DE69632775T2

DE69632775T2 - Geschwindigkeitsanpassbare gefilterte angiographie

Info

Publication number: DE69632775T2
Application number: DE1996632775
Authority: DE
Inventors: Mats Andersson; Hans Knutsson; Torbjoern Kronander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: SE9501265D0; EP0818971A1; EP0818971B1; AU5350796A; US6005917A; DE69632775D1; WO1996031156A1; ATE269667T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei klinischen Untersuchungen von Blutgefäßen unter Verwendung der Röntgenstrahlentechnik (Angiographie) wird ein Kontrastmittel in das ausgewählte Blutgefäß injiziert, um den Kontrast und die Auflösung des Blutgefäßes bezüglich des umgebenden Gewebes zu erhöhen. Es ist hinlänglich bekannt, dass eine weitere Erhöhung der Bildqualität dadurch erzielt wird, dass die Anteile im sich ergebenden Bild, die vom Kontrastmittel nicht beeinflusst sind, z.B. Knochen, nicht erfasst werden. Dieses Verfahren wird allgemein als digitale Subtraktionsangiographie („Digital Subtraction Angiography – DSA)" bezeichnet und erfordert eine Reihe (oder Sequenz) von mindestens zwei Bildern, die während der Kontrastmittelinjektion aufgezeichnet werden. Im ersten Bild ist kein Kontrastmittel vorhanden (vor Kontrast), während in den folgenden Bildern die Blutgefäße, denen Kontrastmittel injiziert wurde, mit zunehmender Sichtbarkeit erscheinen, während vom Kontrastmittel nicht beeinflusste Knochen und Gewebe über die gesamte Sequenz einen konstanten Anteil ergeben. Werden zwei aufeinanderfolgende Bilder aus einer solchen Angiographiesequenz subtrahiert, beseitigt dieses Vorgehen im Idealfall die statischen Strukturen, während die Blutgefäße, welche mit Kontrastmittel beaufschlagt sind, ohne von umgebenden Körperteilen ausgehender Verdeckungswirkung vorliegen. Digitale Subtraktionsangiographie ist ein hinlänglich bekanntes und häufig eingesetztes Verfahren, das in vielen Spielarten vorkommt. Einer der am häufigsten verwendete Algorithmus berechnet den Absolutwert des Unterschieds zwischen jedem in der Sequenz aufeinanderfolgenden Bildpaar. Das Ergebnis wird dann berechnet, indem der Höchstwert für jedes einzelne Bildelement (Pixel) in der subtrahierten Sequenz ausfindig gemacht wird. Ein erfolgreicher Einsatz der Subtraktionsangiographie hängt von der Tatsache ab, dass alle Veränderungen oder vielmehr Bewegungen, die in der Bildfolge auftreten, durch die Injektion des Kontrastmittels bewirkt sind. Wenn herkömmliche Subtraktionsangiographiealgorithmen verwendet werden, erzeugen alle Fremdbewegungen, die nicht durch die Kontrastmittelinjektion bewirkt sind, das, was „Bewegungsartefakte" genannt wird. Störartefakte treten für gewöhnlich in den folgenden Fällen auf:

1. Rauschen Rauschen kommt in den Röntgengeräten und im Aufnahmeprozess vor, bei dem die Aufzeichnungsintensität digitalisiert wird (Quantisierungsrauschen).
2. Reine Verschiebung Der Patient bleibt nicht regungslos und verschiebt den Teil des Körpers, welcher während der Aufnahme Gegenstand der Untersuchung ist.
3. Körperbewegung Der Patient bleibt nicht regungslos, und an der Bewegung des Teils des Körpers, welcher während der Aufnahme Gegenstand der Untersuchung ist, ist Drehung beteiligt.
4. Körperinterne Bewegung Bewegung innerer Organe wie z.B. Darmbewegungen, Bewegungen der Lunge und des Brustkorbs während des Atmens und Bewegungen, die vom schlagenden Herzen erzeugt werden.

Ein eher geringes Bewegungsartefakt kann eine wesentliche Verschlechterung in der Bildqualität hervorrufen. Um die Kosten sowie die Risiken und Schmerzbelastung zu vermeiden, die mit einer neuen Aufnahme verbunden sind, ist es von größter Wichtigkeit, die Auswirkungen von Bewegungsartefakten in der Nachbearbeitung der Angiographiesequenz zu reduzieren. Im vorstehenden Fall 2 ist es recht einfach, die Aufnahme zu rekonstruieren, weil die Bewegung bei allen Pixeln, die zu ein und demselben Bild in der Sequenz gehören, gleichmäßig ist. Die Sequenz kann folglich dadurch rekonstruiert werden, dass in der Nachbearbeitung bei den Bildern, die von der Bewegung betroffen sind, eine gleich große Verschiebung in der „entgegengesetzten Richtung" vorgenommen wird. Dieses Verfahren wird „pixe/ shiff", also Pixelverschiebung genannt. Pixelverschiebung wird weitverbreitet eingesetzt und funktioniert zufrieden stellend bei solchen einfachen Bewegungsartefakten. Die Größenordnung der Verschiebung muss jedoch von einem menschlichen Bearbeiter festgelegt werden. Die Umsetzung der Pixelverschiebung mit einer Genauigkeit im Teilpixelbereich setzt einfach grundlegende Signalverarbeitungsverfahren ein [Bracewell, Kapitel 10].
Da die Beschreibung der neuen Erfindung im Hinblick auf Raum-/Zeitfilter erfolgt, kann es an dieser Stelle aufschlussreich sein, die vorstehenden Standardverfahren in Filterbegriffen auszudrücken, um die Unterschiede klar zu machen. Die grundlegende Vorgehensweise mittels DSA besteht darin, zwei Bilder zu subtrahieren. Die aufgenommene Bildsequenz kann als dreidimensionales Raum-/Zeitsignal mit zwei räumlichen und einer zeitlichen Dimension interpretiert werden. In der Filterterminologie besteht eine Subtraktion, die eine räumlich-zeitliche Filterung durchführt, aus nur zwei Koeffizienten, einem Plus- und einem Minuskoeffizienten, die auf derselben zeitlichen Achse angeordnet sind. Der Pixelverschiebungsvorgang findet hingegen separat für jedes einzelne Bild in der Sequenz statt, und das entsprechende räumlich-zeitliche Filter besitzt keine zeitliche Ausdehnung. Um durch Rauschen herbeigeführte Artefakte zu reduzieren (Fall eins oben), kann bekanntlich ein Zeitfilter verwendet werden, das auf den Spektralgehalt der Kontrastmittelinjektionshüllkurve abgestimmt ist (US-Patent Nr. 4504908). Durch diesen Lösungsweg trägt nur der Bruchteil des Rauschens zu Artefakten bei, der sich im selben Tempo „verändert" wie der Kontrastimpuls. Nach diesem Vorbearbeitungsschritt wird ein herkömmlicher DSA-Algorithmus verwendet. Den vorstehenden Arbeitsvorgängen ist gemeinsam, dass die Form dieser Filter gleich, d.h. für ein ganzes Bild oder die gesamte Sequenz gleich ist. Bei der Verwendung eingeführter Verfahren besteht folglich keine Möglichkeit, die Filter an Bewegungen anzupassen, die nur lokal in einer kleinen Umgebung des Raum-/Zeitsignals auftreten, z.B. die Bewegungen, die im vorstehenden Punkt drei und vier beschrieben sind. Man betrachte beispielsweise eine Aufnahme eines Herzens, dessen Koronararterien den Bewegungen der Herzschläge sowie den durch das Kontrastmittel induzierten Bewegungen unterliegen. Die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegungen des Herzens schwanken lokal über das Bild und mit der Zeit. Es besteht keine Möglichkeit anzunehmen, dass die vorstehend be schriebenen Verfahren solche komplexen Angiographiesequenzen mit zufriedenstellenden Ergebnissen rekonstruieren könnten. Die Grundlage für diese Erfindung baut auf den fortgeschrittenen Bildverarbeitungswerkzeugen auf, die entwickelt und angepasst wurden, um feine Detaildarstellungen von Arterienverzweigungen aus komplexen Angiographieaufnahmen, z.B. denjenigen die vorstehend in Punkt drei und vier erwähnt wurden, herzustellen und anzuzeigen.
Die US 4677478 offenbart jedoch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines verarbeiteten Videosignals, das für ein Bild eines Körpers steht. Ein Bolus Kontrastmittel wird in den Körper injiziert, der Körper bestrahlt und ein elektronisches Videosignal erzeugt. Ein Bandpassfilter, das auf die Zeitfrequenz der Bewegung des Bolus des Kontrastmittels durch einen Bereich des Körpers abgestimmt ist, wird dann auf das erzeugte Videosignal angelegt. Der Filtervorgang erfolgt mittels zweier rekursiver Teilfiltersysteme, welche kontinuierlich ein exponentielles zeitgewichtetes Mittel der Bilder aktualisieren. Die Gewichtungskoeffizienten können eingestellt und von Bewegungssensoren dynamisch gesteuert werden.
Eine eine Bewegungserfassungseinrichtung umfassende Rauschminderungseinrichtung zur Verwendung in einer Röntgenuntersuchungseinrichtung ist in der EP 0578311 offenbart. Die Rauschminderungseinrichtung umfasst Einrichtungen zur gewichteten zeitlichen Mittelwertbildung einer Sequenz aufeinanderfolgender Bilder, sowie eine Bewegungserfassungseinrichtung zum Generieren von Gewichtungsfaktoren für die gewichtete zeitliche Mittelwertbildung. Die Bewegungserfassungseinrichtung subtrahiert entsprechende Pixelwerte von aufeinanderfolgenden Bildern und generiert Gewichtungsfaktoren auf der Basis von Nachschlagtabellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargelegt.
Eine primäre Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für Röntgenangiographie bereitzustellen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnet, Bilder von hoher Qualität und Bildsequenzen von Blutgefäßen und arteriellen Verzweigungen aus Angiographieaufnahmen herzustellen, die ein sich lokal veränderndes Bewegungsfeld enthalten, das von einer Bewegung des Patienten oder einer Bewegung der inneren Organe des Patienten herrührt. Zusätzlich zeichnet sich die Vorrichtung durch die Fähigkeit aus, Schätzungen der Kontrastmittelfließgeschwindigkeit aufzustellen, die Schätzungen des Kapillarblutstroms enthalten.
Kurz festgestellt beruht die Erfindung auf der Verwendung eines geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters. Für jede lokale Umgebung im Signal wird das geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter so abgestimmt, dass es die Gefäßbewegung ausgleicht und die Bewegungskomponente extrahiert, die der Strömung des Kontrastmittels bezüglich des Blutgefäßes entspricht (strömungsinduzierte Bewegung). Mit früher bekannten Verfahren (z.B. Subtraktion und Pixelverschiebung) ist eine solche Analyse strömungsinduzierter Bewegung bei einer Angiographiesequenz nicht möglich, die ein sich lokal veränderndes Bewegungsfeld enthält. Das Steuersignal für das geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter besteht entweder aus einem Satz entsprechender Punkte, die extern, z.B. durch einen menschlichen Bediener, oder automatisch festgelegt werden, indem eine räumlich-zeitliche Filterdatenbank und eine Vorabinformation über die Kontrastimpulshüllkurve und Statistiken der erwarteten Bewegungen verwendet werden. Zusätzlich bietet die Vorrichtung die Möglichkeit, die Menge der dem Patienten injizierten Kontrastflüssigkeit ohne Verlust bei der Bildqualität zu senken, oder eine unveränderte Menge an Kontrastflüssigkeit zu verwenden, wodurch eine noch höhere Rauschunterdrückung und feinere Detaildarstellung erzielt wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung des Energiebeitrags zum Fourierbereich bei einer dreidimensionalen (einer zeitlichen und zwei räumlichen Dimensionen) lokalen Umgebung, in der sowohl Gefäßbewegung als auch strömungsinduzierte Bewegung vorkommen. Die durch einen breiten Rand angegebene Ebene entspricht den Hintergrundsignalen. Die Neigung der Ebene gibt die Größenordnung und Richtung der Gefäßbewegung an.
Die Energiebeiträge aus den strömungsinduzierten Signalen konzentrieren sich auf den drei Zylindern, die sich in den drei Ebenen befinden. Die Positionierung der Ebenen mit dünnem Rand entlang der Zeitfrequenzachse ist durch die Form bzw. Frequenz des Kontrastimpulses bestimmt, während die durch dunkle Zylinder angezeigte Position auf der Ebene von der Geschwindigkeit und Richtung des Blutstroms abhängt. Eine zunehmende Strömungsgeschwindigkeit verschiebt den Energiebeitrag zur Zeitfrequenzachse hin, während eine Veränderung der Strömungsrichtung eine Drehung des Zylinders in der Ebene mit sich bringt. Der schattierte keilförmige Bereich zeigt das Frequenzverhalten eines abgestimmten dreidimensionalen geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters.
2 Im Unterschied zu 1 ist die Neigung der Ebenen anders, was anzeigt, dass sich die Gefäße in einer anderen Richtung und mit erhöhter Geschwindigkeit bewegen. Der strömungsinduzierte Energiebeitrag, die dunklen Zylinder, erscheinen in einer anderen Ausrichtung in der Ebene, was impliziert, dass sich der Blutstrom bei dieser Umgebung im Verhältnis zu der in 3 gezeigten Umgebung in einer anderen Richtung bewegt.
3 stellt die Auswirkung des geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters auf eine lokale Umgebung dar, in der eine Gefäßbewegung vorhanden ist, z.B. die Umgebungen von 1 und 2. Das geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter führt eine entsprechende lokale Stabilisierung des Bewegungsfelds durch und schätzt gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit des Kontrastmittels (Blut).
4 stellt eine Projektion der lokalen Umgebung von 3 in einer zur Richtung des Blutstroms und der Zeitachse orthogonalen Richtung dar.
5 zeigt ein Blockschema eines Systems, das die Gefäßbewegung lokal rekonstruiert, um eine Schätzung der strömungsinduzierten Bewegung aufzustellen, indem ein geschwindigkeitsanpassbares Verschiebungsfilter verwendet wird. Das System nimmt eine Röntgenangiographiebildfolge über eine intravaskuläre Injektion von Kontrastmittel auf. Das Gefäßbewegungsfeld wird durch Verwendung einer räumlich-zeitlichen Filterdatenbank und aus der Form des Kontrastmittelinjektionsimpulses geschätzt. Aus diesen Daten rekonstruiert das geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter die Gefäßbewegung und extrahiert die strömungsinduzierte Bewegung, ohne Bewegungsartefakte einzubringen.
6 bezieht sich auf 5 und stellt ein alternatives Verfahren zur Berechnung des sich lokal verändernden Bewegungsfelds dar, das durch Gefäßbewegung hervorgerufen wird. Das Bewegungsfeld wird extern, beispielsweise durch einen menschlichen Bediener festgelegt, der einen Satz kennzeichnender Punkte definiert, aus dem die Gefäßbewegung berechnet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Allgemeinen wird ein räumlich-zeitliches Signal wie eine Angiographiesequenz mit mehrdimensionalen Signalanalysewerkzeugen entweder als Raum-Zeit-Kubus bearbeitet, bei dem jede Position (Voxel) im Kubus z.B. als Intensitätswert bzw. im Frequenzbereich (Fourier-Bereich) als eine Funktion räumlicher und zeitlicher Frequenzen bezeichnet ist. In dieser Darlegung wird der Lösungsweg über den Frequenzbereich häufig Verwendung finden. Diese beiden Gesichtspunkte des Signals sind jedoch die beiden Kehrseiten einer Medaille, bei der das Verhältnis des räumlichen und Frequenzbereichs durch die Fourier-Transformation bestimmt werden [siehe Bracewell]. Die Beschreibung des geschwindigkeitsanpassbaren gefilterten Angiographieverfahrens wird durch die folgenden Ausdrücke vereinfacht, und erst einmal werden Begriffe räumlich-zeitlichen Filterns definiert.
Hintergrund
Signale, die ohne oder bei Vorhandensein von Kontrastflüssigkeit vorhanden sind.
Kontrastmittelinduzierte Signale
Signale, die durch das Vorhandensein von Kontrastflüssigkeit hervorgerufen werden.
Gefäßsignale
Signale, die aufgrund der Bewegung von Blutgefäßen induziert werden.
Strömungssignale
Signale, die aufgrund der Bewegung von Kontrastflüssigkeit bezüglich des Blutgefäßes induziert werden.
Zeitfrequenzspezifische Signale
Signale mit Energiebeiträgen hauptsächlich in einem Bereich des Frequenzbereichs, der von Flächen eingegrenzt ist, die durch festgelegte Zeitfrequenzen gegeben sind.
Geschwindigkeitsspezifische Signale
Signale mit Energiebeiträgen hautsächlich in einem Bereich des Frequenzbereichs, der von Flächen eingegrenzt ist, die durch eine festgelegte Geschwindigkeitsgrenze gegeben sind.
Niedriggeschwindigkeitssignale
Signale mit Energiebeiträgen hauptsächlich in Bereichen des Frequenzbereichs, die durch Flächen eingegrenzt sind, die einer festgelegten Schwellengeschwindigkeitsgrößenordnung entsprechen.
Filter
Einheit, die einen Ausgang erzeugt, indem Werte in einer Raum-/Zeitumgebung kombiniert werden.
Zeitfrequenzselektives Filter
Filter, welches zeitfrequenzspezifische Signale vom übrigen Teil des Signals abtrennt.
Geschwindigkeitsselektives Filter
Filter, welches geschwindigkeitsspezifische Signale vom übrigen Teil des Signals abtrennt.
Niedriggeschwindigkeitsfilter
Filter, welches Niedriggeschwindigkeitssignale vom übrigen Teil des Signals abtrennt.
Geschwindigkeitsselektives Verschiebungsfilter
Geschwindigkeitsselektives Filter, welches entlang der Zeitfrequenzachse verschoben wurde. Die Verschiebung kann gleich Null sein, wodurch sich ein geschwindigkeitsselektives Filter ergibt.
Anpassbares Filter
Eine Einheit, die einen Ausgang erzeugt, indem sie Werte jeder Raum-/Zeitumgebung auf eine Weise kombiniert, die von der bearbeiteten Bildfolge abhängt und für jede Umgebung separat aufgestellt wird.
Geschwindigkeitsanpassbares Filter
Anpassbares geschwindigkeitsselektives Filter.
Geschwindigkeitsanpassbares Verschiebungsfilter
Anpassbares geschwindigkeitsselektives Verschiebungsfilter.
Zeitimpuls
Abweichung von Null nur innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls.
Man betrachte den oberen Teil von 5. Ein Patient bzw. der Teil des Patienten, der Gegenstand der Angiographieuntersuchung ist, ist zwischen einer Röntgenröhre und einem Röntgenbildverstärker untergebracht. Der Röntgenbildverstärker wandelt das projizierte Röntgenbild in ein elektronisches Signal um, welches für eine zukünftige Verarbeitung durch einen Computer in digital er Form gespeichert wird. Um den Kontrast und die Sichtbarkeit der Gefäße im Verhältnis zu dem umgebenden Gewebe zu verstärken, wird ein Kontrastmittel injiziert. Das Kontrastmittel wird in Form eines Impulses oder als eine Reihe von Impulsen injiziert. Der Form- bzw. Frequenzgehalt des Kontrastmittelinjektionsimpulses ist wesentlich für die Erfindung und wird später in diesem Abschnitt noch beschrieben. Während der Injektionsphase wird die Ausbreitung des Kontrastmittels aufgezeichnet und als eine Reihe von Bildern (Bildsequenz) für weitere Bearbeitung abgespeichert. Die lokalen Bewegungen, die bei solch einer Angiographieaufnahme auftreten, sind auf Bewegung des Hintergrunds bzw. Bewegung des injizierten Kontrastmittels (kontrastmittelinduzierte Bewegung) zurückzuführen. Die kontrastmittelinduzierte Bewegung kann in Bewegungen aufgeteilt werden, die durch eine Bewegung des Kontrastmittels bezüglich der Blutgefäße (Strömungssignale) und eine Bewegung der das Kontrastmittel transportierenden Blutgefäße (Gefäßbewegung) herbeigeführt werden. Es ist festzuhalten, dass die Gefäßbewegung keine allgemeingültige Erscheinung ist, sondern sich aufgrund der Bewegung des Patienten oder der Bewegung der inneren Organe des Patienten, z.B. Darmbewegung, Atmung und Herzschläge, lokal mit der Position und Zeit verändert.
In 1 ist das Spektrum der Fourier-Transformation einer lokalen Umgebung in einer Angiographiesequenz dargestellt, bei der sich die Kontrastmittelkonzentration zeitlich als ins Quadrat erhobener Cosinus verändert. Die vertikale Achse entspricht der Zeitfrequenz. Ist keine Bewegung (keine zeitliche Veränderung) vorhanden, konzentriert sich der gesamte Energiebeitrag auf eine Ebene, die durch die räumlichen Frequenzachsen bestimmt ist. Diese Beobachtung wird für die Subtraktionsangiographie verwendet, welche hinsichtlich der Frequenz der Entnahme von Daten entspricht, bei denen die Zeitfrequenz, d.h. das Hintergrundsignal, Null beträgt. Bewegen sich jedoch der Patient oder die Blutgefäße, konzentriert sich die Energie entlang der Ebene, die durch den Ursprung verläuft, der durch eine breite Grenzlinie dargestellt ist. Die Neigung der Ebene ist durch sowohl die Richtung als auch die Größenordnung der Bewegung bestimmt. Der Pixelverschiebungsvorgang wird in Frequenzbegriffen als eine Drehung beschrieben, welche die Ebene in eine Position zurückbringt, die sich zwischen den räumlichen Achsen erstreckt. Es ist festzuhalten, dass der Pixelverschiebungsvorgang allgemeingültig ist und keine sich lokal verändernde Gefäßbewegung ausgleichen kann. Die Injektion des Kontrastmittels in Form eines Impulses oder einer Reihe von Impulsen bewirkt eine zeitliche Modulation, und der entsprechende strömungsinduzierte Energiebeitrag, der durch schwarze Zylinder angegeben ist, befindet sich entsprechend 1 zwischen drei parallelen Ebenen. Der Abstand zwischen den modulierten Ebenen, der durch dünne Grenzlinien angegeben ist, und der Ursprung hängen von der Form bzw. Frequenz des Kontrastimpulses ab. Eine kürzere Dauer (höhere Zeitfrequenz) impliziert einen größeren Abstand (bessere Trennung) entlang der Zeitachse. Darüber hinaus hängt die Position der Zylinder (der strömungsinduzierte Energiebeitrag) sowohl von der Geschwindigkeit als auch der Richtung des Blutstroms ab. Eine langsamere Strömungsgeschwindigkeit verschiebt den Energiebeitrag entlang der Ebenen weiter nach außen, während die Ausrichtung der Zylinder in den Ebenen die Richtung des Blutstroms bestimmen. Der schattierte keilförmige Bereich gibt das Frequenzverhalten eines abgestimmten dreidimensionalen geschwindigkeitsangepassten Verschiebungsfi/ters an, welches die strömungsinduzierte Bewegung schätzt, ohne Bewegungsartefakte einzuführen. Das geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter ist sowohl auf die Gefäßbewegung, d.h. die Neigung der Ebenen, als auch die Position entlang der Zeitachse abgestimmt, welche dem Frequenzverhalten des Kontrastimpulses entsprechen.
2 entspricht einer alternativen Umgebung, bei der die Gefäßbewegung (die Neigung der Ebenen) und die Blutströmung (die Ausrichtung der Zylinder) gegenüber 1 in anderen Richtungen stattfinden. Die Größenordnung der Gefäßbewegung und die Strömungsgeschwindigkeit sind in 1 und 2 in etwa gleich.
Eine Schätzung des lokalen, durch die Gefäßbewegung (die Neigung der Ebenen) induzierten Bewegungsfelds wird zur Steuerung des geschwindigkeitsanpassbaren Filters verwendet. In 3 ist der stabilisierende Effekt des geschwindigkeitsanpassbaren Filters für die in 1 und 2 gezeigte Umgebung dargestellt. Das geschwindigkeitsanpassbare Filter führt entsprechend eine lokale Stabilisierung des Bewegungsfelds durch. 4 stellt eine Projektion von 3 in einer zu den Ebenen orthogonalen Richtung dar, die durch die Gefäßbewegung und die Richtung des Blutstroms bestimmt ist, um den Effekt der lokalen Stabilisierung der Gefäßbewegung besser zu veranschaulichen. Aus 4 geht hervor, dass das Hintergrundsignal und die nicht modulierten strömungsinduzierten Energiekomponenten durch ein zeitselektives Filter beseitigt werden können, welches den niedrigen Zeitfrequenzgehalt des Signals beseitigt, wodurch eine Schätzung der strömungsinduzierten Bewegung durch herkömmliche Verfahren möglich wird. Um das zeitselektive Hochpassfilter auszuwählen, muss Zugriff auf die Größenordnung der zeitlichen Verschiebung (der Position der modulierten Ebenen) bestehen. Die lokale Stabilisierung der Gefäßbewegung, die dieses Verfahren umfasst, unterstützt eine starke Analyse der strömungsinduzierten Bewegung, welche durch bekannte Verfahren nicht möglich ist.
Die Verwendung eines geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters ist gleichbedeutend mit einer gleichzeitigen Stabilisierung und Strömungsschätzung, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Gleichbedeutend mit der vorstehend beschriebenen Situation basiert die Auswahl der räumlich-zeitlichen Filterdatenbank, aus der die geschwindigkeitsangepassten Verschiebungsfilter synthetisiert werden, auf der Größenordnung der zeitlichen Verschiebung (der Position der modulierten Ebenen), und die Schätzung des lokalen Bewegungsfelds, das durch die Gefäßbewegung (die Neigung der Ebenen) induziert wurde, wird zur Steuerung des geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters verwendet.
Die Größenordnung der Verschiebung hängt vom Frequenzverhalten des Kontrastmittelinjektionsimpulses ab, welcher von der in 5 gezeigten Kontrastmittelinjektionssteuereinheit erhalten wird. Im Allgemeinen vereinfacht sich die Trennung des Hintergrundsignals vom strömungsinduzierten Signal, wenn die Größenordnung der zeitlichen Verschiebung größer wird, was impliziert, dass Kontrastimpulse von kurzer Dauer (hoher Zeitfrequenz) die Schätzung einfacher machen. Die Form der Kontrastimpulse ist jedoch durch physikalische Zwänge eingeschränkt.
Es erfolgen Beispiele zweier unterschiedlicher Verfahren zur Berechnung des Gefäßbewegungsfelds. Im ersten Verfahren, das in 6 dargestellt ist, wird das Bewegungsfeld von außen, z.B. einem menschlichen Bediener, festgelegt, der eine begrenzte Anzahl entsprechender Punkte, wie Verzweigungen der Blutgefäße, überall in der Sequenz festlegt. Durch Berechnen der Position jedes Kennzeichnungspunktes als Zeitfunktion wird ein dünngesätes Bewegungsfeld erhalten. Aus diesem dünngesäten Bewegungsfeld kann ein am besten passendes dichtes Bewegungsfeld, welches das anpassbare Filtern unterstützt, unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wie der Affintransformationstheorie berechnet werden. Das zweite Verfahren zum Berechnen des Gefäßbewegungsfelds ist in 5 dargestellt und verwendet eine räumlichzeitliche Filterdatenbank, um das Gefäßbewegungsfeld nach den Prinzipien automatisch zu extrahieren, die z.B. in Granlund und Knutsson, Kapitel 6, Fleet, dargelegt sind.
Ein zusätzlicher Nutzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Injektion des Kontrastmittels in Form eines Impulses oder einer Reihe von Impulsen die Möglichkeit bietet, die Menge an Kontrastflüssigkeit, die dem Patienten injiziert wird, zu senken, und dabei die Qualität der hergestellten Bilder oder Bildsequenzen beizubehalten. Der Einsatz einer Reihe von Impulsen im Verhältnis zu einem einzelnen Impuls konzentriert die Position des strömungsinduzierten Energiebeitrags im Fourier-Bereich, was die Trennung der Hintergrund- und strömungsinduzierten Signale erhöht und die Bewegungsschätzung erleichtert. Folglich ist es möglich, die Menge injizierten Kontrastmittels im Verhältnis zu den lokalen Bedingungen des Teils des Patientenkörpers zu steuern, der Gegenstand der Untersuchung ist, d.h. eine kleinere Menge Kontrastflüssigkeit ohne Verlust bei der Bildqualität einzusetzen, oder eine unveränderte Menge Kontrastflüssigkeit zu verwenden, wodurch eine bessere Rauschunterdrückung und eine verstärkte Auflösung feiner Details erzielt wird. Zusätzlich weist die Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Unterscheidung und Quantifizierung kapillarer Blutströmung beispielsweise in den Herzwänden auf, die mit herkömmlichen Verfahren nur sehr schwer auszumachen war.
Zu Visualisierungszwecken umfasst die Vorrichtung Möglichkeiten, um Schätzungen der relativen Phase der Kontrastmittelströmung herzustellen, was z.B. die Berechnung der relativen Ankunftszeit der Kontrastmittelströmung unterstützt. Die erhaltene Geschwindigkeitsschätzung kann auch dazu eingesetzt werden, ein Bild oder eine Bildsequenz herzustellen. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung die Möglichkeit, Bilder oder Bildsequenzen wiederzugeben, die für eine erhöhte Sichtbarkeit der Strömungsdynamik synthetisch erzeugte Kontrastimpulse enthalten. Beispielsweise kann ein Impuls von signifikant kürzerer Dauer synthetisiert werden.
BEZUGSLITERATUR

[1] M. Andersson, Controllable Multidimensional Filters in Low Level Computer Vision, PhD-Doktorarbeit, Linköping Universität, Schweden, S581 83 Linköping, Schweden, September 1002. Dissertation Nr. 282, ISBN 91-7870-981-4.
[2] R. Bracewell, The Fourier Transform and ist Applications,McGraw-Hill, 2. Ausgabe, 1986.
[3] D.E. Dudgeon und R.M. Merserau, Multidimensional Digital Signal Processing, Prentice-Hall signal processing serie, Prentice-Hall, 1984, ISBN 0-13-604959-1.
[4] D.J. Fleet, Measurement of image velocity, Kluwer Academic Publishers, 1992, ISBN 0-7923-9198-5.
[5] G.H. Granlund und N. Knutsson, Signal Processing for Computer Vision, Kluwer Academic Publishers, ISBN 0-7923-9530-1.
[6] H. Knutsson, "Representing local structure using tensors", The 6^th Scandinavian Conference on Image Analysis, S. 244 – 251, Oulu, Finnland, Juni 1989. Report LiTH-ISY-I1019, Computer Vision Laboratory, Linköping Universität, Schweden, 1989.
[7] H. Knutsson und M. Andersson, „N-dimensional orientation estimation using quadrature filters and tensor whitening", Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing, Adelaide, Australien, April 1994, IEEE.

Claims

Vorrichtung zum Abbilden eines in einem Körper befindlichen Blutgefäßes, Einrichtungen zum Injizieren von Kontrastmittel und Einrichtungen zum Aufnehmen einer Reihe von Röntgenbildern umfassend, welche die räumlich-zeitlichen Veränderungen in der Kontrastmittelkonzentration darstellen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Anlegen eines geschwindigkeitsanpassbaren Verschiebungsfilters auf die Röntgenbildreihe, welches geschwindigkeitsanpassbare Verschiebungsfilter ein Filter zum Trennen der Strömungssignale, die von der Bewegung des Kontrastmittels bezüglich den Gefäßen herrühren, von den Hintergrundsignalen und Gefäßbewegungssignalen ist, indem die Röntgendämpfungswerte in jeder Raum-/Zeitumgebung, die ein sich lokal veränderndes Gefäßbewegungsfeld enthält, auf eine Weise zusammengefasst werden, die von der verarbeiteten Bildsequenz abhängt und separat für jede Umgebung aufgestellt wird, wobei die Strömungssignale Energiebeiträge hauptsächlich in einem Bereich des Frequenzbereichs aufweisen, der von Flächen begrenzt ist, die den separat für jede Umgebung aufgestellten Schwellengeschwindigkeiten entsprechen, welche Flächen einen bestimmten Betrag entlang der Zeitfrequenzachse verschoben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit Einrichtungen zum Erstellen einer geometrischen Wiederabbildung der Bildsequenz, um eine Sequenz herzustellen, die sich langsam bewegenden Blutgefäßen entspricht, und Einrichtungen zum Beseitigen von Langsamkeitssignalen, indem ein Langsamkeitsfilter angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit Einrichtungen zum direkten Anlegen eines oder mehrerer geschwindigkeitsanpassbarer Verschiebungsfilter(s), um Signale in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich zu beseitigen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtungen zum Erstellen einer Wiederabbildung Einrichtungen umfassen, um die Verschiebungsvektoren aus extern festgelegten Entsprechungen zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtungen zum Erstellen einer Wiederabbildung Einrichtungen umfassen, um die Verschiebungsvektoren aus einer in der Bildsequenz lokal geschätzten Geschwindigkeit zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, mit Einrichtungen zum Bereitstellen des Geschwindigkeitsbereichs, indem die Verschiebungsvektoren aus extern festgelegten Entsprechungen berechnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, mit Einrichten zum Bereitstellen des Geschwindigkeitsbereichs, indem die Verschiebungsvektoren aus einer in der Bildsequenz lokal geschätzten Geschwindigkeit berechnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, mit Einrichtungen zum Durchführen des Geschwindigkeitsschätzungsprozesses, nachdem ein zeitfrequenzselektives Filter, das auf den Frequenzgehalt der kontrastmittelinduzierten Signale abgestimmt ist, angelegt wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, mit Einrichtungen, um die Stelle der Strömungssignale weiter weg von den Hintergrund- und den Gefäßsignalen zu verschieben, indem zwangsweise eine spezifische zeitliche Veränderung der injizierten Menge an Kontrastmittel herbeigeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, mit Einrichtungen, um die Menge an Kontrastmittel in Form einer Reihe von Zeitimpulsen zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 10, mit Einrichtungen, um die Impulsform unimodal zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, mit Einrichtungen, um die Verarbeitungsergebnisse zur Erstellung lokaler Geschwindigkeitsschätzungen zu verwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, mit Einrichtungen, um die Verarbeitungsergebnisse zur Erstellung lokaler relativer Phasenschätzungen zu verwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, mit Einrichtungen, um die Verarbeitungsergebnisse zur Erstellung lokaler Kontrastmittelimpulsankunftszeitschätzungen zu verwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, mit Einrichtungen, um die Geschwindigkeitsschätzungen dazu einzusetzen, ein Bild oder eine Bildsequenz herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, mit Einrichtungen, um die Phasenschätzungen dazu einzusetzen, ein Bild oder eine Bildsequenz herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, mit Einrichtungen, um die Ankunftszeitschätzungen dazu einzusetzen, ein Bild oder eine Bildsequenz herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13 oder 14, mit Einrichtungen, um die Verarbeitungsergebnisse dazu einzusetzen, eine Bildsequenz herzustellen, die den Kontrastmittelstrom unter Verwendung computergenerierter virtueller Kontrastmittelimpulse darstellt.