DE2447396C3

DE2447396C3 - Verfahren zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes einer Bewegungsgröße und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2447396C3
Application number: DE19742447396
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) 2208 Glueckstadt Felgendreher; Manfred Dr. 2359 Henstedt- Ulzburg Tasto
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2447396B2; DE2447396A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes einer Bewegungsgröße eines Objektes mit zeitlich veränderlicher Kontur oder Fläche, insbesondere der linken Herzkammer, an einer Vielzahl von Punkten, unter Verwendung von an den Punkten zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Momentanwerten der Bewegungsgröße.

In der Medizin ist zur genaueren Diagnose der Herzfunktion die Kenntnis der Bewegungsgrößen der linken Herzkammer von Bedeutung, als Bewegungsgröße wird hierbei z. B. die Dicke der Herzwand als

Funktion der Zeit, der Innendurchmesser der Herzkammer (oder der Abstand eines Punktes der Herzinnenwand von einer Bezugsachse) oder der Außendurchmesser der Herzkammer bezeichnet.

Diese Größen sind in Fig. ], die einen z. B. mittels einer Röntgenaufnahme unter Kontrastmitteleüispritzung erhaltenen Querschnitt durch die linke Herzkammer zeigt, näher erläutert. Dabei ist mit 1 die Kontur der Herzinnenwand und mit 2 die Kontur der Herzaußenwand bezeichnet. Die Aortenbegrenzung ist mit 3 bezeichnet. Mit ihrer Hilfe kann die Längsachse 4 der Herzkammer als Verbindungsgerade zwischen der Mitte der Aortenbegrenzung 3 und dem am weitesten entfernten Punkt auf der Herzkammerinnenwand ermittelt werden. Diese Achse wird im folgenden auch als Bezugs- oder x-Achse bezeichnet. Der Abstand eines Punktes auf der Herzinnenwand von der .x-Achse ist mit R(x) bezeichnet, während der Innendurchmesser der Herzkammer mit D(x) und die Dicke der Herzwand mit W(x) bezeichnet ist. Die Größen D(x), R(x), W(x) hängen nicht nur von der jeweiligen Lage des Punktes in bezug auf die x-Achse ab, sondern auch von der Phase des Herzzyklus, in der die jeweilige Herzkammerkontur ermittelt wurde. Die linke Herzkammer expandiert bzw. kontrahiert bekanntlich ziemlich stark entsprechend dem Herzrhythmus, weshalb D(x), R(x) und W(x) zeitabhängige Größen sind.

Es sind Verfahren bzw. Geräte zur halb- oder vollautomatischen Ermittlung dieser Werte aus z. B. 30 bis 40 während eines Herzzyklus gemachten Röntgenaufnahmenbekannt. Wenn eine Bewegungsgröße, z. B. die Herzwanddicke W(x), dabei nur für wenige Punkte dargestellt werden soll, ist dies relativ einfach möglich durch eine entsprechende Anzahl von Diagrammen, die den zeitlichen Verlauf der Bewegungsgröße darstellen. Soll die Bewegungsgröße jedoch an einer Vielzahl von Punkten dargestellt werden, dann ist die sich hierbei ergebende Vielzahl von Diagrammen nicht mehr sinnvoll auswertbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes einer BewegungsgröSe, insbesondere der linken Herzkammer, anzugeben, das eine übersichtliche Darstellung der Bewegungsgröße an einer Vielzahl von Punkten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem zweidimensionaien Diagramm, bei dem der einen Koordinatenachse die Lage (x) des Punktes auf einer Bezugsachse und der anderen Koordinatenachse die Zeit (f) zugeordnet ist, die Bewegungsgröße durch einen von ihrem jeweiligen Momentanwert abhängigen Helligkeitswert oder Farbton dargestellt wird.

Da sich bei der Aufnahme der Herzkammer die Länge der Herzlängsachse, die durch die Punkte x = O (Aortenbegrenzung) und χ = L (Schnittpunkt der Längsachse mit der äußersten Spitze der Herzinnenwand) gegeben ist, während eines Herzzyklus stark ändert, ist es sinnvoll, die Lage der Punkte auf der Längsachse auf die jeweilige Länge der Längsachse zu beziehen. Einer derart normierten Lagekoordinate ist dann während sämtlicher Phasen eines Herzzyklus immer ungefähr der gleiche Punkt auf der Herzkammerwand zugeordnet.

Soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine

iewegungsgröße, z. B. der Innendurchmesser D(x) einer Herzkammer, für eine Vielzahl eleichmäßie auf

der so normierten Längsachse verteilter Punkte dargestellt werden, dann kann dies folgendermaßen geschehen:

Es werden für jeden Punkt die Momentanwerte der Bewegungsgröße zusammengestellt, die in verschiedenen Phasen eines Herzzyklus (z. B. aus jeweils einer Röntgenaufnahme der Herzkammer) ermittelt wurden. Da die Momentanwerte der Bewegungsgröße nur für bestimmte Punkte ermittelt werden können, die nicht notwendigerweise mit den gewünschten Punkten zusammenfallen müssen, müssen die Momentanwerte der Bewegungsgröße an der gewünschten Stelle durch lineare Interpolation zwischen den Momentanwerten der Bewegungsgrößen an den Nachbarpunkten ermittelt werden.

Es ergibt sich auf diese Weise eine Matrix von Momentanwerten der Bewegungsgröße, wobei jedem Zeitpunkt bzw. jeder Phase eines Herzzyklus und jedem Punkt ein Momentanwert zugeordnet ist. Diese Matrix weist η X m — Matrixelemente auf, wobei η die Anzahl der Punkte ist, an denen der zeitliche Verlauf der Bewegungsgröße dargestellt wird, und m die Anzahl der verschiedenen zeitlichen Phasen, an denen die Momentanwerte der Bewegungsgröße (aus jeweils einer Röntgenaufnahme) ermittelt wurden. Die Matrix D(x, t) kann auf einem Sicht- oder Wiedergabegerät, z. B. einer Grauwert-Speicherröhre, dargestellt werden, bei dem jedem Matrixelement jeweils ein bestimmter Bereich zugeordnet ist, in dem die Ladungsdichte linear von dem für dieses Element ermittelten Momentanwert der Bewegungsgröße abhängt. Diese Ladungsverteilung kann mit einer gewöhnlichen Fernseh-Wiedergabe-Einrichtung wiedergegeben werden, wobei die Schwärzung dem Momentanwert z. B. proportional ist und dem größten Durchmesser die größte Schwärzung entspricht.

In Fig. 2 ist ein Beispiel eines solchen »Bewegungsbildes« skizziert, wobei Bereiche großer Schwärzung mit einer hohen Liniendichte dargestellt sind. Man erkennt, daß zu Beginn (/ = O) die Liniendichte, d.h. die Schwärzung, unabhängig von der Lage χ des Punktes groß ist. Das bedeutet, daß der Herzkammerdurchmesser zu Beginn seinen Maximalwert hat. Im Laufe eines Herzzyklus, d. h. bei zunehmendem / nimmt die Liniendichte bzw. die Schwärzung stark ab (Kontraktionsphase), um danach wieder zuzunehmen (Expansionsphase). Man erkennt, daß das Ventrikel über seine gesamte Längsachse hinweg gleichmäßig kontrahiert bzw. expandiert. Demgegenüber ist in Fig. 3 der Fall einer sogenannten »Melkbewegung« gezeigt, wobei die Ventrikelkontraktion zuerst an der Ventrikelspitze (x = L) beginnt und sich dann in Richtung der Aortenbewegung ausbreitet. Fig. 4 ist ein Beispiel für ein »Aneurysma*: Im Bereich B findet aufgrund eines Herzmuske.'defektes praktisch keine Kontraktion statt.

Um quantitative Aussagen aus dem Diagramm erhalten zu können, können Höhenlinien in das Diagramm eingeblendet werden. Diese Höhenlinien, die

in dem Diagramm Bereiche mit gleichem Momentanwert der Bewegungsgröße miteinander verbinden, können z. B. aus dem analogen Videobild erzeugt werden, indem eine Schwelle entsprechend der gewünschten Höhe eingestellt wira und ein heller Punkt in das Bild gemischt wird, wann immer ein Übergang des Signals über die Schwelle erfolgt. Die Höhenlinien können auch im digitalen Bereich bestimmt werden, indem die Matrix D(x, t), die in einem digitalen Speicher gespeichert ist, nach Matrixelementen abgesucht wird, die einen Momentanwert der Bewegungsgröße repräsentieren, der kleiner ist als der vorgegebene Wert und die in der Nachbarschaft eines Matrixelementes liegen mit einem Momentanwert, der größer ist als der vorgegebene Wert.

Die Zuordnung des zur Verfügung stehenden Schwärzungsumfanges kann in der Weise erfolgen, daß die maximale (oder die minimale) Schwärzung einem Wert zugeordnet wird, der größer ist als der größte mögliche Momentanwert. Bei der Darstellung des Herzkammerdurchmessers an verschiedenen Stellen kann dies z. B. dadurch erfolgen, daß die größte Schwärzung einer Strecke der Länge L (L = Länge der x-Achse) zugeordnet ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Herzkammer in der Regel länger ist als breit, so daß die Momentanwerte des Herzdurchmessers D(x, t) stets kleiner sind als die Länge L. Allerdings ergibt sich hierbei der Nachteil, daß der zur Verfügung stehende Schwärzungsumfang des Sichtgerätes praktisch nie ausgenutzt wird, so daß die dargestellten Bilder einen schlechten Kontrast haben.

Eine Verbesserung besteht darin, daß dem größten auftretenden Wert DCj:, t) die größte (bzw. kleinste) Schwärzung zugeordnet wird. Hierbei ergeben sich bessere Kontrastverhältnisse und aus dem Verhältnis der Schwärzung an verschiedenen Stellen χ kann das Verhältnis der Momentanwerte der Bewegungsgröße an diesen Stellen abgeleitet werden. Eine weitere Verbesserung des Kontrastes im Diagramm ergibt sich, wenn für jeden Wert von x, d. h. für jeden Punkt, in dem die Bewegungsgröße dargestellt werden soll, der größte Momentanwert der Bewegungsgröße ermittelt und der größten Schwärzung zugeordnet wird. Zwar kann dann nicht mehr aus dem Verhältnis der Schwärzungen an verschiedenen Punkten auf das Verhältnis der Bewegungsgrößen an diesen Punkten geschlossen werden, jedoch kann für einen Punkt (d. h. für ein bestimmtes x) aus dem Verhältnis der Schwärzungen das Verhältnis der Momentanwerte der Bewegungsgröße abgeleitet werden.

Wenn man hierbei zusätzlich für jeden jc-Wert noch den Minimalwert des Momentanwertes ermittelt und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert dem zur Verfügung stehenden Schwärzungsumfang zuordnet, ergibt sich ein noch besserer Kontrast. Jedoch geht dabei die Information über das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Ausdehnung verloren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Darstellung des zeitlichen Verlaufes einer Bewegungsgröße eines Objektes mit zeitlich veränderlicher Kontur oder Fläche, insbesondere der linken Herzkammer, an einer Vielzahl von Punkten, unter Verwendung von an den Punkten zu verschiedenen Zeiten ermittelten Momentanwerten der Bewegungsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweidimensionalen Diagramm, bei dem der einen Koordinatenachse (jc) die Lage des Punktes auf einer Bezugsachse und der anderen Koordinatenachse (/) die Zeit zugeordnet ist, die Bewegungsgröße durch einen von ihrem jeweiligen Momentanwert abhängigen Helligkeitswert oder Farbton dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Darstellung des Verlaufes einer Bewegungsgröße der linken Herzkammer, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsachse die Längsachse der Herzkammer dient und daß die Lage der Punkte auf der Längsachse auf die jeweilige Länge (L) der Längsachse bezogen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert der Bewegungsgröße dem größten Helligkeits- bzw. Schwärzungsweit zugeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Bewegungsgröße dem kleinsten Helligkeits- bzw. Schwärzungswert zugeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Punkt der Maximalwert und/oder der Minimalwert der Bewegungsgröße ermittelt und daß der größte und/oder der kleinste Helligkeits- bzw. Schwärzungswert den ermittelten Extremwerten zugeordnet wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rechner zur Bildung einer Matrix, bei der jeweils einem Punkt (x) auf der Bezugsachse und einem Zeitpunkt (/) ein Wert der Bewegungsgröße (D[x, t], R[x, /], W[x, t]) zugeordnet ist, und durch ein Sicht- oder Wiedergabegerät, dessen Helligkeit bzw. Schwärzung in den Matrixpunkten zugeordneten Bereichen entsprechend dem jeweiligen Momentanwert der Bewegungsgröße (D[x, t]...) steuerbar ist.