DE102020200967B3

DE102020200967B3 - Visualisierungsverfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102020200967B3
Application number: DE102020200967.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Kowarschik; Sebastian Schafer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2040-01-29
Also published as: US11707240B2; US20210228169A1; CN113243929B; CN113243929A

Abstract

Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems eines Patienten, welcher während des Durchflusses eines Kontrastmittels (und/oder markierter Blutbestandteile) durch das Gefäßsystem mittels einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde, mit den folgenden Schritten: Bereitstellung des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelbildern des Gefäßsystems zu N Zeitpunkten (t(1),...,t(N)) aufweist, Bestimmung eines Datensatzes aus Bolusankunftszeiten tBATfür jedes Pixel oder Voxel der Einzelbilder des aufgenommenen Gefäßsystems, wobei die Bolusankunftszeit dem Zeitpunkt (t(i)) der zeitlichen Abfolge entspricht, bei welchem eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt, Bestimmung eines Datensatzes von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten BolusankunftszeitentBATinfür jedes Pixel oder Voxel des aufgenommenen Gefäßsystems und daraus eine hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierte Abfolge von Einzelbildern, und Visualisierung (zumindest eines Teils) des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 10.
Zur Diagnose und Therapie von klinischen Zuständen ist eine besonders gute und genaue Darstellung von Gefäßsystemen in Organen erforderlich. Vor allem in besonders komplexen Strukturen wie dem Gehirn ist und bleibt dies eine Herausforderung. Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, um Gefäßsysteme innerhalb von Organen darzustellen, zum Beispiel mittels der CT Angiographie, der MR Angiographie oder der digitalen Subtraktionsangiographie.
In der einfachsten, zweidimensionalen Variante der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) werden von einem zu untersuchenden Gefäßsystem eines Patienten mittels eines Röntgenangiographiesystems (z.B. mittels eines C-Bogen-Systems) zweidimensionale Projektionsbilder erstellt, bevor und während ein Kontrastmittel eingebracht wird. Es resultiert ein Projektionsbild ohne Kontrastmittel, auch als Maskenbild bezeichnet, und weitere Projektionsbilder mit Kontrastmittelverteilung in dem Gefäßsystem, die sogenannten Projektionsfüllbilder. Das digitale Maskenbild wird von den nachfolgenden Projektionsfüllbildern subtrahiert. Übrig bleiben nur die Teile, die sich unterscheiden, also im Allgemeinen genau das Gefäßsystem.
Die dreidimensionale Digitale Subtraktionsangiographie (3D DSA) erlaubt die hochauflösende Darstellung z.B. kontrastierter Gefäßsysteme als 3D Volumina. Dazu werden typischerweise ein Maskenlauf ohne Kontrastmittel und ein oder mehrere Füllläufe mit Kontrastmittelverlauf durchgeführt und dabei jeweils eine Serie von Projektionsbildern erstellt. Die zweidimensionalen Projektionsbilder entstammen hierbei üblicherweise einem um den Patienten rotierenden Aufnahmeprotokoll eines C-Bogen-Röntgengeräts (z.B. Kegelstrahl-CT). Anschließend erfolgt entweder zuerst eine Subtraktion der Serien und dann eine Rekonstruktion der übrigen Serie zu einem Volumen oder zuerst eine Rekonstruktion der Serien zu Volumina und anschließende Subtraktion der Volumina.
Für eine vierdimensionale DSA wird ein dreidimensionaler Datensatz mit möglichst stationärer Kontrastmittelfüllung mit einer Serie von zweidimensionalen Projektionsbildern, welche während einer Einspül- und/oder Ausspülphase des Kontrastmittels aufgenommen wurden, zu einer zeitaufgelösten Serie von dreidimensionalen DSA-Bilddaten verarbeitet. Hierbei werden die normierten zweidimensionalen Projektionsbilder zusammen mit einer Zeitinformation in Volumenelemente des 3D Datensatzes rückprojiziert. Es entstehen 3D-Volumina des Gefäßsystems mit zusätzlicher zeitlicher Information über den Blutfluss, da der Kontrastmittelverlauf üblicherweise z.B. mit 30 Bildern pro Sekunde aufgenommen wird. Alternativ kann ein 4D DSA Datensatz aus einem 3D DSA generiert werden, wobei eine Serie von zweidimensionalen Projektionsbildern während der Einspül- und der Ausspülphase des Kontrastmittels aufgezeichnet wird. Zuerst wird aus diesen Projektionsdaten ein statisches 3D DSA generiert. Anschließend wird für jede Projektion ein Abgleich zwischen 3D Volumen und 2D Projektionsbild durchgeführt und der Füllstatus des 3D Volumens angepasst. In dem Artikel von Davis et al., 4D Digital Subtraction Angiography: Implementation and Demonstration of Feasibility, American Journal of Neuroradiology, Vol. 34, issue 10, 2013, wird eine typische 4D DSA beschrieben.
Die vierdimensionale DSA wird anschließend als Szene visualisiert, bei welcher der Durchfluss des Kontrastmittels in korrekter zeitlicher Abfolge gezeigt ist. Jedoch kann auch hier Gefäßüberlappung und Foreshortening dazu führen, dass Gefäße, die sich zeitlich später mit Kontrastmittel füllen, nur unzureichend zu erkennen sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine besonders gute Erkennbarkeit auch von Gefäßen des Gefäßsystems, welche zeitlich später mit Kontrastmittel gefüllt werden, ermöglicht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems gemäß dem Patentanspruch 1 und von einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems eines Patienten, welcher während des Durchflusses eines Kontrastmittels (und/oder markierter Blutbestandteile) durch das Gefäßsystem mittels einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde, weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellung des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelbildern des Gefäßsystems zu N Zeitpunkten (t (1)...t (N)) aufweist, Bestimmung eines Datensatzes aus Bolusankunftszeiten t_BAT für jedes Pixel oder Voxel der Einzelbilder des aufgenommenen Gefäßsystems, wobei die Bolusankunftszeit dem Zeitpunkt (t(i)) der zeitlichen Abfolge entspricht, bei welchem eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt, Bestimmung eines Datensatzes von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten Bolusankunftszeiten $t_{B A T}^{i n} (v)$
für jedes Pixel oder Voxel des aufgenommenen Gefäßsystems, insbesondere unter Verwendung der Formel $t_{B A T}^{i n} = t (N) - t_{B A T},$
und daraus eine hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierte Abfolge von Einzelbildern, und Visualisierung (zumindest eines Teils) des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine zeitlich invertierte Visualisierung des Füllverlaufs des Kontrastmittels innerhalb des Gefäßsystems ermittelt und kann angezeigt werden. Diese Visualisierung ist nicht einfach eine rückwärts abgespielte Füllung, sondern entspricht einer hypothetischen Füllung des Gefäßsystems bei vollständig umgekehrter Flussrichtung des Kontrastmittels. Hierdurch können neben den venösen Gefäßen auch insbesondere die Gefäße optimal dargestellt werden, welche durch Gefäßüberlappung und Foreshortening bei korrekter Flussrichtung verdeckt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Darstellung von Gefäßsystemen, z.B. im Gehirn, die Erkennbarkeit von Malformationen und behandlungsbedürftigen Störungen des Gefäßsystems deutlich verbessert werden. Dadurch kann eine verbesserte Diagnosestellung durch einen behandelnden Arzt erzielt werden und daraus wiederum resultieren verbesserte therapeutische Ergebnisse.
Unter einem Einzelbild (englisch: frame) ist in diesem Zusammenhang nicht zwangsläufig eine vollständige 2D Projektion oder ein 3D Volumenbild, sondern wahlweise auch ein bei der DSA übliches 2D oder 3D „constraining image“ (beschränktes Bild) zu verstehen, welches lediglich einen Teilbereich, also z.B. das Gefäßsystem ohne umliegendes Gewebe (also nur die Pixel oder Voxel des Gefäßsystems) abbildet. Jedem Einzelbild (frame) ist im Allgemeinen ein eindeutiger Zeitpunkt zugeordnet. Die zeitliche Abfolge kann in der Praxis einer fortlaufenden Nummerierung (z.B. 1, 2 ... N) oder tatsächlichen fortlaufenden Zeiteinheiten $(\frac{1}{30} S, \frac{2}{30} S ... \frac{N}{30} S)$
entsprechen. Eine bei der DSA übliche Bildfrequenz (frame rate) kann beispielsweise mehrere bzw. eine Vielzahl von (z.B. 30) Einzelbilder(n) pro Sekunde betragen.
Die Bolusankunftszeiten entsprechen für jedes dargestellte Pixel oder Voxel des Gefäßsystems dem Zeitpunkt in der zeitlichen Abfolge der Einzelbilder, bei welchem Zeitpunkt eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt. Im Stand der Technik existieren eine Vielzahl von verschiedenen Definitionen und Bestimmungsverfahren zu den Bolusankunftszeiten, das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch unabhängig von der jeweiligen Definition oder Bestimmungsmethode.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einem vierdimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz gebildet, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelvolumenbildern (z.B. constraining volumes) des Gefäßsystems aufweist. Zur Aufnahme derartiger zeitaufgelöster dreidimensionaler Subtraktionsangiographiedatensätze existiert eine Vielzahl von verschiedenen Aufnahmeprotokollen und/oder Injektionsprotokollen sowie eine Vielzahl von Rekonstruktionsalgorithmen und -möglichkeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von dem Verfahren, mit dem der vierdimensionale Subtraktionsangiographiedatensatz erstellt wurde.
Die 4D DSA kann z.B. wie in der Einleitung beschrieben erstellt werden. Es wird ein dreidimensionaler Datensatz mit möglichst stationärer Kontrastmittelfüllung mit einer Serie von zweidimensionalen Projektionsbildern, welche während einer Einspül- und/oder Ausspülphase des Kontrastmittels aufgenommen wurden, zu einer zeitaufgelösten Serie von dreidimensionalen DSA-Bilddaten verarbeitet, wobei die 2D Projektionsbilder zusammen mit einer Zeitinformation in Volumenelemente des 3D Datensatzes rückprojiziert werden. Es entsteht eine Serie von 3D-Volumina des Gefäßsystems mit zusätzlicher zeitlicher Information über den Blutfluss.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einer Serie von zweidimensionalen Subtraktionsangiographiebildern gebildet. Hierbei werden im Allgemeinen Projektionsbilder verwendet, welche zeitaufgelöst mittels eines Röntgengerätes, z.B. eines C-Bogen-Röntgengerätes, aufgenommen wurden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einem vierdimensionalen Computertomographiedatensatz oder einem vierdimensionalen Magnetresonanzdatensatz gebildet. Sowohl in der Computertomographie als auch in der Magnetresonanztomographie sind Verfahren zur Aufnahme von Angiographiedatensätzen bekannt und können für das Verfahren eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung mindestens 10% des maximalen Kontrasts. Das bedeutet also, dass für jedes Pixel oder Voxel derjenige Zeitpunkt der Bolusankunftszeit entspricht, zu welchem die Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals 10% oder mehr beträgt. Dies entspricht einer üblichen und technisch sinnvollen Definition der Bolusankunftszeit. Alternativ können auch z.B. 20% oder 25% verwendet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatz des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge an einer Anzeigeeinheit als Szene angezeigt bzw. abgespielt. Anhand einer solchen einmalig oder sich kontinuierlich wiederholenden Szene kann ein Arzt Gefäßverläufe erkennen, die ihm bei normaler Füllungsrichtung verborgen bleiben und somit eine bessere Diagnose stellen.
Besonders vorteilhaft für ein umfassend erkennbares und diagnostizierbares Bild des Gefäßverlaufs wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatz des Gefäßsystems an einer Anzeigeeinheit abwechselnd in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung dem Verlauf entsprechenden zeitlichen Abfolge und der zeitlich invertierten Abfolge als Szene angezeigt bzw. abgespielt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Visualisierung einen Farbverlauf auf. So können z.B. Pixel bzw. Voxel mit gleichen Zeiträngen in gleichen Farben dargestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein vortrainierter maschinenlernenden Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens verwendet. Dieser kann zum Beispiel die Gefäße in arterielle und venöse Strukturen einteilen, um somit dem Betrachter eine weitere Tiefenebene der Analyse zu ermöglichen. Der Algorithmus ist anhand heuristischer Informationen wie der Gefäßposition im Baum (Distanz zum Katheter), vorrangehenden Gefäßverzweigungen, Kontrastmittelpulsationsstärke etc. vortrainiert.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend eine Bildbearbeitungseinheit zur Bearbeitung von Bilddatensätzen, eine Recheneinheit zur Durchführung von Rechenoperationen, also der Bestimmung der Bolusankunftszeiten und der inversen Bolusankunftszeiten, eine Speichereinheit zur Speicherung von Datensätzen, also z.B. des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems, eine Systemsteuerung zur Ansteuerung der Vorrichtung und eine Anzeigeeinheit zur Anzeige von Bilddaten. In vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung außerdem eine medizinische Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von Bilddatensätzen auf. Hierbei kann es sich zum Beispiel um ein für eine Rotationsangiographie ausgebildetes C-Bogen-Röntgengerät handeln.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:

1 eine Serie aus vier zeitaufgelösten Einzelbildern eines kontrastmitteldurchströmten Gefäßsystems gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der 1 ist ein Ausschnitt aus einem vierdimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz nach dem Stand der Technik gezeigt, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelvolumenbildern (z.B. constraining volumes) eines Gefäßsystems aufweist. Beispielhaft sind hier vier Einzelvolumenbilder entlang einer Zeitachse t gezeigt, wobei das erste Einzelvolumenbild P₁ , das (letzte) N-te Einzelvolumenbild P_N bei vollständiger Füllung und zwei zeitlich zwischen diesen liegende Einzelvolumenbilder, das j-te Einzelvolumenbild P_j und das k-te Einzelvolumenbild P_k gezeigt sind. Zwischen den gezeigten Einzelvolumenbilder können jeweils noch eine Vielzahl von Einzelvolumenbildern liegen, die hier allerdings nicht gezeigt sind. Die Gesamtheit der Einzelvolumenbilder bildet eine zeitaufgelöste Serie. Der vierdimensionale Subtraktionsangiographiedatensatz kann wie zuvor beschrieben oder auf eine andere bekannte Art und Weise aufgenommen und bestimmt werden. So kann typischerweise ein Maskenlauf ohne Kontrastmittel und ein oder mehrere Füllläufe mit Kontrastmittelverlauf durchgeführt und dabei jeweils eine Serie von Projektionsbildern erstellt werden. Die zweidimensionalen Projektionsbilder entstammen hierbei üblicherweise einem um den Patienten rotierenden Aufnahmeprotokoll eines C-Bogen-Röntgengeräts (z.B. Kegelstrahl-CT). Anschließend erfolgt entweder zuerst eine Subtraktion der Serien und dann eine Rekonstruktion der übrigen Serie zu einem Volumen oder zuerst eine Rekonstruktion der Serien zu Volumina und anschließende Subtraktion der Volumina. Bei dem Gefäßsystem kann es sich zum Beispiel um einen Gefäßbaum im Gehirn (z.B. mit einer zerebralen arteriovenösen Malformation), im Herzen oder einem anderen Organ handeln.
Im Stand der Technik wird ein derartiger vierdimensionaler Subtraktionsangiographiedatensatz in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung dem Verlauf entsprechenden zeitlichen Abfolge als Szene angezeigt bzw. abgespielt. Auf diese Weise können Blutgefäße sichtbar gemacht werden, welche ansonsten nicht erkennbar sind. Jedoch besteht auch hier durch Gefäßüberlappung und Foreshortening das Problem, dass Gefäße, die sich zeitlich später mit Kontrastmittel füllen (z.B. venöse Gefäße), nur unzureichend zu erkennen sind. Um die Erkennbarkeit weiter zu verbessern, wird das im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, bei welchem algorithmisch eine Visualisierung einer inversen Füllung der Gefäße aus dem bekannten zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes, z.B. des vierdimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz, berechnet wird.
In der 2 ist ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 1 wird ein zeitaufgelöster angiographischer Bilddatensatz des Gefäßsystems bereitgestellt. Dieser Datensatz bildet eine dem tatsächlichen Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelbildern des Gefäßsystems zu N Zeitpunkten (t(1),...,t(N)) ab. Bei dem zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatz kann es sich zum Beispiel um einen vierdimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz (zeitaufgelösten Volumendatensatz) oder einen zeitaufgelösten zweidimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz handeln. Es können auch vierdimensionale Computertomographiedatensätze oder Magnetresonanzdatensätze verwendet werden. Die Datensätze wurden während eines Durchlaufs eines Kontrastmittels durch das Gefäßsystem aufgenommen. Unter einem Einzelbild (englisch: frame) ist in diesem Zusammenhang nicht zwangsläufig eine vollständige 2D Projektion oder ein 3D Volumenbild, sondern wahlweise auch ein bei der DSA übliches 2D oder 3D „constraining image“ (beschränktes Bild) zu verstehen, welches lediglich einen Teilbereich, also z.B. das Gefäßsystem ohne umliegendes Gewebe (also nur die Pixel oder Voxel des Gefäßsystems), abbildet. Jedem Einzelbild (frame) ist im Allgemeinen ein eindeutiger Zeitpunkt zugeordnet. Die zeitliche Abfolge kann in der Praxis einer fortlaufenden Nummerierung (z.B. 1, 2 ... N) oder tatsächlichen fortlaufenden Zeiteinheiten $(\frac{1}{30} S, \frac{2}{30} S ... \frac{N}{30} S)$
entsprechen. Eine bei der DSA übliche Bildfrequenz (frame rate) kann beispielsweise 30 (25, 35...) Einzelbilder pro Sekunde betragen. Die Bereitstellung kann zum Beispiel derart durchgeführt werden, dass der Datensatz aus einer Speichereinheit zur Verfügung gestellt wird oder von einer externen Datenbank übertragen wird. Es kann auch in einem Vorverfahrensschritt ein entsprechender Datensatz mittels einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen und vorverarbeitet (z.B. rekonstruiert) werden.
In einem zweiten Schritt 2 wird ein Datensatz aus Bolusankunftszeiten t_BAT für jedes Pixel oder Voxel der Einzelbilder des aufgenommenen Gefäßsystems bestimmt. Die Bolusankunftszeit entspricht dabei dem Zeitpunkt (t(i)) (wobei i=1...N) der zeitlichen Abfolge, bei welchem eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt. Es existieren verschiedene Möglichkeiten für die Definition und Bestimmung der Bolusankunftszeiten. Beispielsweise kann die vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung mindestens 10% des maximalen Kontrasts betragen, um als Bolusankunftszeit zu gelten. Das bedeutet also, dass für jedes Pixel oder Voxel derjenige Zeitpunkt der Bolusankunftszeit entspricht, zu welchem die Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals 10% oder mehr beträgt. Dies entspricht einer üblichen und technisch sinnvollen Definition der Bolusankunftszeit. Alternativ können auch z.B. 20% oder 25% verwendet werden. Die Bolusankunftszeiten werden z.B. mittels einer Bildbearbeitungseinheit und/oder einer Recheneinheit ermittelt bzw. berechnet.
In einem dritten Schritt 3 wird anschließend ein Datensatz von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten Bolusankunftszeiten $t_{B A T}^{i n}$
für jedes Pixel oder Voxel des aufgenommenen Gefäßsystems bestimmt. Hierfür wird die Formel $t_{B A T}^{i n} = t (N) - t_{B A T}$
verwendet. Beispielsweise ergibt sich also, wenn N=304 beträgt (also der letzte Zeitpunkt t(304)=304 beträgt) und ein bestimmtes Voxel zuerst zum Zeitpunkt t_BAT(72)=t (72) =72 gefüllt wurde: $t_{B A T}^{i n} (72) = t (304) - t_{B A T} (72) = 304 - 72 = 232$
Aus dem Datensatz von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten Bolusankunftszeiten $t_{B A T}^{i n}$
für jedes Pixel oder Voxel wird dann eine hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierte Abfolge von Einzelbildern bestimmt. Auch hier kann z.B. eine Recheneinheit zur Berechnung der invertierten Bolusankunftszeiten verwendet werden.
In einem vierten Schritt 4 wird der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge visualisiert, also zum Beispiel als invertierte Szene an einer Anzeigeeinheit angezeigt. Diese Visualisierung ist nicht einfach eine rückwärts abgespielte Füllung, sondern entspricht einer hypothetischen Füllung des Gefäßsystems bei vollständig umgekehrter Flussrichtung des Kontrastmittels. Hierdurch können neben den venösen Gefäßen auch insbesondere die Gefäße optimal dargestellt werden, welche durch Gefäßüberlappung und Foreshortening bei korrekter Flussrichtung verdeckt werden.
Es kann auch für eine besonders gute Erkennbarkeit des Gefäßsystems zum Beispiel der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatz des Gefäßsystems an einer Anzeigeeinheit abwechselnd in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung dem Verlauf entsprechenden zeitlichen Abfolge und der zeitlich invertierten Abfolge als Szene angezeigt bzw. abgespielt werden.
Außerdem kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch ein Algorithmus zum maschinellen Lernen verwendet werden, z.B. um Daten wie die Bolusankunftszeiten oder die inversen Bolusankunftszeiten zu bestimmen.
In der 3 ist ein Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Diese weist eine medizinische Bildaufnahmeeinrichtung 5 zur Aufnahme von Bilddatensätzen, eine Bildbearbeitungseinheit 6 zur Bearbeitung von Bilddatensätzen, eine Recheneinheit 7 zur Durchführung von Rechenoperationen, eine Speichereinheit 8 zur Speicherung von Datensätzen, eine Systemsteuerung 9 zur Ansteuerung der gesamten Vorrichtung und eine Anzeigeeinheit 10 zur Anzeige von Bilddaten auf. Die medizinische Bildaufnahmeeinrichtung 5 kann z.B. von einem für eine Rotationsangiographie ausgebildeten C-Bogen-Röntgengerät gebildet werden.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte Visualisierung von z.B. verdeckten Gefäßverläufen wird ein Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems eines Patienten, welcher während des Durchflusses eines Kontrastmittels (und/oder markierter Blutbestandteile) durch das Gefäßsystem mittels einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde, mit den folgenden Schritten durchgeführt: Bereitstellung des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelbildern des Gefäßsystems zu N Zeitpunkten (t(1),...,t(N)) aufweist, Bestimmung eines Datensatzes aus Bolusankunftszeiten t_BAT für jedes Pixel oder Voxel der Einzelbilder des aufgenommenen Gefäßsystems, wobei die Bolusankunftszeit dem Zeitpunkt (t(i)) der zeitlichen Abfolge entspricht, bei welchem eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt, Bestimmung eines Datensatzes von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten Bolusankunftszeiten $t_{B A T}^{i n}$
für jedes Pixel oder Voxel des aufgenommenen Gefäßsystems, insbesondere unter Verwendung der Formel $t_{B A T}^{i n} = t (N) - t_{B A T},$
und daraus eine hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierte Abfolge von Einzelbildern, und Visualisierung (zumindest eines Teils) des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge.

Claims

Verfahren zur Erstellung einer inversen Visualisierung eines zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes eines Gefäßsystems eines Patienten, welcher während des Durchflusses eines Kontrastmittels (und/oder markierter Blutbestandteile) durch das Gefäßsystem mittels einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde, mit den folgenden Schritten: • Bereitstellung des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelbildern des Gefäßsystems zu N Zeitpunkten (t(1), ...,t(N)) aufweist, • Bestimmung eines Datensatzes aus Bolusankunftszeiten t_BAT für jedes Pixel oder Voxel der Einzelbilder des aufgenommenen Gefäßsystems, wobei die Bolusankunftszeit dem Zeitpunkt (t(i)) der zeitlichen Abfolge entspricht, bei welchem eine vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung erstmals auftritt, • Bestimmung eines Datensatzes von hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten zweiten Bolusankunftszeiten $t_{B A T}^{i n}$
für jedes Pixel oder Voxel des aufgenommenen Gefäßsystems, insbesondere unter Verwendung der Formel $t_{B A T}^{i n} = t (N) - t_{B A T},$
und daraus eine hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierte Abfolge von Einzelbildern, und • Visualisierung (zumindest eines Teils) des zeitaufgelösten angiographischen Bilddatensatzes des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Kontrastverstärkung durch die Kontrastmittelfüllung mindestens 10% des maximalen Kontrasts beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einem vierdimensionalen Subtraktionsangiographiedatensatz gebildet wird, welcher eine dem Verlauf der Kontrastmittelfüllung entsprechende zeitliche Abfolge von Einzelvolumenbildern des Gefäßsystems aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einer Serie von zweidimensionalen Subtraktionsangiographiebildern gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatzes des Gefäßsystems von einem vierdimensionalen Computertomographiedatensatz oder einem Magnetresonanzdatensatz gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatz des Gefäßsystems in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung zeitlich invertierten Abfolge an einer Anzeigeeinheit als Szene angezeigt/abgespielt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitaufgelöste angiographische Bilddatensatz des Gefäßsystems an einer Anzeigeeinheit abwechselnd in der hinsichtlich der Kontrastmittelfüllung dem Verlauf entsprechenden zeitlichen Abfolge und der zeitlich invertierten Abfolge als Szene angezeigt/abgespielt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Visualisierung einen Farbverlauf aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein vortrainierter maschinenlernenden Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine Bildbearbeitungseinheit (6) zur Bearbeitung von Bilddatensätzen, eine Recheneinheit (7) zur Durchführung von Rechenoperationen, eine Speichereinheit (8) zur Speicherung von Datensätzen, eine Systemsteuerung (9) zur Ansteuerung der Vorrichtung und eine Anzeigeeinheit (10) zur Anzeige von Bilddaten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, aufweisend eine medizinische Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von Bilddatensätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die medizinische Bildaufnahmeeinrichtung von einem für eine Rotationsangiographie ausgebildeten C-Bogen-Röntgengerät gebildet wird.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in eine Speichervorrichtung (8) einer programmierbaren Recheneinheit (7) ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit (7) ausgeführt wird.