DE60014316T2

DE60014316T2 - Verfahren zur Bestimmung einer Konstante in einem Relationausdruck betreffend endexpiratorischer Luftgeschwindigkeitskonstante und arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstante sowie Xenon-CT-Vorrichtung

Info

Publication number: DE60014316T2
Application number: DE60014316T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Sase
Original assignee: Anzai Medical KK
Current assignee: Anzai Medical KK
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: EP1138261A1; US6337895B1; JP3681610B2; JP2001276057A; EP1138261B1; DE60014316D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Konstanten in einem Relationsausdruck bezüglich der Luftgeschwindigkeitskonstanten am Atemzug-Ende und der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten, außerdem eine Xenon-CT-Apparatur. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Konstanten in einem Relationsausdruck bezüglich der Luftgeschwindigkeitskonstanten am Atemzug-Ende und der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten, und eine Xenon-CT-Apparatur, die es ermöglichen, in korrekter Weise den Gehirnblutstromdurchsatz unter Verwendung von beispielsweise einer Xenongas-Zuführeinheit und einer Röntgen-CT-Einheit zu messen.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist zum Beispiel ein Verfahren bekannt, bei dem ein Tomographiebild eines Kopfs eines Patienten als Probe mit Hilfe einer Röntgen-CT-Apparatur aufgenommen wird, während der Patient ein Gasgemisch inhalieren kann, welches aus Xenongas und Sauerstoffgas besteht, welches aus einer Gasinhaliereinheit für eine vorbestimmte Zeitspanne mit Hilfe einer Beatmungsmaske zugeführt wird, woran anschließend der Patient normale Luft atmen kann, wobei das Tomographiebild analysiert wird, um den Blutstrom im Kopf des Patienten zu messen.
Bei diesem Meßverfahren wird das Gasgemisch aus den Lungen des Patienten in die Lungenvene absorbiert, durchströmt das Herz und gelangt als arterieller Blutstrom in das Gewebe des Kopfs. Das Gasgemisch läuft durch das Kopfgewebe, kehrt über den venösen Blutstrom zum Herzen zurück und gelangt dann über das Herz zurück in die Pulmonalar terie. Während dieses Vorgangs wird die zeitabhängige Änderung der Xenongaskonzentration im Gewebe des Kopfs mit Hilfe des Röntgen-CT-Geräts beobachtet und verglichen mit der zeitabhängigen Änderung der Xenongaskonzentration eines Kopfs, in welchem sich normales Gewebe befindet. Hierdurch ist es möglich, den Kopf des Patienten zu diagnostizieren.
Um den Durchsatz des Gehirnblutstroms mit dem oben beschriebenen Meßverfahren zu ermitteln, ist es notwendig, die Xenongaskonzentration in der Arterie zusammen mit der Xenongaskonzentration im Gehirngewebe zu ermitteln. In jüngerer Zeit wurde die Xenongaskonzentration in der Luft am Ende des Atemzugs, die sich mit einem nichtinvasiven Verfahren nachweisen läßt, ersetzt durch die Xenongaskonzentration in der Arterie.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Korrelation zwischen der Xenongaskonzentration in der Arterie und der Xenongaskonzentration in der Luft am Ende des Atemzugs herausgefunden und aufgedeckt {vergleiche „The Effect of Xenon Inhalation Speed an Cerebral Blood Flow Obtained Using the End-Tidal Method in Xenon-Enhanced CT" von Shigeru Sase, Journal of Computer Assisted Tomography, 22 (5): 786-791, 1998}.
Die Korrelation ist folgende: die Geschwindigkeitskonstante der Xenongaskonzentration in der Arterie wird ausgedrückt durch eine lineare Exponentialfunktion der Geschwindigkeitskonstanten der Xenongaskonzentration in der Luft am Ende des Atemzugs unter Verwendung einer Umwandlungskonstante.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Erkenntnisse gemäß der obigen Erläuterung gemacht, und ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Bestimmen einer Konstanten in einem Relationsausdruck bezüglich der Luftgeschwindigkeitskonstanten am Atemzug-Ende und der Geschwindigkeitskonstanten des arteriellen Bluts, außerdem soll eine Xenon-CT-Vorrichtung geschaffen werden, die es ermöglicht, in korrekter Weise den Gehirnblutstromdurchsatz mit Hilfe der Xenongaskonzentration in der Luft am Atemzug-Ende unter Verwendung der Korrelation zwischen der Xenongaskonzentration des Blutstroms in der Arterie und derjenigen in der Luft am Ende des Atemzugs zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Konstanten γ in einem Relationsausdruck: Ka = γ X (1 – exp(-Ke/γ))geschaffen, wobei Ke eine Luftgeschwindigkeitskonstante am Ende des Atemzugs und Ka eine Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante bei einer Xenon-CT-Untersuchung ist, wobei das Verfahren beinhaltet: einen Schritt A des Einstellens einer interessierenden Zone in einem Xenon-CT-Bild; und einen Schritt B des Bestimmens der Konstanten γ, mit der ein Xenon-Verteilungskoeffizient λ einen vorbestimmten Sollwert innerhalb der voreingestellten interessierenden Zone am nächsten kommt. Wie oben erläutert, ist es möglich, einen korrekten Wert der Konstanten γ dadurch zu erhalten, daß man die Konstante γ unter Verwendung des Xenonverteilungskoeffizienten λ als Index ermittelt.
Im Schritt B wird der Verteilungskoeffizient λ berechnet, indem die Konstante γ innerhalb eines Sollbereichs von 0,24 bis 7,7 variiert wird, um die Konstante γ so zu bestimmen, daß der Verteilungskoeffizient λ dem Sollwert am nächsten kommt. Wie oben ausgeführt, ist der zu betrachtende Bereich für die Konstante γ begrenzt, und damit ist es möglich, die Verarbeitungszeit zu verkürzen, die zur Bestimmung der Konstanten γ erforderlich ist.
Dabei ist es außerdem bevorzugt, wenn der gewünschte Bereich ein Bereich von 0,3 bis 2,5 ist.
Im Schritt B wird die Konstante γ, mit der ein Wert des Verteilungskoeffizienten λ dem Sollwert am nächsten kommt, für jedes von vorbestimmten Bildelementen innerhalb der interessierenden Zone ermittelt, und die ermittelten Werte für die Konstante γ werden gemittelt, um einen objektiven Wert für die Konstante γ abzuschätzen. Hierdurch ist es möglich, die Konstante γ korrekter zu bestimmen.
Weiterhin wird im Schritt A die interessierende Zone auf eine Zone eingestellt, die weiße Substanz des Gehirns enthält, und im Schritt B wird der Sollwert abhängig von einem Hämatokritwert bestimmt. Folglich ist es möglich, in korrekter Weise die Konstante γ zu bestimmen, um den Gehirnblutstromdurchsatz zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird eine Xenon-CT-Vorrichtung geschaffen, welche aufweist: eine Gasvorratseinheit zum Zuführen von Xenongas zu einer Probe; eine Konzentrationsmeßeinheit zum Messen einer Xenongaskonzentration in der Luft am Ende des Atemzugs der Probe (im folgenden als „Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration" bezeichnet); einen Haupt-Röntgen-CT-Vorrichtungskörper zum Ermitteln von CT-Bilddaten einer Untersuchungsstelle, um eine Xenongaskonzentration der Untersuchungsstelle der Probe zu ermitteln (im folgenden als „Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentration" bezeichnet); und eine Datenverarbeitungseinheit zum Bestimmen der Untersuchungsort-Xenongaskonzentration auf der Grundlage der CT-Bilddaten, und zum Bestimmen einer Blutstromgeschwindigkeit des Untersuchungsorts auf der Grundlage der Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentration und der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration; wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Xenongas-Verteilungskoeffzienten λ zwischen der Untersuchungsstelle und dem Blut der Probe anhand einer Umwandlungskonstanten γ zum Umwandeln einer Geschwindigkeitskonstanten der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration (im folgenden als „Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstante" bezeichnet) in eine Geschwindigkeitskonstante (im folgenden als „Arterienblut-Geschwindigkeitskonstante" bezeichnet) einer Xenongaskonzentration (im folgenden als „Arterien-Xenongaskonzentration" bezeichnet) des Blutstroms in der Arterie bestimmt und als wahren Wert die Umwandlungskonstante γ festlegt, bei der der Verteilungskoeffizient λ einem vorbestimmten Sollwert am nächsten kommt. Wie oben ausgeführt, besteht die Möglichkeit, einen korrekten Wert der Umwandlungskonstanten γ dadurch zu erhal ten, daß man die Umwandlungskonstante γ unter Verwendung des Verteilungskoeffizienten λ als Index ermittelt.
Bei dieser Ausgestaltung enthält die Datenverarbeitungseinheit eine Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung zum Bestimmen der Umwandlungskonstanten γ; wobei die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung eine Annahmewert-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines angenommenen Werts der Umwandlungskonstanten γ und zum Variieren des angenommenen Werts aufweist.
Weiterhin enthält die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung eine provisorische Geschwindigkeitskonstanten-Einstelleinrichtung zum Bestimmen eines vorläufig berechneten Werts für die Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante aus der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten basierend auf dem angenommenen Wert für die Umwandlungskonstante γ; eine provisorische Verteilungskoeffizienten-Berechnungseinrichtung zum Bestimmen eines vorläufig berechneten Werts für den Verteilungskoeffizienten λ aus dem vorläufig berechneten Wert der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten und der Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentration; und eine Umwandlungskonstanten-Extrahiereinrichtung, um als extrahierten angenommenen Wert, der als wahrer Wert hergenommen wird, einen angenommenen Wert der Umwandlungskonstanten γ zu extrahieren, welcher demjenigen von den einzelnen vorläufig berechneten Werten für den Umwandlungskoeffizienten λ, die auf der Grundlage der einzelnen angenommenen Werte für die Umwandlungskonstante γ erhalten wurden, entspricht, der dem Sollwert am nächsten kommt.
Die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung enthält eine Filtereinrichtung, um als gefilterten Wert für den wahren Wert einen solchen Wert zu bestimmen, in dem der provisorisch berechnete Wert des Verteilungskoeffizienten λ entsprechend dem extrahierten, angenommenen Wert in einem vorbestimmten Filtrierbereich der extrahierten angenommenen Werte enthalten ist.
Die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung enthält eine ROI-Datenextrahiereinrichtung (ROI = region of interest = interessierende Zone) zum Extrahieren von Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentrationen, die auf der Grundlage von Daten entsprechend mehreren vorbestimmten Bildelementen der Daten zugehöriger Bildelemente erhalten wurden, die in den CT-Bilddaten enthalten sind; und eine Durchschnittswertberechnungseinrichtung, um denjenigen Wert als wahren Wert für die Umwandlungskonstante γ zu bestimmen, der dem Durchschnittswert der gefilterten Werte entspricht, die auf der Grundlage der extrahierten Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentration erhalten wurden.
Hierdurch ist es möglich, die Umwandlungskonstante γ genauer zu bestimmen.
Die Einrichtung zum Einstellen des angenommenen Werts variiert den angenommenen Wert der Umwandlungskonstanten γ innerhalb eines Sollbereichs von 0,24 bis 7,7. Wie oben ausgeführt, ist der zu betrachtende Bereich für den angenommenen Wert begrenzt, und damit ist es möglich, die Verarbeitungszeit zu verkürzen, die zum Bestimmen der Umwandlungskonstanten γ erforderlich ist.
In dieser Ausgestaltung ist es außerdem bevorzugt, wenn der Sollbereich ein Bereich von 0,3 bis 2,5 ist.
Die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung enthält eine Sollwert-Berechnungseinrichtung zum Bestimmen eines Sollwerts; und die Sollwert-Berechnungseinrichtung ermittelt den Sollwert abhängig von einem Hämatokritwert, wenn die Untersuchungsstelle das Gehirn der Probe ist, wobei eine interessierende Zone zum Bestimmen der Umwandlungskonstanten γ so festgelegt wird, daß es sich um eine Zone handelt, die weiße Substanz des Gehirns enthält. Hierdurch ist es möglich, die Umwandlungskonstante γ zum Ermitteln der Gehirnblutstromgeschwindigkeit korrekt festzustellen.
Im Rahmen dieser Ausgestaltung wird ein Relationsausdruck zum Bestimmen der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten aus der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten anhand der Umwandlungskonstanten γ dargestellt durch: Ka = γ X (1 – exp(-Ke/γ)) wobei Ke eine Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstante und Ka die Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante ist.
Die Xenon-CT-Vorrichtung enthält weiterhin eine Anzeigeeinheit zum Darstellen einer Verteilungskarte der Blutstromgeschwindigkeit und/oder der Umwandlungskonstanten γ.
Die obigen sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der gesamten Anordnung einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt ein Blockdiagramm der Ausgestaltung der Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein Flußdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise der Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt ein schematisches Diagramm in Seitenansicht, welches einen Zustand zeigt, in welchem das Gehirn eines Patienten, der eine mit Xenongas gespeiste Probe darstellt, mit Hilfe einer Röntgen-CT-Vorrichtung photographiert wird;
5 zeigt eine Kennlinie der Änderung der zelebralen Xenongaskonzentration;
6 zeigt eine Kennlinie der Änderung der Arterien-Xenongaskonzentration;
7 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten und der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten;
8 zeigt eine graphische Darstellung der Kennlinie des Relationsausdrucks der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten und der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten;
9 zeigt einen Graphen, der gebildet wird durch Überlagern des in 8 gezeigten und des in 9 gezeigten Graphen;
10 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten und der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten veranschaulicht;
11 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm, das eine schematische Anordnung einer Datenverarbeitungseinrichtung eines Computers darstellt;
12 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm einer schematischen Anordnung einer γ-Einstelleinrichtung der in 11 gezeigten Datenverarbeitungseinrichtung;
13 zeigt eine auf einem Tomographiebild des Gehirns eingerichtete interessierende Zone;
14 zeigt eine λ-H-Tabelle;
15 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm mit einer Einrichtung zum Spezifizieren einer wahren Ke/Ka-Umwandlungskonstanten unter Verwendung eines Sollwerts als In dex im Rahmen einer γ-Wert-Festlegungseinrichtung, die Bestandteil der in 12 dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung ist;
16 zeigt Tabellen, in denen vorläufig berechnete Werte entsprechend angenommenen Werte für jede Anzahl von Bildelemente klassifiziert sind;
17 zeigt eine Tabelle, in welcher extrahierte, vorläufig berechnete Werte und extrahierte angenommene Werte für jede Anzahl von Bildelemente klassifiziert sind;
18 zeigt eine f-Karte des Gehirns, dargestellt auf einem Bildschirm einer Anzeigeeinheit;
19 zeigt eine f-Karte des Gehirns, dargestellt auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit;
20 zeigt eine λ-Karte des Gehirns, dargestellt auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit; und
21 zeigt eine λ-Karte des Gehirns, dargestellt auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Gesamtanordnung einer Gehirnblutstromdurchsatz-Meßvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform. 2 zeigt ein Blockdiagramm der in 1 gezeigten Gehirnblutstromdurchsatz-Meßvorrichtung.
In den 1 und 2 ist die Gehirnblutstromdurchsatz-Meßvorrichtung 10 eine Xenon-CT-Vorrichtung zum Durchführen der Xenon-CT-Untersuchung für eine Probe 12, beispielsweise einen Menschen, und die Vorrichtung enthält hauptsächlich eine Röntgen-CT-Vorrichtung 14 zum Erhalten eines Tomographiebilds (Xenon-CT-Bilds) der Probe 12, und eine Gasgemisch-Vorratseinheit 16 zum Zuspeisen eines Gasgemisches aus Xenon (Xe) und Sauerstoff (O₂) zu der Probe 12.
Die Röntgen-CT-Vorrichtung 14 enthält einen Haupt-Röntgen-CT-Vorrichtungskörper 18 und eine Steuereinheit 20 zum Steuern des Körpers 18 sowie zum Steuern der Gasgemisch-Vorratseinheit 16. Die Steuereinheit 20 arbeitet außerdem als Datenverarbeitungseinheit, um beispielsweise die Bilddaten zu verarbeiten, die von dem Haupt-Röntgen-CT-Vorrichtungskörper 18 (im folgenden einfach als „Hauptvorrichtungskörper" bezeichnet) erhalten werden. Es ist außerdem möglich, daß die Steuereinheit 20 baulich getrennt in eine Steuereinheit eingebaut ist, die den Hauptvorrichtungskörper 18 steuert, oder in eine Steuereinheit, die die Gasgemischvorratseinheit 16 steuert.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Hauptvorrichtungskörper 18 eine Lagerstatt 24 mit einem beweglichen Tisch 22, der in Pfeilrichtungen A und B bei darauf liegender Probe 12 bewegbar ist, wobei der bewegliche Tisch 22 sich auf der Oberseite der Lagerstatt 24 befindet, schließlich ein Portal 32 mit einer zylindrischen Öffnung 26. Das Portal 32 ist mit einer Röntgenröhre 28 (vergleiche 2) ausgestattet, die eine Schwenkbewegung beispielsweise in Pfeilrichtung „a" um die zylindrische Öffnung 26 herum ausführen kann, ferner einen Detektor 30 (siehe 2) mit mehreren Detektorelementen, die um die Öffnung 26 herum am Umfang angeordnet sind.
Wie in 1 zu sehen ist, besitzt die Gasgemischvorratseinheit 16, eine Xenongasflasche 36, eine Sauerstoffgasflasche 38, einen Hauptinhalatorkörper 42 zum Mischen des Xenongases und des Sauerstoffgases unter Steuerung durch einen internen Computer 40, ferner eine Leitung 46, die mit einem Ende an den Hauptinhalatorkörper 42 und mit dem anderen Ende an eine Beatmungsmaske 44 angeschlossen ist.
In dieser Anordnung enthält die Leitung 46 einen Einatmungstubus 46a, einen Ausatmungstubus 46b und eine Atmungsmaskenleitung 46c. An der Beatmungsmaske 44 ist ein Xenongaskonzentrationssensor (eine Konzentrationsmeßeinheit) 48 angebracht. Ein Detektorsignal von dem Konzentrationsmeßsensor 48 wird an den Computer 40 gegeben, in welchem die Xenongaskonzentration im Ausatmungsgas berechnet wird.
Der Computer 40, der den gesamten Betrieb des Mischgasvorratseinheit 16 steuert, ist elektrisch mit der Steuereinheit 20 verbunden, um eine gegenseitige Kommunikation zu ermöglichen.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt die Steuereinheit 20 der Röntgen-CT-Vorrichtung 14 einen Computer 50 der als Steuereinheit und als Verarbeitungseinheit fungiert. Der Computer 50 steuert den Betrieb des Haupt-Röntgen-CT-Vorrichtungskörpers 18 und der Gasvorratseinheit 16. Der Computer 50 verarbeitet die Bildelementdaten zum Aufbau des Tomographiebilds des Gehirns 54 als Untersuchungsort der Probe 12, ermittelt von dem Detektor 30 in dem Portal 32, um beispielsweise das Tomographiebild zu erstellen.
Die zusätzlich mit dem Computer 50 verbundenen Elemente beinhalten eine Bedienkonsole 52 mit einer Maus (1) und einer Tastatur, eine externe Speichereinheit 55, beispielsweise eine magnetooptische Platteneinheit und ein Magnetplattenlaufwerk, und eine Anzeigeeinheit 56, beispielsweise einen Farbbildschirm.
In der Gehirnblutstromraten-Meßvorrichtung 10 der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt der Betrieb der Konsole 52 praktisch folgendermaßen: eine interessierende Anzeige auf dem Bildschirm wird von dem Mauszeiger, der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit 56 dargestellt und von der Maus 51 betätigt wird, angeklickt, um die Ausführung des Prozesses einzuleiten, welcher durch die angeklickte Anzeige festgelegt wird.
Das Tomographiebild (ein sogenanntes CT-Bild) des Gehirns 54 oder dergleichen, welches von den CT-Bildelementdaten dargestellt wird, die von dem Haupt-Röntgen-CT- Vorrichtungskörper 18 mit Hilfe der durch den Computer 50 in der unten beschriebenen Weise bewirkten Verarbeitung erhaltenen CT-Bildelementdaten, wird in Farbe oder einfarbig auf der Anzeigeeinheit 56 dargestellt. Außerdem wird auf der Anzeigeeinheit 56 eine Gehirnblutstromrate dargestellt. Das Bild auf dem Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit 56 kann mit einem in der Steuereinheit 20 enthaltenen Drucker ausgedruckt werden, um eine farbliche oder einfarbige Hartkopie 57 zu erhalten (vergleiche 1).
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform anhand eines in 3 dargestellten Flußdiagramms erläutert. Die Steuereinrichtung für den Ablauf ist der Computer 50.
Als erstes wird im Schritt S1 von Fachpersonal, beispielsweise einem Mediziner, die Bedienkonsole 52 betätigt, damit der bewegliche Tisch 22 in Pfeilrichtung B in einen Zustand bewegt wird, in welchem der Patient 12 auf der Lagerstatt 24 plaziert wird, wie in 4 zu sehen ist. Der bewegliche Tisch 22 wird an einer Stelle angehalten, an der das Tomographiebild des Gehirns 54 der Probe 12 plaziert werden kann.
Anschließend wird im Schritt S2 gemäß 4 die Beatmungsmaske 44 so angebracht, daß Mund und Nase des Patienten 12 bedeckt sind.
Im Schritt S3 wird die Bedienkonsole 52 in dem in 4 dargestellten Zustand betätigt, in welchem die Messung durchgeführt werden kann. Folglich wird ein Meßbeginn-Befehl aus dem Computer 50 der Steuereinheit 20 an den Computer 40 der Gasgemischvorratseinheit 16 und den Röntgen-CT-Vorrichtungskörper 18 gegeben.
Zu diesem Zeitpunkt wird im Schritt S4 das Tomographiebild des Gehirns 54, das heißt das sogenannte Basislinien-CT-Bild von dem Hauptvorrichtungskörper 18 photographiert, und das Bild wird in der externen Speichereinheit 55 abgelegt.
Im Anschluß daran werden Xenongas und Sauerstoffgas, die von der Xenongasflasche 36 bzw. der Sauerstoffgasflasche 38 kommen, in einem Mischungsverhältnis von 30% Xe nongas und 70% Sauerstoffgas von dem Hauptinhalatorkörper 52 unter der Steuerung durch den Computer 40 der Gasgemischvorratseinheit 16 gemischt. Das Gasgemisch wird den Lungen des Patienten 12 über den Einatmungstubus 46a, die Beatmungsmaskenleitung 46c und die Beatmungsmaske 44 zugeführt. Das Ausatmungsgas, welches aus den Lungen des Patenten 12 kommt, wird über die Beatmungsmaske 44, die Beatmungsmaskenleitung 46c und den Ausatmungstubus 46b zu dem Hauptinhalatorkörper 52 zurückgeleitet.
Zu diesem Zeitpunkt wird im Schritt S5 die Gasvorratseinheit 16 von dem Computer 40 derart gesteuert, daß die Konzentration des Xenongases in dem Gasgemisch einen vorbestimmten Wert (in diesem Fall 30%) hat, um die Messung zu beginnen, und zwar angefangen bei dem Zeitpunkt, bei dem begonnen wird, dem Patienten 12 das Gasgemisch zuzuführen. Auf diese Weise wird der Inhalierungsvorgang, das heißt das sogenannte „Wash-In" gestartet.
Als Gasvorratseinheit 16 kann zum Beispiel eine Vorrichtung verwendet werden, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung 3-33326 der Anmelderin offenbart ist. Die Konzentration des Xenongases im Ausatmungsgas wird gemessen in beispielsweise Intervallen von 40 ms, beginnend im Startzeitpunkt des Meßvorgangs.
Im Schritt S6 wird der Vorgang zum Wechseln zur Sättigungsbeurteilung und zum Spülvorgang, das heißt zum sogenannten „Wash-Out", der später beschrieben wird, ausgeführt, beginnend zum Zeitpunkt des Anfangs der Einatmung des Gasgemisches durch den Patienten 12, währenddessen die Röntgenstrahlen in Intervallen von etwa 60 s aus der Röntgenröhre 28 in dem Portal 32 auf den Patienten 12 gestrahlt werden. Die durch den Patienten 12 hindurchgelangten Röntgenstrahlen werden von dem Detektor 30 erfaßt. Hierdurch wird das Tomographiebild des Gehirns 54 in Intervallen von etwa 60 s aufgenommen, die Daten werden als CT-Bilddaten in den Computer 50 geladen.
Anschließend wird im Schritt S7 der CT-Wert (das heißt die Hounsfield-Einheit [HU]) aus den CT-Bildelementdaten für jedes der Bildelemente extrahiert. Die Xenongaskon zentration im Gehirngewebe wird für jedes der Bildelemente anhand des CT-Werts errechnet. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Größe des Bildelements etwa 0,5 mm im Quadrat. Allerdings läßt sich die Größe auf einen geeigneten Wert einstellen.
Die Xenongaskonzentration jedes der Bildelemente wird anhand des Verfahrens des bewegten Durchschnitts berechnet. Das heißt: die Xenongaskonzentration wird für jedes der Bildelemente aus der Meßzone ermittelt, die sich aus mehreren Bildelementen zusammensetzt (zum Beispiel 7 × 7 Einzelwerte, 9 × 9 Einzelwerte oder 11 × 11 Einzelwerte, vorzugsweise 9 × 9 Einzelwerte). Weiterhin wird ein Durchschnittswert der Xenongaskonzentration für die gesamte Zone berechnet, beispielsweise als Xenongaskonzentration für das Bildelement, welches sich im Zentrum der Meßzone befindet. Die Xenongaskonzentration für jedes der Bildelemente wird berechnet, während die Meßzone um die Breite einer Einheit eines Bildelements oder einer Einheit mehrerer Bildelemente bewegt wird (beispielsweise um die Einheit von neun Bildelementen als Meßzoneneinheit).
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll angenommen werden, daß der Satz „für (von) jedes (jedem) Bildelement" in der nachfolgenden Beschreibung die gleiche Bedeutung hat wie der Satz „für (von) jedes (jedem) Gewebe oder für (von) jedes (jedem) der jeweiligen Gewebe", wenn es um den Aufbau des Gehirns 54 geht.
Wie oben ausgeführt wurde, ist es gemäß 5 möglich, die Xenongaskonzentration jedes der Gewebe des Gehirns 54 (die Gehirn-Xenongaskonzentration) Cb(T) [mg/ml] {T bedeutet den Zeitpunkt der Messung [s] mit Werten in Intervallen von 60 s (1 min), beispielsweise T = 0, 62, 123, 183, 243, 303, 363, 424, 484, 544,...} als Xenongaskonzentration der Untersuchungsstelle des Patienten 12 zu erhalten.
Wenn anschließend im Schritt S8 die Geschwindigkeit der Zunahme der Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) kleiner als ein voreingestellter Wert ist, so wird dies dahingehend beurteilt, daß der gesättigte Zustand erreicht ist. Im folgenden Schritt S9 wird beurteilt, ob das Washing-out abgeschlossen ist. Danach wird im Schritt S10 die Zufuhr des Gasgemisches beendet, um das sogenannte Wash-Out durchzuführen, durch welches normale Luft anstelle des Gasgemisches zugeführt wird.
Weiterhin wird der Prozeß im Schritt S6 in Intervallen von etwa 1 min (60 s) durchgeführt, der Prozeß im Schritt S7 wird in Intervallen von 40 ms durchgeführt. Andererseits wird der Prozeß im Schritt S6 in Intervallen von 1 min durchgeführt, und der Prozeß im Schritt S7 wird in Intervallen von 40 ms in der oben beschriebenen Weise durchgeführt, bis im Schritt S11 bestätigt wird, daß die Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, nachdem das Washing-out abgeschlossen ist (nach einer Bejahung im Schritt S9). Wenn die Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) nicht mehr als einem vorbestimmten Wert entspricht (Schritt S11: JA), wird die Gehirnblutstromrate im Schritt S12 in der im folgenden erläuterten Weise berechnet anhand der Konzentrationsdaten des Ausatmungsgases, welches durch den Xenongas-Konzentrationssensor 48 ermittelt wird, und anhand der Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) des Gehirns 54.
In dem folgenden Schritt S13 werden verschiedene Anzeigen auf der Anzeigeeinheit 56 dargestellt, beispielsweise auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses, was weiter unten noch erläutert wird.
Als nächstes soll im folgenden der Prozeß im Schritt S12 beschrieben werden, das heißt der Prozeß zum Berechnen der Gehirnblutstromrate für jedes Gewebe des Gehirns 54.
Als erstes soll der Algorithmus zum Berechnen der Gehirnblutstromrate erläutert werden. In der nachfolgenden Beschreibung bedeutet Ce(t) [mg/ml] die Xenongaskonzentration in der Luft am Ende des Ausatmens (die Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration) zu einem beliebigen Zeitpunkt der Messung t[s], Ca(t) [mg/ml] bedeutet die Xenongaskonzentration des Blutstroms in der Arterie (im vorliegenden Fall eine andere Arterie als die Pulmonararterie, beispielsweise die Halsschlagader), das heißt die Xenongaskonzentration (Arterien-Xenongaskonzentration) des arteriellen Blutstroms in das Gehirn 54, Ka [min^-1] bedeutet die Geschwindigkeitskonstante (die Arterienblutgeschwindigkeitskonstante) der arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t), Ke [min^-1] bedeutet die Geschwindigkeitskonstante (die Luftgeschwindigkeitskonstante am Atemzug-Ende) der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t), f[ml/g/min] bedeutet die Gehirnblutstromrate, und λ bedeutet den Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten (den Xenonverteilungskoeffizienten zwischen Gehirn 54 und dem Blut des Patienten 12).
Der folgende Ausdruck (1) ist der Kety-Schmidt-Ausdruck, der zum Bestimmen der Gehirnblutstromrate f bei dieser Ausführungsform herangezogen wird.
wobei der variable Bereich des definitiven Integrals auf der rechten Seite [0, T] ist.
Die Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) auf der linken Seite im Ausdruck (1) wird auf der Grundlage des CT-Werts bestimmt, der in den CT-Bilddaten enthalten ist, die von dem Röntgen-CT-Gerät 14 zum Zeitpunkt der Messung T erhalten werden.
Die Lösung des bestimmten Integrals auf der rechten Seite im Ausdruck (1) bestimmt sich nach folgender Prozedur:
6 zeigt eine Kennlinie für die arterielle Xenongaskonzentration Ca(t), die beispielsweise anhand von experimentellen Daten ermittelt wird. Ire 6 bedeutet die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t = 0 und w den Zeitraum des Einatmungsvorgangs (Wash-In), die Zeitspanne von dem Zeitpunkt t = w bis 9 ist die Zeitspanne für das Ausspülen (Wash-Out).
Es ist bekannt, daß die Kennlinie der zeitabhängigen Änderung (der Übergang in bezug auf den Meßzeitpunkt t) der arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t) beispielsweise durch die lineare Exponentialfunktion gemäß folgender Gleichung (2) während der Wash-In-Zeitspanne nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate approximiert wird, und beispiels weise durch die lineare Exponentialfunktion gemäß folgender Gleichung (3) für die Wash-Out-Zeitspanne approximiert wird. Ca(t) = Aa × (1 – exp(-Kai × t)) ... (2) Ca(t) = Caw × exp(-Kao × (t-w)) ... (3).
In diesen Gleichungen bedeutet Aa eine vorbestimmte Konstante, Caw bedeutet den Wert der arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t) im Zeitpunkt t = w. Kai bedeutet die arterielle Blutgeschwindigkeitskonstante Ka in der Wash-In-Phase und Kao bedeutet die arterielle Blutgeschwindigkeitskonstante Ka in der Wash-Out-Phase.
Die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao in den Gleichungen (2) und (3) lassen sich ermitteln aus den Ausatmungsgasgeschwindigkeitskonstanten Kei, Keo der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) (Kei bedeutet die Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstante Ke in der Wash-In-Phase und Keo bedeutet die Ausatmungsgs-Geschwindigkeitskonstante Ke in der Wash-Out-Phase. Insbesondere bestimmen sich bei dieser Ausführungsform die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao nach den Relatonsausdrücken {den folgenden Ausdrücken (4) und (5)} bezüglich der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao und den Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei, Keo, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung herausgearbeitet wurden. Kai = γ × (1 – exp(-Kei/γ)) ... (4) Kao = γ × (1 – exp(-Keo/γ)) ... (5).
In diesen Ausdrücken bedeutet γ die Ke/Ka-Umwandlungskonstante, bei der es sich um einen Parameter handelt, der die Gasaustauschfähigkeit in den Lungen kennzeichnet.
Die Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei, Keo in den Ausdrücken (4) und (5) bestimmen sich zum Beispiel aus folgenden Gleichungen (6) und (7), die durch das Verfahren der kleinsten Quadrate aus den Daten der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) ermittelt werden, welche ihrerseits von dem Konzentrationssensor 48 erhalten werden {dessen Kennlinie der zeitabhängigen Änderung ähnlich der in 6 gezeigten arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t) ist}. Ce(t) = Ae × (1 – exp(-Kei × t)) ... (6) Ce(t) = Cew × exp(-Keo × (t-w)) ... (7).
In diesen Ausdrücken bedeutet Ae eine vorbestimmte Konstante, Cew bedeutet den Wert der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) im Zeitpunkt t = w.
Dies bedeutet: die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao lassen sich bestimmen anhand der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) als aktuell gemessener Wert, in dem die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ spezifiziert wird.
Im folgenden wird die Prozedur zum Spezifizieren des Bereichs erläutert, den der Wert der Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ einnehmen kann.
7 zeigt eine graphische Darstellung der experimentellen Daten (angegeben durch Symbole „☐") zum Aufzeichnen der Beziehung zwischen der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Ke und der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Ka, wie dies von Shimoda et al. gezeigt wurde (vergleiche „Discrepancy of xenon concentrations between endtidal and blond collection methods in xenon-enhanced computed tomographic measurement of cerebral blond flow", M. Shimoda et al., Neuroradiology, 35: 66-68, 1992).
8 zeigt eine graphische Darstellung der Kennlinie der Ausdrücke (4) oder (5) (in diesem Fall wird angenommen, daß Ka = Kai oder Ka = Kao gegeben ist) für jeden der Fälle γ = 0,5; 1; 2; 4; 8.
9 zeigt einen Graphen, in welchem der in 8 dargestellte Graph dem in 7 gezeigten Graph überlagert ist {in diesem Fall ist γ = 0,3; 2,5 (dargestellt durch ausgezogene Linien) und 0,24; 7,7 (dargestellt durch gestrichelte Linien)}.
Wie in 9 gezeigt ist, sind sämtliche Stellen für die Symbole „☐" in einer Zone enthalten, die zwischen den Kurven liegt, welche die Kennlinie der Ausdrücke (4) und (5) für den Fall γ = 0,24 und 7,7 entsprechend den gestrichelten Linien darstellen. Insbesondere ist eine große Anzahl von Stellen der Symbole „☐" in einer Zone enthalten, die sich zwischen den Kurven befindet, die durch die Kennlinien für den Fall γ = 0,3 und 2,5 entsprechend den ausgezogenen Linien dargestellt werden.
Das heißt: sämtliche Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ, die anhand der Relation zwischen der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Ke und der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Ke gemäß 7 erhalten werden, sind in dem Bereich von γ = 0,24 bis 7,7 enthalten, und davon wiederum sind die meisten im Bereich von γ = 0,3 bis 2,5 enthalten. Folglich läßt sich der Bereich für den Wert der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ in den Ausdrücken (4) und (5) beschränken auf den Bereich γ = 0,24 bis 7,7, insbesondere den Bereich von 0,3 bis 2,5.
Der Bereich, in welchem der angenommenen Wert γα der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ in noch zu beschreibender Weise zu variieren ist, kann beschränkt werden durch Spezifizieren des Bereichs, in welchem der Wert der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ variieren darf. Hierdurch ist es möglich, die Verarbeitungszeit zu verkürzen.
Der Wertebereich für die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ kann zum Beispiel auf der Grundlage weiterer experimenteller Daten geändert werden, die die in 7 dargestellten experimentellen Daten ergänzen.
Im folgenden soll die Prozedur zum Spezifizieren des Werts für die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ erläutert werden.
Diese Ausführungsform ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ spezifiziert wird, mit Hilfe des LGC-Verfahrens (eines λ-orientierten Berechnungsverfahrens; Lambda-Guided Calculation Method), welches im folgenden beschrieben wird, das ist eine Methode zum Bestimmen der Ke/Ka- Umwandlungskonstante γ unter Verwendung des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ in dem Ausdruck (1) als Index.
Bei dem LGC-Verfahren wird zunächst ein beliebiger Wert für die Ke/Ka- Umwandlungskonstante γ, die in einem Sollbereich enthalten ist (zum Beispiel in einem Bereich von γ = 0,3 bis 2,5) als angenommener Wert γα bestimmt. Die arterielle Xenongaskonzentration Ca(t) wird auf der Grundlage der Ausdrücke (2) bis (5) anhand des angenommenen Werts γα und des Ausatmungsgas-Xenongas-Konzentrationswert Ce(t) als Meßwert bestimmt. Die Berechnungsverarbeitung für den Ausdruck (1) wird mit der arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t) und der Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) als Meßwert zu jedem Zeitpunkt der Messung T durchgeführt, um so den provisorisch berechneten Wert λα der Gehirn/Blutumwandlungskonstante λ entsprechend dem angenommenen Wert γα zu berechnen.
In ähnlicher Weise werden die provisorisch berechneten Werte λα entsprechend den angenommenen Werten γα bestimmt, indem der angenommene Wert γα innerhalb des Sollbereichs geändert wird. Der provisorisch berechnete Wert γα wird mit einem Sollwert λτ als Index, der weiter unten noch erläutert wird, verglichen, und damit wird der provisorisch berechnete Wert λα, der dem Sollwert λτ am nächsten kommt, gewonnen. Der dem provisorisch berechneten Wert λα entsprechende angenommene Wert γα (das ist derjenige Wert γα, bei dem der provisorisch berechnete Wert λα dem Sollwert λτ am nächsten kommt), wird als die wahre Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ festgelegt.
Der Grund dafür, daß die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ auf der Grundlage des Sollwerts λτ des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ als Index in der oben beschriebenen Weise bestimmt werden kann, besteht darin, daß die folgende Korrelation zwischen dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ und der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao vorhanden ist, insbesondere im Bereich der weißen Masse des Gehirns 54.
10 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ und den arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao veranschaulicht. Es ist bekannt, daß, wenn die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao korrekte Werte (reale Werte) haben, der Wert des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ im Bereich weißer Masse etwa 1,5 beträgt. Wenn andererseits die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao sich als zu groß erweisen, oder wenn sie sich als zu klein erweisen, dann weicht der Wert für den Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ von 1,5 ab.
Aus diesem Grund werden die Werte für die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao mit dem provisorisch berechneten Wert λα des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ von etwa 1,5 als die korrekten Werte betrachtet. Weiterhin läßt sich beurteilen, daß der angenommene Wert γα, der es ermöglicht, die korrekten Werte für die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao aus dem Ausdruck (4) oder (5), die oben angegeben wurden, zu ermitteln, die wahre Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ ist.
Der korrekte Wert des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ im Bereich weißer Masse läßt sich durch die im folgenden noch zu beschreibende Berechnung ermitteln.
Als nächstes soll die Einrichtung (die Datenverarbeitungseinrichtung) des Computers 40 zum Durchführen des Prozesses im Schritt S12 nach 3 (der Prozeß zum Berechnen der Gehirnblutstromrate) erläutert werden.
11 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm einer schematischen Anordnung der Datenverarbeitungseinrichtung 100 des Computers 40.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 100 enthält eine γ-Einstelleinrichtung (Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung) 102 zum Festlegen der wahren Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ und zum Bestimmen der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao auf der Grundlage der Ke/Ka- Umwandlungskonstanten γ, eine f·λ-Berechnungseinrichtung 104 zum Bestimmen der Gehirnblutstromrate f und des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ auf der Grundlage der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao, die von der γ-Einstelleinrichtung 102 festgelegt werden, und eine Ausgabeverarbeitungseinrichtung 106 zum Vorbereiten beispielsweise der Ausgangsbilddaten auf der Grundlage von zum Beispiel der Ka/Ka-Umwandlungskonstanten γ, der Gehirnblutstromrate f und des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ.
12 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm einer schematischen Anordnung für die γ-Einstelleinrichtung 102. Die γ-Einstelleinrichtung 102 enthält eine Ke-Berechnungseinrichtung 110, eine Ke/Ka-Umwandlungseinrichtung (eine provisorische Geschwindigkeitskonstanten-Einstelleinrichtung) 112, eine Einstelleinrichtung 114 zum Einstellen eines angenommenen Werts, und eine Ka-Speichereinrichtung 116.
Die Ke-Berechnungseinrichtung 110 liest zunächst aus der externen Speichereinheit 55 die Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t), die in Intervallen einer vorbestimmten Zeitspanne (40 ms) von dem Konzentrationsmeßfühler 48 der Gasgemischvorratseinheit 16 ermittelt wird (vergleiche 1), und die in der externen Speichereinheit 55 gespeichert ist. Die Näherungsausdrücke in der Form der Ausdrücke (6) und (7) (insbesondere die Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei, Keo in diesen Ausdrücken) werden bestimmt anhand der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate.
Die Ke/Ka-Umwandlungseinrichtung 112 führt die Berechnungsverarbeitung anhand der Ausdrücke (4) und (5) auf der Grundlage der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei, Keo aus der Ke-Berechnungseinrichtung 110 und des angenommenen Werts γα für die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ aus der Einstelleinrichtung 114 für den angenommenen Wert durch, um dadurch die provisorisch berechneten Werte Kaiα, Kaoα der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao zu bestimmen.
Bei diesem Vorgang erhöht die Einstelleinrichtung 114 den angenommenen Wert γα beispielsweise von 0,3 bis hin zu 2,5, beispielsweise in Schritten von 0,1 entsprechend einem Steuersignal von der K-S-Berechnungseinrichtung, die weiter unten noch erläutert wird.
Der angenommene Wert γα von der Einstelleinrichtung 114 und die provisorisch berechneten Werte Kaiα, Kaoα von der Ke/Ka-Umwandlungseinrichtung 112 werden in der Ka-Speichereinrichtung 116 angesammelt.
Die γ-Einstelleinrichtung 102 enthält eine ROI-Datenextrahiereinrichtung 120, eine λ-Sollwert-(Sollwert-)Berechnungseinrichtung 122, eine K-S-Berechnungseinrichtung (eine provisorische Verteilungskoeffizienten-Berechnungseinrichtung) 124 und eine γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126.
13 zeigt eine interessierende Zone ROI, die in einem Tomographiebild β des Gehirns 54 eingerichtet ist.
Die ROI-Datenextrahiereinrichtung 120 nach 12 spezifiziert in der interessierenden Zone ROI (die in 13 durch einen Kreis gekennzeichnete Zone) von der Bedienungsperson mit Hilfe der Bedienkonsole 52 gemäß 13 enthaltenen Bildelemente.
Im vorliegenden Fall führt die Bedienungsperson den Vorgang des Einstellens der interessierenden Zone ROI gemäß einem Vorgang durch, bei dem eine spezifizierte Zone (vorzugsweise eine Zone, die den Bereich weißer Masse βw des Stirnhirnlappens mit einer großen Menge weißer Masse) von dem Kreis umgeben ist, bezogen auf das Tomographiebild β des Gehirns 54 (insbesondere eines Bilds einer Schnittebene, in der die Gehirn-Basalganglia erscheint), welches auf dem Bildschirm 128 der Anzeigeeinheit 56 dargestellt wird.
Es besteht die Möglichkeit, die Subjektivität der Bedienungsperson zu vermeiden, die sich in dem Einstellvorgang für die interessierende Zone ROI wiederspiegelt, indem die interessierende Zone ROI so eingestellt wird, daß der Bereich weißer Masse βw des Stirnhirnlappens in der oben beschriebenen Weise umgeben ist. Alternativ läßt sich die interessierende Zone ROI automatisch dadurch einstellen, daß man die Lage des Bereichs weißer Masse βw des Stirnhirnlappens mit Hilfe der Bildverarbeitung erfaßt.
Wie in 12 gezeigt ist, extrahiert die ROI-Datenextrahiereinrichtung 120 aus den Gehirn-Xenongaskonzentrationen Cb(T), die zu einzelnen Zeitpunkten der Messung T in den vorbestimmten Zeitintervallen (etwa 60 s) von dem Detektor 30 des Hauptvorrichtungskörpers 18 erfaßt wurden und in der externen Speichereinheit 55 gespeichert sind, entsprechende Bildelemente in der interessierenden Zone ROI.
In diesem Fall sei angenommen, daß die Gehirn-Xenongaskonzentrationen Cb(T) vorab von der Steuereinheit 20 auf der Grundlage der CT-Bilddaten aus dem Hauptvorrichtungskörper 18 nach 2 berechnet und dann in der externen Speichereinheit 55 abgespeichert wurden. Wenn die Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) bestimmt wird, wird die bewegte Durchschnittsverarbeitung für den Bildelementbereich angewendet, der beispielsweise 9 × 9 Einzelwerte enthält, geeignet, um jegliches Rauschen zu beseitigen, wie oben erläutert wurde.
Wie in 12 dargestellt ist, führt die K-S-Berechnungseinrichtung 124 die Berechnungsverarbeitung basierend auf dem Verwenden der Ausdrücke (1) bis (3), auf der Grundlage der Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) (einschließlich der Information bezüglich des Meßzeitpunkts T) aus der ROI-Datenextrahiereinrichtung 120 und der provisorisch berechneten Werte Kaiα, Kaoα der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao aus der Ke/Ka-Umwandlungseinrichtung 112 durch. Die Berechnung erfolgt durch Substituieren von Kai, Kao in den Ausdrücken (2) und (3) mit Kaiα, Kaoα.
Der provisorisch oder vorübergehend berechnete Wert λα des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ, der durch die oben beschriebene Berechnung gewonnen wird, wird der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 zusammen mit dem angenommenen Wert γα aus der Einstelleinrichtung 114, welcher entsprechend dazugehört, zugeführt. Bei der Berechnung wird auch aktuell die Gehirnblutstromrate f bestimmt. Allerdings wird die Gehirnblutstromrate f in der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 128 nicht berücksichtigt.
Wenn die Berechnungsverarbeitung für den vorübergehend berechneten Wert λα basierend auf einem angenommenen Wert γα abgeschlossen ist, gibt die K-S-Berechnungseinrichtung 124 an die Einstelleinrichtung 114 zum Einstellen eines angenommenen Werts das Steuersignal für die Ausgabe des nächsten angenommenen Werts γα (der angenommene Wert γα mit einem Erhöhungswert von 0,01).
Der Sollwert λτ des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ aus der λ-Wert-Berechnungseinrichtung 122 wird auch der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 zusammen mit dem vorübergehend berechneten Wert λα aus der K-S-Berechnungseinrichtung 124 zugeführt.
Der Sollwert λτ ist ein Gehirn-/Blutverteilungskoeffizient λ des Teils weißer Masse im normalen (gesunden) Gehirn 54 und wird beispielsweise auf der Grundlage des Hämatokritwerts (Volumenverhältnis von Erythrocyt) H [%] des Patienten 12 ermittelt, der von der Bedienungsperson über die Bedienkonsole 52 eingegeben wird. Im vorliegenden Fall kann der Hämatokritwert H aus dem Blut des Patienten 12 ermittelt werden.
Der Sollwert λτ wird praktisch bestimmt durch Bezugnahme auf den in 14 gezeigten λ-H-Graphen 130 mit dem Hämatokritwert H. Der λ-H-Graph 130 wird gewonnen durch aufzeichnen der Beziehung zwischen dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ und dem Hämatokritwert H im Bereich weißer Masse des Gehirns 54, wie dies erläutert ist von N. Veall et al. („The Partition of Trace Amounts of Xenon Between Human Blood and Brain Tissues at 37°C", N. Veall et al., Phys. Med. Biol., 1965, Vol. 10, Nr. 3, 375-380).
Im vorliegenden Fall ist es außerdem zu bevorzugen, wenn der Sollwert λτ mit Hilfe eines Berechnungsausdrucks aus dem Hämatokritwert H gewonnen wird, um die Kennlinie des λ-H-Graphen 130 nach 14 und eine mit der Kennlinie aufgezeichnete Tabelle auszudrücken.
Es ist bekannt, daß der Gehirn-/Blutverteilungskoeffizient λ im Bereich der weißen Masse des Gehirns 54 etwa 1,5 beträgt. Daher ist es bevorzugt, wenn der Wert (etwa 1,5) als der Sollwert λτ eingestellt wird.
Wie in 12 gezeigt ist, führt die γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 eine Verarbeitung durch, um die wahre Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ zu spezifizieren, indem die provisorisch berechneten Werte λα entsprechend den jeweiligen angenommenen Werten γα aus der K-S-Berechnungseinrichtung 124 verglichen wird mit dem Sollwert λτ aus der λ-Sollwert-Berechnungseinrichtung 122. Diese Verarbeitung kann auf der Grundlage eines Steuersignals begonnen werden, um den Umstand zu signalisieren, daß der letzte angenommene Wert γα (beispielsweise 2,5) von der Einstelleinrichtung 114 zum Einstellen eines angenommenen Werts ausgegeben wird.
15 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm, welches die Einrichtung zum Spezifizieren der wahren Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ durch Verwenden des Sollwerts λτ als Index spezifiziert (γ-Wert-Umwandlungskonstanten-)-Extrahiereinrichtung 144, Filtereinrichtung 146, Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 148).
Wie in 16 gezeigt ist, sind in der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 die provisorisch berechneten Werte λα entsprechend den angenommenen Werten γα aus der K-S-Berechnungseinrichtung als Tabellen 140p für jede der Bildelementzahlen p (p = 1, 2,...) klassifiziert. In den Tabellen 140p sind die provisorisch berechneten Werte λα für jeden der angenommenen Werte λα klassifiziert.
Wie in den 15 und 16 gezeigt ist, holt die γ-Wert-Extrahiereinrichtung 144 den provisorisch berechneten Wert λα mit dem dem Sollwert λτ am nächsten kommenden Wert aus den einzelnen Tabellen 140p unter Verwendung des Sollwerts λτ. Der geholte provisorisch berechnete Wert λα und der diesem entsprechend angenommene Wert γα (das ist der angenommene Wert γα, für den der provisorisch berechnete Wert λα dem Sollwert λτ am nächsten kommt) werden als extrahierter vorübergehend berechneter Wert λα' bzw. als extrahierter angenommener Wert γα' extrahiert.
Wie in 17 gezeigt ist, wird nach der Durchführung dieser Extraktionsverarbeitung eine Tabelle 142 eingerichtet, in der die extrahierten provisorisch berechneten Werte λα' und die extrahierten angenommenen Wert γα' für jede der Bildelementzahlen p klassifiziert sind.
Wie in den 15 und 17 gezeigt ist, beseitigt die Filtereinrichtung 146 Gruppen der Bildelementzahlen p, der extrahierten provisorisch berechneten Werte λα' und der extrahierten angenommenen Werte γα', bei denen die extrahierten provisorisch berechneten Werte λα' von einem vorbestimmten Filtrierbereich abweichen, aus den gewonnenen Gruppen von Bildelementzahlen p, den extrahierten provisorisch berechneten Werten λα' und den extrahierten angenommenen Werten γα' in der Tabelle 142. Im vorliegenden Fall ist der Filtrierbereich ein Bereich, der auf der Grundlage des Sollwerts λτ eingerichtet wird. Beispielsweise wird bevorzugt, einen Bereich mit oberen und unteren Grenzwerten zu verwenden, bei denen es sich um Werte (λτ ± λτ × 10%) handelt, die durch Hinzufügen oder Subtrahieren eines Werts von 10% des Sollwerts λτ bezüglich des Sollwerts λτ erhalten werden.
Wenn die Filterverarbeitung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt ist, wird als gefilterter Wert die Gruppe des extrahierten provisorisch berechneten Werts λα' und des extrahierten angenommenen Werts γα' entsprechend dem Bereich weißer Masse des Gehirns 54 extrahiert.
Anschließend bestimmt die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 148 den Durchschnittswert der extrahierten angenommenen Werte γα' in einer Tabelle 142', die nach der von der Filtereinrichtung 146 ausgeführten Filterung erhalten werden (das ist der Durchschnittswert der extrahierten angenommenen Werte γα' entsprechend dem Bereich weißer Masse in der interessierenden Zone ROI). Der Durchschnittswert wird als wahre Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ (wahrer Wert) festgelegt.
Alternativ kann die in 12 dargestellte γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 hier dazu benutzt werden, den extrahierten angenommenen Wert γα' als angenommenen Wert γα zu verwenden, der erhalten wird, wenn der provisorisch berechnete Werte λα gegen den Sollwert λτ konvergiert (das heißt wenn der provisorisch berechnete Wert λα die Konvergenzbedingung basierend auf dem Sollwert λτ erfüllt), indem der angenommene Wert γα der Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ Schwingungen unterworfen wird.
Wie in 12 gezeigt ist, wird die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ, die von der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 erhalten wird, an die Ka-Speichereinrichtung 116 bzw. an die Ausgangsverarbeitungseinrichtung 106 geliefert.
Die Ka-Speichereinrichtung 116 vergleicht die angenommenen Werte γα von der Einstelleinrichtung 114 mit der von der γ-Wert-Festlegeeinrichtung 126 kommenden Ke/Ka-Umwandlungskonstanten, um den angenommenen Wert zu extrahieren, der mit der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ übereinstimmt. Die provisorisch berechneten Werte Kaiα, Kaoα von der Ke/Ka-Umwandlungseinrichtung 12, die dem angenommenen Wert γα entsprechen (das heißt die durch Verwendung des angenommenen Werts γα bestimmt wurden) werden als wahre arterielle Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao an die f·λ-Berechnungseinrichtung 104 gegeben.
Wie in 11 gezeigt ist, führt die f·λ-Berechnungseinrichtung 104 die Berechnungsverarbeitung unter Verwendung der Ausdrücke (1) bis (3) für jedes der Bildelemente auf der Grundlage der arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao aus der γ- Einstelleinrichtung 102 und der Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) aus der externen Speichereinheit 55 durch {Gehirn-Xenongaskonzentration Cb(T) aus der Röntgen-CT-Vorrichtung 14 zu jedem der Meßzeitpunkte T}. Der Gehirn-/Blutverteilungskoeffizient λ der Gehirnblutstromrate f für jedes der Bildelemente, die durch die Berechnung erhalten werden, werden an die Ausgabeverarbeitungseinrichtung 106 gegeben.
Die Ausgabeverarbeitungseinrichtung 106 bereitet die Anzeigebilddaten (Anzeigebilddaten wie beispielsweise die f-Karte Mf und die λ-Karte Mλ, die weiter unten noch beschrieben werden), für die Anzeige auf der Anzeigeeinheit 56 oder für die Ausgabe als Hartkopie 57 über den Drucker 58 vor, basierend auf der Gehirn-Blutstromrate f und dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ aus der fλ-Berechnungseinrichtung 104 und der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ aus der γ-Einstelleinrichtung 102.
18 bis 21 zeigen den Bildschirm 128 der Anzeigeeinheit 56.
18 und 19 zeigen f-Karten (Verteilungskarten der Gehirn-Blutstromrate f) Mfa, Mfb des Gehirns 54, dargestellt in Farbe auf dem Bildschirm 128 der Anzeigeeinheit 56. 20 und 21 zeigen λ-Karten (Verteilungskarten des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ) Mfa, Mob des Gehirn 54, farblich dargestellt auf dem Bildschirm 128 der Anzeigeeinheit 156.
Im vorliegenden Fall zeigen die 18 und 20 die f-Karte Mfa und die λ-Karte Mλa, erhalten bei Korrektur der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ {das heißt dann, wenn die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao auf der Grundlage der Ausdrücke (4) und (5) erhalten werden}, wenn die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao aus den Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei bzw. Keo erhalten werden. Andererseits zeigen 19 und 21 die f-Karte Mfb und die λ-Karte Mλb, erhalten ohne Anwendung der Korrektur bei der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ {das heißt wenn Kai = Kei und Kao = Keo in den Ausdrücken (4) bzw. (5) gegeben sind}.
Die beispielhaften f-Karten Mfa, Mfb und λ-Karten Mλa, Mλb nach 18 bis 21 stammen von einem 32 Jahre alten gesunden männlichen Patienten 12.
In der f-Karte Mfa mit der Korrektur gemäß 12 besitzt die Gehirn-Blutstromrate f den hohen Wert im Vergleich zu der f-Karte Mfb, bei der keine Korrektur angewendet ist, dargestellt in 19. In der λ-Karte Mλa mit Korrektur gemäß 20 besitzt der Gehirn-/Blutverteilungskoeffizient λ im Vergleich zu der λ-Karte Mλb ohne die Korrektur gemäß 21 einen niedrigen Wert.
Das heißt: wenn keine Korrektur basierend auf der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ erfolgt, dann werden gemäß 10 die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao durch die Auswertung extrem groß, der Gehirn-/Blutverteilungskoeffizient λ wird als extrem großer Wert ermittelt. Die Gehirn-Blutstromrate f wird als extrem gering ermittelt.
Wenn hingegen die Korrektur basierend auf der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ erfolgt, verschwinden die extrem großen Werte aus den arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao und dem Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ. Damit erhält man den passenden Wert für die Gehirn-/Blutstromrate f.
Wie in 18 gezeigt ist, beträgt die Blutstromrate pro 100 g Gehirnmasse, welche aus der f-Karte Mfa gemäß der Anwendung erhalten wird, etwa 49,7 ml/100 g/min in der linken Hälfte des Gehirns 54, und beträgt etwa 53,2 ml/100 g/min in der rechten Hälfte. Diese Werte liegen extrem nahe an der durchschnittlichen Blutstromrate pro 100 g Gehirnmasse eines erwachsenen Menschen (etwa 54 ml/100 g/min). Aufgrund dieses Umstands läßt sich erkennen, daß der Wert für die Gehirn-Blutstromrate f gemäß der f-Karte Mfa in 18 passend ist.
Die in den 18 bis 21 dargestellten f-Karten Mfa, Mfb und λ-Karten Mλa, Mλb werden farblich mit den drei Farben R (Rot), G (Grün) und B (Blau) dargestellt. Allerdings können die Karten auch in einer größeren Anzahl von Farben (beispielsweise dreizehn Farben) dargestellt werden.
Wie oben ausgeführt, wird bei der Ausführungsform der Erfindung die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ unter Verwendung des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ als Index ermittelt. Wenn außerdem die arteriellen Blutgeschwindigkeitskonstanten Kai, Kao aus den Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten Kei, Keo ermittelt werden, wird die Korrektur auf der Grundlage der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ durchgeführt. Folglich ist es möglich, exakt die Gehirn-Blutstromrate f aus der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration Ce(t) zu ermitteln, die anstelle der arteriellen Xenongaskonzentration Ca(t) verwendet wird.
Im vorliegenden Fall wird die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ mit Hilfe der Extraktionsverarbeitung basierend auf dem Sollwert λτ unter Filterverarbeitung gewonnen. Daher ist es möglich, den korrekten Wert der Ke/Ka-Umwandlungskonstanten γ zu ermitteln.
Die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ wird mit Hilfe der Durchschnittsverarbeitung ermittelt, die sich auf die interessierende Zone ROI konzentriert. Folglich ist es möglich, den exakteren Wert für die Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ zu ermitteln.
Der Sollwert λτ als Index wird auf der Grundlage des Hämatokritwerts H erhalten, der seinerseits aus dem Blut des Patienten 12 ermittelt wird. Hierdurch ist es möglich, eine zuverlässigere Genauigkeit für die ermittelte Ke/Ka-Umwandlungskonstante γ zu erhalten.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Beendigung des Inhaliervorgangs des Xenongases beurteilt anhand der Sättigung der Xenongaskonzentration im Ausatmungsgas (vergleiche den Schritt S8 in dem in 3 gezeigten Flußdiagramm), und die Beendigung des Wash-Out-Vorgangs des Xenongases aufgrund einer Änderung zu der Inhalierung von Luft wird beurteilt durch den Umstand, daß die Xenongaskonzentration nicht mehr als einem vorbestimmten Wert entspricht (vergleiche Schritt S11 in dem in 3 gezeigten Flußdiagramm). Allerdings steht auch folgende zeitliche Handhabung zur Verfügung: der Inhaliervorgang wird für eine vorbestimmte Zeit beendet (beispiels weise 4 Minuten), und der Wash-Out-Vorgang wird für eine vorbestimmte Zeitspanne abgeschlossen (beispielsweise etwa 5 Minuten).
Die oben beschriebene Ausführungsform ist nicht auf die Diagnose des Kopfs beschränkt, sie ist auch anwendbar bei anderen Organen (inneren Organen), in denen der arterielle Blutstrom einströmt und das Blut als venöser Blutstrom abströmt, so wie es im Kopf der Fall ist, beispielsweise kann es sich um Untersuchungsorte wie den Magen, die Eingeweide, die Bauchspeicheldrüse und die Leber handeln.
Wie oben ausgeführt, wird erfindungsgemäß die Umwandlungskonstante γ unter Verwendung des Gehirn-/Blutverteilungskoeffizienten λ als Index ermittelt. Hierdurch ist es möglich, die Gehirn-Blutstromrate exakt zu bestimmen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Konstanten γ in einem Relationsausdruck: Ka = γ X (1 – exp(-Ke/γ))wobei Ke eine Luftgeschwindigkeitskonstante am Atemzug-Ende und Ka eine Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante bei einer Xenon-CT-Untersuchung ist, wobei das Verfahren umfaßt: einen Schritt A des Einstellens einer interessierenden Zone (ROI) in einem Xenon-CT-Bild; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist: einen Schritt B des Bestimmens der Konstanten γ, bei welcher ein Xenon-Verteilungskoeffizient λ einem vorbestimmten Sollwert innerhalb der voreingestellten interessierenden Zone am nächsten kommt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt B der Verteilungskoeffizient λ dadurch berechnet wird, daß die Konstante γ in einem Sollbereich von 0,24 bis 7,7 variiert wird, um die Konstante γ zu bestimmen, bei der der Verteilungskoeffizient λ dem Sollwert am nächsten kommt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Sollbereich ein Bereich von 0,3 bis 2,5 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Schritt B die Konstante γ, bei der ein Wert des Verteilungskoeffizienten λ dem Sollwert am nächsten kommt, für jedes von vorbestimmten Bildelementen in der interessierenden Zone bestimmt wird, und gewonnene Werte für die Konstante γ gemittelt werden, um einen objektiven Wert der Konstante γ abzuschätzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Schritt A die interessierende Zone auf eine Zone eingestellt wird, die weiße Gehirnsubstanz enthält; und im Schritt B der Sollwert abhängig von einem Hämatokritwert bestimmt wird.
Xenon-CT-Vorrichtung, umfassend: eine Gasvorratseinheit (16) zum Zuführen von Xenongas zu einer Probe (12); eine Konzentrationsmeßeinheit (48) zum Messen einer Xenongaskonzentration in Atemzug-Ende-Luft der Probe; einen Haupt-Röntgen-CT-Vorrichtungskörper (18) zum Ermitteln von CT-Bilddaten einer Untersuchungsstelle, um eine Xenongaskonzentration der Untersuchungsstelle der Probe zu erhalten; und eine Datenverarbeitungseinheit (20) zum Bestimmen der Untersuchungsort-Xenongaskonzentration auf der Grundlage der CT-Bilddaten, und zum Bestimmen einer Blutstromgeschwindigkeit an der Untersuchungsstelle auf der Grundlage der Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentration und der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Xenongas-Verteilungskoeffizienten λ zwischen der Untersuchungsstelle und dem Blut der Probe auf der Grundlage einer Umwandlungskonstanten γ zum Umwandeln einer Geschwindigkeitskonstanten (Ke) der Ausatmungsgas-Xenongaskonzentration in eine Geschwindigkeitskonstante (Ka) einer Xenongaskonzentration des Blutstroms in der Arterie bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinheit als wahren Wert diejenige Umwandlungskonstante γ erstellt, bei der der Verteilungskoeffizient λ einem vorbestimmten Sollwert am nächsten kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Datenverarbeitungseinheit eine Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung zum Bestimmen der Umwandlungskonstanten γ aufweist; und die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung (102) eine Annahmewert-Einstelleinrichtung (114) zum Einstellen eines angenommenen Werts der Umwandlungskonstanten γ und zum Variieren des angenommenen Werts aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung enthält: eine provisorische Geschwindigkeitskonstanten-Einstelleinrichtung (112) zum Bestimmen eines provisorischen berechneten Werts für die Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante aus der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten auf der Grundlage des angenommenen Werts für die Umwandlungskonstante γ; eine provisorische Verteilungskoeffizienten-Berechnungseinrichtung (124) zum Bestimmen eines provisorisch berechneten Werts für den Verteilungskoeffizi enten λ aus dem provisorisch berechneten Wert der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten und der Untersuchungsort-Xenongaskonzentration; und eine Umwandlungskonstanten-Extrahiereinrichtung (144), um als extrahierten angenommenen Wert für die Einrichtung des wahren Werts einen angenommenen Wert für die Umwandlungskonstante γ entsprechend einem Wert zu extrahieren, der dem Sollwert am nächsten kommt, und zwar aus den jeweiligen provisorisch berechneten Werten des Verteilungskoeffizienten λ, der auf der Grundlage der jeweils angenommenen Werte für die Umwandlungskonstante γ erhalten wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung eine Filtereinrichtung (146) enthält, um als gefilterten Wert für den wahren Wert einen solchen Wert zu bestimmen, in welchem der provisorisch berechnete Wert des Verteilungskoeffizienten λ entsprechend dem extrahierten angenommenen Wert in einem vorbestimmten Filtrierbereich der extrahierten angenommenen Werte enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung enthält: eine ROI-Datenextrahiereinrichtung (120) zum Extrahieren von Untersuchungsort-Xenongaskonzentrationen, die auf der Grundlage von Daten entsprechend mehreren vorbestimmten Bildelementen aus Daten zugehöriger Bildelemente erhalten wurden, die in den CT-Bilddaten enthalten sind; und eine Durchschnittswertberechnungseinrichtung (148) zum Bestimmen als den wahren Wert für die Umwandlungskonstante γ eines Durchschnittswerts der gefilterten Werte, die auf der Grundlage der extrahierten Untersuchungsstellen-Xenongaskonzentrationen erhalten wurden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Einstelleinrichtung für den angenommenen Wert den angenommenen Wert für die Umwandlungskonstante γ in einem Sollbereich von 0,24 bis 7,7 variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Sollbereich ein Bereich von 0,3 bis 2,5 ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der die Umwandlungskonstanten-Einstelleinrichtung eine Sollwert-Berechnungseinrichtung (122) zum Bestimmen des Sollwerts aufweist, und die Sollwert-Berechnungseinrichtung den Sollwert abhängig von einem Hämatokritwert bestimmt, wenn die Untersuchungsstelle das Gehirn der Probe ist, und eine interessierende Zone zum Bestimmen der Umwandlungskonstanten γ eingestellt wird als eine Zone, die weiße Substanz des Gehirns enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei der ein Relationsausdruck zum Bestimmen der Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstanten aus der Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstanten auf der Grundlage der Umwandlungskonstanten γ dargestellt wird durch: Ka = γ X (1 – exp(-Ke/γ)) wobei Ke eine Ausatmungsgas-Geschwindigkeitskonstante und Ka die Arterien-Blutgeschwindigkeitskonstante ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, weiterhin umfassend eine Anzeigeeinheit (56) zum Anzeigen einer Verteilungskarte der Blutstromgeschwindigkeit und/oder der Umwandlungskonstanten γ.