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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines unter Verwendung eines Jod umfassenden Kontrastmittels aufgenommenen, angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatzes, welcher für jeden Bildpunkt einen Bildvektor umfasst, der durch einen ersten, einem Hochenergiespektrum zugeordneten Schwächungswert und einen zweiten, einem Niedrigenergiespektrum zugeordneten Schwächungswert gebildet ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Auswertungseinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Die koronare Herzkrankheit ist eine der häufigsten Todesursachen. Zur Abklärung eines potentiellen Risikos, das durch eine mögliche koronare Herzerkrankung hervorgerufen wird, ist es in der klinischen Routine gängig, mittels Computertomographie einen Scan des Herzens des Patienten durchzuführen, der auch die Koronargefäße (auch Herzkranzgefäße genannt) zeigt. In diesem Zusammenhang sind zwei Ausprägungen bekannt, die häufig beide für denselben Patienten eingesetzt werden.
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Zum einen ist es bekannt, einen dedizierten Scan ohne Kontrastmittel durchzuführen, um die vorhandene Menge an „harten“ Verkalkungen quantifizieren zu können. Dabei wird der Computertomographiedatensatz ausgewertet, um einen Calciumscore zu berechnen, beispielsweise das bekannte und gängige Agatston-Score. Dieses ist ein einheitsloses Maß zur Quantifizierung der Calcifizierung der Koronararterien, wobei zu dessen Ermittlung beispielsweise mittels eines Bedieners zu berücksichtigende Calcifizierungen in den Koronararterien ausgewählt werden können und für diese eine Schwellwertbetrachtung durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden alle Bildpunkte der Koronararterien gezählt, deren Bildwert (Schwächungswert) wenigstens einen Schwellwert überschreitet.
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Neben dem Calciumscoring besteht auch die Möglichkeit einer sogenannten koronaren Computertomographieangiographie (CCTA), wobei das Herz und der Bereich der Koronargefäße mit Hilfe einer hochdosierten Kontrastmittelinjektion eines üblicherweise Jod umfassenden Kontrastmittels in der arteriellen Phase untersucht wird, sodass die Herzkranzgefäße im Hinblick auf mögliche Läsionen, insbesondere Stenosen, untersucht werden können.
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Problematisch hierbei ist, dass für die Erzeugung eines Calciumscores und einer CCTA-Gefäßdiagnostik jeweils ein eigenständiger Computertomographiescan mit entsprechender Dosisbelastung durchgeführt werden muss. Aufgrund der Beiträge hoher Schwächungswerte durch das Jod-Kontrastmittel ist eine Zählung in CCTA-Datensätzen nicht möglich.
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Grundsätzlich ist es bekannt, CCTA-Scans spektral aufgelöst durchzuführen, beispielsweise unter Verwendung eines photonenzählenden Röntgendetektors, das bedeutet, einen angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatz zu ermitteln, in dem jeden Bildpunkt ein erster und ein zweiter Schwächungswert, die unterschiedlichen Energiespektren zugeordnet sind, als Bildwerte zugeordnet sind. Für derartige angiographische Dualenergie-Computertomographiedatensätze wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, eine Basismaterialzerlegung in zwei Materialien durchzuführen, nämlich Jod und Weichgewebe, sodass ein Jod-Bilddatensatz und ein Nicht-Jod-Bilddatensatz erzeugt werden, wobei letzterer häufig als „Virtual Non-Contrast“-Bild bzw. VNC-Bild bezeichnet wird. Durch das Herausrechnen der Jodanteile könnte man annehmen, dass sich ein VNC-Bild für das Calciumscoring eignen könnte. Dies trifft allerdings nicht zu, da das Material Calcium in seinen spektralen Eigenschaften zwischen Jod auf der einen Seite und Weichgewebe auf der anderen Seite liegt, sodass Calciummaterial (welches auch Knochenmaterial umfasst) zu einem Teil in das Jod-Bild, zum anderen Teil in das VNC-Bild aufgenommen wird. Durch diese Aufteilung des Calciumanteils verliert das VNC-Bild seine quantitativen Eigenschaften im Hinblick auf das Calciumscoring und kann aus diesem Grund nicht sinnvoll genutzt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Ermittlung eines Calciumscores auch aus einem unter Verwendung von Jod-Kontrastmittel aufgenommenen angiographischen Computertomographiedatensatz zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Verfahren, eine Auswertungseinrichtung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art sind erfindungsgemäß folgende Schritte zur Ermittlung eines quantitativen Calciumscores vorgesehen:
- - Vorgabe eines Calcium-Basisvektors und eines Jod-Basisvektors im durch den ersten Schwächungswert als Abszisse und den zweiten Schwächungswert als Ordinate aufgespannten zweidimensionalen Dualenergieraum als Grundlage einer Basismaterialzerlegung,
- - Projektion aller Bildvektoren, die in dem Dualenergieraum unterhalb einer durch den Calcium-Basisvektor definierten Geraden liegen, auf die Gerade zur Ermittlung eines modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatzes,
- - Durchführen der Basismaterialzerlegung des modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatzes zur Ermittlung eines Calciumbilddatensatzes, und
- - Ermitteln des quantitativen Calciumscores aus dem Calciumbilddatensatz.
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Es werden mithin spektral aufgelöste Computertomographiedaten verwendet, die Schwächungswerte für zwei Energiespektren umfassen, nämlich ein Hochenergiespektrum und ein Niedrigenergiespektrum, wobei das Hochenergiespektrum einen höheren Energiemittelwert als das Niedrigenergiespektrum aufweist. Häufig werden die Energiespektren dabei durch äquivalente bzw. verwendete Röhrenspannungswerte einer Röntgenstrahlenquelle bezeichnet, wobei sich eine äquivalente Bezeichnung darauf bezieht, dass das Erscheinungsbild dem eines mit der Röhrenspannung aufgenommenen Röntgenbildes entspricht. Im Stand der Technik werden dabei häufig Kombinationen von einem 80 kV-Niedrigenergiespektrum mit einem 140kV-Hochenergiespektrum oder einem 90kV-Niedrigenergiespektrum mit einem 150kV-Hochenergiespektrum verwendet; nicht spektral aufgelöste Röntgenbilder beziehen sich meist auf ein 120kV-Spektrum, welchem ein effektiver Energiemittelwert von 70keV entspricht.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Erzeugung eines geeignet berechneten Nicht-Jod-Bildes, welches auch als „Virtual Non-Iodine“-Bild bzw. VNI-Bild bezeichnet werden kann, also des Calciumbilddatensatzes, basiert auf einer modifizierten Basismaterialzerlegung in zwei Materialien mit zusätzlichen Nebenbedingungen. Das verwendete Zweimaterialsystem besteht aus den Basis-Materialien Jod und Calcium. Nachdem es allerdings für außerhalb des zwischen den Basisvektoren liegenden Bereichs liegende Bildvektoren zu unphysikalischen Zerlegungen kommen könnte, wird vorgeschlagen, zumindest innerhalb eines zulässigen Schwächungswertbereichs, welcher beispielsweise für positive HU-Werte definiert werden kann, für die insbesondere von Weichgewebe und dergleichen stammenden Bildvektoren, welche unterhalb des Calcium-Basisvektors bzw. der durch diesen definierten Geraden liegen, eine Projektion auf eben diese Gerade vorzunehmen, sodass eine unphysikalische Materialzerlegung vermieden wird. Oberhalb des Jod-Basisvektors kommen üblicherweise nur durch Rauschen bedingte Bildvektoren zum Liegen, zum anderen ist der entstehende Jodbilddatensatz für die hier diskutierte Auswertung nicht relevant.
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Hinsichtlich des zulässigen Schwächungswertbereichs ist es also auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, wenn die Basismaterialzerlegung auf einen zulässigen Schwächungswertbereich im Dualenergieraum beschränkt erfolgt, wobei zur Ermittlung des Calciumbilddatensatzes außerhalb des zulässigen Schwächungswertbereichs Mischbild-Schwächungswerte aus dem ersten und dem zweiten Schwächungswert, insbesondere als ein einer Referenzröhrenspannung zugeordnetes Mischbild, ermittelt werden. Dabei kann, wie bereits erwähnt, zweckmäßigerweise der zulässige Schwächungswertbereich nicht negative Schwächungswerte, insbesondere HU-Werte, umfassend gewählt werden. Derartige Vorgehensweisen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, wobei beispielsweise für ein 120kVäquivalentes Mischbild aus 90kV- und 150kV-Schwächungswerten derart ermittelt werden kann, dass die 90kV-Schwächungswerte (zweiten Schwächungswerte) zu 60% eingehen, die 150kV-Schwächungswerte (ersten Schwächungswerte) zu 40%.
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Nun wäre es zwar grundsätzlich denkbar, den zulässigen Schwächungsbereich weiter zu begrenzen, beispielsweise auf alle zwischen dem Jod-Basisvektor und dem Calcium-Basisvektor gelegenen Bildvektoren, dies kann jedoch aufgrund unphysikalischer Materialzerlegungen zu ungewollten Bildartefakten im Calciumbilddatensatz führen, beispielsweise durch Thresholding-Effekte. Insbesondere dann, wenn eine Bedienperson für die Ermittlung des Calciumscores zu verwendende Kalzifizierungen auswählen soll, senkt das Auftreten derartiger Abweichungen von bekannten Bildern das Vertrauen der Bedienperson wie auch die manuelle Auswertbarkeit, wobei Letzteres auch bei einem automatisierten Ansatz zu Problemen führen könnte. Mithin schlägt die Erfindung mit besonderem Vorteil eine Projektion der entsprechenden Bildvektoren auf dem Calcium-Basisvektor vor, da es sich hierbei gezeigt hat, dass ein einen üblichen Bildeindruck hinterlassendes Calciumbild entsteht, was zu einer robusten und verlässlichen Auswertbarkeit hinsichtlich des Calciumscores führt.
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Mithin ermöglicht es die vorliegende Erfindung auf besonders verlässliche und robuste Weise, aus einem angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatz, beispielsweise einem spektral aufgelösten CCTA-Datensatz, einen Calciumbilddatensatz herzuleiten, der für das quantitative Calciumscoring geeignet ist. Auf diese Weise kann ein getrennter, nativer Scan für das Calciumscoring eingespart werden, was die Gesamtdosisbelastung des Patienten durch die Computertomographieuntersuchung genau wie die benötigte Untersuchungszeit reduziert. Anders gesagt können mit deutlich weniger Aufwand sowohl angiographische Auswertungsergebnisse, beispielsweise hinsichtlich Stenosen, als auch ein Calciumscoring erreicht werden.
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Dabei sei darauf hingewiesen, dass, während es zwar grundsätzlich denkbar ist, den Dualenergie-Computertomographiedatensatz unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Sendespektren wenigstens einer Röntgenstrahlenquelle zu erzeugen, es gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich bevorzugt ist, diesen unter Verwendung eines photonenzählenden Röntgendetektors aufzunehmen. Dieser ermöglicht es nicht nur, spektral aufgelöste Computertomographiedaten in einem einzigen Messvorgang zu ermitteln, sondern weist auch intrinsische Vorteile zur Konsistenz der Daten auf. Beim Photonenzählen kann beispielsweise ein Einzelphotondetektor verwendet werden, bei dem das eintreffende Photon unter Verwendung eines Szintillators und/oder eines Wandlers in ein elektrisches Signal umzuwandeln, dessen Stärke von der Photonenenergie abhängig ist.
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Nach der Ermittlung des modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatzes im zulässigen Schwächungswertbereich des Dualenergieraums kann die Basismaterialzerlegung, wie grundsätzlich bekannt, durchgeführt werden. Hierbei können letztlich verschiedene Basismaterialzerlegungsalgorithmen, wie sie im Stand der Technik bereits vorgeschlagen wurden, eingesetzt werden. Dabei kann die Basismaterialzerlegung im Projektionsraum stattfinden, jedoch ist eine Anwendung im Bildraum, also nach der Rekonstruktion, bevorzugt. Dann liegen als Schwächungswerte HU-Werte (Hounsfield Units) vor.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Betrag des Calcium-Basisvektors zur Einstellung eines Calcium-Kontrasts für die Ermittlung des quantitativen Calciumscores in Abhängigkeit von Kalibrierungsdaten gewählt wird. Mit anderen Worten besteht als zusätzlicher Eingriff in die Basismaterialzerlegung bzw. deren Grundlagen die Möglichkeit, die Länge des Calcium-Basisvektors abweichend von einer Normlänge, beispielsweise 1, zu definieren, was zu einem Skalieren der Schwächungswerte im Calciumbilddatensatz führt. Dieser Freiheitsgrad in der Skalierung kann verwendet werden, um den Calciumkontrast einzustellen, und zwar derart, dass ein quantitativ exaktes Calciumscore ermittelt werden kann.
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Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass zur Ermittlung eines einzustellenden Betrages für den Calcium-Basisvektor:
- - für wenigstens ein Kalibrierungsobjekt, insbesondere ein Phantom, wenigstens einen Kalibrierungsdatensatz mit Kontrastmittel aufgenommen wird, wobei für das Kalibrierungsobjekt ein Referenzwert des quantitativen Calciumscores bekannt ist oder ermittelt wird, und
- - durch Auswertung des wenigstens einen Kalibrierungsdatensatzes unter Nutzung unterschiedlicher Testbeträge des Calcium-Basisvektors ein einzustellender Betrag derart ermittelt wird, dass der in der Auswertung ermittelte Auswertungswert für das quantitative Calciumscore möglichst genau dem Referenzwert entspricht.
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Dabei kann insbesondere ein Optimierungsverfahren verwendet werden.
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Anders gesagt ist es möglich, mit Hilfe von geeigneten Kalibrierungsdaten den Betrag des Calcium-Basisvektors so einzustellen, dass aus dem Calciumbilddatensatz - auch falls dort gegebenenfalls ungewöhnliche Schwächungswerte auftreten - quantitativ besonders exakt das Calciumscore berechnet werden kann. Während es grundsätzlich denkbar ist, beliebige Phantome und/oder auch klinische Daten zu verwenden, wobei das Calciumscore aus einem ohne Kontrastmittel aufgenommenen Kalibrierungsdatensatz ermittelt werden kann, sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, ein Phantom zu verwenden, für das der exakte Wert des Calciumscores bereits bekannt ist. Ein derartiges Phantom wurde in anderem Kontext beispielsweise in einem Artikel von C.H. McCollough et al., „Coronary artery calcium: a multiinstitutional, multimanufacturer international standard for quantification at cardiac CT“, Radiology 243 (2007), Seiten 527 - 538, vorgeschlagen. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, wenigstens einen Kalibrierungsdatensatz mit Kontrastmittel, der spektral aufgelöst ist, aufzunehmen und in optimierender Weise den Betrag des Calcium-Basisvektors so einzustellen, dass der Auswertungswert des Calciumscores möglichst exakt dem vorbekannten Referenzwert entspricht.
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Wie bereits erwähnt, kann die Skalierung des Calcium-Basisvektors dazu führen, dass die im Calciumbilddatensatz erhaltenen Schwächungswerte, insbesondere HU-Werte, nicht den beispielsweise für einen nativen Calciumscoring-Computertomographiedatensatz erwarteten Schwächungswerten entsprechen, insbesondere bezüglich des Calciums selbst. Dafür wird allerdings eine hochexakte quantitative Bestimmung des Calciumscores ermöglicht. Anders kann auch gesagt werden, dass hinsichtlich der quantitativen Aspekte alles der Ermittlung des Calciumscores untergeordnet wird.
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In diesem Kontext kann in bevorzugter Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass bei Verwendung eines Mischbildes außerhalb des zulässigen Schwächungswertbereichs die Gewichtungen des ersten und des zweiten Schwächungswerts zur Ermittlung des Mischbild-Schwächungswerts in Abhängigkeit von dem eingestellten Betrag gewählt werden. Führt der eingestellte Betrag des Calcium-Basisvektors beispielsweise dazu, dass die entsprechend durch die Basismaterialzerlegung behandelten zulässigen Schwächungswertbereiche eher wie ein 140kV-Röntgenbild wirken, kann es zum Erreichen eines einheitlichen Gesamteindrucks des Calciumbilddatensatzes zweckmäßig sein, auch für das Mischbild die Referenzröhrenspannung entsprechend anzupassen, beispielsweise dann, wenn der Calciumbilddatensatz zur Markierung zu berücksichtigender Kalzifizierungen an eine Bedienperson ausgegeben werden soll.
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Auch allgemein kann in einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Ermittlung des Calciumscores basierend auf einer benutzerseitigen Auswahl von Kalzifizierungen in dem angezeigten Calciumbilddatensatz erfolgt. Der Calciumbilddatensatz kann mithin an eine Bedienperson ausgegeben werden, welche, wie grundsätzlich bekannt, jene Kalzifizierungen markiert, die für das Calciumscore relevant sind, im Fall der Koronargefäße beispielsweise in den Koronargefäßen liegende Kalzifizierungen. Auf dieser Basis kann dann die Ermittlung des Calciumscores erfolgen, wobei darauf hingewiesen sei, dass es selbstverständlich allgemein auch denkbar ist, mehrere Calciumscores zu ermitteln und/oder das Calciumscore ortsaufgelöst bzw. regionsaufgelöst zu ermitteln.
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Dabei kann als quantitatives Calciumscore insbesondere das Agatston-Score ermittelt werden. Das Agatston-Score ist ein einheitsloses Maß zur Quantifizierung von Kalzifizierungen, insbesondere der Koronararterien, wobei hierbei beispielsweise verschiedene Schwellwerte eingesetzt werden können. Beispielsweise ist es denkbar, einen einen Schwellwert von 130 HU überschreitenden Bildpunkt einfach zu zählen, einen einen Schwellwert von 200 HU überschreitenden Bildpunkt zweifach und einen einen Schwellwert von 300 HU überschreitenden Bildpunkt vierfach.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die vorliegende Erfindung, wie bereits angedeutet, auf Koronaruntersuchungen anwenden. Mithin kann vorgesehen sein, dass der Dualenergie-Computertomographiedatensatz ein koronarer Computertomographieangiographiedatensatz (CCTA) ist, der ferner einer Auswertung zur Detektion von Läsionen im Koronargefäßbaum, insbesondere von Stenosen, unterzogen wird.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Auswertungseinrichtung, insbesondere als Teil einer Röntgeneinrichtung und/oder eines Auswertungsarbeitsplatzrechners, welche aufweist:
- - eine erste Schnittstelle zum Empfang eines unter Verwendung eines Jod umfassenden Kontrastmittels aufgenommenen, angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatzes, welcher für jeden Bildpunkt einen Bildvektor umfasst, der durch einen ersten, einem Hochenergiespektrum zugeordneten Schwächungswert und einen zweiten, einem Niedrigenergiespektrum zugeordneten Schwächungswert gebildet ist,
- - ein Speichermittel, in dem ein Calcium-Basisvektor und ein Jod-Basisvektor im durch den ersten Schwächungswert als Abszisse und den zweiten Schwächungswert als Ordinate aufgespannten zweidimensionalen Dualenergieraum als Grundlage einer Basismaterialzerlegung abgelegt sind,
- - eine Modifikationseinheit zur Ermittlung eines modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatzes durch Projektion aller Bildvektoren, die in dem Dualenergieraum unterhalb einer durch den Calcium-Basisvektor definierten Geraden liegen, auf die Gerade,
- - eine Basismaterialzerlegungseinheit zum Durchführen der Basismaterialzerlegung des modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatzes zur Ermittlung eines Calciumbilddatensatzes,
- - eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines quantitativen Calciumscores aus dem Calciumbilddatensatz, und
- - eine zweite Schnittstelle zur Ausgabe des quantitativen Calciumscores.
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Mit anderen Worten ist die Auswertungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten analog für die erfindungsgemäße Auswertungseinrichtung, sodass auch mit dieser die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Zur Realisierung der jeweiligen Funktionseinheiten kann die Auswertungseinrichtung wenigstens einen Prozessor aufweisen. Das Speichermittel kann selbstverständlich auch zur Speicherung anderer Daten, die in dem Verfahren anfallen, dienen. Weiterbildungen des Verfahrens können über entsprechende weitere Funktionseinheiten/Subeinheiten umgesetzt werden. Hinsichtlich der Einstellung des Betrags des Calcium-Basisvektors kann der entsprechende Wert nach seiner Bestimmung bereits in dem Speichermittel abgelegt sein, aber auch eine entsprechende Einstellungseinheit vorhanden sein. Es sei angemerkt, dass, falls unterschiedliche Kombinationen von Hochenergiespektren und Niedrigenergiespektren auftreten können, selbstverständlich auch unterschiedliche grundlegende Parameter hinsichtlich der Basismaterialzerlegung in dem Speichermittel abgelegt sein können, insbesondere unterschiedlichen Kombinationen zugeordnete Basisvektoren, bevorzugt inklusive in einer Kalibrierung ermittelter, einzustellender Beträge.
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Die Auswertungseinrichtung kann Teil einer Röntgeneinrichtung, insbesondere einer Computertomographieeinrichtung, sein, um dort unmittelbar auch das Calciumscore bereitstellen zu können. Vorteilhaft ist auch die Integration in ein Befundungssystem bzw. konkret einen Auswertungsarbeitsplatzrechner.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist direkt in den Speicher einer Auswertungseinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Auswertungseinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin Steuerinformationen umfasst, die zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass bei Verwendung des Datenträgers in einer Auswertungseinrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird. Bei dem Datenträger kann es sich um ein nicht-transienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM, handeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine Skizze zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems,
- 2 eine Skizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ansatzes,
- 3 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 die funktionale Struktur einer erfindungsgemäßen Auswertungseinrichtung.
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Die folgenden Ausführungsbeispiele werden am Beispiel einer CCTA-Aufnahme als angiographischer Dualenergie-Computertomographiedatensatz näher erläutert. Bei einer CCTA-Aufnahme wird ein jodhaltiges Kontrastmittel verabreicht, um Gefäße möglichst deutlich sichtbar zu machen. In diesem Kontext ist es bekannt, eine Basismaterialzerlegung nach Weichgewebe als erstes Material und Jod als zweites Material durchzuführen, sodass ein Jod-Bilddatensatz und ein Weichgewebe-Bilddatensatz (häufig als VNC-Bild bezeichnet) erhalten werden. Häufig ist es jedoch bei Untersuchungen der Koronargefäße (Herzkranzgefäße) gewünscht, auch ein Calciumscore, insbesondere den sogenannten Agatston-Score, zu erhalten. 1 erläutert, warum dies auf Basis des VNC-Bildes nicht möglich ist.
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Gezeigt ist der Dualenergieraum 1, der aufgespannt wird von dem ersten Schwächungswert gemäß dem Hochenergiespektrum auf der Abszisse und dem zweiten Schwächungswert gemäß dem Niedrigenergiespektrum auf der Ordinate. Gezeigt ist eine Gerade 2, die die Richtung des Weichgewebe-Basisvektors anzeigt (dieser ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht selbst gezeigt). Neben dem Weichenergie-Basisvektor wird ein Jod-Basisvektor 3 für die Basismaterialzerlegung verwendet. Wie der Calcium-Basisvektor 4 anzeigt, liegen Bildvektoren, gebildet aus erstem und zweitem Schwächungswert, für Calciumwerte zwischen Jod und Weichgewebe, sodass, beispielsweise für den einem Bildvektor zugeordneten Punkt 5 bei der Basismaterialzerlegung ein Anteil 6 dieses Bildvektors im VNC-Bild enthalten sein wird, ein anderer Anteil 7 jedoch im JodBilddatensatz, sodass sich das VNC-Bild nicht zur quantitativen Calcium-Auswertung eignet.
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2 erläutert, wie im Gegensatz dazu im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein der quantitativen Auswertung, hier der Ermittlung eines quantitativen Calciumscores, zugänglicher Calciumdatensatz ermittelt wird. Grundlage bildet eine mit dem Jod-Basisvektor 3 und dem Calcium-Basisvektor 4 durchgeführte Basismaterialzerlegung. Um allerdings unphysikalische Ergebnisse zu vermeiden, werden zwei Maßnahmen angesetzt. Zu einen wird ein Ausschluss aller hier schraffiert dargestellten Bereiche, die negative HU-Werte als Schwächungswerte aufweisen, vorgenommen, sodass die Basismaterialzerlegung auf einen zulässigen Bereich 8 beschränkt wird. Ferner aber wird eine Projektion aller Bildvektoren, die unterhalb der durch den Calcium-Basisvektor 4 definierten Geraden 9 liegen, auf diese Gerade vorgenommen, wie durch die Pfeile 10 angedeutet ist. Um sicherzustellen, dass eine möglichst genaue Ermittlung des Calciumscores erfolgt, wird als weiterer Freiheitsgrad, wie durch den Pfeil 11 angedeutet, der Betrag (also die Länge) des Calcium-Basisvektors 4 angepasst.
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Dies alles sei genauer aufgrund des in 3 gezeigten Ablaufplans eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
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Dabei wird, wie bereits beschrieben, ausgegangen von dem angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatz 12, im vorliegenden Beispiel ein CCTA-Datensatz. Dieser wurde unter Verwendung eines photonenzählenden Röntgendetektors energieaufgelöst aufgenommen, wobei es grundsätzlich auch denkbar wäre, die spektrale Auflösung durch Verwendung unterschiedlicher Sendespektren bereitzustellen.
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In einem vorbereitenden Schritt 1 wird der Dualenergie-Computertomographiedatensatz 12 auf den zulässigen Bereich 8 eingeschränkt, das bedeutet, alle negativen Schwächungswerte, hier HU-Werte, werden durch Schwellenbehandlung von der Basismaterialzerlegung ausgeschlossen. In den schraffierten, ausgeschlossenen Bereichen negativer Schwächungswerte werden die Bildpunkte des zu ermittelnden Calcium-Bilddatensatzes mit Mischbild-Schwächungswerten aufgefüllt, wobei sich die entsprechende Gewichtung, mit der der erste und der zweite Schwächungswert eingehen, zumindest teilweise in Abhängigkeit von dem eingestellten Betrag des Calcium-Basisvektors 4 ergeben, um im Endergebnis einen einheitlichen Bildeindruck zu erhalten.
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Für den zulässigen Bereich 8 erfolgt im Schritt S2 dann eine Modifikation aller Schwächungswerte in Bildvektoren, die unterhalb der Geraden 9 liegen. Hierzu werden die Bildvektoren, wie durch die Pfeile 10 in 2 angedeutet, senkrecht auf die Gerade 9 projiziert. Der entsprechend entstehende, auf der Geraden 9 liegende Bildvektor wird dann entsprechend an dem jeweiligen Bildpunkt in den modifizierten Dualenergie-Computertomographiedatensatz eingesetzt.
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Sodann erfolgt im Schritt S3 die Basismaterialzerlegung, wie dies grundsätzlich im Stand der Technik bekannt ist, unter Verwendung der Basisvektoren 3 und 4, wobei der Betrag des Calcium-Basisvektors 4, wie beschrieben, so angepasst ist, dass der Calciumkontrast eine möglichst exakte quantitative Bestimmung des Calciumscores erlaubt. Ergebnis des Schrittes S3 ist ein Calciumbilddatensatz, der auch die bereits in Schritt S2 ermittelten Mischbildanteile in den schraffierten, nicht zulässigen Bereichen enthält.
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Im Schritt S4 wird, beispielsweise schwellwertbasiert, das quantitative Calciumscore, hier das Agatston-Score, auf bekannte Art und Weise aus dem Calciumbilddatensatz ermittelt. Hierzu kann vorher der Calciumbilddatensatz ausgegeben werden und Calcifizierungen, die in die Ermittlung des quantitativen Calciumscores eingehen sollen, können beispielsweise durch einen Benutzer markiert werden.
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Zur Einstellung des Betrags des Calcium-Basisvektors 4, vgl. Pfeil 11 in 2, erfolgt eine Kalibrierung mittels eines Phantoms, zu dem ein Referenzwert des Agatston-Scores schon bekannt ist. Von diesem wird in der gleichen Art wie spätere angiographische Dualenergie-Computertomographiedatensätze 12 wenigstens ein Kalibrierungsdatensatz aufgenommen, wobei in einem Optimierungsverfahren der Betrag des Calcium-Basisvektors 4 ermittelt wird, für den gemäß der hier beschriebenen Auswertung ein Auswertungswert des Agatston-Scores ermittelt wird, der am genauesten mit dem Referenzwert übereinstimmt. Der entsprechende Betrag ist dann der einzustellende Betrag und kann in einem Speichermittel der Auswertungseinrichtung, die das Verfahren durchführt, gespeichert werden.
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Eine funktionale Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Auswertungseinrichtung 13 ist in 4 gezeigt. Demnach weist die Auswertungseinrichtung 13 zunächst ein Speichermittel 14 auf, in dem unter anderem die Basisvektoren 3, 4, inklusive beim Calcium-Basisvektor 4 dem einzustellenden Betrag, abgelegt sein können. Denkbar ist auch das Vorhandensein einer hier nicht näher gezeigten Einstellungseinheit für den Betrag des Calcium-Basisvektors 4, die das hier beschriebene Kalibrierungsverfahren durchführt. Dabei können insbesondere mehrere Sätze solcher Basisvektoren 3, 4 für unterschiedliche Kombinationen von Hochenergiespektren und Niedrigenergiespektren der Röntgenstrahlung vorhanden sein, von denen dann der geeignete ausgewählt wird.
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Über eine erste Schnittstelle 15 kann der auszuwertende angiographische Dualenergie-Computertomographiedatensatz 12 entgegengenommen werden. In einer Vorbereitungseinheit 16 erfolgt die Selektierung des zulässigen Bereichs 8 und die Befüllung der nicht zulässigen Bereiche des Calciumbilddatensatzes mit dem Mischbild, wie bezüglich des Schrittes S1 in 3 beschrieben. In einer Modifikationseinheit 17 erfolgt dann die Projektion gemäß dem Schritt S2. Die Basismaterialzerlegung gemäß dem Schritt S3 erfolgt in einer Basismaterialzerlegungseinheit 18, der dann eine Ermittlungseinheit 19 zur Ermittlung des Calciumscores nachgeschaltet ist, welches über eine zweite Schnittstelle 20 ausgegeben werden kann.
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Es sei angemerkt, dass die Auswertungseinrichtung 13 auch eine Auswertungseinheit 21 aufweisen kann, in der beispielsweise weitere Auswertungen des angiographischen Dualenergie-Computertomographiedatensatzes 12 erfolgen können, beispielsweise eine übliche CCTA-Auswertung zur Feststellung von Stenosen und dergleichen. Deren Ergebnisse können entsprechend an der zweiten Schnittstelle 20 ausgegeben werden.
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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.
