WO2010031830A1 - Verfahren, vorrichtung und computerprogrammprodukt zum darstellen verschiedener bilder einer kavität - Google Patents

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WO2010031830A1
WO2010031830A1 PCT/EP2009/062098 EP2009062098W WO2010031830A1 WO 2010031830 A1 WO2010031830 A1 WO 2010031830A1 EP 2009062098 W EP2009062098 W EP 2009062098W WO 2010031830 A1 WO2010031830 A1 WO 2010031830A1
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PCT/EP2009/062098
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Marcus Schreckenberg
Georg Schummers
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Tomtec Imaging Systems Gmbh
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    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular

Definitions

  • the invention relates to a method for displaying various images of an object, in particular an object in the human or animal body, such as a cavity, which have been recorded with one or more different medical imaging methods, in particular with real-time 3D ultrasound, X-ray method, computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), electrophysiological cardiothoracic imaging, three-dimensional cardiac magnetic resonance imaging (CMR), or nuclear medicine techniques such as positron emission tomography (PET) or single photon emission computed tomography (SPECT). Furthermore, the invention relates to a device suitable for carrying out the method 5 and to a computer program product provided for this purpose.
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CMR three-dimensional cardiac magnetic resonance imaging
  • nuclear medicine techniques such as positron emission tomography (PET) or single photon emission computed tomography (SPECT).
  • PET positron emission tomography
  • SPECT single photon emission computed tomography
  • the invention relates to the simultaneous evaluation and display of dynamic images, ie images recorded in a time series one behind the other and at high temporal resolution, such as the heart, for example, which is also recorded with static images recorded with a particularly high spatial resolution
  • the evaluation is preferably carried out not directly on the images themselves, but on corresponding data sets, the specific values with a certain accuracy, depending on the have imaging modality, eg functional (ie recorded with high temporal resolution) or geometric (ie recorded with high spatial resolution) values which have been obtained or calculated from the images and, for example, the ventricular wall activity (functional value) of a ventricle or describe the position of a blood vessel to the ventricular wall (geometric value).
  • Magnetic Resonance Imaging MRI
  • PET Positron Emission Tomography
  • SPECT Single Photon Emission Computed Tomography
  • dynamic it is meant that a time series of images is acquired, which is the visualization of e.g. the heart movement allowed.
  • 3D ultrasound systems with which real-time recordings can be recorded in 3D.
  • mTEE Ultrasound
  • CT Computed Tomography
  • CMR Cardiac Magnetic Resonance Imaging
  • CRT cardiac resynchronization therapy
  • geometric information which includes the morphology of the heart, can be combined with a functional-parameter distribution of the heart.
  • the technique used is also applicable to other areas, e.g. electrophysiology, transferable.
  • a physician wishes to identify the optimal location for a pacemaker electrode on the ventricular wall, he will use the functional parameter distribution on the heart, ie, that location on the heart & PARTNERS
  • Such a representation should also include the respective vessel diameter and optionally further geometrical dimensions, such as e.g. take into account the angle at which the respective vessel opens into another vessel. This additional information is to ensure that the selected position can actually be achieved with the electrode. It is therefore desirable, for example, to allow automatic analysis of the path from the coronary sinus ostium in the right atrium to the selected electrode position.
  • the wall of a cavity such as the heart chamber is considered and, for example, their movement is tracked.
  • a disturbance, for example, of cardiac muscle activity can be recognized, for example, from the fact that the ventricle wall does not contract equally everywhere at the same time and not everywhere. This can be determined by automatically detecting and viewing the contours of the chamber (eg the left or right ventricle or an anterior chamber).
  • the inside of the cavity can then be represented as a type of lattice structure, as described, for example, in EP 0 961 135 or EP 07 725 926 of the Applicant, the surface of which is approximated by triangles, for example (hereinafter referred to as "bag").
  • polar plot practically makes a flat map, e.g. a heart chamber, on which certain functional values, such as contraction time or maximum volume change, are color-coded.
  • Data set with geometric values output e.g. in the form of a bag, which may be constructed of dots, triangles or the like, and in addition may also contain functional values, such as color coded dots, triangles or areas of this bag.
  • This so-called functional parameter map can then also be used as a polar plot or even as a look-up table, i. in different data formats.
  • the images are therefore always evaluated in their own, possibly original data format.
  • the raw image data as provided by the image-capturing modality in a raw data format, can be converted into other data formats which are suitable for better presentation.
  • Slices of 2-D slices are used e.g. sorted in 3-D spaces in order to display the object three-dimensionally.
  • These 3-D data formats e.g., voxel-space
  • the image data sets obtained from different imaging methods are then classified in the prior art after registration, i. identical areas of the object are detected in both image data records, shown superimposed. The registration of the "same areas" of the object is however difficult and is performed manually by experienced users.
  • the functional (i.e., temporal) and morphological (i.e., spatial) evaluation must be generated from a single data set having either a high temporal or a high spatial resolution
  • the temporal resolution in a spatially-high-resolution CT dataset is about 83 ms.
  • this temporal resolution is insufficient for the determination of most functional parameters.
  • the radiation exposure in the acquisition of such a record is high.
  • High-resolution data sets generally do not have the necessary spatial resolution, such as recordings of the heart achieved by magnetic resonance. Creating a high temporal and spatial data set with magnetic resonance during the acquisition not only results in an inappropriately high acquisition time of approximately 2 hours, but also in known problems of respiratory and patient conditions (artifacts). & PARTNERS
  • the invention is characterized in that at least one first data record in a predeterminable first data format with first values of the object and at least one second data record in a predeterminable second data format with second values of the object are provided.
  • the first and / or the second data record are then transformed into a common data record, which is present in a uniform data format, by transferring the first data record & PARTNERS
  • the first and second data sets are not registered directly with each other as in the prior art, e.g. 3-D volume rendering after expensive registration e.g. transparent or semi-transparent or overlapping superimposed, but both records are first converted into a single data format, in particular converted into a standardized model, before in this uniform data format linking the two records, i. the values of the records.
  • This link can e.g. This can be done by detecting excellent locations of the object in both data sets, so that then a spatial assignment of the values of the two data sets can take place.
  • Another possibility is to design the conversion of both data records into the uniform format such that, on the basis of an already predefined model of the object in this uniform format, an assignment of the values of both data records results by the classification of the values of both data records into the uniform data format.
  • the cavity to be examined is a heart chamber.
  • the first data record is obtained as a dynamic, in particular four-dimensional data record, by means of ultrasound, MR or CT, while the second data record is obtained, in particular as a static two- or three-dimensional data record, for example by CT, ultrasound (mTEE) or CMR.
  • the first data set represents one or more of the following functional values for one or more spatial sections of the ventricle:
  • the second set of data represents spatial sections of the ventricle, the position of the ventricular wall, the position of supplying arteries or veins and / or their branches, in particular the coronary sinus ostium.
  • the second set of data can - as well as the first set of data - as a bag, ie represented as a correspondingly gray scale or color coded wire grid model. & PARTNERS
  • the linking of the spatial values of the first or second data set with the associated spatial values of the second or first data set is advantageously carried out via the common coordinate system of the common data format, which may already be based on one of the two data sets (eg a bag representation with associated data) coordinate system).
  • the linking of the spatial values of the first or second data record with the associated spatial values of the second or first data record is effected, for example. by projection, computation, by Boolean operators, or by simple assignment within the common data format (also, for example, if both datasets already exist in a common, predeterminable data format - such as a polar plot representation).
  • the associated temporal information in particular from the first values of the first data set, can be linked to one another and assigned to the spatial values.
  • the spatial information from the second data record and the temporal information from the first data record are preferably used for this purpose and stored in the common data record in a common data format. For example, each "point" in the common data format is assigned the spatial values of one data set and the temporal values of the other data set.
  • the values of the second data record are projected onto the values of the first data record and displayed there as a common data record in the data format of the first data record, which represents a standardized model structure of the object.
  • This purpose is served by a particularly orthogonal projection, for example of the course of the vessel, on the wire-grid model containing the functional parameter map.
  • the first set of data consists of 4D stress echo image data sets and contains spatially resolved to all or almost all sections of the cavity & PARTNERS
  • the first data set preferably consists of images of the heart, which was recorded at different stress states.
  • this invention also understands the first or the second data record into which the second or the first data record has been transformed
  • the resulting data record is the "result data record” or the common data record.
  • This has a data format that may or may not correspond to the first and / or the second data format. This data format is called a "common data format”.
  • the cavity is a chamber of the heart, e.g. the left ventricle, the right ventricle, an atrium or another
  • Blood vessel like the aorta.
  • the invention can also be applied to other cavities such as the intestine, the stomach, a brain ventricle, the bladder, etc.
  • images of the cavity or the data sets generated from this is to be understood very comprehensively here.
  • Measurement data may also be meant which are not directly present in image form after acquisition, eg the results of a scan of the ventricle wall with an electrode, which provide a spatial distribution of the electrical potential. Since these metrics also spatial information & PARTNERS
  • the "images of the cavity” may also be two-dimensional (2D), three-dimensional (3D) or four-dimensional (4D) images acquired by MRI, X-ray, CT or ultrasound.
  • a four-dimensional image is a series of three-dimensional images taken in succession. If the cavity is a ventricle, a four-dimensional image preferably covers an entire cardiac cycle.
  • Static images of the cavity are recorded on the heart, for example ECG-triggered.
  • the datasets with the geometric values are preferably three-dimensional, but may also consist of a series of two-dimensional tomographic layers, on which corresponding prominent points can be detected.
  • the data sets with functional values are preferably multi-dimensional, in particular two-, three- or four-dimensional, but can also be one-dimensional.
  • these functional values may be both scalars and vectors, where a vector size, e.g. may represent the movement of the chamber wall (direction of movement and maximum velocity), or the electrical activation of the chamber wall (direction and magnitude of an action potential).
  • both data sets are converted into a further uniform data format (ie, for example, initially in a bag form and then in a 2-D -Polarplot representation).
  • redundant or parallel information of both data sets can also be offset against each other by, for example, Boolean operators.
  • the geometrically less exact values from the first data set can also be negated and only the geometrically more exact values of the second data set used for the representation of the morphological information. Any combination of the information contained in the corresponding data records is therefore conceivable.
  • the invention is also directed to an apparatus for displaying various images of an object, in particular an object in the human or animal body, which have been recorded with one or more different medical imaging methods.
  • the device has a data memory which stores at least one first data record in a first data format with first values of the object and at least one second data record in a second data format with second values of the object, and one or more arithmetic units which store the first and / or second data Record in a common data set, which exists in a uniform data format, by converting the first data format of the first data set and / or the second data format of the second data set into the uniform data format, and linking the values of the first and second data set with the associated values of second or first record in this uniform data format, transformed.
  • a display device serves to display the transformed data record in the common data format.
  • the device of the invention is used in particular for carrying out the above-described method, wherein the at least one first data record has a predominantly high temporal resolution, and wherein the at least one second data record has a predominantly high spatial resolution.
  • the spatial values of the first or second data set are converted into the uniform data format with the associated spatial values of the second or first data record, including their temporal information.
  • FIG. 2 shows a two-dimensional projection of the illustrated bag data records from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a two-dimensional polar plot of the bag according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a two-dimensional bag Representation of the bag of Fig. 2 with corresponding polar plot segments, which are optionally color-coded.
  • FIG. 1 illustrates as one of the preferred uniform data formats the bag format in which the first values with predominantly high temporal resolution and / or the second values with predominantly high spatial resolution can be present.
  • This data format is described in detail in EP 09 61 135 A, the disclosure content of which is hereby incorporated into this application.
  • This is a geometric grid structure 1 similar to a bag, which is represented by individual points or, as in the example shown, by individual triangles.
  • Such a bag may each consist of a three-dimensional image data set of a cavity, e.g. by determining the contours between the interior and the wall of the cavity.
  • the boundary surface between the blood and the wall is preferably contoured, with the boundary surface between the wall and the surrounding tissue additionally being able to be contoured. This gives the surface.
  • individual points or triangles are extracted which span a bag and are present in Cartesian coordinates (3D or 4D) or in spherical coordinates.
  • a dynamic SD data record can therefore be represented by a dynamic, ie time-variable, bag data record.
  • the functional can also be & PARTNERS
  • Values from the dynamic bag data set e.g. the timing of the contraction of individual triangles or the like, and shown as a colored coloring on the bag in the form of a functional parameter card 3.
  • the bag itself is also a spatial information that resides in the first record.
  • An alternative uniform data format is the polar plot 6 shown in FIG. This is a replay projected according to certain rules, e.g. the ventricular wall, on a two-dimensional plane, which is divided into several sectors 5.
  • a first affected sector 5a is, for example, in the lower south-southwest, middle region.
  • a central sector 7 lies against the bag tip (e.g., at the apex).
  • a polar plot can also be determined from a 3D image of the heart by contouring the interface between the blood and the wall. The position of the apex is determined and the determined surface is parameterized by calculating the two angles with respect to the apex for each desired point on the surface. This already allows the representation as a polar plot.
  • This polar plot can represent both an arbitrarily high spatial resolution (second data set) and a corresponding functional parameter map 3 (first data set).
  • the functional parameter map 3 is illustrated merely by way of example with reference to a partial coloring of the three affected sectors 5a, 5b and 5c. For better clarity, the other sectors 5 of the polar plot representation 6 in FIG. 4 are not colored.
  • the course of the coronary sinus 2 is to be determined at the heart.
  • this history is derived from a second set of high spatial resolution 3D CT data of the heart. Due to the fact that no dynamic data is needed here, the radiation exposure during recording can be reduced & PARTNERS
  • the coronary sinus 2 and its first supplying coronary vein 2a and second supplying coronary vein 2b are semi-automatically segmented.
  • the TomTec 4D LV Analysis software can be used to create a surface model by generating a lattice structure 1 of the left ventricle of the heart (hereafter referred to as "CT bag").
  • CT bag a lattice structure 1 of the left ventricle of the heart
  • three-dimensional CMR data or three-dimensional ultrasound data can also be used.
  • a first dynamic, in particular four-dimensional, data record obtained, for example, by ultrasound, MR or if necessary also CT the dynamic analysis of the left ventricle is carried out, for example. with the TomTec software 4D LV Analysis, which can also be achieved, for example, a grid structure 1 in the bag format, on which a functional parameter card 3 is located (hereinafter called "MR bag").
  • the resulting functional parameter map can also be exported as a standardized polar plot, as shown in FIG.
  • the emphasis is on a high temporal resolution to obtain corresponding functional values of the cavity.
  • the spatial resolution is subordinate.
  • Both the first and the second record are, after recording, transferred to this prescribed data format. If both data sets are not yet present in a uniform data format after the transfer, then this step according to the present invention is still to be carried out. & PARTNERS
  • the vessel profile of the CT bag is orthogonally projected onto the surface of the left ventricle of the CT bag.
  • the CT bag may optionally be extrapolated basally accordingly, provided that the corresponding data of the course of the vessel go beyond the data of the bag.
  • the morphometric measurements of the course of the vessel such as the course of curvature, vessel diameter, etc., are determined and correspondingly assigned to the vessel points projected onto the CT bag.
  • the functional parameter map 3 shown in FIG. 2 is merely illustrative.
  • the bag in FIG. 2 documents the second geometric data set in a three-dimensional bag shape. This data record can then be converted into a standardized polar plot 6 according to FIG. 3 and thereby has the same data format as the previously exported first data record with functional values, the bag representation of which was also converted into a correspondingly standardized polar plot.
  • Polar representations can then - as documented in FIG. 4 - be easily transformed into one another - virtually fused - since both data sets are present in a uniform format.
  • the functional parameter card 3 is applied directly to the CT bag of FIG.
  • the bag represents the shape of the left ventricle
  • the color-coded functional parameter map 3 on it represents the contraction behavior of the ventricle wall.
  • the segmented vascular tree with coronary sinus 2 as well as the supplying veins 2a, 2b can be assessed immediately in the spatial context with the shape and function of the left ventricle.
  • a communal, three-dimensional representation of the first and second data record is possible.
  • corresponding sectional images can be set and displayed anywhere.
  • the extraction of the geometric shape of the vessels is not achieved by a three-dimensional segmentation method, for example CT data, & PARTNERS
  • landmarks are placed in individual tomographic, two-dimensional layers, which are located at prominent points, e.g. at Veneneinmünditch lie. Instead of the landmarks, splines can also be used, which interpolate the course of the vessel over different layers.
  • the thus obtained second data set with the corresponding geometric values can then - as described above - be linked to the first data set with functional values and displayed after appropriate transformation.
  • the advantage of this embodiment is that prominent points in slice images can be more easily identified than in a three-dimensional segmentation, especially if only a moderate image quality is present, or if only a small dose can be used in the recording.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, insbesondere eines Objekts im menschlichen oder tierischen Körper, die mit einem oder mehreren verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurden, wobei ein erster Datensatz in einem vorbestimmbaren ersten Datenformat mit ersten Werten des Objekts, die insbesondere eine überwiegend hohe zeitliche Auflösung aufweisen, und ein zweiter Datensatz in einem vorbestimmbaren zweiten Datenformat mit zweiten Werten des Objekts, bevorzugt einer Kavität, die insbesondere eine überwiegend hohe räumliche Auflösung aufweisen, bereitgestellt und der erste und/oder der zweite Datensatz in einen gemeinsamen Datensatz, der in einem einheitlichen Datenformat vorliegt transformiert wird bzw. werden, indem der erste und/oder der zweite Datensatz in das einheitliche Datenformat überführt, insbesondere umgerechnet wird und die räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, unter Einbeziehung deren zeitlichen Informationen, verknüpft werden und wobei der gemeinsame Datensatz schließlich in einem gemeinsamen Datenformat dargestellt wird. Bevorzugt handelt es sich bei den ersten Werten um physiologische und bei den zweiten Werten um morphologische Informationen einer Kavität, wie z.B. einem Herzen. Die Erfindung eignet sich besonders bei kardialen Resynchronisationstherapien (CRT).

Description

Bavariaring 11 H /T T T T T -Γ T» C ^ U T T TI Γ M Γ Ό D-8Ö336 München
M Ü L L E R S CHU PF NE R Telefon. + 49.89.21 99 12 0
& P A R T N E R Telefax: + 49-89-21 99 12 20
E-mail: maximark@propat.de
Verfahren, Vorrichtung und Computerprogrammprodukt zum Darstellen verschiedener Bilder einer Kavität
TomTec Imaging Systems GmbH
17073.5 PT-WO PM
11. September 2009
Verfahren, Vorrichtung und Computerprogrammprodukt zum Darstellen verschiedener Bilder einer Kavität
5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, insbesondere eines Objekts im menschlichen oder tierischen Körper, wie beispielsweise einer Kavität, die mit einem oder mehreren verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurden, insbesondere mit Realtime-3D-Ultraschall, Röntgenverfahren, Computertomographie (CT), 0 Magnetresonanztomographie (MRT), einer elektrophysiologischen Herz-Katheter- Untersuchung, einer dreidimensionalen kardialen Magnetresonanztomographie (CMR) oder nuklearmedizinischen Verfahren wie Positronen-Emissionstomographie (PET) oder Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens 5 geeignete Vorrichtung sowie ein hierfür vorgesehenes Computerprogrammprodukt.
Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um die gleichzeitige Auswertung und Darstellung von dynamischen - also in einer Zeitreihe hintereinander und mit0 hoher zeitlicher Auflösung aufgenommenen - Bildern, wie z.B. des Herzens, das auch mit statischen - also mit besonders hoher Ortsauflösung aufgenommenen - Bildern aufgenommen wird. Die Auswertung wird bevorzugt nicht direkt an den Bildern selbst, sondern an entsprechenden Datensätzen vorgenommen, die bestimmte Werte mit einer bestimmten Genauigkeit, abhängig von der bildgebenden Modalität, aufweisen, also z.B. funktionelle (d.h. mit hoher zeitlicher Auflösung aufgenommenen) bzw. geometrische (d.h. mit hoher räumlicher Auflösung aufgenommenen) Werten, welche aus den Bildern gewonnen bzw. berechnet wurden und z.B. die Herzkammerwand-Aktivität (funktioneller Wert) einer Herzkammer oder die Lage eines Blutgefäßes zur Herzkammerwand (geometrischer Wert) beschreiben.
Für die Bewertung von Funktionalstörungen werden heutzutage verschiedene Bildgebungsmodalitäten bzw. -verfahren verwendet, welche die Akquisition von dynamischen, dreidimensionalen Bildern erlauben, z.B. Ultraschall,
Magnetresonanztomographie (MRT), Positronen-Emissionstomographie (PET) oder Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Mit "dynamisch" ist gemeint, dass eine Zeitreihe von Bildern akquiriert wird, welche die Visualisierung von z.B. der Herzbewegung erlaubt. Besonders geeignet sind hierfür Realtime-3D-Ultraschallsysteme, mit denen Echtzeitaufnahmen in 3D aufgenommen werden können.
Für die Bewertung von Relativlagen verschiedener Blutgefäße zueinander, wie z.B. des Gefäßverlaufs des Koronarvenensinus relativ zum Atrium des Herzens, werden heutzutage hoch ortsauflösende Bildgebungsmodalitäten bzw. -verfahren verwendet, welche die Akquisition von geometrisch präzisen, dreidimensionalen Bildern erlauben, z.B. Ultraschall (mTEE), Computertomographie (CT) oder auch kardiale Magnetresonanztomographie (CMR).
Am Beispiel der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT) wird exemplarisch gezeigt, wie sich geometrische Informationen, die die Morphologie des Herzens beinhalten, mit einer Funktional-Parameter-Verteilung des Herzens kombinieren lassen. Die verwendete Technik ist auch auf andere Bereiche, wie z.B. die Elektrophysiologie, übertragbar.
Möchte ein Arzt beispielsweise den optimalen Platz für eine Herzschrittmacherelektrode an der Herzkammerwand identifizieren, so wird er die Funktional- Parameter- Verteilung am Herzen heranziehen, d.h. diejenige Stelle an der & P A R T N E R
Herzkammerwand detektieren, die asynchron zu den anderen Stellen der Herzkammerwand kontrahiert. Zum Einführen der Herzschrittmacherelektrode nutzt der Arzt beispielsweise den Koronarvenensinus, wobei die Elektrode über den rechten Vorhof des Herzens in die Vene und von dort in einen Venenabzweig eingeführt wird, der möglichst nah an der zuvor definierten Stelle liegt.
Wünschenswert wäre es hier, den geometrisch exakten Verlauf des Gefäßes mit einer Darstellung der Funktional-Parameter-Verteilung zu kombinieren, so dass beides gleichzeitig dem Arzt zur Identifikation der optimalen Elektrodenposition sowie des Zuführweges zur Verfügung steht.
Eine solche Darstellung sollte dabei auch den jeweiligen Gefäßdurchmesser und gegebenenfalls weitere geometrische Maße, wie z.B. den Winkel, unter dem das jeweilige Gefäß in ein anderes Gefäß einmündet, berücksichtigen. Durch diese Zusatzinformationen soll sichergestellt werden, dass die ausgewählte Position auch tatsächlich mit der Elektrode erreicht werden kann. Wünschenswert ist es daher z.B., eine automatische Analyse des Pfads vom Koronarsinus-Ostium im rechten Vorhof bis zur ausgewählten Elektrodenposition zu ermöglichen.
Zur Funktionalauswertung wird beispielsweise die Wand einer Kavität wie der Herzkammer betrachtet und z.B. deren Bewegung verfolgt. Eine Störung beispielsweise der Herzmuskel-Aktivität lässt sich z.B. daran erkennen, dass die Herzkammerwand nicht überall gleichzeitig und nicht überall gleich stark kontrahiert. Dies kann dadurch ermittelt werden, dass die Konturen der Kammer (z.B. des linken oder rechten Ventrikels oder einer Vorkammer) automatisch detektiert und betrachtet werden. Die Innenseite der Kavität kann dann als eine Art Gitternetzstruktur, wie sie beispielsweise in der EP 0 961 135 oder der EP 07 725 926 der Anmelderin beschrieben wurde, dargestellt werden, deren Oberfläche z.B. durch Dreiecke angenähert wird (im Weiteren "Beutel" genannt). Der Beutel wird dann in Abschnitte eingeteilt und die Bewegung der einzelnen Abschnitte wird verfolgt, um z.B. die Kontraktionszeit und die jeweiligen Verzögerungszeiten gegenüber dem Abschnitt der frühesten Kontraktion zu ermitteln. Die Kavität (z.B. des Herzens) kann auch in Volumenabschnitte eingeteilt werden, deren Volumenänderung z.B. über einen Herzschlag betrachtet wird. & P A R T N E R
Die Ergebnisse solcher Auswertungen werden oft in Form eines sogenannten "Polarplots" dargestellt, wie dieser exemplarisch in der EP 07 725 926 der Anmelderin beschrieben wird. Ein Polarplot stellt also praktisch eine flache Landkarte, z.B. einer Herzkammer, dar, auf der bestimmte funktionelle Werte, wie Kontraktionszeit oder maximale Volumenänderung, farbkodiert aufgetragen werden.
Derartige Auswertungen werden z.B. mit den Softwareprogrammen TomTec Left Ventricular-Analysis, TomTec Right Ventricular-Analysis und 4D Left Ventricular- Analysis Cardiac Resynchronization Therapy, sowie z.B. mit PET/SPECT- Softwares durchgeführt. Die in diesen Programmen verwendeten Auswertungsmethoden zur Gewinnung von Datensätzen mit funktionellen Werten sind z.B. in dem folgenden Artikel beschrieben:
Kapetanakis, Monaghan: "Real-time three-dimensional echocardiography - a novel technique to quantify global left ventricular mechanical dissynchrony", circulation .2005; 112:992-1000.
Die Ergebnisse solcher Auswertungen werden dann als mehrdimensionaler
Datensatz mit geometrischen Werten ausgegeben, z.B. in Form eines Beutels, der aus Punkten, Dreiecken oder dergleichen aufgebaut sein kann, und darüber hinaus auch funktionelle Werte enthalten kann, wie beispielsweise farblich kodierte Punkte, Dreiecke oder Bereiche dieses Beutels. Diese sogenannte Funktional-Parameter-Karte kann dann auch als Polarplot oder sogar als Wertetabelle, d.h. in unterschiedlichen Datenformaten, ausgegeben werden.
Des Weiteren ist es bekannt, geometrische Werte der Kavität in bestimmten Datenformaten, wie beispielsweise einer dreidimensionalen Grauwertdarstellung (gegebenenfalls auch farblich kodiert), eines Beutels darzustellen.
Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, sowohl funktionelle Werte einer Kavität als auch geometrische Werte derselben Kavität in bestimmten & P A R T N E R
Datenformaten auszuwerten und diese ausgewerteten Datenformate grafisch, z.B. transparent, zu überlagern "Image Fusion of Coronary Tree and Regional Cardiac Function Image Using Multislice Computed Tomography", Higashino et al, Circ J 2006; 70: 105-109).
Im Stand der Technik werden die Bilder daher stets in ihrem eigenen, ggf. ursprünglichen Datenformat ausgewertet. Dazu können die Rohbilddaten, wie sie die bildaufnehmende Modalität in einem Rohdatenformat zur Verfügung stellt, in andere Datenformate überführt werden, die zur besseren Darstellung geeignet sind. Schichtbilder von 2-D Schichtaufnahmen (Rohdaten) werden z.B. in 3-D- Räumen einsortiert, um das Objekt dreidimensional darstellen zu können. Diese 3- D-Datenformate (z.B. Voxel-Space) können dann weiter verarbeitet werden, z.B. zu einem 3-D-Drahtgittermodell, wie dies im folgenden noch näher beschrieben wird. Die aus unterschiedlichen Bildgebungsverfahren gewonnenen Bilddatensätze werden im Stand der Technik dann nach einer Registrierung, d.h. gleiche Bereiche des Objekts werden in beiden Bilddatensätzen detektiert, übereinander gelagert dargestellt. Die Registrierung der „gleichen Bereiche" des Objekts ist aber schwierig und wird i.d.R. von erfahrenen Anwendern manuell durchgeführt.
Diese bekannte Technik der einfachen Überlagerung bedingt, um das Registrierungsproblem zu umgehen, dass sowohl die Funktional-Parameter-Karte als auch die Morphologie des Objekts, z.B. der Kavität, aus ein und demselben Datensatz stammen. Entsprechende Atlasabbildungen eines schematischen Gefäßverlaufs berücksichtigen den tatsächlichen Verlauf und die tatsächliche Geometrie (Breite, Winkel etc.) der Gefäße nicht und geben so allerhöchstens eine grobe Einschätzung der tatsächlichen Verhältnisse.
Darüber hinaus ist es z.B. bekannt, eine schichtweise Auswertung der Funktional- Parameter der Kavität mit einer dreidimensionalen Darstellung des Gefäßverlaufs zu kombinieren oder die Funktionaldaten schichtweise in entsprechenden Morphologiedaten einzufügen ("Integration of three-dimensional coronary venous & P A R T N E R
angiography with three-dimensional echocardiography for biventricular device implantation", Mansour et al, Heart Rhythm, VoI 3, No 11 , November 2006).
Die bisher bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass zwei unterschiedliche Datenformate nicht oder nur sehr ungenau miteinander registriert werden können, da häufig auf eine manuelle Registrierung zurückgegriffen wird, die auf zweidimensionalen Schnittbildern beruht. Dieses Vorgehen ist fehlerbehaftet, da man in der Regel keine vergleichbaren Schnitte aus beiden Datensätzen heranzieht, denn oft ergeben sich gewisse Zeitunterschiede bei der Akquisition dieser unterschiedlichen Datensätze, unterschiedliche Phasenlagen, Lagen im Raum oder auch modalitätsbedingte Unterschiede bei der Extraktion der Grenzflächen, wie beispielsweise einer Herzkammerwand. Werden die Ergebnisse der Funktional-Parameter-Darstellungen und der morphologischen Darstellungen lediglich übereinander gelegt, ist eine Benutzer-Interaktion, wie z.B. ein Drehen der Daten oder eine Schnittdarstellung, nicht möglich.
Will man das entsprechende Registrierungsproblem der unterschiedlichen Datensätze vermeiden, muss die Funktional- (d.h. die zeitliche) und die Morphologie- (d.h. die räumliche) Auswertung aus einem einzigen Datensatz erzeugt werden, der entweder eine hohe zeitliche oder eine hohe räumliche
Auflösung, in der Regel aber nicht beides, hat. Beispielsweise beträgt die zeitliche Auflösung in einem räumlich hoch aufgelösten CT-Datensatz etwa 83 ms. Diese zeitliche Auflösung ist aber für die Bestimmung der meisten Funktionalparameter unzureichend. Darüber hinaus ist die Strahlenbelastung bei der Akquisition eines solchen Datensatzes hoch. Zeitlich hoch aufgelöste Datensätze verfügen allerdings in der Regel nicht über die nötige räumliche Auflösung, wie beispielsweise durch Magnetresonanz erzielte Aufnahmen des Herzens. Wenn man mit Magnetresonanz während der Akquisition einen zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Datensatz erstellt, ist nicht nur die Akquisitionsdauer von etwa 2 Stunden unangemessen hoch, sondern man hat darüber hinaus die bekannten Probleme der Atem- und Patientenlage (Artefakte). & P A R T N E R
Die DE 10 2006 026 752 A1 beschreibt eine weitere Lösung des Registrierungs- problems, indem 2 MR-Aufnahmen durchgeführt werden, währenddessen sich der Patient nicht bewegt. Eine der beiden MR-Aufnahmen ist eine funktionale Aufnahme, die andere eine anatomische Aufnahme. Beide sind per se registriert. Die anatomische MR-Aufnahme wird dann mit Durchleuchtungsaufnahmen registriert, indem beide einfach anhand von Landmarken des aufgenommenen Objekts (z.B. der Schädelknochen) übereinander gelegt werden. Da die funktionale MR-Aufnahme per se mit der anatomischen MR-Aufnahme registriert ist, ist auch die funktionale MR-Aufnahme mit dem Durchleuchtungsbild registriert. Alle Datensätze liegen aber in ihren eigenen Datenformaten vor. Erst bei der Darstellung am Bildschirm erfolgt eine (rein graphische) Überlagerung.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, wie beispielsweise des Herzens im menschlichen oder tierischen Körper, bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile überwindet und welches z.B. den Gefäßverlauf des Koronarvenensinus samt zuführender Koronarvenen auf einer Kontraktionskarte des Herzens präzise in einem gemeinsamen Datensatz zur Verfügung stellt, der dann sowohl einheitlich dargestellt, als auch gedreht, geschnitten, bearbeitet und entsprechend unterschiedlich betrachtet werden kann, ohne dass aufwendige Registrierungen (ggf. für jedes Schnittbild einzeln) notwendig sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 , 13 und 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und dort gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein erster Datensatz in einem vorbestimmbaren ersten Datenformat mit ersten Werten des Objekts und mindestens ein zweiter Datensatz in einem vorbestimmbaren zweiten Datenformat mit zweiten Werten des Objekts bereitgestellt wird. Der erste und/oder der zweite Datensatz werden dann in einen gemeinsamen Datensatz transformiert, der in einem einheitlichen Datenformat vorliegt, durch Überführen des ersten & P A R T N E R
Datenformats des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datenformats des zweiten Datensatzes in das einheitliche Datenformat, und Verknüpfen der Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat. Anschließend kann der gemeinsame Datensatz in dem gemeinsamen Datenformat dargestellt werden.
Der erste und der zweite Datensatz werden also nicht wie beim Stand der Technik direkt miteinander registriert, indem z.B. 3-D-Volumendarstellungen nach einer aufwändigen Registrierung z.B. transparent oder semi-transparent oder überdeckend übereinandergelegt werden, sondern beide Datensätze werden zuerst in ein einheitliches Datenformat überführt, insbesondere in ein standardisiertes Modell umgerechnet, bevor in diesem einheitlichen Datenformat eine Verknüpfung der beiden Datensätze, d.h. der Werte der Datensätze, erfolgt. Diese Verknüpfung kann z.B. dadurch erfolgen, dass ausgezeichnete Stellen des Objekts in beiden Datensätzen detektiert werden, so dass dann eine räumliche Zuordnung der Werte der beiden Datensätze erfolgen kann. Eine andere Möglichkeit ist es, die Umrechnung beider Datensätze in das einheitliche Format so zu gestalten, dass sich aufgrund eines bereits vorgegebenen Modells des Objekts in diesem einheitlichen Format eine Zuordnung der Werte beider Datensätze durch die Einordnung der Werte beider Datensätze in das einheitliche Datenformat ergibt.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht der erste Datensatz aus ersten Werten einer Kavität, die eine überwiegend hohe zeitliche Auflösung aufweisen und der zweite Datensatz aus zweiten Werten der Kavität, die eine überwiegend hohe räumliche Auflösung aufweisen. Der erste und/oder der zweite Datensatz werden in den gemeinsamen Datensatz transformiert, indem die räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes, einschließlich deren zeitlicher Informationen, miteinander verknüpft werden. Falls einer der beiden
Datensätze bereits in dem einheitlichen Datenformat vorliegt, muss nur der zweite Datensatz transformiert werden. & P A R T N E R
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den ersten Werten der Kavität, die eine überwiegend hohe zeitliche Auflösung aufweisen, um funktionelle Werte der Kavität, die physiologische Informationen beinhalten, insbesondere des Herzens, während es sich bei den zweiten Werten der Kavität, die eine überwiegend hohe räumliche Auflösung aufweisen, um geometrische Werte mit morphologischen Informationen handelt.
Bevorzugt wird für das gemeinsame Datenformat eine standardisierte Modellstruktur des Objekts verwendet, z.B. eine Gitternetzstruktur, eine dynamische Projektion auf eine zweidimensionale Ebene oder ein Polarplot. Die standardisierte Model I struktur hat den Vorteil, dass eine aufwändige Registrierung der Datensätze nicht nötig ist, da bei der Überführung der Datenformate beider Datensätze in das einheitliche Datenformat eine gewisse räumliche Zuordnung bereits erfolgt. Die anschließende Verknüpfung der Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat erschöpft sich dann z.B. in einer Normierung der Koordinatensysteme, einer Anpassung der Dimensionen, oder einer reinen Übereinanderlagerung, z.B. in Falle einer 2-D-Polarplotdarstellung (vgl. Fig. 4).
Sowohl der erste Datensatz als auch der zweite Datensatz können dasselbe oder ein unterschiedliches Datenformat haben. Der erste Datensatz mit den funktionellen Werten wird dabei aber insbesondere mit einem medizinischen Bildgebungsverfahren gewonnen, das eine hohe zeitliche Auflösung hat. Der zweite Datensatz wird mit Vorteil mit einem medizinischen Bildgebungsverfahren gewonnen, das eine hohe räumliche Auflösung, wie beispielsweise CT, hat. Beide Datensätze haben dann räumliche und ggf. zeitliche Informationen. Aufgrund der räumlichen Informationen, die beide Datensätze - allerdings in unterschiedlicher Qualität - aufweisen, lassen sich die ersten Werte des ersten Datensatzes mit den zweiten Werten des zweiten Datensatzes verknüpfen. Es kann z.B. eine Punkt-zu- Punkt-Zuordnung erfolgen, die dann z.B. jedem Raumpunkt in einem
„Ergebnisdatensatz" die ersten und zweiten Werte aus beiden Datensätzen zuordnet und dort abspeichert, ggf. weiter verknüpft und/oder verarbeitet. Der & P A R T N E R
„Ergebnisdatensatz" ist dabei der gemeinsame Datensatz, der mit dem ersten bzw. zweiten Datensatz übereinstimmen kann.
Bevorzugt handelt es sich bei der zu untersuchenden Kavität um eine Herzkammer. Der erste Datensatz wird als dynamischer, insbesondere vierdimensionaler Datensatz, mittels Ultraschall, MR oder CT gewonnen, während der zweite Datensatz, insbesondere als statischer zwei- oder dreidimensionaler Datensatz, beispielsweise durch CT, Ultraschall (mTEE) oder CMR gewonnen wird.
Mit Vorteil repräsentiert der erste Datensatz jeweils einen oder mehrere der folgenden funktionellen Werte für einen oder mehrere räumliche Abschnitte der Herzkammer:
- die Bewegung der Herzkammerwand,
- die relative Auslenkung der Herzkammerwand,
- die zeitliche Verzögerung der maximalen Auslenkung der Herzkammerwand,
- die Volumenänderung eines Abschnitts der Herzkammer, - die Wanddicke,
- die Perfusion,
- den Strain,
- die Strain-Rate oder
- die elektrischen Potentiale der Herzkammerwand
Bevorzugt stellt der zweite Datensatz räumliche Abschnitte der Herzkammer, die Lage der Herzkammerwand, die Lage zuführender Arterien oder Venen und/oder deren Verzweigungen, insbesondere das Koronarsinus-Ostium, dar. Der zweite Datensatz kann dabei - ebenso wie der erste Datensatz - als Beutel, d.h. als ein entsprechend mit Grauwerten oder farblich kodifiziertes Draht-Gitter-Modell dargestellt werden. & P A R T N E R
Die Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes erfolgt mit Vorteil über das gemeinsame Koordinatensystem des gemeinsamen Datenformats, das ggf. bereits einem der beiden Datensätzen zu Grunde liegt (z.B. eine Beuteldarstellung mit zugehörigem Koordinatensystem).
Die Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes erfolgt z.B. durch Projektion, Verrechnen, durch Boolsche Operatoren oder durch einfache Zuweisung innerhalb des gemeinsamen Datenformats (auch z.B. wenn beide Datensätze bereits in einem gemeinsamen, vorbestimmbaren Datenformat - wie z.B. eine Polarplotdarstellung - vorliegen).
Nach der Verknüpfung der räumlichen Werte können die zugehörigen zeitlichen Informationen, insbesondere aus den ersten Werten des ersten Datensatzes, miteinander verknüpft und den räumlichen Werten zugeordnet werden. Bevorzugt werden die räumlichen Informationen aus dem zweiten Datensatz und die zeitlichen Informationen aus dem ersten Datensatz hierfür genutzt und in dem gemeinsamen Datensatz in einem gemeinsamen Datenformat abgespeichert. Jedem „Punkt" im gemeinsamen Datenformat werden daher z.B. die räumlichen Werte des einen Datensatzes und die zeitlichen Werte des anderen Datensatzes zugeordnet.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Werte des zweiten Datensatzes auf die Werte des ersten Datensatzes projiziert und dort im Datenformat des ersten Datensatzes, das eine standardisierte Modellstruktur des Objekts darstellt, als gemeinsamer Datensatz dargestellt. Dazu dient eine insbesondere orthogonale Projektion, beispielsweise des Gefäßverlaufs, auf das Draht-Gitter-Modell, das die Funktional-Parameter- Karte beinhaltet.
Mit Vorteil besteht der erste Datensatz aus 4D-Stressecho-Bilddatensätzen und enthält räumlich aufgelöst zu allen oder fast allen Abschnitten der Kavität & P A R T N E R
entsprechende funktionelle Werte. Insoweit wird die Offenbarung der EP 07 725 926 in diese Anmeldung voll umfänglich durch Bezugnahme aufgenommen. Der erste Datensatz besteht dabei bevorzugt aus Bildern des Herzens, das bei unterschiedlichen Belastungszuständen aufgenommen wurde.
Nach der vorliegenden Erfindung wird der erste und zweite Datensatz bevorzugt aus Bildern einer Kavität gewonnen, die mit unterschiedlichen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurde. Hierzu eignen sich Ultraschall, Röntgen, Computertomographie, Magnetresonanztomographie, elektrophysiologische Katheteruntersuchungen, Positronen-Emissions- Tomographie oder SPECT. Das gemeinsame Datenformat des gemeinsamen Datensatzes wird nach einer bevorzugten Ausführungsform in einer Projektion auf eine zweidimensionale Ebene, insbesondere in einem Polarplot, dargestellt. Das gemeinsame Datenformat kann aber auch eine Transformation zweier Beutel sein, die im dreidimensionalen Raum ineinander transformiert und dargestellt werden.
Als „gemeinsamer Datensatz" versteht diese Erfindung auch den ersten bzw. den zweiten Datensatz, in den der zweite bzw. der erste Datensatz transformiert wurde. Der sich daraus ergebende Datensatz ist der „Ergebnisdatensatz" bzw. der gemeinsame Datensatz. Dieser hat ein Datenformat, das dem ersten und/oder dem zweiten Datenformat entsprechen kann aber nicht muss. Dieses Datenformat wir als „gemeinsames Datenformat" bezeichnet.
Vorzugsweise ist die Kavität im Sinne dieser Erfindung eine Kammer des Herzens, z.B. der linke Ventrikel, der rechte Ventrikel, ein Vorhof oder ein anderes
Blutgefäß, wie die Aorta. Die Erfindung kann aber auch auf andere Kavitäten, wie den Darm, den Magen, einen Hirnventrikel, die Blase etc. angewendet werden.
Der Ausdruck "Bilder der Kavität" bzw. die hieraus generierten Datensätze ist hier sehr umfassend zu verstehen. Es können auch Messdaten gemeint sein, die nach Akquisition nicht direkt in Bildform vorliegen, z.B. die Ergebnisse einer Abtastung der Herzkammerwand mit einer Elektrode, welche eine räumliche Verteilung des elektrischen Potentials liefern. Da diese Messdaten auch räumliche Informationen & P A R T N E R
enthalten, sind sie im weitesten Sinne auch als "Bilder" zu verstehen. Solche elektrischen Potentialbilder eignen sich für die Darstellung entsprechender Funktional-Parameter-Karten. Deren räumliche Information dient dann zur Registrierung der entsprechenden Datensätze. Der hieraus gewonnene funktionelle Datensatz gibt dann das elektrische Potential in den abgetasteten Abschnitten der Herzkammerwand wieder.
Die "Bilder der Kavität" können aber auch zweidimensionale (2D), dreidimensionale (3D) oder vierdimensionale (4D) Bilder sein, die mit MRT, Röntgen, CT oder Ultraschall akquiriert wurden. Ein vierdimensionales Bild ist dabei eine Reihe von zeitlich nacheinander aufgenommener dreidimensionaler Bilder. Handelt es sich bei der Kavität um eine Herzkammer, so deckt ein vierdimensionales Bild vorzugsweise einen ganzen Herzzyklus ab.
Statisch aufgenommene Bilder der Kavität werden beim Herzen beispielsweise EKG-getriggert aufgenommen. Die Datensätze mit den geometrischen Werten sind vorzugsweise dreidimensional, können aber auch aus einer Reihe von zweidimensionalen tomographischen Schichten bestehen, an denen entsprechende markante Punkte detektiert werden können. Die Datensätze mit funktionellen Werten sind vorzugsweise mehrdimensional, insbesondere zwei-, drei- oder vierdimensional, können aber auch eindimensional sein. Diese funktionalen Werte können also sowohl Skalare als auch Vektoren sein, wobei eine Vektorgröße, z.B. die Bewegung der Kammerwand (Bewegungsrichtung und maximale Geschwindigkeit), oder die elektrische Aktivierung der Kammerwand (Richtung und Größe eines Aktionspotentials) repräsentieren kann.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Datenformate des ersten und zweiten Datensatzes vor der Verknüpfung der Werte in ein einheitliches Datenformat überführt. Hierzu kann als einheitliches Format eine Projektion auf eine 2D-Ebene, wie z.B. ein Polarplot, gewählt werden. Liegt der (erste) Beutel- Datensatz mit funktionellen (ersten) Werten bereits als Polarplotdarstellung vor, so kann der zweite Datensatz (beispielsweise aus CT-Daten) zunächst in einen Beutel überführt und von dort in die zweidimensionale Ebene als Polarplot & P A R T N E R
überführt werden. Da beide Datensätze dann in einem Standardformat für die gleiche Kavität vorliegen, können diese einfach miteinander verknüpft werden, indem diese übereinandergelagert dargestellt werden.
Auch ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, dass nach der Überführung des ersten und/oder des zweiten Datensatzes in das einheitliche Datenformat beide Datensätze in ein weiteres einheitliches Datenformat überführt werden (also z.B. zunächst in eine Beutel-Form und dann in eine 2-D-Polarplot-Darstellung).
Die Darstellung des gemeinsamen Datensatzes kann erneut auf unterschiedliche Weise erfolgen. Z.B. können alle ursprünglichen und verrechneten Polarplots oder Beutel-Datensätze übereinander (semi-transparent) dargestellt werden oder der zweite Datensatz wird "vor den ersten Datensatz geschoben" dargestellt. Ferner ist es möglich, alle ursprünglichen oder miteinander verrechneten Werte auf einer einzigen Beutel-Darstellung der Herzkammer, z.B. farbkodiert, entweder dreidimensional oder zweidimensional auf eine Ebene projiziert, ebenfalls z.B. farbkodiert, darzustellen. Hierzu werden die z.B. im Programm "4D LV Analysis CRT" der Anmelderin berechneten und exportierten Werte der Stressecho- Datensätze geladen und transformiert.
Bei der Transformation können redundante oder parallele Informationen beider Datensätze auch miteinander durch beispielsweise Bool'sche Operatoren miteinander verrechnet werden. Wahlweise können auch die geometrisch weniger exakten Werte aus dem ersten Datensatz negiert und lediglich die geometrisch exakteren Werte des zweiten Datensatzes für die Darstellung der morphologischen Informationen verwendet werden. Eine beliebige Kombination der in den entsprechenden Datensätzen enthaltenen Informationen ist also denkbar.
Die Erfindung ist auch auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet, welches auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode enthält, der eine Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens bewirkt, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. & P A R T N E R
Des Weiteren ist die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, insbesondere eines Objekts im menschlichen oder tierischen Körper, die mit einem oder mehreren verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurden, gerichtet. Die Vorrichtung hat einen Datenspeicher, der mindestens einen ersten Datensatz in einem ersten Datenformat mit ersten Werten des Objekts und mindestens einen zweiten Datensatz in einem zweiten Datenformat mit zweiten Werten des Objekts speichert, sowie eine oder mehrere Recheneinheiten, die den ersten und/oder den zweiten Datensatz in einen gemeinsamen Datensatz, der in einem einheitlichen Datenformat vorliegt, durch Überführen des ersten Datenformats des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datenformats des zweiten Datensatzes in das einheitliche Datenformat, und Verknüpfen der Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, transformiert. Eine Anzeigevorrichtung dient zum Darstellen des transformierten Datensatzes in dem gemeinsamen Datenformat.
Die Vorrichtung der Erfindung dient insbesondere zum Ausführen des vorbeschriebenen Verfahrens, wobei der mindestens eine erste Datensatz eine überwiegend hohe zeitliche Auflösung aufweist, und wobei der mindestens eine zweite Datensatz eine überwiegend hohe räumliche Auflösung aufweist. Die räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes werden mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in das einheitliche Datenformat, unter Einbeziehung deren zeitlichen Informationen, umgerechnet.
Diese Recheneinheiten sind darüber hinaus derart ausgelegt, dass erste und zweite Datenformate in ein gemeinsames Datenformat transformiert werden können. Bevorzugt beinhaltet die Vorrichtung weitere Mittel zum Schneiden, Extrahieren oder Markieren von Bereichen oder Punkten innerhalb des & P A R T N E R
gemeinsamen Datensatzes, um dem Arzt eine genauere Analyse bestimmter Bereiche der Kavität zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 einen Beutel-Datensatz mit schematisch angedeutetem Gefäßverlauf, Fig. 2 eine zweidimensionale Projektion der dargestellten Beutel-Datensätze aus Fig. 1 , Fig. 3 eine zweidimensionale Polarplot-Darstellung des Beutels nach Fig. 2 und Fig. 4 eine zweidimensionale Beutel-Darstellung des Beutels nach Fig. 2 mit entsprechenden Polarplot-Segmenten, die gegebenenfalls farblich kodiert sind.
Fig. 1 illustriert als eines der bevorzugten einheitlichen Datenformate das Beutelformat, in welchem die ersten Werte mit überwiegend hoher zeitlicher Auflösung und/oder die zweiten Werte mit überwiegend hoher räumlicher Auflösung, vorliegen können. Dieses Datenformat ist ausführlich in der EP 09 61 135 A beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Es handelt sich hierbei um eine einem Beutel ähnliche, geometrische Gitternetzstruktur 1 , welche durch einzelne Punkte oder, wie im dargestellten Beispiel, durch einzelne Dreiecke repräsentiert wird. Ein derartiger Beutel kann jeweils aus einem dreidimensionalen Bilddatensatz einer Kavität, z.B. durch Ermitteln der Konturen zwischen Innenraum und Wand der Kavität, ermittelt werden.
Bei einer Herzkammer wird vorzugsweise die Grenzfläche zwischen Blut und Wand konturiert, wobei zusätzlich auch die Grenzfläche zwischen Wand und umgebendem Gewebe konturiert werden kann. Dadurch erhält man die Oberfläche. Für das Beutelformat werden dabei einzelne Punkte bzw. Dreiecke extrahiert, die einen Beutel aufspannen und in karthesischen Koordinaten (3D oder 4D) oder in sphärischen Koordinaten vorliegen. Ein dynamischer SD- Datensatz kann also durch einen dynamischen, also zeitlich veränderlichen, Beutel-Datensatz repräsentiert werden. Zusätzlich können auch die funktionellen & P A R T N E R
Werte aus dem dynamischen Beutel-Datensatz ermittelt, z.B. der Zeitpunkt der Kontraktion einzelner Dreiecke oder dergleichen, und als farbige Einfärbung auf dem Beutel in Form einer Funktional-Parameter-Karte 3 dargestellt werden. Der Beutel selbst stellt natürlich auch eine räumliche Information dar, die dem ersten Datensatz inne wohnt.
Ein alternatives einheitliches Datenformat ist der Polarplot 6, der in Fig. 4 dargestellt ist. Hierbei handelt es sich um eine nach bestimmten Regeln projizierte Wiedergabe, z.B. der Herzkammerwand, auf eine zweidimensionale Ebene, die in mehrere Sektoren 5 eingeteilt ist. Ein erster betroffener Sektor 5a liegt beispielsweise im unteren südsüdwestlichen, mittleren Bereich. Ein zentraler Sektor 7 liegt beispielsweise an der Beutelspitze (z.B. am Apex).
Auch ein Polarplot kann aus einem 3D-BiId des Herzens ermittelt werden, indem die Grenzfläche zwischen Blut und Wand konturiert wird. Die Position des Apex wird ermittelt und die ermittelte Oberfläche wird parametrisiert, indem für jeden gewünschten Punkt der Oberfläche die beiden Winkel in Bezug auf den Apex berechnet werden. Dies erlaubt bereits die Darstellung als Polarplot. Dieser Polarplot kann sowohl eine beliebig hohe räumliche Auflösung (zweiter Datensatz) als auch eine entsprechende Funktional-Parameter-Karte 3 (erster Datensatz) darstellen. In Fig. 4 wird die Funktional-Parameter-Karte 3 lediglich exemplarisch anhand einer partiellen Einfärbung der drei betroffenen Sektoren 5a, 5b und 5c dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die anderen Sektoren 5 der Polarplotdarstellung 6 in Fig. 4 nicht gefärbt. Die Funktional-Parameter-Karte 3 in der Polarplotdarstellung 6 der Fig. 4 zeigt beispielsweise das frühzeitige Kontrahieren des betroffenen Bereichs der Herzkammerwand, an dem eine entsprechende Herzschrittmacherelektrode angebracht werden soll.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung soll beispielsweise der Verlauf des Koronarvenensinus 2 am Herzen bestimmt werden. Dieser Verlauf wird beispielsweise aus einem zweiten Datensatz mit räumlich hoch auflösenden 3D CT-Daten des Herzens gewonnen. Dadurch, dass hier keine dynamischen Daten nötig sind, kann die Strahlenbelastung bei der Aufnahme & P A R T N E R
entsprechend niedrig dosiert werden. In der Regel muss zur ausreichenden Darstellung des Gefäßes Kontrastmittel verabreicht werden. Aus diesem zweiten geometrischen Datensatz wird der Koronarvenensinus 2 sowie dessen erste zuführende Koronarvene 2a und zweite zuführende Koronarvene 2b halbautomatisch segmentiert. Im selben Datensatz kann mit Hilfe der TomTec- Software 4D LV Analysis ein Oberflächenmodell durch Generierung einer Gitternetzstruktur 1 des linken Ventrikels des Herzens erstellt werden (im Folgenden "CT-Beutel" genannt). Hieraus resultiert ein zweiter, räumlich hoch aufgelöster Datensatz mit geometrischen Werten sowohl des Koronarvenensinus 2, als auch dessen zuführender Venen 2a und 2b, als auch einer entsprechenden Gitternetzstruktur 1 des linken Ventrikels des Herzens in einem standardisierten Beutelformat.
Zur Herstellung dieses zweiten, räumlich hoch auflösenden Datensatzes sind auch dreidimensionale CMR-Daten oder dreidimensionale Ultraschall-Daten (mTEE) nutzbar.
In einem ersten dynamischen, insbesondere vierdimensionalen, Datensatz, der beispielsweise durch Ultraschall, MR oder notfalls auch CT gewonnen wird, erfolgt die dynamische Analyse des linken Ventrikels z.B. mit der TomTec-Software 4D LV Analysis, wodurch ebenfalls beispielsweise eine Gitternetzstruktur 1 im Beutelformat erzielt werden kann, auf der eine Funktional-Parameter-Karte 3 liegt (im Folgenden "MR-Beutel" genannt). Die resultierende Funktional-Parameter- Karte kann - wie in Fig. 4 gezeigt - auch als standardisierter Polarplot exportiert werden. Bei diesem ersten Datensatz liegt der Schwerpunkt auf einer hohen zeitlichen Auflösung, um entsprechende funktionelle Werte der Kavität zu erhalten. Die Ortsauflösung ist dabei untergeordnet.
Sowohl der erste als auch der zweite Datensatz werden, nach der Aufnahme, in dieses vorbeschriebene Datenformat überführt. Falls beide Datensätze nach der Überführung noch nicht in einem einheitlichen Datenformat vorliegen, ist dieser Schritt nach der vorliegenden Erfindung dann noch auszuführen. & P A R T N E R
Nach einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird gemäß Fig. 2 der Gefäßverlauf des CT-Beutels orthogonal auf die Oberfläche des linken Ventrikels des CT-Beutels projiziert. Zu diesem Zweck kann der CT-Beutel gegebenenfalls basal entsprechend extrapoliert werden, sofern die entsprechenden Daten des Gefäßverlaufs über die Daten des Beutels hinausgehen. Gleichzeitig werden die morphometrischen Maße des Gefäßverlaufs, wie Krümmungsverlauf, Gefäßdurchmesser etc., ermittelt und den auf den CT-Beutel projizierten Gefäßpunkten entsprechend zugewiesen. Die in Fig. 2 dargestellte Funktional- Parameter-Karte 3 dient lediglich zur Veranschaulichung. Nach der Zuweisung der morphometrischen Maße dokumentiert der Beutel in Fig. 2 den zweiten geometrischen Datensatz in einer dreidimensionalen Beutelform. Dieser Datensatz kann dann in einen standardisierten Polarplot 6 gemäß Fig. 3 überführt werden und besitzt dadurch das gleiche Datenformat wie der zuvor exportierte erste Datensatz mit funktionellen Werten, dessen Beuteldarstellung auch in einen entsprechend standardisierten Polarplot überführt wurde. Beide
Polardarstellungen können dann - wie in Fig. 4 dokumentiert - leicht ineinander transformiert - quasi fusioniert - werden, da beide Datensätze in einem einheitlichen Format vorliegen.
Nach einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird die Funktional-Parameter-Karte 3 direkt auf den CT-Beutel gemäß Fig. 1 aufgebracht. Der Beutel stellt dabei die Form des linken Ventrikels dar, die darauf liegende farbkodierte Funktional-Parameter-Karte 3 das Kontraktionsverhalten der Herzkammerwand. Der segmentierte Gefäßbaum mit Koronarvenensinus 2 sowie zuführende Venen 2a, 2b kann gleich im räumlichen Zusammenhang mit Form und Funktion des linken Ventrikels beurteilt werden. Eine gemeinschaftliche, dreidimensionale Darstellung des ersten und zweiten Datensatzes ist so möglich. Auch können entsprechende Schnittbilder an beliebigen Stellen angesetzt und dargestellt werden.
Nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Extraktion des geometrischen Verlaufs der Gefäße nicht über ein Segmentierungsverfahren aus dreidimensionalen, beispielsweise CT-Daten, & P A R T N E R
gelöst, sondern es werden in einzelnen tomographischen, zweidimensionalen Schichten Landmarken platziert, die an markanten Punkten, wie z.B. an Veneneinmündungen, liegen. Statt den Landmarken können auch Splines eingesetzt werden, die den Gefäßverlauf über verschiedene Schichten hinweg interpolieren. Der so gewonnene zweite Datensatz mit den entsprechenden geometrischen Werten kann dann - wie zuvor beschrieben - mit dem ersten Datensatz mit funktionellen Werten verknüpft und nach entsprechender Transformation dargestellt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass markante Punkte in Schichtbildern leichter identifiziert werden können, als bei einer dreidimensionalen Segmentierung, insbesondere dann, wenn nur eine mäßige Bildqualität vorliegt, oder wenn nur eine geringe Dosis bei der Aufnahme eingesetzt werden kann.

Claims

& P A R T N E RAnsprüche
1. Verfahren zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, insbesondere eines Objekts im menschlichen oder tierischen Körper, das mit einem oder mehreren verschiedenen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurde, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen von mindestens einem ersten Datensatz in einem vorbestimmbaren ersten Datenformat mit ersten Werten des Objekts, - Bereitstellen von mindestens einem zweiten Datensatz in einem vorbestimmbaren zweiten Datenformat mit zweiten Werten des Objekts,
Transformieren des ersten und/oder des zweiten Datensatzes in einen gemeinsamen Datensatz, der in einem einheitlichen Datenformat vorliegt, durch a) Überführung des ersten Datenformats des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datenformats des zweiten Datensatzes in das einheitliche
Datenformat, und b) Verknüpfen der Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, und - Darstellen des gemeinsamen Datensatzes in dem gemeinsamen Datenformat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den ersten Werten des Objekts um Werte mit einer überwiegend hohen zeitlichen Auflösung handelt und/oder dass es sich bei den zweiten Werten des Objekts um Werte mit einer überwiegend hohen räumlichen Auflösung handelt und dass die räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, unter Einbeziehung deren zeitlichen Informationen, verknüpft bzw. zugeordnet werden, & P A R T N E R
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gemeinsamen Datenformat um ein Datenformat einer standardisierten Modellstruktur des Objekts handelt, insbesondere eine
Gitternetzstruktur (1 ), eine ggf. dynamische Projektion auf eine 2D-Ebene oder einen Polarplot (6).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Datenformat oder das zweite Datenformat dem gemeinsamen Datenformat entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Datensatz ein dynamischer (4D) Datensatz ist, der durch
Ultraschall, MR oder CT gewonnen wurde und dass der zweite Datensatz ein statischer (2D oder 3D) Datensatz ist, der durch CT, Ultraschall (mTEE) oder CMR gewonnen wurde.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Datensatz jeweils eine oder mehrere der folgenden physiologischen Informationen für einen oder mehrere räumliche Abschnitte der Herzkammer repräsentiert: die Bewegung der Herzkammerwand, die relative Auslenkung der Herzkammerwand, die zeitliche Verzögerung der maximalen Auslenkung der Herzkammerwand, die Volumenänderung eines Abschnitts der Herzkammer, die Wanddicke, die Perfusion, den Strain, die Strain Rate oder die elektrischen Potentiale der Herzkammerwand.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz jeweils eine oder mehrere der folgenden morphologischen Informationen repräsentiert: räumliche Abschnitte der & P A R T N E R
Herzkammer, die Lage der Herzkammerwand, die Lage zuführender Arterien oder Venen und/oder deren Verzweigungen, insbesondere das Koronarsinus-Ostium.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes über ein gemeinsames Koordinatensystem in dem gemeinsamen Datenformat erfolgt, insbesondere durch Zuordnung anhand von Landmarken.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes durch Projektion, Verrechnen, durch Boolsche Operatoren oder durch Zuweisung erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verknüpfung der räumlichen Werte die zugehörigen zeitlichen Informationen, insbesondere aus den ersten Werten des ersten Datensatzes, miteinander verknüpft und den räumlichen Werten zugeordnet werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Datensatz aus 4D-Stressecho-Bilddatensätzen besteht und räumlich aufgelöst zu allen oder fast allen Abschnitten des Objekts zeitlich hoch aufgelöste Werte für physiologische Informationen enthält.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Überführung des ersten und/oder des zweiten Datensatzes in das einheitliche Datenformat beide Datensätze in ein weiteres einheitliches Datenformat überführt werden. & P A R T N E R
13. Computerprogramnnprodukt, welches auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode enthält, der eine Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bewirkt, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
14. Vorrichtung zum Darstellen verschiedener Bilder eines Objekts, insbesondere eines Objekts im menschlichen oder tierischen Körper, die mit einem oder mehreren verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurden, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Datenspeicher, der mindestens einen ersten Datensatz in einem ersten Datenformat mit ersten Werten des Objekts und mindestens einen zweiten Datensatz in einem zweiten Datenformat mit zweiten Werten des Objekts speichert, eine oder mehrere Recheneinheiten, die den ersten und/oder den zweiten Datensatz in einen gemeinsamen Datensatz, der in einem einheitlichen Datenformat vorliegt, transformieren, durch a) Überführen des ersten Datenformats des ersten Datensatzes und/oder des zweiten Datenformats des zweiten Datensatzes in das einheitliche
Datenformat, und b) Verknüpfen der Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, und - eine Anzeigevorrichtung, die zum Darstellen des transformierten Datensatzes in dem gemeinsamen Datenformat geeignet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, welche zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Datensatz eine überwiegend hohe zeitliche Auflösung aufweist, und dass der mindestens eine zweite Datensatz eine überwiegend hohe räumliche Auflösung aufweist und & P A R T N E R
dass räumliche Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes in diesem einheitlichen Datenformat, unter Einbeziehung deren zeitlichen Informationen, miteinander verknüpft bzw. zugeordnet werden.
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