DE102017201330A1

DE102017201330A1 - Verfahren zur Bildbearbeitung eines vierdimensionalen Angiographiedatensatzes, Bildverarbeitungseinrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger

Info

Publication number: DE102017201330A1
Application number: DE102017201330.3A
Authority: DE
Inventors: Sonja Gehrisch; Markus Kowarschik; Christopher Rohkohl
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-01-28
Also published as: CN108364339B; US10223820B2; DE102017201330B4; CN108364339A; US20180218521A1

Abstract

Verfahren zur Bildbearbeitung eines Angiographiedatensatzes (1) eines interessierenden Aufnahmebereichs eines Blutgefäßsystems eines Patienten, wobei der Angiographiedatensatz (1) eine Zeitserie von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Teilbilddatensätzen des Aufnahmebereichs umfasst, die für jedes räumliche Bildelement einen zeitlichen Verlauf (2) einer Kontrastmittelkonzentration eines bei der Aufnahme des Angiographiedatensatzes (1) verwendeten Kontrastmittels beschreiben, wobei aus dem Angiographiedatensatz (1) ein für jedes in den Teilbilddatensätzen beschriebene Bildelement des Aufnahmebereichs einen den zeitlichen Verlauf (2) der Kontrastmittelkonzentration kennzeichnenden, die Ankunftszeit (7) des Kontrastmittels oder den Zeitpunkt maximaler Kontrastmittelkonzentration im jeweiligen Bildelement beschreibenden Zeitparameter enthaltender, statischer Zeitparametersatz (8) ermittelt wird, wonach eine Serie (11) von Maskendatensätzen (12) durch bildelementweise Anwendung einer eine Fensterbreite (13) größer als Null aufweisenden, für jeden Zeitpunkt der Serie (11) ein anderes Subintervall im durch die Zeitparameter abgedeckten Parameterraum auswählenden Fensterfunktion (10) auf den Zeitparametersatz (8) ermittelt wird und eine Serie (4) statischer Darstellungsdatensätze (5) durch Anwendung der Maskendatensätze (12) auf einen statischen, das kontrastmitteldurchflossene Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich vollständig zeigenden, dem Angiographiedatensatz (1) zugrundeliegenden oder aus diesem abgeleiteten Gefäßdatensatz (3) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bildbearbeitung eines Angiographiedatensatzes eines interessierenden Aufnahmebereichs eines Blutgefäßsystems eines Patienten, wobei der Angiographiedatensatz eine Zeitserie von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Teilbilddatensätzen des Aufnahmebereichs umfasst, die für jedes räumliche Bildelement einen zeitlichen Verlauf einer Kontrastmittelkonzentration eines bei der Aufnahme des Angiographiedatensatzes verwendeten Kontrastmittels beschreiben. Daneben betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Ein großer Schritt in Richtung verlässlicher und gut interpretierbarer Bilder von Blutgefäßsystemen eines Patienten in interessierenden Aufnahmebereichen war die Entwicklung der vierdimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie. Hierbei werden mit einer Röntgeneinrichtung, beispielsweise einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, bei einer oder mehreren Rotationen unter unterschiedlichen Projektionswinkeln zweidimensionale Projektionsbilder des interessierenden Aufnahmebereichs des Blutgefäßsystems des Patienten aufgenommen, während ein Kontrastmittel in Form eines Kontrastmittelbolus durch das Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich wandert. Durch Subtraktion eines ohne Kontrastmittel aufgenommenen Maskenbildes entstehen Projektionsbilder der digitalen Subtraktionsangiographie, wobei eine Subtraktion auch für jeweilige rekonstruierte dreidimensionale Bilddatensätze erfolgen kann. Während es in den Anfängen der digitalen Subtraktionsangiographie bekannt war, mehrere zeitlich aufeinander folgende dreidimensionale Bilddatensätze dadurch zu erzeugen, dass in einem bestimmten Zeitintervall aufgenommene Projektionsbilder der digitalen Subtraktionsangiographie genutzt wurden, um hieraus einen dreidimensionalen Teilbilddatensatz zu rekonstruieren, existieren inzwischen neuere Ansätze, die eine bessere Bildqualität und auch eine bessere zeitliche Auflösung liefern können.
Einer dieser Ansätze ist in einem Artikel von B. Davis et al, „4D Digital Subtraction Angiography: Implementation and Demonstration of Feasibility“, DOI:10.3174/ajnr.A3529, beschrieben worden. Dort wird vorgeschlagen, zunächst unter Verwendung eines insbesondere großen Anteils der Projektionsbilder der digitalen Subtraktionsangiographie, die zumindest weitgehend gefüllte Gefäße zeigen, einen nicht zeitaufgelösten, das gesamte Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich zeigenden dreidimensionalen Gefäßdatensatz zu rekonstruieren, der die Grundlage für eine kontinuierliche Aktualisierung der Voxelwerte durch multiplikative Einbettung der Zeitinformation der insbesondere normierten Projektionsbilder der digitalen Subtraktionsangiographie bildet, so dass eine Serie zeitaufgelöster 3D-Bilder, also von Teilbilddatensätzen des vierdimensionalen Angiographiedatensatzes, entsteht. Mit anderen Worten wird der Gefäßdatensatz letztlich zur Beschränkung der Rekonstruktion der individuellen dreidimensionalen Teilbilddatensätze genutzt, die die zeitliche Information von den Projektionsbildern der digitalen Subtraktionsangiographie integrieren. Es wird mithin eine multiplikative Rückprojektion durchgeführt. Dies kann so verstanden werden, dass auf dem Strahl eines Pixels eines Projektionsbildes, das eine Kontrastmittelfüllung zeigt, liegende, Gefäße zeigende Voxel als zu dem Zeitpunkt der Aufnahme des Projektionsbildes kontrastmittelgefüllt hervorgehoben werden.
Der so insgesamt beschriebene vierdimensionale Rekonstruktionsalgorithmus umfasst zur Ermittlung des Gefäßdatensatzes einen bekannten dreidimensionalen Bildrekonstruktionsschritt der digitalen Subtraktionsangiographie. Um einen hochqualitativen Gefäßdatensatz zu erzeugen, muss, wie bereits dargelegt wurde, eine hinreichende Anzahl von Projektionsbildern vorliegen, die konsistent mit Kontrastmittel gefüllt sind. Um dies sicherzustellen, ist es bekannt, zum einen ein Bildaufnahmeprotokoll zu verwenden, das einen erweiterten Winkelbereich, üblicherweise >200°, aufnimmt, und zum anderen eine relativ lange Kontrastmittelinjektion, beispielsweise über etwa 7 Sekunden, vorzunehmen, wobei die Anforderungen an die Zeitdauer der Kontrastmittelgabe (und somit auch die Größe des Bolus) durch typische Blutzirkulationszeiten im interessierenden Aufnahmegebiet, beispielsweise im Gehirn, gegeben sind.
Die so beschriebenen Voraussetzungen zum Erhalt eines hochqualitativen dreidimensionalen Gefäßdatensatzes als Grundlage für den vierdimensionalen Angiographiedatensatz können allerdings zu überlappenden Flussphasen führen. Genauer gesagt kann ein zeitlicher Überlapp zwischen der arteriellen und der venösen Phase in der vierdimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie auftreten, was in der Beschränkung resultiert, dass die arteriellen und venösen Strukturen nicht getrennt visualisiert und beurteilt werden können. Zudem entstehen beim filmartigen Betrachten der Zeitserie von Teilbilddatensätzen schwer zu beurteilende Eindrücke.
Eine Behebung dieses Problems durch Verkürzung der Kontrastmittelinjektionszeit, mithin einen kürzeren Bolus, ist nur unter starken Qualitätseinbußen möglich. Nutzt man beispielsweise üblicherweise in der zweidimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie eingesetzte Injektionszeiten im Bereich von 0,5 bis 2 Sekunden, lassen sich zwar der arterielle Zufluss und der venöse Ausfluss deutlich unterscheiden, allerdings ist die Bildqualität des dreidimensionalen Gefäßdatensatzes, der ja als Beschränkungsdatensatz für den vierdimensionalen Angiographiedatensatz herangezogen wird, und somit die Qualität des vierdimensionalen Angiographiedatensatzes äußerst niedrig.
Insbesondere im Zusammenspiel mit dem Überlapp von Gefäßen erschwert der Überlapp von Flussphasen die detaillierte Analyse von Pathologien deutlich, beispielsweise bei der Analyse der Angio-Architektur einer arteriovenösen Malformation (AVM) betreffend deren Nidus, assoziierte Aneurismen, Venenstenosen und dergleichen.
Eine ähnliche Problematik kann auch bei sogenannten 2D+t Angiographiedatensätzen auftreten, das bedeutet, Zeitserien von zweidimensionalen Teilbilddatensätzen, die das Fortschreiten der Kontrastmittelausbreitung im interessierenden Aufnahmebereich zeigen. Generell ist es komplex, das Kontrastverhalten, insbesondere den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration, beschreibende Zeitparameter auf intuitive, leicht verständliche und nicht durch andere Effekte überschattete Weise wiederzugeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besser verständliche und intuitivere Darstellung von in Zeitserien zwei- oder dreidimensionaler Teilbilddatensätze enthaltenen Verlaufsinformationen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, ein Computerprogramm nach Anspruch 9 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein eingangs genanntes erfindungsgemäßes Verfahren sieht mithin vor, dass aus dem Angiographiedatensatz ein für jedes in den Teilbilddatensätzen beschriebene Bildelement des Aufnahmebereichs einen den zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration kennzeichnenden, insbesondere absoluten Zeitparameter enthaltender, statischer Zeitparametersatz ermittelt wird, wonach eine Serie von Maskendatensätzen durch bildelementweise Anwendung einer eine Fensterbreite größer als Null aufweisenden, für jeden Zeitpunkt der Serie ein anderes Subintervall im durch die Zeitparameter abgedeckten Parameterraum auswählenden Fensterfunktion auf den Zeitparametersatz ermittelt wird und eine Serie statischer Darstellungsdatensätze durch Anwendung der Maskendatensätze auf einen statischen, das kontrastmitteldurchflossene Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich vollständig zeigenden, dem Angiographiedatensatz zugrundeliegenden oder auf diesem abgeleiteten Gefäßdatensatz ermittelt wird.
Die bevorzugt zeitliche Serie von Darstellungsdatensätzen kann dann entsprechend auf einer Anzeigeeinrichtung wiedergegeben werden, so dass eine leicht verständliche, intuitive Wiedergabe einer Beschreibung des Zeitparameters möglich ist. Dabei entspricht die Dimensionalität des Zeitparametersatzes, der Maskendatensätze, der Darstellungsdatensätze und des Gefäßdatensatzes, die allesamt für sich statisch sind, der der Teilbilddatensätze, nachdem die vorliegende Erfindung sowohl auf die 2D+t- als auch auf die 3D+t-Angiographie (vierdimensionale Angiographie) anwendbar ist. Ein Bildelement entspricht für 2D entsprechend einem Pixel, für 3D einem Voxel. Im Folgenden wird meist der Hauptanwendungsfall eines vierdimensionalen Angiographiedatensatzes diskutiert werden, der eine Zeitserie dreidimensionaler Teilbilddatensätze enthält. Die Fensterfunktion kann bevorzugt auf ein Intervall zwischen 0 und 1 normiert sein, so dass die Maskendatensätze besonders einfach unter Nutzung derselben Bildwertdynamik auf den Gefäßdatensatz angewendet werden können; es sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, über eine Variation des Wertebereichs der Fensterfunktion, insbesondere unterhalb von 1, eine Variation der wahrgenommenen Kontrastmittelstärke/maximalen Konzentration möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner bevorzugt, zeitliche Serien von Maskendatensätzen und Darstellungsdatensätzen zu erzeugen, das bedeutet, jedem Datensatz einer Serie ist ein Zeitpunkt zugeordnet, der insbesondere die Lage des Fensters im Zeitparameterraum beschreibt. Beispielsweise kann der zugeordnete Zeitpunkt das Zentrum des Fensters und/oder der Beginn des Fensters sein. Dabei ist es ferner besonders bevorzugt, wenn in der Serie von Fensterfunktionen zeitlich geordnete Subintervalle aufeinander folgen, das bedeutet, innerhalb der Serie entsprechen die Zeitpunkte zunehmenden Zeiten. Beispielsweise kann für die Fensterfunktionen verschiedener Zeitpunkte das (für alle Fensterfunktionen gleich geformte) Fenster durch den Parameterraum der Zeitparameter „geschoben“ werden, also zumindest dessen Beginn und/oder dessen Ende, um eine Zeitserie zu ermitteln, die zeitlich aufeinander folgenden Subintervallen im Zeitparameterraum entsprechende Darstellungsdatensätze enthält. Derartige Ausgestaltungen sind insbesondere bei absoluten Zeitparametern des zeitlichen Verlaufs der Kontrastmittelkonzentration zweckmäßig.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Zeitparameter die Ankunftszeit des Kontrastmittels oder den Zeitpunkt maximaler Kontrastmittelkonzentration im jeweiligen Bildelement beschreibend ermittelt werden. Dabei sind verschiedene Varianten denkbar, die Ankunftszeit des Kontrastmittels im Bildelement, insbesondere im Voxel, konkret zu definieren, welche oft auch als „Bolus Arrival Time“ (BAT) bezeichnet wird. So kann vorgesehen sein, dass die Ankunftszeit des Kontrastmittels als Zeitpunkt der Überschreitung einer vorbestimmten Kontrastmittelkonzentration und/oder als Überschreitung eines vorbestimmten Anteils der maximalen Kontrastmittelkonzentration in dem Bildelement ermittelt wird. In diesem Fall entspricht der Zeitparametersatz letztlich einem statischen BAT-Datensatz, in dem jedem räumlichen Bildelement, insbesondere jedem Voxel, die entsprechende Ankunftszeit des Kontrastmittels zugeordnet ist. Das bedeutet, der Zeitparametersatz enthält Zeiten, ist aber selbst nicht zeitabhängig. Die Verwendung des Zeitpunkts der maximalen Kontrastmittelkonzentration ist denkbar, aber bei vielen Bolusformen weniger zweckmäßig. In dieser Ausgestaltung werden durch die Darstellungsdatensätze letztlich zeitliche Serien des Kontrastmittelverlaufs eines virtuellen Bolus durch den Aufnahmebereich gezeigt, wobei die auch bereits bei der Zeitserie von Teilbilddatensätzen genutzten Zeitpunkte oder zumindest eine gleiche Anzahl verwendet werden können. Mit anderen Worten ist eine äußerst einfache Art und Weise gegeben, einen virtuellen, insbesondere verkürzten und somit den Überlapp von Flussphasen vermeidenden virtuellen Bolus als Darstellungsmittel einzuführen. Insbesondere kann auf diese Art und Weise in Form der Darstellungsdatensätze eine phasenseparierte zeitaufgelöste Bildserie durch zeitliches Neuformen, konkret rechnerisches Verkürzen, des Kontrastmittelbolus während seiner gesamten Durchlaufzeit durch die Gefäße erfolgen. Das bedeutet, basierend auf einem Angiographiedatensatz kann ein neuer 2D+t-Datensatz oder 3D+t-Datensatz als Zeitserie der Darstellungsdatensätze berechnet werden, der einem kürzeren Kontrastmittelbolusprofil entspricht, so dass der Benutzer deutlicher die Gefäßstruktur und die entsprechenden Flussmuster verstehen kann. Dabei sei angemerkt, dass die Fensterbreite der Fensterfunktion, die letztlich die Ausdehnung des virtuellen Bolus beschreibt, gegenüber dem tatsächlichen Kontrastmittelbolus bei Aufnahme der Projektionsbilder nicht zwangsläufig verkürzt werden muss, sondern, falls dies sinnvoll ist, auch verlängert werden kann, beispielsweise im Fall der 2D+t-Angiographie. Zusammenfassend ist durch die Erfindung in dieser Ausgestaltung eine Darstellungsoption gegeben, die sich auf einen gedachten, rechnerisch umgesetzten virtuellen Kontrastmittelbolus bezieht, dessen Wanderung durch die Gefäße durch die Darstellungsdatensätze, die einen neuen Angiographiedatensatz bilden können, nachvollzogen werden kann.
Dabei ist eine äußerst hohe Bildqualität gegeben, nachdem unmittelbar auf dem Gefäßdatensatz aufgesetzt wird und die Zeitinformation aus den Teilbilddatensätzen bzw. den sich daraus ergebenden Kontrastmittelverlaufskurven (zeitlicher Verlauf der Kontrastmittelkonzentration) entnommen wird.
Bei der hier beschriebenen Verwendung von absoluten, die Ankunft des Kontrastmittelbolus im Bildelement beschreibenden Zeitparameter stellt die Fensterfunktion letztlich eine Art Gewichtungsfunktion dar, die den rechnerisch umgeformten Kontrastmittelbolus wiedergibt, um Bildelemente im zweidimensionalen oder dreidimensionalen Bildbereich zu aktivieren, was über die Maskendatensätze geschieht.
Eine konkrete Weiterbildung in diesem Kontext sieht vor, dass eine alle Zeitparameter bis zu einer bestimmten Zeit anwählende Fensterfunktion zur Darstellung eines Anflutungsverhaltens oder eine alle Zeitparameter bis zu einer bestimmten Zeit abwählende Fensterfunktion zur Darstellung eines Abflutungsverhaltens (Abflussverhaltens) verwendet wird. Auf diese Weise ist es mithin möglich, Zeitserien von Darstellungsdatensätzen zu ermitteln, die allein die Anflutung oder allein das Abflussverhalten zeigen, indem einmal über einen Maskendatensatz aktivierte, mithin anzuzeigende Bildelemente für spätere Zeitpunkte der Serie immer aktiviert bleiben oder mit insgesamt aktivierten Bildelementen begonnen wird, die mit der Zeit und dem Abfluss des Kontrastmittels des virtuellen Bolus deaktiviert werden.
Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, relative Zeitparameter im Zeitparametersatz zu betrachten, beispielsweise als relativen Zeitparameter eine Steigungszeit und/oder eine Breite des Kontrastmittelpeaks in dem zeitlichen Verlauf zu verwenden. Hieraus ergeben sich interessante neue Anzeigeoptionen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fensterbreite aufgrund einer Benutzereingabe angepasst wird. Auf diese Weise kann im Beispiel der BAT als Zeitparameter die Boluslänge eines virtuellen Bolus benutzerseitig angepasst werden, beispielsweise, indem ein entsprechendes Bedienelement gemeinsam mit den Darstellungsdatensätzen angezeigt wird, welche dann in Echtzeit auf die neue Fensterbreite, die letztlich auch die Länge des Subintervalls angibt, angepasst werden. Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Fensterfunktion einem virtuellen Bolusverlauf nachgebildet ist.
Die Fensterfunktion kann zudem wenigstens einen weiteren Formparameter neben der Fensterbreite aufweisen, der insbesondere ebenso benutzerseitig einstellbar ist. Bei einer auf die Simulation eines virtuellen Bolus abgestellten Ausführungsform beschreiben die Fensterbreite und gegebenenfalls die weiteren Formparameter mithin die Form des virtuellen Bolus, die idealerweise benutzerseitig angepasst werden kann, bevorzugt durch die Einblendung entsprechender Bedienelemente, beispielsweise von Schieberreglern, in einer Benutzeroberfläche, über die auch die Darstellungsdatensätze anzeigbar sind.
Als Fensterfunktion kann eine Rechteckfunktion und/oder eine Trapezfunktion und/oder eine cosinusbasierte Funktion verwendet werden. Eine Rechteckfunktion stellt eine äußerst klassische Art der Fensterfunktion dar, die einzelne Bildelemente mittels des Maskendatensatzes entweder aktiviert oder deaktiviert. Bei anderen Formen der Fensterfunktion, insbesondere einer Trapezfunktion und/oder einer cosinusbasierten Funktion, können im Maskendatensatz auch mehr als zwei Werte auftreten, so dass beispielsweise in einer Zeitserie von Darstellungsdatensätzen ein langsames „Hochfahren“ der Darstellungsintensität bzw. langsames „Herunterfahren“ der Darstellungsintensität in Bildelementen erfolgen kann, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn ein virtueller Bolus nachgebildet werden soll.
Für einen derartigen virtuellen Bolus bietet es sich besonders an, eine cosinusbasierte Funktion als Fensterfunktion zu verwenden. Bei einer cosinusbasierten Funktion existiert neben dem Maximum des Cosinus-Fensters nur ein die Fensterbreite beschreibender Formparameter als weiterer Parameter, der mit der Boluslänge in Bezug gesetzt werden kann. Während also die Fensterbreite der Länge eines rechnerisch umgeformten virtuellen Kontrastmittelbolus entspricht, entspricht eine Anpassung des Zentrums des Fensters, dass die Flussphase einen Zeitpunkt beschreibt, einem Schieben des virtuellen Bolus durch das Gefäßsystem. Nachdem Fensterbreiten größer Null verwendet werden, wird insbesondere auch ein lediglich kurzes Aufleuchten anhand der aktuellen Position des unendlich kurzen Bolus vermieden, sondern der Benutzer erhält trotz des letztlich rechnerisch erzeugten, virtuellen Bolus den Eindruck einer realistischen, interpretierbaren Darstellung, die jedoch eine klare Trennung von Flussphasen erlaubt.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Darstellungsdatensätze durch einen Bediener mittels eines Bedienelements wählbar auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Insbesondere können neben einem Bedienelement für den darzustellenden Darstellungsdatensatz der Serie, mithin zur Wahl des Zeitpunkts bei einer zeitlichen Serie, auch Bedienelemente zur Wahl der Formparameter der Fensterfunktion, insbesondere der Fensterbreite, vorgesehen werden, beispielsweise jeweils in Form von in einer Benutzeroberfläche dargestellten Schiebereglern. Im Fall eines virtuellen Bolus kann über die Schieber mithin zum einen die Länge des virtuellen Bolus angepasst werden, zum anderen kann der Bolus mittels des anderen Schiebers durch das Gefäßsystem im Aufnahmebereich geschoben werden. Es kann mithin in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiteres Bedienelement zur Anpassung der Fensterbreite und/oder wenigstens eines weiteren Formparameters der Fensterfunktion angezeigt wird.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, den Zeitparametersatz unabhängig von einem zuvor aufgenommenen, zeitliche Verläufe eines tatsächlich verabreichten Kontrastmittels beschreibenden Angiographiedatensatz zu ermitteln bzw. vorzugeben. Dabei wird bevorzugt mit einem Modell des Blutgefäßsystems im Aufnahmebereich gearbeitet, welches beispielsweise aus einem Bilddatensatz der dreidimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie abgeleitet werden kann, beispielsweise aus dem Gefäßdatensatz. Der Fluss des Kontrastmittelbolus durch das Modell des Blutgefäßsystems kann dann simuliert werden, um den Zeitparametersatz zu erzeugen. Beispielsweise kann hierbei eine feste Geschwindigkeit des Kontrastmittelbolus durch das Gefäßsystem angenommen werden, so dass beispielsweise über entlang von Mittellinien (Centerlines) der Blutgefäße bestimmten Weglängen Bolusankunftszeiten an den entsprechenden, in Bildelementen abgebildeten Positionen zugeordnet werden können, so dass ebenso als Zeitparametersatz ein BAT-Datensatz entsteht. Liegt mithin nur ein statisches Abbild des Blutgefäßsystems im Aufnahmebereich, insbesondere in Form des Gefäßdatensatzes, vor, lässt sich auch hier ein virtueller Bolus mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise simulieren und resultiert in von einer Messung unabhängigen Zeitserien von Darstellungsdatensätzen. Möglich ist auch der Einsatz numerischer Strömungsmechanik (CFD) im Rahmen einer Simulation. Bemerkenswert ist bei dieser grundsätzlich denkbaren Ausführungsform, dass dann, wenn von einer festen Geschwindigkeit des Kontrastmittelbolus ausgegangen wird und über Weglängen gearbeitet wird, die genaue Bolusform nicht simuliert werden muss, sondern erst durch die Fensterfunktion und ihre Anwendung auf den Ankunftszeiten des Kontrastmittels beschreibenden Zeitparametersatz abgebildet wird. Dies ermöglicht es, ohne vorliegende Zeitinformationen dennoch auf schnelle und aufwandsarme Art zu das Anflutungs- bzw. Abflussverhalten des Kontrastmittels zeigenden Bildern in Form von Darstellungsdatensätzen zu gelangen.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend eine erste Ermittlungseinheit zur Ermittlung des Zeitparametersatzes, eine zweite Ermittlungseinheit zur Ermittlung der Maskendatensätze und eine dritte Ermittlungseinheit zur Ermittlung der Darstellungsdatensätze. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Bildverarbeitungseinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Entsprechende Einheiten können durch Hardware und/oder Software realisiert werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann als Teil einer Angiographieeinrichtung, insbesondere einer Angiographieeinrichtung mit einem C-Bogen, realisiert werden.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einem Speicher einer Bildverarbeitungseinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Bildverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte, elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche zumindest ein genanntes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Bildverarbeitungseinrichtung ein hierin beschriebenes Verfahren durchführen. Bei dem erfindungsgemäßen Datenträger kann es sich bevorzugt um einen nichttransienten Datenträger, insbesondere eine CD-Rom, handeln.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine mögliche Ausgestaltung der Fensterfunktion für einen bestimmten Zeitpunkt,
3 eine Zeitserie von Darstellungsdatensätzen, und
4 eine erfindungsgemäße Bildverarbeitungseinrichtung.

1 zeigt einen prinzipiellen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgegangen wird dort von einem vierdimensionalen (3D+t) Angiographiedatensatz 1 der digitalen Subtraktionsangiographie. Der Angiographiedatensatz 1 umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Mehrzahl von Teilbilddatensätzen, die jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten eines Zeitraums, in dem ein Kontrastmittelbolus sich durch den durch den vom Angiographiedatensatz 1 abgedeckten interessierenden Aufnahmebereich eines Blutgefäßsystems eines Patienten bewegt. Das bedeutet, für jedes Voxel (Bildelement), das in den Teilbilddatensätzen abgebildet wird, kann durch zeitliche Aneinanderreihung der entsprechenden Bildwerte, die die Kontrastmittelkonzentration beschreiben, ein zeitlicher Verlauf 2 der Kontrastmittelkonzentration in dem Voxel über den Zeitraum ermittelt werden.
Problematisch an dem Angiographiedatensatz 1 ist, dass zu seiner Erzeugung ein äußerst ausgedehnter Kontrastmittelbolus verwendet wurde, das bedeutet, eine lange Injektionszeit von beispielsweise 7 Sekunden, um möglichst viele Projektionsbilder der digitalen Subtraktionsangiographie zu erhalten, in denen zumindest große Teile des Blutgefäßsystems im Aufnahmebereich kontrastmittelgefüllt sind. Aus diesen Projektionsbildern wurde ein hochqualitativer dreidimensionaler Gefäßdatensatz erzeugt, der letztlich die Beschränkungen für die dann folgende Hinzufügung der Zeitinformation aus den Projektionsbildern über den gesamten Zeitraum im Rahmen einer multiplikativen Rückprojektion beschreibt, wenn der Angiographiedatensatz 1 ermittelt wird. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten denkbar, den Angiographiedatensatz konkret zu ermitteln. Die Länge des Kontrastmittelbolus führt jedoch dazu, dass sich die arterielle Anflutungsphase und die venöse Ausflussphase nicht mehr klar trennen lassen und überlappen, was die Interpretation des Angiographiedatensatzes 1 bzw. einer Folge dargestellter Teilbilddatensätze erschwert.
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dient nun zur Erzeugung einer Zeitserie 4 von dreidimensionalen Darstellungsdatensätzen 5, die den Durchfluss eines virtuellen, kürzeren Kontrastmittelbolus durch das Gefäßsystem im Aufnahmebereich zeigen und als ein neuer Angiographiedatensatz aufgefasst werden können. In der Zeitserie 4 können die arteriellen Anflutungsphasen und die venösen Abflussphasen deutlich unterschieden werden, wobei auch gesagt werden kann, dass es sich bei der Zeitserie 4 um eine besonders geschickte und aufwandsarm zu ermittelnde Darstellung der Bolusankunftszeit an verschiedenen Positionen im Blutgefäßsystem handelt. Die Aufteilung der Zeitserie 4 kann der der Zeitserie der Teilbilddatensätze des Angiographiedatensatzes 1 entsprechen.
In einem ersten Schritt 6 des Verfahrens werden die zeitlichen Verläufe 2 für alle Voxel des Aufnahmebereichs analysiert, um für jedes Voxel die Ankunftszeit 7 des Kontrastmittelbolus zu bestimmen. Diese kann auf verschiedene, grundsätzlich bekannte Arten und Weisen definiert werden. In alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann auch statt der Ankunftszeit 7 des Kontrastmittelbolus (BAT) als Zeitparameter der Zeitpunkt der maximalen Kontrastmittelkonzentration bestimmt werden.
Ergebnis des Schrittes 6 ist ein dreidimensionaler, statischer Zeitparametersatz 8, in dem jedem Voxel im Aufnahmebereich, das von den Teilbilddatensätzen abgedeckt ist, eine Ankunftszeit 7 des Kontrastmittelbolus zugeordnet ist.
In einem folgenden Schritt 9 werden in 1 beispielhaft als Rechteckfunktion dargestellte Fensterfunktionen 10 für verschiedene Fenster, die jeweils unterschiedlichen Subintervallen in dem durch die Zeitparameter abgedeckten Parameterraum entsprechen, auf den Zeitparametersatz 8 angewandt, so dass eine Zeitserie 11 von Maskendatensätzen 12 entsteht. Alle verwendeten Fensterfunktionen 10 haben dabei eine konstante Fensterbreite 13, wobei das Fenster an sich durch Verschiebung seines Mittelpunkts zur Erzeugung der Zeitserie durch den gesamten Zeitparameterraum verschoben wird. Es wird also mit Fenstern begonnen, die Subintervallen früher Bolusankunftszeiten 7 entsprechen, wobei für jeden Zeitpunkt das Fenster und somit das Subintervall zu späteren Bolusankunftszeiten 7 hin verschoben wird, bis der Zeitparameterraum durchlaufen ist. Die Anwendung der Fensterfunktion 10 führt also dazu, dass in dem Zeitparametersatz 8 die Ankunftszeiten 7 ausgewählt werden, die innerhalb des durch das Fenster definierten Subintervalls liegen. Die Fensterbreite bleibt immer gleich, wobei Ausführungsbeispiele denkbar sind, in denen die Fensterbreite mit späteren Zeitpunkten zunimmt, um ein „Zerfließen“ des Kontrastmittelbolus darzustellen.
Bei der in 1 beispielhaft dargestellte Rechteckfunktion als Fensterfunktion 10 entstehen dann letztlich binäre Maskendatensätze 12, die den Wert „0“ enthalten, wenn der Zeitparameter, hier also die Ankunftszeit 7, außerhalb des durch das Fenster definierten Subintervalls liegen, und „1“ für Ankunftszeiten 7, die innerhalb des durch das Fenster definierten Subintervalls liegen. In der Analogie zu einem virtuellen Bolus kann also gesagt werden, dass der hier aufgrund der Rechteckfunktion scharf begrenzte Bolus eine Länge aufweist, die der Fensterbreite 13 entspricht, wobei die Position des Bolus innerhalb des Blutgefäßsystems im Aufnahmebereich durch die Lage des Mittelpunkts 14 des Fensters bestimmt wird. Dadurch, dass die Lage des Mittelpunkts 14 von niedrigen Zeitparametern zu höheren Zeitparametern geschoben wird, wird mithin auch der virtuelle Bolus gedacht durch das Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich geschoben, wobei die bekannten Ankunftszeiten 7 aus dem Angiographiedatensatz 1 berücksichtigt werden.
In Formeln ausgedrückt bedeutet dies, wenn die Ankunftszeit 7 als BAT bezeichnet wird, die Fensterfunktion als f_τ (BAT), τ einen Zeitpunkt der Zeitserien 4, 11 beschreibt und M_τ (X) den Wert des Maskendatensatzes am Voxel × bezeichnet: $M_{τ} (x) = f_{τ} (BAT (x)) .$
Um einen virtuellen Bolus mit langsam ansteigender Kontrastmittelkonzentration und langsamer abfallender Kontrastmittelkonzentration besser darstellen zu können, wird es erfindungsgemäß bevorzugt, statt der in 1 beispielhaft dargestellten Rechteckfunktion als Fensterfunktion 10 eine cosinusbasierte Fensterfunktion zu verwenden, wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist. In der dortigen Darstellung ist der auf ein Intervall von 0 bis 1 normierte Gewichtungswert als Ergebnis der Fensterfunktion 10 in den Maskendatensätzen 12 zum einen gegen die Ankunftszeit 7 (BAT) für einen festen Zeitpunkt der Zeitserien 4, 11, zum anderen gegen einen die Fensterbreite 13 und somit einen die Länge des virtuellen Bolus definierenden Formparameter a aufgetragen.
Während die Fensterbreite 13 der cosinusbasierten Fensterfunktion 10 der 2 der Länge des virtuellen Kontrastmittelbolus entspricht, entspricht der Mittelpunkt 14 des Fensters (hier das Maximum) einem Zeitpunkt der Zeitserien 4, 11 (und insbesondere auch der Zeitserie der Teilbilddatensätze des Angiographiedatensatzes 1), mithin einer Flussphase des Kontrastmittels. Während eine nutzerseitige Wahl des Mittelpunkts 14 des Fensters einer Wahl des anzuzeigenden, noch zu ermittelnden Darstellungsdatensatzes 5 entspricht, führt eine benutzerseitige Anpassung des Formparameters a, also der Fensterbreite 13, zu einer Anpassung der Länge des Bolus, bei der in Echtzeit mittels des hier beschriebenen Verfahrens neue Darstellungsdatensätze 5 bestimmt und angezeigt werden.
Um die Darstellungsdatensätze 5 zu ermitteln, werden die Maskendatensätze 12 für den jeweiligen Zeitpunkt in einem Schritt 15 auf den Gefäßdatensatz 3, der hochqualitativ wenigstens zeitweise kontrastmittelgefüllte Blutgefäße des Blutgefäßsystems im Aufnahmebereich zeigt, erzeugt. Liegen aufgrund einer als Rechteckfunktion ausgebildeten Fensterfunktion 10 binäre Maskendatensätze vor, bedeutet die Anwendung eines Maskendatensatzes 12 auf den Gefäßdatensatz 3 lediglich, dass Voxelinhalte des Gefäßdatensatzes 3, für die die Ankunftszeit 7 des Kontrastmittelbolus im entsprechenden Subintervall lag, dargestellt werden, die anderen nicht. Auch jedoch dann, wenn Voxeln der Maskendatensätze 12 Werte zwischen 0 und 1 zugeordnet sein können, erfolgt die Anwendung des Maskendatensatzes 12 auf den Gefäßdatensatz 3 voxelweise multiplikativ, das bedeutet, der nun einem Gewichtungswert entsprechende Maskenwert der Maskendatensätze 12 bestimmt, wie stark der Bildinhalt des jeweiligen Voxels des Gefäßdatensatzes 3 dargestellt wird.
In Formeln ausgedrückt ergibt sich, wenn ein Bildwert des Gefäßdatensatzes 3 mit I(x) bezeichnet wird, ein Darstellungswert mit D_τ (x) als $D_{τ} (x) = I (x) \cdot M_{τ} (x) .$
Dies geschieht entsprechend für alle Zeitpunkte τ der Zeitserie 4, 11.
In einem abschließenden Schritt 16 werden schließlich die Darstellungsdatensätze 5 in einer Benutzeroberfläche auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Über Bedienelemente, beispielsweise Schieberegler, kann ein Bediener sowohl die Fensterbreite 13 als auch den Zeitpunkt wählen, mithin die Länge des virtuellen Bolus variieren und/oder den Bolus sozusagen durch das Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich schieben.
3 zeigt eine mögliche resultierende Darstellung von Darstellungsdatensätzen 5. Der Pfeil 17 symbolisiert dabei den Zeitablauf im Zeitraum, mithin die Flussphase. Ersichtlich lässt sich den einzelnen Darstellungsdatensätzen 5, die verschiedenen Zeitpunkten zugeordnet sind, deutlich die Ausbreitung des Kontrastmittels im Aufnahmebereich entnehmen, wobei insbesondere eine deutliche Trennung zwischen der arteriellen Anflutungsphase und der venösen Abflussphase möglich ist.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass mit dem Verfahren nicht zwangsläufig ein virtueller Bolus simuliert werden muss, sondern insbesondere statt der Ankunftszeit 7 des Kontrastmittels in einem Voxel auch andere Zeitparameter, insbesondere auch relative Zeitparameter, auf diese Art und Weise dargestellt werden können.
4 zeigt eine grobe Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinrichtung 18, die vorliegend eine erste Ermittlungseinheit 19 zur Ermittlung des Zeitparametersatzes 8, eine zweite Ermittlungseinheit 20 zur Ermittlung der Maskendatensätze 12 und eine dritte Ermittlungseinheit 21 zur Ermittlung der Darstellungsdatensätze 5 enthalten kann. Es kann auch eine nicht näher gezeigte Darstellungseinheit vorgesehen sein, um die Darstellungsdatensätze 5 auf einer Anzeigeeinrichtung 22 darzustellen, wobei ferner eine Eingabevorrichtung 23 vorhanden sein kann, um beispielsweise den darzustellenden Darstellungsdatensatz 5 auszuwählen und/oder Formparameter anzupassen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Bildbearbeitung eines Angiographiedatensatzes (1) eines interessierenden Aufnahmebereichs eines Blutgefäßsystems eines Patienten, wobei der Angiographiedatensatz (1) eine Zeitserie von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Teilbilddatensätzen des Aufnahmebereichs umfasst, die für räumliche Bildelemente einen zeitlichen Verlauf (2) einer Kontrastmittelkonzentration eines bei der Aufnahme des Angiographiedatensatzes (1) verwendeten Kontrastmittels beschreiben, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Angiographiedatensatz (1) ein für in den Teilbilddatensätzen beschriebene Bildelemente des Aufnahmebereichs einen den zeitlichen Verlauf (2) der Kontrastmittelkonzentration kennzeichnenden, die Ankunftszeit (7) des Kontrastmittels oder den Zeitpunkt maximaler Kontrastmittelkonzentration im jeweiligen Bildelement beschreibenden Zeitparameter enthaltender, statischer Zeitparametersatz (8) ermittelt wird, wonach eine Serie (11) von Maskendatensätzen (12) durch bildelementweise Anwendung einer eine Fensterbreite (13) größer als Null aufweisenden, für jeden Zeitpunkt der Serie (11) ein eigenes Subintervall im durch die Zeitparameter abgedeckten Parameterraum auswählenden Fensterfunktion (10) auf den Zeitparametersatz (8) ermittelt wird und eine Serie (4) statischer Darstellungsdatensätze (5) durch Anwendung der Maskendatensätze (12) auf einen statischen, das kontrastmitteldurchflossene Blutgefäßsystem im Aufnahmebereich zeigenden, dem Angiographiedatensatz (1) zugrundeliegenden oder aus diesem abgeleiteten Gefäßdatensatz (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine alle Zeitparameter bis zu einer bestimmten Zeit anwählende Fensterfunktion (10) zur Darstellung eines Anflutungsverhaltens oder eine alle Zeitparameter bis zu einer bestimmten Zeit abwählende Fensterfunktion (10) zur Darstellung eines Abflutungsverhaltens verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensterbreite (13) aufgrund einer Benutzereingabe angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zeitserie (4, 11) zeitlich geordnete Subintervalle aufeinander folgen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fensterfunktion (10) eine Rechteckfunktion und/oder eine Trapezfunktion und/oder eine cosinusbasierte Funktion verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungsdatensätze (5) durch einen Bediener mittels eines Bedienelements wählbar auf einer Anzeigeeinrichtung (22) angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Bedienelement zur Anpassung der Fensterbreite (13) und/oder wenigstens eines weiteren Formparameters der Fensterfunktion (10) angezeigt wird.
Bildverarbeitungseinrichtung (18) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine erste Ermittlungseinheit (19) zur Ermittlung des Zeitparametersatzes (8), eine zweite Ermittlungseinheit (20) zur Ermittlung der Maskendatensätze (12) und eine dritte Ermittlungseinheit (21) zur Ermittlung der Darstellungsdatensätze (5) .
Computerprogramm, welches die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführt, wenn es auf einer Bildverarbeitungseinrichtung (18) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.