DE102022209890A1

DE102022209890A1 - Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds und Angiographievorrichtung

Info

Publication number: DE102022209890A1
Application number: DE102022209890.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Manhart
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-21
Also published as: CN117731320A; US20240095991A1

Abstract

Die Strahlenbelastung bei der digitalen Subtraktionsangiographie soll weiter reduziert werden. Dazu wird ein Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds (VM) vorgeschlagen. Mehrere Bilder (I1, I2) eines Objekts (8) werden mittels einer Angiographievorrichtung (1) erfasst. Für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen wird jeweils ein extremer Pixelwert der Pixel der mehreren Bilder (I1, I2) in der jeweiligen Pixelposition ermittelt. Schließlich wird das virtuelle Maskenbild (VM) aus den extremen Pixelwerten an den jeweiligen Pixelpositionen erstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds für eine digitale Subtraktionsangiographie. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Angiographievorrichtung zum Erzeugen eines solchen virtuellen Maskenbilds. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.
Die digitale Subtraktionsangiographie (DSA) ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zum Visualisieren beziehungsweise Darstellen von Strukturen in Körperregionen einer Person mittels diagnostischer Bildgebungsverfahren, beispielsweise Röntgen. Solche zu visualisierende Strukturen können beispielsweise Blutgefäße in der Körperregion sein. Üblicherweise werden bei der digitalen Subtraktionsangiographie mittels einer Angiographievorrichtung, beispielsweise eines Röntgengerätes, von der zu untersuchenden Körperregion mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Bilder erstellt. Während dieser Aufnahmesequenz wird ein Kontrastmittel in das Gefäß injiziert, durch welches das Gefäß sichtbar gemacht wird und in den aufgenommenen Bildern abgebildet wird. Vor der Injektion des Kontrastmittels kann dabei ein sogenanntes Leerbild aufgenommen werden, welches von den Blutgefäßen unterschiedliche Strukturen der Körperregion, beispielweise Knochen, zeigt. Dieses Leerbild ist ein sogenanntes Maskenbild, mittels welchem die von den Blutgefäßen unterschiedlichen, störenden Strukturen in den mit dem Kontrastmittel in dem Blutgefäß aufgenommenen Bildern, den sogenannten Füllbildern, ausgeblendet werden können. Dazu wird das das Maskenbild üblicherweise von den Füllbildern subtrahiert. Die daraus resultierenden Subtraktionsbilder zeigen idealerweise nur noch die mit dem Kontrastmittel gefüllten Blutgefäße. Anhand eines zeitlichen Verlaufs des Kontrastmittels in den Blutgefäßen, welcher anhand der aus den Füllbildern und dem Maskenbild erzeugten Sequenz von Subtraktionsbilden bestimmt werden kann, können Aussagen über einen Zustand des Blutgefäßes getroffen werden und beispielweise Gefäßverschlüsse oder -verengungen, zerebrale Aneurysmen oder arteriovenöse Fehlbildungen (arteriovenöse Malformationen, AVM) erkannt werden.
Eine typische DSA-Sequenz wird üblicherweise mit einer Strahlendosis von 1,2 µGray/Bild (engl. frames) bei siebeneinhalb Bildern pro Sekunde (fps - frames per second) mit einer Zeitdauer von etwa zehn Sekunden durchgeführt. Daraus ergibt sich eine Gesamtstrahlendosis von 90 µGray. Da diese zur Bildgebung eingesetzte Strahlung schädigend für Personen, beispielsweise für Patienten, Techniker und Mediziner, welche an oder mit der Angiographievorrichtung arbeiten, sein kann, ist es wünschenswert, die Strahlendosis so gering wie möglich zu halten, um damit die Strahlenbelastung für die Personen zu reduzieren. Dazu sind aus dem Stand der Technik niedrig dosierte DSA-Verfahren bekannt. Problematisch hierbei ist, dass durch die reduzierte Strahlendosis auch eine Qualität der aufgenommenen Bilder verschlechtert wird, beispielweise indem die aufgenommenen Bilder ein hohes Bildrauschen aufweisen. Durch die verrauschten Bilder wird eine Aussage über den Zustand der Blutgefäße erschwert.
Wie oben dargestellt wurde, basiert die digitale Subtraktionsangiographie auf der Subtraktion eines Maskenbilds von Füllbildern zur Darstellung von kontrastierten Gefäßen. Die Akquisition von Maskenbildern erfordert allerdings eine zusätzliche (Röntgen-)Dosis. Außerdem können Artefakte in den Subtraktionsbildern durch Patientenbewegung zwischen Maske und Füllbild entstehen.
Aus der Druckschrift EP 2 628 146 B1 ist eine sogenannte digitale Varianzangiographie (DVA) bekannt, welche die Darstellung von Gefäßbildern ohne Maskenbilder durch Berechnung der zeitlichen Varianz der Messungen an den einzelnen Detektorpixeln ermöglicht. Das Verfahren zur Abbildung eines interessierenden Objekts mittels penetrierender Strahlung umfasst ein Positionieren einer Quelle der penetrierenden Strahlung und eines Strahlungsdetektors außerhalb des interessierenden Objekts mit dem interessierenden Objekt dazwischen. Außerdem erfolgt ein Bereitstellen einer Vielzahl von Messungen der penetrierenden Strahlung durch das interessierende Objekt für alle geradlinigen Wege durch das Objekt. Die Vielzahl von Messungen für alle geradlinigen Wege wird verarbeitet, um einen statistischen Parameter zu erhalten, der in der Lage ist, eine Breite einer zeitlichen Verteilung der Vielzahl von Messungen für alle Wege zu beschreiben. Das Bild des interessierenden Objekts wird basierend auf dem statistischen Parameter, der die Verteilung der Vielzahl von Messungen beschreibt, rekonstruiert. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass nur ein einzelnes Gesamtbild der Gefäße erzeugt wird und keine zeitliche Darstellung der Kontrastmittelfüllung direkt möglich ist.
In der Druckschrift DE 10 2015 224 806 B4 wird ein Verfahren vorgeschlagen, ein rauschreduziertes Maskenbild durch gewichtete Mittelung aller Bilder (Maske und Füllung) einer DSA-Serie zu erzeugen. Dabei werden die Gewichte pixelweise entsprechend der Ähnlichkeit zu einem Referenzmaskenbild bestimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Strahlenbelastung bei der Subtraktionsangiographie weiter zu reduzieren und gegebenenfalls eine zeitliche Darstellung von Kontrastmittelfüllungen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und eine Angiographievorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird demnach ein Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds für eine digitale Subtraktionsangiographie bereitgestellt. Es wird also nicht ein tatsächliches Maskenbild aufgenommen und erzeugt, sondern es wird ein virtuelles Maskenbild aus anderen Bildern, insbesondere aus Füllbildern, gewonnen und daraus künstlich das virtuelle Maskenbild erstellt beziehungsweise berechnet. Auf diese Weise bedarf es keiner separaten Strahlendosis für die Aufnahme eines tatsächlichen Maskenbilds.
Es erfolgt in einem ersten Schritt ein Erfassen mehrerer Bilder eines Objekts mittels einer Angiographievorrichtung. Es kann so eine typische Sequenz beziehungsweise Zeitserie von Bildern (das heißt: zeitaufgelöste Abbildungen) des Objekts gewonnen werden, wie sie bei der Angiographie üblich sind. Dabei können die Bilder nach der Injektion eines Kontrastmittels von einem Patienten gewonnen werden. Es ist also nicht notwendig, genau darauf zu achten, dass ein Maskenbild vor der Kontrastmittelgabe erfasst wird. Vielmehr kann sofort mit einer üblichen Füllbildsequenz begonnen werden.
In einem weiteren Schritt erfolgt für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen, insbesondere für alle Pixelpositionen, der Bilder ein Ermitteln eines extremen Pixelwerts (z.B. maximale Pixelintensität bei Jod als Kontrastmittel oder minimale Pixelintensität bei CO2 als Kontrastmittel) der Pixel der mehreren Bilder in der jeweiligen Pixelposition. Es werden also zumindest zwei (vorzugsweise alle) erfassten Bilder Pixel für Pixel im Hinblick auf ihre Rohpixelwerte untersucht. So werden für den zumindest einen Teil der Pixelpositionen, insbesondere alle Pixelpositionen, (x, y) z.B. maximale oder minimale Pixelwerte über die zumindest zwei, insbesondere alle, Bilder ermittelt. Beispielsweise wird für die Pixelposition (1,1) der Maximalwert als Extremwert aller Rohpixelwerte, ein Mittelwert einer vorgegebenen Anzahl an höchsten Rohpixelwerten, ein Medianwert einer vorgegebenen Anzahl an höchsten als Extremwert Rohpixelwerten oder dergleichen an der Position (1,1) aller Bilder ermittelt. Das Gleiche wird für die übrigen Pixelpositionen durchgeführt.
Somit kann in einem weiteren Schritt das virtuelle Maskenbild aus den extremen Pixelwerten an den jeweiligen Pixelpositionen erstellt werden. Das virtuelle Maskenbild besitzt folglich an jeder Pixelposition einen jeweiligen absoluten oder statistisch gebildeten Minimal- oder Maximalwert eines Teils oder aller Pixelwerte aller Bilder an dieser jeweiligen Pixelposition. Damit ergibt sich das virtuelle Maskenbild, ohne dass dafür eine zusätzliche Strahlungsbelastung für das zu untersuchende Objekt, insbesondere einen Patienten, entsteht. Obwohl kein separates Maskenbild gewonnen wurde, kann anders als bei der digitalen Varianzangiographie die Kontrastmittelfüllung auch zeitlich dargestellt werden, da ja das virtuelle Maskenbild zur Verfügung steht, welches von den einzelnen Füllbildern subtrahiert werden kann.
Der jeweilige extreme Pixelwert stellt eine (aus Rohpixelwerten absolute oder statistisch ermittelte, z.B. gemittelte) höchste Intensität dar, die (ohne Bewegung des Objekts beziehungsweise des Patienten) an diesem Pixel erzielt werden kann. Insbesondere kann dies einer minimalen Schwärzung an dem jeweiligen Pixel entsprechen. D.h. es wird für jede Pixelposition die minimale Strahlungsdämpfung gesucht. Dies bedeutet, dass an der jeweiligen Pixelposition die ermittelte Strahlungsdämpfung durch entsprechende Strukturen auf alle Fälle vorhanden ist und diese strukturbedingten Dämpfungen von Füllbildern zu subtrahieren sind, um kontrastmittelbedingte Änderungen besser sichtbar machen zu können.
Wie oben bereits angedeutet wurde, handelt es sich bei sämtlichen der mehreren Bilder um Füllbilder. Auch wenn nicht in jedem Bild eine Kontrastmittelgabe sichtbar ist, so handelt es sich bereits dann um Füllbilder, wenn die Kontrastmittelgabe erfolgt ist. Es ist also nicht notwendig, speziell darauf zu achten, ein Maskenbild vor der Kontrastmittelgabe aufzunehmen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein rauschreduziertes virtuelles Maskenbild dadurch gewonnen wird, dass zumindest zwei (optional sämtliche) der mehreren Bilder einschließlich des virtuellen Maskenbilds pixelweise gewichtet aufsummiert werden. Dies bedeutet, dass bei der Bildung des rauschreduzierten virtuellen Maskenbilds die Pixel der zumindest zwei, insbesondere sämtlicher, Bilder einfach gewichtet und diejenigen Pixel mit dem extremen Pixelwert doppelt gewichtet werden. Bei dieser Aufsummierung und gegebenenfalls Mittelwertbildung erhält das virtuelle Maskenbild also bereits ein besonderes Gewicht.
Bei einer Weiterbildung des Schritts zur Gewinnung des rauschreduzierten virtuellen Maskenbilds können Gewichte für das Aufsummieren in Abhängigkeit von einer Ähnlichkeit des jeweiligen Pixelwerts zu einem entsprechenden Pixelwert des virtuellen Maskenbilds gewonnen werden. Insbesondere ist es so möglich, denjenigen Pixelwerten mehr Gewicht zu erteilen, die näher an dem Pixelwert des virtuellen Maskenbilds liegen. Auf diese Weise kann das virtuelle Maskenbild zusätzlich gewichtet werden. Das virtuelle Maskenbild kann dabei als Referenzmaskenbild für die Bestimmung der Ähnlichkeit der Pixelwerte verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein temporaler Maximalwert je Pixel als der extreme Pixelwert bestimmt wird. In der Bildsequenz können sich die Pixelwerte bei Kontrastmittelgabe oder durch andere Effekte dynamisch ändern, so dass jeder Pixelwert einer Momentaufnahme entspricht. Bei üblichen Kontrastmitteln wird dann nach dem zeitlichen Maximalwert pro Pixelposition gesucht.
Erfindungsgemäß kann somit auch ein Verfahren zum Gewinnen eines statischen Gefäßbilds durch Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds, wie es oben beschrieben wurde, Gewinnen mehrerer Subtraktionsbilder aus den mehreren Bildern jeweils durch Subtraktion des virtuellen Maskenbilds und für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen der Bilder gewichtetes Aufsummieren der jeweiligen Pixelwerte aller Subtraktionsbilder bereitgestellt werden. Dies bedeutet, dass das erzeugte virtuelle Maskenbild benutzt wird, um aus den mehreren (Füll-)Bildern Subtraktionsbilder zu gewinnen, welche in Bezug auf jede Pixelposition positionsabhängig gewichtet aufsummiert werden. Damit entsteht ein statisches Gefäßbild aus einer Vielzahl von Subtraktionsbildern. So können die Subtraktionsbilder von unterschiedlichen Kontrastmittelkonzentrationszuständen zu einem allumfassenden Gefäßbild zusammengefügt werden.
Speziell können die Gewichte für das Aufsummieren umso höher gewählt werden, je höher der jeweilige Pixelwert ist. Auf diese Weise lässt sich das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessern.
Weiterhin kann erfindungsgemäß ein Verfahren zum Gewinnen einer angiographischen Bildfolge für eine zeitliche Darstellung einer Kontrastmittelfüllung in einer Gefäßstruktur durch Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds, wie es oben beschrieben wurde, und Erzeugen der angiographischen Bildfolge durch Subtraktion des virtuellen Maskenbilds von jedem der mehreren Bilder bereitgestellt werden. Die angiographische Bildfolge zeigt, wie sich die Kontrastmittelfüllung in den einzelnen Gefäßen zeitlich verändert. Da aus diesen Bildern auch die virtuelle Maske gebildet wird, können somit unmittelbar auch entsprechende Subtraktionsbilder für alle Einzelbilder der angiographischen Bildfolge bereitgestellt werden. Somit kann auch ohne explizite Aufnahme eines Maskenbilds eine Subtraktionsbildfolge zur zeitlichen Darstellung der Kontrastmittelfüllung zur Verfügung gestellt werden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Angiographievorrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds für eine digitale Subtraktionsangiographie, aufweisend

- eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen mehrerer Bilder eines Objekts und
- eine Verarbeitungseinrichtung, die ausgebildet ist, für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen der Bilder einen extremen Pixelwert der Pixel der mehreren Bilder in der jeweiligen Pixelposition zu ermitteln und das virtuelle Maskenbild aus den extremen Pixelwerten an den jeweiligen Pixelpositionen zu erstellen.

Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Röntgeneinrichtung wie etwa einen C-Bogen handeln. Bei der Verarbeitungseinrichtung kann es sich um eine Bildverarbeitungseinrichtung handeln, die auf einem Computer beziehungsweise Rechner basiert.
Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Weiterbildungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Angiographievorrichtung. Dabei können die einzelnen Verfahrensschritte als funktionale Merkmale der Angiographievorrichtung implementiert werden.
Die vorliegende Erfindung kann die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das Programmmodule umfasst, auf die von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugegriffen werden kann, das Programmcode zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem oder mehreren Computern, Prozessoren oder Befehlsausführungssystemen speichert. Für die Zwecke dieser Beschreibung kann ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium jedes Gerät sein, das das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, dem Gerät oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das Medium kann ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, infrarotes oder Halbleitersystem (oder ein Gerät oder eine Vorrichtung) oder ein Übertragungsmedium an und für sich sein, da Signalträger nicht in der Definition des physischen computerlesbaren Mediums enthalten sind, einschließlich eines Halbleiter- oder Festkörperspeichers, eines Magnetbands, einer austauschbaren Computerdiskette, eines Direktzugriffsspeichers (RAM), eines Festwertspeichers (ROM), einer starren Magnetplatte und einer optischen Platte, wie z. B. Compact-Disk-Festwertspeicher (CD-ROM), Compact-Disk mit Lese-/Schreibfunktion und DVD. Sowohl die Prozessoren als auch der Programmcode zur Umsetzung der einzelnen Aspekte der Technologie können zentralisiert oder verteilt sein (oder eine Kombination daraus), wie es dem Fachmann bekannt ist.
Während die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte berücksichtigt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. In Anbetracht der vorliegenden Offenbarung sind viele Modifikationen und Variationen den Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, zu verlassen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird daher eher durch die folgenden Ansprüche als durch die vorangehende Beschreibung angegeben. Alle Änderungen, Modifikationen und Variationen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind in deren Anwendungsbereich zu berücksichtigen. Alle vorteilhaften Ausführungsformen, die in den Verfahrensansprüchen beansprucht werden, können sinngemäß auch auf die System-/Geräteansprüche übertragen werden.
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Angiographievorrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Angiographievorrichtung 1. Die Angiographievorrichtung 1 weist eine Erfassungseinrichtung 2, eine Verarbeitungseinrichtung 3 sowie eine Anzeigeeinrichtung 4 auf. Die Erfassungseinrichtung 2 ist zum Erzeugen von Bildern ausgelegt und kann beispielsweise eine Röntgenvorrichtung sein, welche einen C-Bogen 5 aufweisen kann. An einem Ende des C-Bogens 5 kann eine Röntgenquelle 6 zum Aussenden von Röntgenstrahlung angebracht sein. An einem gegenüberliegenden Ende des C-Bogens 5 kann ein Röntgendetektor 7 zum Erfassen der von der Röntgenquelle 6 ausgesendeten Röntgenstrahlung angebracht sein. Die Verarbeitungseinrichtung 3, welche zum Bearbeiten der von der Erfassungseinrichtung 2 erzeugten Bilder ausgelegt ist, kann beispielsweise eine Prozessoreinrichtung, wie beispielsweise ein Digitalrechner oder ein Computer, umfassen. Die Anzeigeeinrichtung 4 kann beispielsweise einen Bildschirm umfassen, welcher die von der Verarbeitungseinrichtung 3 bearbeiteten Bilder anzeigt.
Mittels der Angiographievorrichtung 1 kann eine Körperregion 8, beispielsweise ein Kopf eines Patienten, untersucht werden. Dabei sollen insbesondere Blutgefäße als eine erste Struktur 9 in der Körperregion 8 untersucht werden. In der Körperregion 8 des Patienten ist insbesondere auch eine zweite Struktur 10, beispielsweise Knochenmaterial, vorhanden. Zum Untersuchen der Körperregion 8 wird von der Erfassungseinrichtung 2 eine Aufnahmesequenz mit zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildern I_t erstellt beziehungsweise erzeugt, von welchen hier zwei Bilder I₁ und I₂ gezeigt sind. Während der Aufnahmesequenz wird ein Kontrastmittel in die erste Struktur 9 der Körperregion 8 injiziert, dessen Ausbreitung in der ersten Struktur 9 über die Zeit untersucht werden kann. Basierend auf dem zeitlichen Verlauf einer Konzentration des Kontrastmittels können beispielsweise Rückschlüsse über einen Zustand der Blutgefäße der Körperregion 8 gezogen werden. So können beispielsweise Gefäßverengungen und Gefäßverschlüsse erkannt werden.
Dabei wird von der Erfassungseinrichtung 2 kein sogenanntes Leerbild erzeugt, welches bei üblichen Verfahren nach dem Stand der Technik ohne das Kontrastmittel in der ersten Struktur 9 aufgenommen wird. Vielmehr werden von der Erfassungseinrichtung 2 nur zeitlich nacheinander sogenannte Füllbilder I₁, I₂, ... (der Übersicht halber sind in 1 nur zwei Füllbilder dargestellt, welche im Folgenden stellvertretend als „I₁ und I₂“ bezeichnet werden) aufgenommen, welche die erste Struktur 9 bei verschiedenen Kontrastmittelkonzentrationen sowie die zweite Struktur 10 zeigen. Dabei zeigt beispielsweise das erste Füllbild I₁ die erste Struktur 9 bei einer ersten Kontrastmittelkonzentration und das zeitlich nach dem ersten Füllbild I₁ aufgenommene zweite Füllbild I₂ die erste Struktur 9 bei einer zweiten Kontrastmittelkonzentration. Die Bilder I₁ und I₂ werden gegebenenfalls mit einer besonders niedrigen Strahlendosis, beispielsweise 0,8 µGray/Bild aufgenommen, wodurch die Bilder I₁ und I₂ ein hohes Bildrauschen aufweisen. Dies ist in 1 anhand der Schraffur in den Bildern I₁ und I₂ visualisiert.
Die von der Erfassungseinrichtung 2 aufgenommenen Bilder I₁ und I₂ werden der Verarbeitungseinrichtung 3 bereitgestellt. Das Empfangen der Bilder I₁ und I₂ wird in einem ersten Verfahrensschritt V1 eines Verfahrens durchgeführt, welches anhand des Ablaufdiagramms gemäß 2 dargestellt ist. In einem zweiten Verfahrensschritt V2 können die Bilder I₁ und I₂ logarithmiert werden. In einem dritten Verfahrensschritt V3 kann eine Bewegungskompensation in den Bildern I₁ und I₂ durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass eine Verschiebung der aufgenommenen Köperregion 8 und damit der Strukturen 9, 10 in den Bildern I₁ und I₂ korrigiert wird, welche von einer Bewegung der Körperregion 8 während der Aufnahme der Bildsequenz verursacht wird.
In einem vierten Verfahrensschritt V4 wird ein sogenanntes virtuelles Maskenbild VM bestimmt, welches nur die zweite Struktur 10 zeigt. Das virtuelle Maskenbild VM wird dabei aus den Füllbildern I₁ und I₂ bestimmt.
Es wird also statt der Schätzung eines statistischen Parameters wie bei der digitalen Varianzangiographie ein virtuelles Maskenbild erzeugt. Man kann folglich von einer virtuellen Maskenangiographie sprechen. Da somit ein tatsächliches Maskenbild zur Verfügung steht, wird die Möglichkeit eröffnet, die Kontrastmittelfüllung auch zeitlich darzustellen im Gegensatz zur digitalen Varianzangiographie.
Um auf eine explizite Aufnahme eines Maskenbilds verzichten zu können, wird aus den mehreren Bildern beziehungsweise Füllbildern I₁ und I₂ (in 1 sind symbolhaft nur zwei dargestellt) zunächst ein virtuelles Maskenbild VM berechnet. Dies kann beispielsweise über eine pixelweise temporale Minimums- oder Maximumintensitätsprojektion erfolgen. Das bedeutet, dass für jede Pixelposition aus allen Bildern der minimale oder maximale Pixelwert gesucht wird. Da das Kontrastmittel die gemessene Intensität schwächt, wird somit für jedes Pixel ein Wert mit keiner oder minimaler Kontrastanhebung bestimmt. Es wird also beispielsweise das hellste Pixel beziehungsweise das Pixel mit minimaler Schwärzung gesucht. Dies führt dazu, dass möglichst jeder Kontrastmitteleintrag aus dem virtuellen Maskenbild herausgerechnet wird.
Für die Berechnung des virtuellen Maskenbilds können auch andere Methoden eingesetzt werden. Beispielsweise kann für eine Pixelposition als der minimale oder maximale Pixelwert auch ein Durchschnittswert der hellsten oder dunkelsten drei Pixel (gegebenenfalls auch eine beliebig andere Anzahl) verwendet werden. Die höchsten/niedrigsten Rohpixelwerte werden also zu dem maximalen/minimalen Pixelwert gemittelt. Gegebenenfalls kann dadurch eine weitere Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses erzielt werden.
Alternativ kann es auch günstig sein, für das virtuelle Maskenbild pro Pixelposition als der maximale/minimale Pixelwert jeweils einen Medianwert einer bestimmten Anzahl von hellsten/dunkelsten Pixeln (höchsten Rohpixelwerten) zu verwenden. Auch dies kann sich günstig auf das Signal-Rausch-Verhältnis auswirken.
Alternativ kann auch ein neuronales Netz zur Bestimmung der virtuellen Maske aus Zeitserien von erfassten Bildern eines Objekts trainiert werden, um beispielsweise ein verbessertes Rauschverhalten zu bekommen oder eine Umgebung besser zu berücksichtigen.
Da die Bilder I₁ und I₂ verrauscht sind, kann ein rauschreduziertes Maskenbild M bestimmt werden, indem als Bildelementwerte M(x, y) des Maskenbildes M eine jeweilige gewichtete Summe der Bildelementwerte I_t(x, y) der Bildsequenz berechnet wird: $M (x, y) = \sum_{t = 0}^{T} w_{t} (x, y) I_{t} (x, y)$
Dabei entspricht das Bild I_t dem Bild an der Stelle t in der Bildsequenz, welche aus t = 0 ... T Bildern besteht. Das Bild I₀ entspricht dem virtuellen Maskenbild VM. Die Bilder I₁, I₂, etc. entsprechen den tatsächlich aufgenommenen Füllbildern. w_t(x, y) beschreibt einen Gewichtungswert, mit welchem der Bildelementwert I_t(x, y) des Bildes I_t gewichtet wird und welcher abhängig ist von dem Farbabstand des Bildelementwerts I_t(x, y) zu dem Bildelementwert I₀(x, y) der virtuellen Maske VM. Die Gewichtungsfunktion w_t kann als folgende Formel angegeben werden: $w_{t} (x, y) = e^{- 0,5 {(I_{t} (x, y) - I_{0} (x, y))}^{2} / σ^{2}} / \sum_{t' = 0}^{T} e^{- 0,5 {(I_{t'} (x, y) - I_{0} (x, y))}^{2} / σ^{2}}$
Dabei entspricht σ² der geschätzten durchschnittlichen Rauschenergie bei I_t-I₀. Da der Rauschpegel signalabhängig ist, kann auch eine bildelementabhängige beziehungsweise pixelabhängige Rauschenergie σ (x, y) vorgegeben werden.
In einem fünften Verfahrensschritt V5 werden sogenannte Subtraktionsbilder S_t bestimmt, von welchen hier zwei Subtraktionsbilder S₁, S₂ dargestellt sind und welche die erste Struktur 9 bei unterschiedlichen Kontrastmittelkonzentrationen zeigen. Die Subtraktionsbilder S₁, S₂ entsprechen den Füllbildern I₁ und I₂, aus welchen die zweite Struktur 10 mittels des virtuellen Maskenbildes VM oder des rauschreduzierten virtuellen Maskenbilds M ausgeblendet wurde. Dazu wird das Maskenbild VM oder M (in der folgenden Formel beispielhaft das Maskenbild M) von den Füllbildern I₁, I₂ subtrahiert: $S_{t} (x, y) = I_{t} (x, y) - M (x, y)$
wobei ein Subtraktionsbild S_t dem Bild an der Stelle t in der Aufnahmesequenz entspricht, welche t = 1 ... T Subtraktionsbilder aufweist.
Gegebenenfalls werden in einem sechsten Verfahrensschritt V6 die Subtraktionsbilder S_t in bekannter Weise örtlich und/oder zeitlich entrauscht zu rauschreduzierten Subtraktionsbildern S*_t. Die Subtraktionsbilder S_t oder rauschreduzierten Subtraktionsbildern S*_t können in einem siebten Verfahrensschritt V7 von der Auswerteeinrichtung zur bildlichen Darstellung an die Anzeigeeinrichtung 4 übertragen werden.
Um wie bei der digitalen Varianzangiographie ein statisches Bild der Gefäßstruktur zu gewinnen, kann eine gewichtete pixelweise Summierung der subtrahierten Einzelbilder erfolgen. Dabei können zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses Pixelwerte mit höherem Signal höher gewichtet werden.
Experimente haben gezeigt, dass Gefäßbilder sehr ähnlich zur digitalen Varianzangiographie erzeugt werden können. Zusätzlich können die zeitaufgelösten Serien berechnet werden.
Wie die oben genannten Ausführungsbeispiele zeigen, werden erfindungsgemäß keine statistischen Parameter genutzt, um aus nicht subtrahierter Serie ein Gefäßbild zu gewinnen. Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise eine zeitaufgelöste digitale Subtraktionsangiographie direkt möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2628146 B1 [0005]
DE 102015224806 B4 [0006]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds (VM) für eine digitale Subtraktionsangiographie gekennzeichnet durch - Erfassen mehrerer Bilder (I₁, I₂) eines Objekts (8) mittels einer Angiographievorrichtung (1), - für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen der mehreren Bilder (I₁, I₂): Ermitteln eines extremen Pixelwerts der Pixel der mehreren Bilder (I₁, I₂) in der jeweiligen Pixelposition und - Erstellen des virtuellen Maskenbild (VM) aus den extremen Pixelwerten an den jeweiligen Pixelpositionen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sämtliche der mehreren Bilder (I₁, I₂) Füllbilder sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein rauschreduziertes virtuelles Maskenbild dadurch gewonnen wird, dass zumindest zwei der mehreren Bilder (I₁, I₂) einschließlich des virtuellen Maskenbilds (VM) pixelweise gewichtet aufsummiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Gewichte für das Aufsummieren in Abhängigkeit von einer Ähnlichkeit des jeweiligen Pixelwerts zu einem entsprechenden Pixelwert des virtuellen Maskenbilds (VM) gewonnen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein temporaler Maximalwert je Pixel als der extreme Pixelwert bestimmt wird.
Verfahren zum Gewinnen eines statischen Gefäßbilds durch - Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds (VM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - Gewinnen mehrerer Subtraktionsbilder (S₁, S₂) aus den mehreren Bildern (I₁, I₂) jeweils durch Subtraktion des virtuellen Maskenbilds (VM), und - für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen der mehreren Bilder (I₁, I₂) gewichtetes Aufsummieren der jeweiligen Pixelwerte aller Subtraktionsbilder (S₁, S₂) .
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Gewichte für das Aufsummieren umso höher gewählt werden, je höher der jeweilige Pixelwert ist.
Verfahren zum Gewinnen einer angiographischen Bildfolge für eine zeitliche Darstellung einer Kontrastmittelfüllung in einer Gefäßstruktur (9) durch Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds (VM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Erzeugen der angiographischen Bildfolge durch Subtraktion des virtuellen Maskenbilds (VM) von jedem der mehreren Bilder (I₁, I₂).
Angiographievorrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Maskenbilds (VM) für eine digitale Subtraktionsangiographie gekennzeichnet durch - eine Erfassungseinrichtung (2) zum Erfassen mehrerer Bilder (I₁, I₂) eines Objekts (8) und - eine Verarbeitungseinrichtung (3), die ausgebildet ist, für zumindest einen Teil aller Pixelpositionen der mehreren Bilder (I₁, I₂) einen extremen Pixelwert der Pixel der mehreren Bilder (I₁, I₂) in der jeweiligen Pixelposition zu ermitteln und das virtuelle Maskenbild (VM) aus den extremen Pixelwerten an den jeweiligen Pixelpositionen zu erstellen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 8 auszuführen.