DE4134845C2

DE4134845C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abbilden einer Stoffwechselfunktion in einem lebenden Körper

Info

Publication number: DE4134845C2
Application number: DE4134845A
Authority: DE
Inventors: Fumio Kawaguchi; Hiroshi Takeuchi; Minoru Yoshida; Takeshi Tajima; Kensuke Sekihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH04161145A; US5419320A; JP3112025B2; DE4134845A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abbilden einer Stoffwechselfunktion in einem lebenden Körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13. Ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist aus der EP 0 280 986 A1 bekannt.

Bilderzeugungssysteme für nicht invasive diagnostische Zwecke können in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich in die Form abbildende Systeme und in Systeme zur Abbildung einer funktio nellen Größe. Mit den Systemen des ersten Typs kann die Form innerer Organe oder von Gewebe beobachtet werden. Um noch mehr klinische Informationen zu erhalten, werden derzeit verschiedene Systeme des zweiten Typs entwickelt. Ein Beispiel ist die Ver wendung von Spektren der magnetischen Resonanz (MRS). Es ist bekannt, daß durch Messen der chemischen Verschiebung der Reso nanzfrequenz von P³¹ bestimmte Informationen über Stoffwechsel prozesse im Gewebe erhalten werden können. Dementsprechend wurden Anstrengungen unternommen, ein MRS-Bilderzeugungssystem für die klinische Anwendung zu entwickeln, bei dem Verfahren zum Erstellen einer Ortsverteilung auf die Spektroskopietechnik eines NMR-Spektralanalysators angewendet werden. Die praktische Anwendungsreife haben diese Systeme jedoch nicht erreicht, da das Resonanzsignal von P³¹ aus einem lebenden Körper sehr schwach ist und deshalb die Meßzeit zum Erhalten von Informa tionen für eine spektroskopische Analyse zum Erstellen der Ortsverteilung sehr groß ist.

Ein anderes Beispiel eines Bilderzeugungssystems zum Erhalten einer räumlichen Verteilung, die eine biologische Funktion in einem Körper repräsentiert, ist in der US 4 281 645 beschrie ben. Gemäß diesem System kann eine in-vivo-Beobachtung des Oxidationsstoffwechsels in einem inneren Organ durch Messung des Hämoglobinoxidationsverhaltens bei Durchstrahlung mit Licht im nahen Infrarot erfolgen.

Bei einem solchen optischen in-vivo-Überwachungssystem ist es jedoch schwierig, das in der Praxis erforderliche Niveau für die räumliche Auflösung zu erhalten, da das auf einen lebenden Kör per eingestrahlte Licht von verschiedenen Bereichen oder Organen des Körpers stark gestreut wird. Mit anderen Worten ist die Auf lösung ist bei den bekannten Systemen zu gering, um Ortsabhän gigkeiten im Stoffwechselbild zu erkennen.

Die eingangs genannte EP 0 280 986 A1 zeigt und beschreibt eine Vorgehensweise zum Erstellen einer Abbildung von Stoffwechsel vorgängen in einem lebenden Körper, bei der der Körper mit Licht bestimmter Wellenlänge durchstrahlt und aus dem durchgelassenen Licht die Abbildung aufgebaut wird. Um die räumliche Auflösung der erhaltenen Abbildung zu verbessern, wird nur das Licht be rücksichtigt, das den Körper auf geradem Wege (und damit ohne Streuung) durchlaufen hat. Dazu wird vor dem Bestrahlen des Körpers ein Referenzstrahl abgetrennt, dieser nach der Bestrah lung wieder dem Lichtstrahl überlagert, der aus dem Körper kommt, von der Überlagerung die zweite Harmonische genommen und daraus Mittelwerte gebildet.

Aus diesen Mittelwerten kann dann ein Tomogramm aufgebaut werden, wie es im einzelnen in der EP 0 329 115 A1 beschrieben ist.

Anstelle dieser apparativ sehr aufwendigen und bezüglich des Referenzstrahles störungsanfälligen Vorgehensweise besteht auch die Möglichkeit, durch ein Iterationsverfahren die gewünschte Korrektur rein rechnerisch zu erhalten. Die lokalen Koeffizien ten für die Lichtabsorption und die für die Lichtstreuung bilden dabei Variable des Iterationsverfahrens. Dabei ist nachteilig, daß wegen der großen Anzahl von Daten und Variablen die Rechen zeit sehr lang wird und damit auch die Aufnahmezeit für eine Abbildung sehr groß ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung zum Erhalten einer den Stoffwechsel in einem Körper anzeigenden Abbildung so auszuge stalten, daß innerhalb kurzer Zeit eine solche Abbildung mit guter räumlicher Auflösung erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 bzw. 13 sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird somit die bekannte optische Erfassungs einrichtung für Stoffwechselvorgänge durch eine Einrichtung zum Erfassen der morphologischen Form, etwa einem Röntgengerät oder einem NMR-Gerät ergänzt, wobei die Stoffwechsel-Erfassungsein richtung und die morphologische Erfassungseinrichtung dasselbe Sichtfeld haben.

Anhand der morphologischen Daten läßt sich nun verhältnismäßig leicht feststellen, woraus die einzelnen Gebiete innerhalb des untersuchten Bereiches bestehen, wo etwa in einem Kopf-Schnitt bild ein Knochen und wo graue oder weiße Gehirnmasse vorliegt. Für die einzelnen Gewebearten gibt es Erfahrungswerte bezüglich der Lichtabsorption und der Lichtstreuung, so daß der tatsäch liche Lichtabsorptionskoeffizient aus der gemessenen Lichtab sorption und den aus der morphologischen Abbildung erhaltenen Werten für die Lichtstreuung bestimmt werden kann, bzw. die Variablen für das obige Iterationsverfahren auf einen bestimmten Wert oder Wertebereich festgelegt werden können. Dadurch wird die Auflösung erhöht, und das Iterationsverfahren kann stark abgekürzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Außenansicht des Ausfüh rungsbeispiels.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Hauptteil des Ausfüh rungsbeispieles, das das Gesichtsfeld von zwei Bilderzeu gungssystemen darstellt.

Fig. 4A und 4B sind ein Blockdiagramm bzw. ein Querschnitt anderer Teile des Ausführungsbeispiels.

Fig. 5 ist eine Schemadarstellung, die ein Lichtmeßsystem des Ausführungsbeispiels veranschaulicht.

Fig. 6A und 6B sind graphische Darstellungen von Signalver läufen, wie sie mit dem Lichtmeßsystem gemessen werden.

Fig. 7 ist ein Bild, wie es durch einen Röntgenstrahl-CT-Scanner beim Ausführungsbeispiel erhalten wird.

Fig. 8A und 8B sind zeitliche Ablaufdiagramme, die die Meß folge beim Ausführungsbeispiel zeigen.

Fig. 9A-9E sind Konzeptionsdiagramme, die den Datenverar beitungsablauf beim Ausführungsbeispiel veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Ausführungsbeispiel verfügt über ein Formdaten-Meßteil zum Erhalten von Daten für die Form innerer Organe oder von Gewebe eines zu untersuchenden Körpers und über ein Funktions- Meßteil zum Erhalten von Daten für eine Verteilung, die die biologische Funktion in Bereichen des Körpers repräsentiert. Eine Bildrekonstruktionseinheit 80 und eine Anzeigesteuerung 100 sind für beide Teile gemeinsam vorhanden. Das Formdaten-Meßteil verwendet als Meßprinzip dasjenige eines Röntgenstrahl-Computertomograph(CT)-Scanners. Das Teil verfügt über eine Röntgenstrahlquelle 3 und ein Röntgenstrahl-Detektorarray 1, die beide auf einem in Fig. 1 nicht dargestellten Drehtisch angeordnet sind. Röntgen strahl-Projektionsdaten für die jeweiligen Drehwinkel des Ti sches werden einer Röntgenstrahl-Datenerfassungseinheit 70 zugeführt und dort gespeichert. Das Funktions-Meßteil verwendet als Meßprinzip dasjenige eines optischen Bilderzeugungssystems, das die Verteilung einer Stoffwech selsubstanz in einem lebenden Körper durch ein spektrophoto metrisches Durchstrahlverfahren (optischer CT-Scanner) erhält. Das Funktions-Meßteil verfügt über eine Optokopp lermütze 20, die an den zu untersuchenden Körper gelegt wird, ein Lichtquellensystem 30, ein Lichtmeßsystem 40, eine Zeitsteuerung 50 zum Steuern der Systeme 30 und 40 und eine optische Datenerfassungseinheit 90 zum Speichern gemessener optischer Daten. Die in den beiden Datenerfassungseinheiten 70 und 90 gespeicherten Daten werden einem Bildrekonstruk tionsablauf unterzogen, der in der Bildrekonstruktionsein heit 80 ausgeführt wird. Bilddaten werden der Bildsteuerung 100 zugeführt und daraus folgende Bilder werden auf einer Anzeigeeinheit 105 dargestellt. Alle Blöcke werden durch einen Computer 60 gesteuert.

Bei dieser Struktur kann das Formdaten-Meßteil durch andere Meßsysteme ersetzt werden, die dazu in der Lage sind, Bilddaten für einen inneren Teil eines menschlichen Körpers zu erhalten, z. B. durch ein Bilderzeugungssystem mit magne tischer Resonanz (MRI = Magnetic Resonance Imaging). Darüber hinaus ist das Prinzip des Ausführungsbeispiels nicht nur mit dem oben genannten optischen CT-Scanner möglich, son dern es kann z. B. auch ein spektroskopisches Bilderzeu gungssystem mit magnetischer Resonanz (MRS imaging system), ein biomagnetisches (neuromagnetisches) Bilderzeugungssystem oder ein anderes System verwendet werden, mit dem eine bio logische Funktion in einem lebenden Körper, wie z. B. der Blutkreislauf oder der Stoffwechsel gemessen werden und spe ziell analysiert werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Außenansicht des Ausführungsbeispiels, das zum Untersuchen eines menschlichen Kopfes dient. Die Optokopplermütze 20 ist in einem Mittenloch des Hauptrahmens 110 des Systems angeordnet. Andere in Fig. 1 dargestellte Blöcke sind innerhalb des Hauptrahmens 110 un tergebracht. Der Kopf eines auf einem Bett 120 liegenden Pa tienten wird in das Mittenloch des Hauptrahmens 110 einge führt, und die Optokopplermütze 20 wird um den Kopf gelegt.

Fig. 3 zeigt den Meßbereich bzw. das Sichtfeld sowohl des Formdaten-Meßteils wie auch des Funktions-Meßteils. Das Sichtfeld 4 des Formdaten-Meßteils wird durch den Röntgenstrahldetektorbereich des Röntgenstrahldetektorarrays 1 bestimmt, das der Röntgenstrahlquelle 3 gegenüberliegt. Die Optokopplermütze 20 ist im Sichtfeld 4 angeordnet. Das Sichtfeld 5 des Funktionsverteilungs- Meßteils liegt innerhalb des Sichtfeldes 4 des Formdaten-Meßteils. Dadurch überdeckt das Sichtfeld 4 des Formdaten-Meßteils einen Teil der Optokopplermütze 20 und das Sichtfeld des Funktions- Meßteils.

Fig. 4A zeigt den Aufbau des Lichtquellensystems 30. Das Lichtquellensystem verfügt über zwei Lasereinheiten 8-1 und 8-2, die Lichtpulse in jeweiligen Wellenlängen mit einer Pulslänge unter 100 Pikosekunden ausstrahlen. Ein Bestrah lungswellenlängen-Auswähler 7 wird durch eine Lichtquellen steuerung 6 so angesteuert, daß er Laserlicht von einer der Lasereinheiten 8-1 oder 8-2 auswählt. Die ausgewählten Lichtpulse werden auf einen rotierenden Spiegel 9 gelenkt und auf eine von mehreren optischen Fasern 12 gerichtet, die in einem Lichtverteiler 10 angeordnet sind, was abhängig vom Drehwinkel des Drehspiegels 9 erfolgt.

Der Drehspiegel wird durch einen Schrittmotor angetrieben, der durch Steuerpulse von der Lichtquellensteuerung 6 ge steuert wird. Dadurch werden von den Lasereinheiten 8-1 und 8-2 erzeugte Lichtpulse aufeinanderfolgend zu jeder der op tischen Fasern 12 gelenkt.

Die optischen Fasern 12 für die Lichtbestrahlung führen zur Opto kopplermütze 20; ihre Enden sind entlang einer kreisförmigen Linie auf der Innenoberfläche der Mütze 20 an geordnet, wie in Fig. 4B dargestellt. Optische Fasern 14 zur Lichtmessung sind ebenfalls entlang der kreisförmigen Linie angeordnet; sie führen zum Lichtmeßsystem 40. Das von einer der optischen Fasern 12 ausgestrahlte Licht bestrahlt den menschlichen Kopf in der Mütze. Das Licht wird von den jeweiligen Bereichen oder Geweben des Kopfes absorbiert und ge streut und gelangt dann wieder an die Oberfläche des Kopfes. Das durchgestrahlte Licht wird an mehreren Stellen aufgenommen und über die optischen Fasern 14 zum Lichtmeßsystem 40 geleitet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Wellenlängen al ternativ verwendet. Die eine ist entsprechend einem Absorp tionsmaximum von Desoxihämoglobin (760 nm) und die andere entsprechend einem Oxihämoglobin-Desoxihämoglobin-Punkt (805 nm) ausgewählt. Alternativ kann ein Meßverfahren mit vier Wellenlängen verwendet werden, bei dem die oben genann ten zwei Wellenlängen und leicht gegenüber diesen verscho bene Wellenlänge verwendet werden.

Fig. 5 zeigt den Aufbau des Lichtmeßsystems 40. Es ist dazu in der Lage, Schwankungen der Lichtmenge auf Zeitbasis (ein zeitliches Lichtspektrum) zu messen und aufzuzeichnen. Lichtstrahlen, die jeweils durch eine optische Faser über tragen werden, bestrahlen Punkte 15 auf der opti schen Kathode 16 einer Streakkamera. Elektronenstrahlen wer den entsprechend der Lichtbestrahlung erzeugt, und die Strahlen fliegen zu einer Anode 18, die mit fluoreszierendem Material beschichtet ist. Ein Hochfrequenz-Ablenkfeld wird durch eine Ablenkelektrode 17 erzeugt, wodurch die Strahlen in y-Richtung laufend abgelenkt werden. Dadurch werden zeit liche Änderungen der Lichtmengen auf der Anode 18 auseinandergezogen, und es erscheinen die Bil der fluoreszierender Linien, wie in Fig. 6B dargestellt. Die Linienbilder werden mit einer (nicht dargestellten) Fernseh kamera aufgenommen und in einem Speicher abgelegt, der in der Lichtdaten-Erfassungseinheit 90 vorhanden ist, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Von den aufgezeichneten Daten werden nur die dem gestrichelten Bereich in Fig. 6A entspre chenden Daten ausgewählt und integriert, um mit diesem zeit lichen Tor Streulicht zu eliminieren.

Gemäß der Meßfolge beim Ausführungsbeispiel erfolgt zunächst eine Formdatenerfassung mit Röntgenstrahlen. Die Messung erfolgt unter der Bedingung, daß die Optokoppler mütze 20 um den Kopf eines Patienten sitzt. Die Mütze 20 be steht aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material, wie Aluminium oder Kunststoff. Mindestens drei stabförmige Teile aus einem stark Röntgenstrahlen absorbierenden Mate rial sind in der Schale der Mütze 20 untergebracht. Dadurch erscheint ein Tomogrammbild 21 des menschlichen Kopfes und der drei Positionsmarkierungen 23 auf einem Röntgenstrahl-To mogrammbild, wie es durch die Bildrekonstruktionseinheit 80 rekonstruiert wird; es wird auf dem Schirm der Anzeige einheit 105 abgebildet, wie in Fig. 7 dargestellt. Die Mar kierungen 23 bezeichnen die Position der Optokopplermütze 20.

Nach der Messung mit den Röntgenstrahlen erfolgt eine Funk tionsverteilungsmessung mit Lichtpulsen. Um eine Änderung der Meßbedingungen zu vermeiden, werden idealerweise beide Messungen gleichzeitig ausgeführt. Jedoch besteht auch kein Problem darin, beide Messungen aufeinanderfolgend auszufüh ren, wenn die Änderung in den Meßbedingungen vernachlässig bar ist. Die Funktionsverteilungsmessung wird für gewöhnlich mehrfach wiederholt, um Information für zeitliche Änderung des Oxidationsstoffwechsels zu erhalten. In diesem Fall kann die Formdatenmessung nach der wiederholten Funk tionsverteilungsmessung erneut erfolgen, wie durch Fig. 8A gezeigt. Wenn das Wiederholintervall relativ lang ist, ist es vorteilhaft, beide Messungen abwechselnd auszuführen, wie in Fig. 8B gezeigt.

Um ein die Verteilung des Lichtabsorptionskoeffizienten in einem Schnittbild anzeigendes Bild zu erhalten, sollte die Durchstrahlungscharakteristik des Gegenstandes in vielen Richtungen gemessen werden. Dementsprechend wird die Auswahl der optischen Fasern 12 und damit die Auswahl der Bestrahlungspunkte auf dem Kopf nacheinander geändert, und die Messung der durchstrahlenden Lichtpulse wird für mehrere Lichtaufnahmepunkte wiederholt. Durch die Wiederholungen werden Daten mit Ns·Nd numerischen Wertes erfaßt und in der Lichtdatenerfassungseinheit 40 abgespeichert; dabei ist Ns die Anzahl von Lichtstrahlungspunkten, und Nd ist die Anzahl von Lichtaufnahmepunkten pro einmaliger Lichtpulsdurchstrahlung.

Der für die Bildrekonstruktion beim Ausführungsbeispiel ver wendete Algorithmus basiert auf einem Rückprojektionsverfahren, wie es in "Image Reconstruction from Projection" von G. T. Herman, 1979 beschrieben ist. Darüber hinaus verwendet der Bildrekonstruktionsablauf des Beispiels Information aus dem zuvor erhaltenen morphologischen Bild.

Zunächst wird der gesamte Bildbereich des zuvor erhaltenen Röntgenstrahl-Tomogrammbildes, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, entsprechend den Pixeln der Abbildung in Elemente einer N·M-Matrix unterteilt. Die Positionen aller Lichtbestrahlungspunkte und Lichtaufnahmepunkte werden unter Zuhilfenahme der Positionen der Markierungen 23, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind, berechnet. Dann werden auf dem Röntgenstrahl-Tomogrammbild die verschiedenen Bereiche voneinander getrennt, die innere Ge webe anzeigen, wie Knochen, weiße Hirnmasse und graue Hirn masse. Automatische Bereichsunterscheidungsverfahren, wie sie bei dreidimensionaler Anzeige innerer Organe verwendet werden, können eingesetzt werden. Das einfachste Verfahren besteht darin, die Unterscheidung mit Hilfe des CT-Wertes eines jeden Pixels vorzunehmen. Zum Beispiel werden Pixel mit einem CT-Wert über 1200 Knochen zugeordnet, Pixel mit einem CT-Wert zwischen 1100 und 1200 werden weißer Hirnmasse zugeordnet, und Pixel innerhalb eines Knochens und mit einem CT-Wert unter 1100 werden grauer Hirnmasse zugeordnet. Da durch wird ein in unterschiedliche Bereiche untergliedertes Kopfbild erhalten und in einem Speicher abgespeichert.

Danach werden optische Variablen s_i und m_i für jedes Pixel festgelegt, wie in Fig. 9A dargestellt, wobei s_i der Licht streukoeffizient, m_i der Lichtabsorptionskoeffizient und i die Pixelnummer ist. Die verschiedenen Werte dieser optischen Variablen können aus dem in unterschiedliche Bereiche ge gliederten Röntgenstrahl-Kopfbild und der Wellenlänge des bei der optischen Messung verwendeten Lichtpulses abgeschätzt werden. Damit werden für diese optischen Variablen konstante Werte bestimmt. Wenn z. 3. die Wellenlänge zwischen 600 und 700 nm liegt, kann der Wert m_i für Pixel im Knochenbereich zu m_i = 0 bestimmt werden. Der Wert s_i für den Knochenbe reich kann aus dem Alter des Patienten bestimmt werden. Der Wert s_i für andere Bereiche kann auf Standardwerte festgesetzt werden, die aus In-vitro-Tests für jeweilige Ge webe bekannt sind.

Während des Ablaufs der Wertebestimmung verbleiben die Werte von m_i für dem Gehirn zugeordnete Pixel als Variable beim Bildrekonstruktionsablauf. Der Ablauf verwendet Lichtmeßda ten A(k, p) und A₀(k, p), wobei A(k, p) ein über ein zeitliches Tor integrierter Wert der gemessenen Lichtmenge ist, wie oben beschrieben, A₀(k ,p) der Integrationswert der ohne Ein führen des Kopfes des Patienten gemessenen Lichtmenge ist, k die Positionszahl des Lichtbestrahlungspunktes ist, mit k=1, 2, . . ., und p die Positionszahl des Lichtaufnahmepunktes ist, mit p=1, 2, 3, . . . für jeden Wert von k. Fig. 9B zeigt Positionen von Lichtaufnahmepunkten für einen Lichtbestrahlungspunkt k.

Die Lichtabschwächung X(k, p) des Kopfes für jedes Paar eines Lichtbestrahlungspunktes und eines Lichtaufnahmepunktes wird aus den gemessenen Daten wie folgt berechnet:

X(k, p) = -log (A(k, p)/A₀(k, p) (1)

Danach wird ein Lichtdurchstrahlbereich R(k, p) für jedes Paar eines Lichtbestrahlungspunkts und eines Lichtaufnahmepunkts definiert, wie in Fig. 9C dargestellt. Die Form des Bereichs sollte in Zusammenhang mit der Breite des oben genannten zeitlichen Tores zum Beseitigen von Streulicht bestimmt werden. Die Lichtabschwächung X(k, p) sollte durch folgende Gleichung gegeben sein:

X(k, p) = Σ(m_i + s_i), i∈R (2)

wobei R den Satz von Pixelmustern für alle Pixel des Bereichs R(k, p) bezeichnet.

Da die Werte von s_i, i∈R aus dem in unterschiedliche Berei che unterteilten Röntgenstrahl-Tomogrammbild bestimmt wer den, kann ein Wert Y(k, p), der die nur durch Lichtabsorption im Kopf bedingte Lichtabschwächung repräsentiert, aus folgender Gleichung berechnet werden:

Y(k,p) = X(k,p) = Σ(s_i), i∈R (3)

Da m_i für Knochen zu Null bestimmt ist, zeigt der berechnete Wert von Y(k, p) (p = 1, 2, 3, 4 . . . ) eine Projektion des Lichtabsorptionskoeffizienten m_i für das Gehirn an. Eine solche Projektion wird für jeweilige Orte eines Lichtbe strahlpunktes berechnet, und es wird ein Datensatz zum Rekon struieren der Lichtabsorptionsverteilung im Gehirn erhalten.

Dann wird das in Fig. 9D dargestellte Bild der Lichtabsorp tionsverteilung 140 durch ein Rückprojektionsverfahren rekonstru iert. Durch geeignete Wahl der gemäß dem US-Patent 4,281,645 bestimmten Lichtwellenlängen wird eine Verteilung des Hämo globinoxidationsverhaltens erhalten. Wie in Fig. 9E darge stellte, werden die Lichtabsorptionsverteilung 140 und das Röntgenstrahl-Tomogrammbild 145 auf einem einzigen Schirm mit individuellen Farben wiedergegeben.

Der Algorithmus des Ausführungsbeispiels kann wie folgt zu sammengefaßt werden:

i) Unterteilen eines morphologischen Bildes in individuelle Bereiche innerer Organe oder von Gewebeteilen.
ii) Erhalten einer Anzahl Daten A_p(p = 1, 2, . . . ) durch Funk tionsmessung. Die jeweiligen Daten A_p werden für Verteilungen mehrerer physikalischer Größen (a, b, c) in einem jeweils begrenzten Bereich R_p erhalten. Die Daten können durch eine Funktion mit Variablen a_i, b_i, c_i wie folgt wiedergegeben werden: A_p = f8 . . . , a_i . . . , . . . b_i . . . , . . . c_i . . . ), i∈R_p . . . (4)
iii) Bestimmen der Werte der Variablen b_i und c_i durch eine Annahme betreffend jeweilige Standardwerte der physikali schen Größen b und c für jedes der inneren Organe oder Gewe be. Dann folgt aus Gleichung (4): A_p = f′( . . . a_i . . . ), i∈R_p (5)
iv) Berechnen von Werten a_i in einem vorgegebenen Bereich aus Gleichung (5) und von ermittelten Werten A_p (p = 1, 2, . . . ), um ein Verteilungsbild für die Variable a_i zu erhal ten, die eine biologische Funktion anzeigt.

Gemäß den Ausführungsbeispielen werden die Werte verschiede ner Variablen auf einen konstanten Wert gesetzt. Statt dessen ist es auch möglich, den variablen Bereich verschiedener Variablen mit Hilfe eines in Bereiche unterschiedenen mor phologischen Bildes zu bestimmen. Wenn mehr als eine beson dere Anzahl von Meßwerten A_p in Gleichung (4) vorhanden ist, können die Variablen a_i, b_i und c_i durch ein Iterationsver fahren erhalten werden. Jedoch nimmt der Ablauf des Itera tionsverfahrens sehr viel Zeit in Anspruch, wenn kein Va riablenbereich für die Variablen a_i, b_i und c_i bekannt ist. Bei der Erfindung werden Variablenbereiche verschiedener Variablen mit Hilfe des in Bereiche aufgeteilten morpho logischen Bildes begrenzt. Dadurch kann die Lösung in kürzerer Zeit erhalten werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Abbilden einer Stoffwechselfunktion in einem lebenden Körper, mit
einer optischen Einrichtung (20, 30, 40, 50, 90) zum Erfassen der Verteilung einer Stoffwechselsubstanz, wobei die Einrichtung Daten (A(k, p)) aufnimmt, die durch die Verteilung des optischen Absorptionskoeffizienten (m_i) und des optischen Streukoeffizienten (s_i) im Körper beeinflußt sind, und mit einer Einrichtung (80) zur Rekonstruktion der Abbildung aus den aufgenommenen Daten,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einrichtung (1, 3, 70) zum Erfassen einer morpholo gischen tomographischen Abbildung (21) eines Teils des Körper inneren vorgesehen ist, wobei das Sichtfeld (4) dieser Einrich tung wenigstens das Sichtfeld (5) der optischen Einrichtung für die Erfassung der Verteilung der Stoffwechselsubstanz umfaßt, daß
eine Einrichtung zum Aufteilen der morphologischen Abbil dung in einzelne Bereiche innerer Organe oder Gewebeteile in Form einer N·M Matrix vorgesehen ist, wobei jedem Matrixelement ein Pixel der morphologischen Abbildung zugeordnet ist, und daß aus der morphologischen Abbildung Werte oder Wertebereiche für den optischen Absorptionskoeffizienten (m_i) und den opti schen Streukoeffizienten (s_i) eines jeden Pixels abgeleitet werden, wobei diese Werte oder Wertebereiche dann der Rekon struktion der Abbildung der Stoffwechselfunktion in der Ein richtung (80) zugrundegelegt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der Verteilung der Stoffwechsel substanz für jeweils einen Lichteinstrahlungspunkt das durch gelassene Licht an einer Anzahl von Lichtaufnahmepunkten erfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der morphologischen Abbildung ein Röntgenstrahl-Computertomographie-Scanner ist, der ein Röntgen- Strahl-Tomographiebild des Körpers erstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufteilen der morphologischen Abbildung das Bild in Abhängigkeit von den CT-Werten für die Pixel des Rönt genstrahl-Tomographiebildes unterteilt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (105) zum Darstellen der in Bereiche aufge teilten morphologischen Abbildung in Verbindung mit dem die Ver teilung der Stoffwechselsubstanz anzeigenden Bild.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildrekonstruktionseinrichtung (80) ein optisches Tomo grammbild für die Verteilung des Lichtabsorptionskoeffizienten aus einer Anzahl Projektionen von gemessenen Lichtdurchstrah lungsimpulsen und von Werten des Lichtstreukoeffizienten er stellt, die für die Pixel des Röntgenstrahl-Tomographiebildes bestimmt wurden, wobei die Projektionen des Lichtabsorptions koeffizienten rückprojiziert werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Tomographiescanner eine an den Körper angelegte optische Koppeleinrichtung (20) aufweist, die im Sichtfeld (4) des Röntgenstrahl-Tomographie-Scanners angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Koppeleinrichtung (20) eine Schale aus einem röntgenstrahldurchlässigen Material aufweist, in der Stäbe (23) aus einem Material mit hoher Röntgenabsorption untergebracht sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte oder Wertebereiche für den Absorptionskoeffizienten oder den Streukoeffizienten einem Iterationsverfahren, mit dem der Einfluß des jeweiligen Koeffizienten auf die Daten für die Verteilung der Stoff wechselsubstanz bestimmt wird, als Variable bzw. Variablen bereiche zugrundegelegt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (105) einen einzigen Anzeigeschirm aufweist, auf dem die morphologische Abbildung zusammen mit der die Verteilung der Stoffwechselsubstanz anzeigenden Abbildung dargestellt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Tomographie-Scanner und der Röntgenstrahl-Tomogra phie-Scanner gleichzeitig betrieben werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Tomographie-Scanner und der Röntgenstrahl-Tomogra phie-Scanner abwechselnd betrieben werden.

13. Verfahren zum Erhalten einer Abbildung, die eine Stoff wechselfunktion in einem lebenden Körper anzeigt, mit den Schritten
des Erfassens von Daten (A(k, p)) für die Verteilung einer Stoffwechselsubstanz, wobei die Daten durch die Verteilung des optischen Absorptionskoeffizienten (m_i) und des optischen Streu koeffizienten (s_i) im Körper beeinflußt sind, und mit
der Rekonstruktion der Abbildung der Verteilung der Stoffwechselsubstanz aus den aufgenommenen Daten,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine morphologische tomographische Abbildung (21) eines Teils des Körperinneren aufgenommen wird, wobei der morpholo gischen Abbildung das gleiche Sichtfeld zugrundeliegt wie der Abbildung für die Verteilung der Stoffwechselsubstanz, daß
die morphologische Abbildung in einzelne Bereiche innerer Organe oder Gewebeteile in Form einer N·M Matrix aufgeteilt wird, wobei jedem Matrixelement ein Pixel der morphologischen Abbildung zugeordnet wird, und daß
aus der morphologischen Abbildung Werte oder Wertebereiche für den optischen Absorptionskoeffizienten (m_i) und den opti schen Streukoeffizienten (s_i) eines jeden Pixels abgeleitet werden, wobei diese Werte oder Wertebereiche dann der Rekon struktion der Abbildung der Stoffwechselfunktion zugrundegelegt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologische Abbildung ein Röntgenstrahl-Tomographiebild ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologische Abbildung in Abhängigkeit von den CT-Werten für die Pixel des Tomographiebildes in Bereiche unterteilt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in Bereiche aufgeteilte morphologische Abbildung in Verbindung mit der die Verteilung der Stoffwechselsubstanz anzeigenden Abbildung dargestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologische Abbildung zusammen mit der die Verteilung der Stoffwechselsubstanz anzeigenden Abbildung auf einem einzigen Anzeigeschirm dargestellt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte oder Wertebereiche für den Ab sorptionskoeffizienten oder den Streukoeffizienten einem Iterationsverfahren, mit dem der Einfluß des jeweiligen Koeffizienten auf die Daten für die Verteilung der Stoff wechselsubstanz bestimmt wird, als Variable bzw. Variablen bereiche zugrundegelegt werden.