzt werden, andere anatomische Details und Gewebepermeabilitäten zu bestimmen als es mit extrazellulären Kontrastmitteln möglich ist. Beispielsweise kann mit intravasalen Kontrastmitteln das Blutvolumen in einem zu untersuchenden Bereich ermittelt werden.
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Bisher ist es üblich, unterschiedliche Kontrastmittel nacheinander zu verabreichen und Bilddaten zu den unterschiedlichen Kontrastmitteln zu verschiedenen Zeitpunkten, also nacheinander aufzunehmen. Eine solche Vorgehensweise ist zum Beispiel in
US 2015/ 0 221 082 A1 beschrieben. Allerdings erhöht sich bei einer sequentiellen Verabreichung der Kontrastmittel der Zeitaufwand für die Bildgebung. Außerdem ist es bei einer solchen sequentiellen Bildgebung mit Hilfe unterschiedlicher Kontrastmittel nicht möglich, die Bildaufnahmen mit den unterschiedlichen Kontrastmitteln im gleichen biologischen Zustand zu erzeugen.
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Es gibt auch Ansätze, bei denen Kontrastmittel simultan eingesetzt werden und eine Auswertung der erfassten Projektionsmessdaten mit Hilfe einer sogenannten K-Kantentechnologie erfolgt. Allerdings sind in diesem Fall für eine exakte Auswertung monochromatische Röntgenstrahlen sowie Röntgendetektoren mit einer hohen Energieauflösung notwendig. Beide Voraussetzungen sind jedoch bei einem üblicherweise eingesetzten CT-System nicht gegeben.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten und eine entsprechende Bildrekonstruktionseinrichtung anzugeben, mit denen die Bildgebung mit mehreren Kontrastmitteln vereinfacht und beschleunigt wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Analysieren von unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordneten morphologischen und/oder funktionellen Parametern in einem Untersuchungsbereich eines Patienten gemäß Patentanspruch 10, eine Bildrekonstruktionseinrichtung gemäß Patentanspruch 12 und ein Computertomographiesystem gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten werden zunächst mindestens zwei Sätze von unterschiedlichen Röntgenenergiespektren zugeordneten Projektionsmessdaten von dem Untersuchungsbereich akquiriert. Darunter, dass die beiden Sätze von Projektionsmessdaten unterschiedlichen Röntgenenergiespektren zugeordnet sind, ist zu verstehen, dass zur Erzeugung der unterschiedlichen Sätze von Projektionsmessdaten entweder Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Röntgenenergiespektren verwendet wurden, wie es bei der Dual-Energie- bzw. Multi-Energie-CT-Bildgebung üblich ist, oder mit Hilfe von spektral auflösenden Detektoren, beispielsweise quantenzählenden Detektoren, unterschiedliche Sätze von Projektionsmessdaten mit unterschiedlichen Spektralanteilen erfasst wurden, was auch als „Spectral Imaging“ bzw. spektrale Bildgebung bezeichnet wird. Dabei wird zum Beispiel jedem der beiden Sätze ein anderer Abschnitt des Röntgenenergiespektrums der bei der Akquisition der Projektionsmessdaten detektierten Röntgenstrahlen zugeordnet.
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Bei der Aufnahme der Projektionsmessdaten sind in dem Untersuchungsbereich mindestens zwei unterschiedliche Kontrastmittel gleichzeitig vorhanden. Diese können zum Beispiel vorab, d.h. vor dem Start der kontrastmittelgestützten Bildgebung dem Patienten simultan verabreicht worden sein. Als unterschiedliche Kontrastmittel sind in diesem Zusammenhang Kontrastmittel zu verstehen, bei denen die Bestandteile des Kontrastmittels, welche für die Kontrasterzeugung verantwortlich sind, ein unterschiedliches Atomgewicht aufweisen. Anschließend werden mindestens zwei separate Bilddatensätze auf Basis der mindestens zwei Sätze von Projektionsmessdaten mit Hilfe einer Multimaterialzerlegung rekonstruiert.
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Eine solche Multimaterialzerlegung oder Basismaterialzerlegung ist beispielsweise in PHYS. MED. BIOL., 1976, VOL. 21, NO. 5, 733–744, „Energyselective Reconstructions in X-ray Computerized Tomography, R. E. Alvarez and A. Macovski, für die Zerlegung nach zwei Basismaterialien beschrieben. Hierbei werden zwei Projektionsmessdatensätze oder Bilddatensätze erzeugt, wobei die für die Datensätze ermittelten Abschwächungswerte oder Dichtewerte der Abschwächung durch die jeweiligen Basismaterialien bzw. der Konzentration der jeweiligen Basismaterialien entsprechen. Die Zerlegung nach Basismaterialien kann sowohl im Projektionsmessdatenraum als auch im Bilddatenraum erfolgen. Als typische Basismaterialien werden bei herkömmlichen Anwendungen dieser Technologie zum Beispiel Iod und Wasser oder Knochen und Wasser verwendet, bei denen unterschiedliche Streumechanismen, d.h. der Photoelektrische Effekt und der Compton-Effekt, relevant sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nun stattdessen als Basismaterialien die beiden unterschiedlichen Kontrastmittel verwendet. Bei einer solchen Basismaterialzerlegung ist nach einer Bilddatenrekonstruktion bekannt, welche Konzentration von welchem Basismaterial an welchem Ort auftritt.
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Mithin werden zwei separate Bilddatensätze erzeugt, wobei jeweils einer der beiden Bilddatensätze eine ortsaufgelöste Verteilung der Konzentration eines der beiden Kontrastmittel wiedergibt.
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Vorteilhaft kann eine solche Basismaterialzerlegung auch bei dem Einsatz von polychromatischen Röntgenstrahlen eingesetzt werden, so dass sich für das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu bisherigen, auf dem Einsatz von monochromatischer Röntgenstrahlung beruhenden Verfahren ein breiteres Anwendungsgebiet ergibt. Eine zeitgleiche Bildaufnahme unterschiedlicher Kontrastmittel bringt überdies eine Zeitersparnis mit sich und erlaubt es, die mit Hilfe der unterschiedlichen Kontrastmittel zu ermittelnden morphologischen Informationen oder funktionellen Parameter im gleichen biologischen Zustand zu bestimmen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Analysieren von unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordneten morphologischen und/oder funktionellen Parametern in einem Untersuchungsbereich eines Patienten wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten durchgeführt. Anschließend werden die morphologischen und/oder funktionellen Parameter anhand der unterschiedlichen Bilddatensätze separat ausgewertet. D.h., es werden Parameterwerte für die genannten unterschiedlichen Parameter ermittelt. Morphologische Parameter beziehen sich auf die Strukturen und Formen in dem abzubildenden Untersuchungsbereich. Dagegen betreffen funktionelle Parameter physiologische Prozesse in dem Untersuchungsbereich. Vorteilhaft können die genannten Parameter bzw. diesen Parametern zugeordnete Parameterwerte für unterschiedliche simultan verabreichte Kontrastmittel aus getrennten Bilddatensätzen ermittelt werden. Mithin ist die Datenbasis für die Ermittlung der Parameter bzw. Parameterwerte genauso zuverlässig wie bei einer sequentiellen Bildaufnahme von Bildern mit unterschiedlichen Kontrastmitteln. Vorteilhaft wird jedoch bei der Erfassung der Messdaten aufgrund des simultanen Vorgehens Zeit eingespart und eine Messung in ein und demselben biologischen Zustand ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung weist eine Eingangsschnittstelle zum Empfangen von mindestens zwei Sätzen von unterschiedlichen Röntgenspektren zugeordneten Projektionsmessdaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten auf. Dabei sind in dem Untersuchungsbereich mindestens zwei unterschiedliche Kontrastmittel vorhanden. Teil der erfindungsgemäßen Bildrekonstruktionseinrichtung ist auch eine Bildrekonstruktionseinheit zum Rekonstruieren von mindestens zwei separaten Bilddatensätzen auf Basis der mindestens zwei Sätze von Projektionsmessdaten mit Hilfe einer Multi-Materialzerlegung, wobei jeder der mindestens zwei separaten Bilddatensätze einem der mindestens zwei Kontrastmittel zugeordnet ist und die Materialien, nach denen zerlegt wird, die jeweiligen Kontrastmittel sind.
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Das erfindungsgemäße Computertomographiesystem weist eine Scaneinheit zum Akquirieren von Projektionsmessdaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten und eine erfindungsgemäße Bildrekonstruktionseinrichtung zum Rekonstruieren von Bilddaten auf Basis der erfassten Projektionsmessdaten auf.
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Einige wesentliche Komponenten der erfindungsgemäßen Bildrekonstruktionseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Bildrekonstruktionseinheit. Grundsätzlich kann diese Komponente aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
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Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Computertomographiesysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines Computertomographiesystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen, wenn das Programm in dem Computertomographiesystem ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
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Zum Transport zu dem Computertomographiesystem und/oder zur Speicherung an oder in dem Computertomographiesystem kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit des Computertomographiesystems einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen oder Beschreibungsteilen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten weisen die mindestens zwei unterschiedlichen Kontrastmittel unterschiedliche Molekülgrößen auf. Kontrastmittel mit unterschiedlichen Molekülgrößen können dafür genutzt werden, unterschiedliche anatomische Details und Gewebepermeabilitäten simultan zu ermitteln. Vorteilhaft kann dieser Vorgang in einer kürzeren Zeit als bei einer sequenziellen Vorgehensweise erfolgen.
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In einer besonders praktikablen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten werden für eine Injektion der bei der Akquisition der CT-Bilddaten verwendeten Kontrastmittel für die einzelnen Kontrastmittel derselbe Zeitpunkt oder kurz nacheinander liegende Zeitpunkte gewählt. Vorteilhaft kann mit einer solchen Vorgehensweise ein simultanes Auftreten der unterschiedlichen Kontrastmittel in dem Untersuchungsbereich erreicht werden, so dass die Bildaufnahme des Untersuchungsbereichs für die beiden Kontrastmittel simultan erfolgen kann.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten wird als Multi-Materialzerlegung eine Zwei-Materialzerlegung verwendet. Eine Zwei-Materialzerlegung ist im Fall einer Anwendung von genau zwei Kontrastmitteln sinnvoll, da damit zwei unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordnete funktionelle oder morphologische Parameter bzw. Parameterwerte simultan ermittelt werden können.
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In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten wird als Multi-Materialzerlegung eine Drei-Materialzerlegung verwendet. Eine Drei-Materialzerlegung ist im Fall einer Anwendung von genau drei Kontrastmitteln sinnvoll, da damit drei unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordnete funktionelle oder morphologische Parameter simultan ermittelt werden können.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten erfolgt die Akquisition der Projektionsmessdaten im Rahmen einer statischen Bildaufnahme. Statische Bildaufnahmen können zum Beispiel zur Bestimmung von Blutvolumen-Bildern verwendet werden. Ein Blutvolumenbild kann zum Beispiel zur Ermittlung von Gewebeanomalien und Probenexzisionsstellen eingesetzt werden.
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In einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten erfolgt die die Akquisition der Projektionsmessdaten im Rahmen einer dynamischen Bildaufnahme. Bei einer dynamischen Bildaufnahme können komplexere funktionelle Größen, wie zum Beispiel die Permeabilität oder der Fluss ermittelt werden.
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In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten umfasst ein erstes Kontrastmittel der mindestens zwei Kontrastmittel ein extrazelluläres Kontrastmittel und ein zweites der mindestens zwei Kontrastmittel ein intravasales Kontrastmittel. Extrazelluläre Kontrastmittel weisen üblicherweise geringe Molekülgrößen auf und diffundieren daher schnell in den extravaskulären Raum. Mit einem derartigen Kontrastmittel lässt sich zum Beispiel die Durchlässigkeit von Gefäßen ermitteln. Intravasale Kontrastmittel weisen größere Molekülabmessungen auf und verbleiben daher in den Blutgefäßen und diffundieren nicht oder nur sehr langsam in den extravaskulären Raum. Mit dieser Art von Kontrastmitteln lassen sich Strukturen im stationären Zustand abbilden. Da sie länger in den Blutgefäßen zirkulieren, eignen sie sich für die Abbildung sowohl von Arterien als auch Venen. Weitere Anwendungsgebiete für intravasale Kontrastmittel sind die Detektion von Darmblutungen, die Visualisierung von Blutgefäßen von Tumoren, die Messung des Blutvolumens, die Perfusionsmessung und die Detektion von endovaskulären Lecks.
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Mithin können bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung simultan morphologische und funktionelle Parameter ermittelt werden, welche nur mit unterschiedlichen Kontrastmitteln mit unterschiedlichen Molekülgrößen erfassbar sind.
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In einer besonders praktikablen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten von einem Untersuchungsbereich eines Patienten werden mindestens zwei Kontrastmittel verwendet, die jeweils mindestens eines der folgenden Materialien umfassen:
- – Iod,
- – Gadolinium,
- – Eisen,
- – Wolfram.
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Die unterschiedlichen Materialien weisen unterschiedliche Atomgewichte auf und bewirken daher auch ein unterschiedliches spektrales Absorptionsverhalten. Die genannten Atomarten können jeweils Teil von extrazellulären Kontrastmitteln oder intravasalen Kontrastmitteln sein. Das Diffusionsverhalten der Kontrastmittel dagegen wird, wie bereits erwähnt, durch die Größe der Kontrastmittelmoleküle bestimmt, worauf die Art der für den Kontrasteffekt verantwortlichen Materialien nur einen geringen Einfluss hat.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Analysieren von unterschiedlichen Kontrastmitteln zugeordneten morphologischen und/oder funktionellen Parametern in einem Untersuchungsbereich eines Patienten umfassen die morphologischen und/oder funktionellen Parameter mindestens einen der folgenden Parameter:
- – das Blutvolumen,
- – die Permeabilität,
- – den Blutfluss.
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Während das Blutvolumen durch statische Bildaufnahmen ermittelt wird, werden die funktionellen Parameter wie die Permeabilität und der Blutfluss mit Hilfe von dynamischen Bildaufnahmen ermittelt, bei denen ein zu untersuchender Bereich über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg bildlich erfasst wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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2 eine schematische Darstellung einer Rekonstruktionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine schematische Darstellung eines Computertomographiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Flussdiagramm 100 gezeigt, welches ein Verfahren zum Erzeugen von kontrastmittelgestützten CT-Bilddaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Vorab, d.h. vor dem Start des Verfahrens wurden einem zu untersuchenden Patienten zwei unterschiedliche Kontrastmittel KM1, KM2 mit unterschiedlicher Molekülgröße und damit unterschiedlichem Diffusionsverhalten etwa zeitgleich injiziert. In dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst das erste der beiden unterschiedlichen Kontrastmittel KM1 Jod und das zweite der beiden unterschiedlichen Kontrastmittel KM2 Gadolinium. Nachdem die beiden Kontrastmittel beide etwa zeitgleich einen Untersuchungsbereich erreicht haben, wird bei dem Schritt 1.I ein CT-Bildgebungsverfahren mit zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren RES1, RES2 gestartet. Weiterhin werden bei dem Schritt 1.II Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 mit den zwei unterschiedlichen Röntgenenergiespektren RES1, RES2 von dem Untersuchungsbereich erfasst, während die beiden unterschiedlichen Kontrastmittel KM1, KM2 in dem Untersuchungsbereich gleichzeitig vorhanden sind. Bei dem Schritt 1.III erfolgt ein Ermitteln von Basismaterial-Projektionsmessdatensätzen BM-PMD1, BM-PMD2 auf Basis der beiden Projektionsmessdatensätze PMD1, PMD2. Dabei werden in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vorteilhaft die beiden unterschiedlichen Kontrastmittel KM1, KM2 als Basismaterialien verwendet. Hierfür werden auf Basis der beiden akquirierten Projektionsmessdatensätze PMD1, PMD2 für jede Projektionsrichtung Linienintegrale A1, A2 der Absorption und damit der Dichten ρ1(x, y, z), ρ2(x, y, z) der Kontrastmittel KM1, KM2 ermittelt. Bei dem Schritt 1.IV werden schließlich auf Basis der beiden Basismaterial-Projektionsmessdatensätze BM-PMD1, BM-PMD2 mit Hilfe einer gefilterten Rückprojektion zwei separate Bilddatensätze BD1, BD2 rekonstruiert, welche jeweils einem der beiden Kontrastmittel KM1, KM2 zugeordnet sind. Bei dem Schritt 1.V werden einem Benutzer zwei unterschiedliche Bilddarstellungen B1, B2, welche jeweils auf einem der beiden Bilddatensätze BD1, BD2 basieren, angezeigt.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Rekonstruktionseinrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Rekonstruktionseinrichtung 20 umfasst eine Eingangsschnittstelle 21. Die Eingangsschnittstelle 21 empfängt Projektionsmessdaten PMD1, PMD2, denen unterschiedliche Röntgenenergiespektren zugeordnet sind, von einem Untersuchungsbereich eines Patienten und leitet die Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 an eine Materialzerlegungseinheit 22 weiter, die auf Basis der empfangenen Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 auf die bereits beschriebene Art und Weise Basismaterial-Projektionsmessdatensätze BM-PMD1, BM-PMD2 erzeugt. Die Basismaterial-Projektionsmessdatensätze BM-PMD1, BM-PMD2 werden an eine Bildrekonstruktionseinheit 23 übermittelt, die auf Basis der Basismaterial-Projektionsmessdatensätze BM-PMD1, BM-PMD2 zwei separate Bilddatensätze BD1, BD2 rekonstruiert. Die ermittelten Bilddatensätze BD1, BD2 werden über eine Ausgangsschnittstelle 24 an andere Einheiten, wie zum Beispiel eine Datenspeichereinheit oder eine Bildanzeigeeinheit übermittelt.
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In 3 ist ein Computertomographiesystem 30 gezeigt, welches die in 2 gezeigte Rekonstruktionseinrichtung 20 umfasst. Das CT-System 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einer üblichen Scaneinheit 10, in welcher an einer Gantry 11 eine Projektionsdatenakquisitionseinheit 5 mit zwei Detektoren 16a, 16b und zwei jeweils den beiden Detektoren 16a, 16b gegenüberliegenden Röntgenquellen 15a, 15b um einen Messraum 12 umläuft. Vor der Scaneinheit 10 befindet sich eine Patientenlagerungseinrichtung 3 bzw. ein Patiententisch 3, dessen oberer Teil 2 mit einem darauf befindlichen Patienten P zur Scaneinheit 10 verschoben werden kann, um den Patienten P durch den Messraum 12 hindurch relativ zu den Detektoren 16a, 16b zu bewegen. Angesteuert werden die Scaneinheit 10 und der Patiententisch 3 durch eine Steuereinrichtung 31, von der aus über eine übliche Steuerschnittstelle 33 Akquisitionssteuersignale AS kommen, um das gesamte System gemäß vorgegebener Messprotokolle in der herkömmlichen Weise anzusteuern. Im Fall einer Spiralakquisition ergibt sich durch eine Bewegung des Patienten P entlang der z-Richtung, welche der Systemachse z längs durch den Messraum 12 entspricht, und den gleichzeitigen Umlauf der Röntgenquellen 15a, 15b für die Röntgenquellen 15a, 15b relativ zum Patienten P während der Messung eine Helixbahn. Parallel läuft dabei immer gegenüber den Röntgenquellen 15a, 15b der gegenüberliegende Detektor 16a, 16b mit, um Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 zu erfassen, die dann zur Rekonstruktion von dual-energetischen Volumen- und/oder Schicht-Bilddaten genutzt werden. Ebenso kann auch ein sequentielles Messverfahren durchgeführt werden, bei dem eine feste Position in z-Richtung angefahren wird und dann während eines Umlaufs, eines Teilumlaufs oder mehrerer Umläufe an der betreffenden z-Position die erforderlichen Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 erfasst werden, um ein Schnittbild an dieser z-Position zu rekonstruieren oder um aus den Projektionsdaten mehrerer z-Positionen Bilddaten zu rekonstruieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch an anderen CT-Systemen, z.B. mit einem einen vollständigen Ring bildenden Detektor, einsetzbar. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf ein System mit unbewegtem Patiententisch und in z-Richtung bewegter Gantry (einer sogenannten Sliding Gantry) anwenden.
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In 3 ist außerdem eine Kontrastmittelinjektionseinheit 35 gezeigt, welche dazu eingerichtet ist, vorab, d.h. vor dem Start eines CT-Bildgebungsverfahrens, dem Patienten P mindestens zwei unterschiedliche Kontrastmittel KM1, KM2 zu injizieren.
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Die von den beiden Detektoren 16a, 16b akquirierten Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 (auch Rohdaten genannt) werden über eine Rohdatenschnittstelle 32 an die Steuereinrichtung 31 übergeben. Diese Projektionsmessdaten werden dann, gegebenenfalls nach einer geeigneten Vorverarbeitung (z. B. Filterung und/oder Strahlaufhärtungskorrektur), in einer erfindungsgemäßen Bildrekonstruktionseinrichtung 20 weiterverarbeitet, die in diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 31 in Form von Software auf einem Prozessor realisiert ist. Diese Bildrekonstruktionseinrichtung 20 rekonstruiert auf Basis der Projektionsmessdaten PMD1, PMD2 Bilddaten BD1, BD2 mit Hilfe des im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Rekonstruktionsverfahrens.
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Die rekonstruierten Bilddaten BD1, BD2 werden anschließend an eine Bilddatenspeichereinheit 34 übermittelt, von der sie zum Beispiel an eine Bildanzeigeeinheit zur bildlichen Darstellung übermittelt werden. Sie können auch über eine in 3 nicht dargestellte Schnittstelle in ein an das Computertomographiesystem 1 angeschlossenes Netz, beispielsweise ein radiologisches Informationssystem (RIS), eingespeist und in einem dort zugänglichen Massenspeicher hinterlegt oder auf dort angeschlossenen Druckern oder Filming-Stationen als Bilder ausgegeben werden. Die Daten können so in beliebiger Weise weiterverarbeitet und dann gespeichert oder ausgegeben werden.
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Die Komponenten der Bildrekonstruktionseinrichtung 20 können überwiegend oder vollständig in Form von Softwareelementen auf einem geeigneten Prozessor realisiert sein. Insbesondere können auch die Schnittstellen zwischen diesen Komponenten rein softwaremäßig ausgebildet sein. Erforderlich ist lediglich, dass Zugriffsmöglichkeiten auf geeignete Speicherbereiche bestehen, in denen die Daten geeignet zwischengelagert und jederzeit wieder aufgerufen und aktualisiert werden können.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen medizintechnischen Geräten und Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso ist nicht ausgeschlossen, dass als einzelne Einheiten dargestellte Elemente der vorliegenden Erfindung aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0221082 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- PHYS. MED. BIOL., 1976, VOL. 21, NO. 5, 733–744, „Energyselective Reconstructions in X-ray Computerized Tomography, R. E. Alvarez and A. Macovski [0014]
