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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung einer Zeitserie
von insbesondere zweidimensionalen Bildern eines Kontrastmittelflusses
in wenigstens einem Blutgefäß des menschlichen
Körpers
im Rahmen einer Testbolusmessung, wobei die Aufnahme der Zeitserie
mit Verabreichung des Kontrastmittels beginnt, sowie eine zugehörige medizinische
Bildaufnahmeeinrichtung.
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Die
kontrastverstärkte
Magnetresonanztomographie ist eine bekannte Untersuchungsmethode zur
Darstellung des arteriellen bzw. venösen Gefäßsystems. Dabei wird ein Kontrastmittel
appliziert, welches das Signal der Blutgefäße gegenüber dem des umgebenden Gewebes
verstärkt.
Durch Datenakquisition vor und nach Kontrastmittelgabe kann in der Subtraktion
das umgebende Gewebe fast vollständig eliminiert
werden. Bei dieser Bildgebungsmethode besteht die große Herausforderung
darin, die Kontrastmittelgabe zeitlich exakt mit der Datenakquisition zu
synchronisieren, so dass der Kontrastmittelbolus während der
Akquisition den Bildbereich passiert. Um eine Überlagerung der Arterien durch
die Venen zu verhindern, ist es zusätzlich erforderlich, dass die Datenakquisition
vor dem Anfluten des Kontrastmittels in den Venen (Rückfluss)
beendet ist.
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Zu
diesem Zweck ist es bekannt, vor der eigentlichen letztendlichen
Bildaufnahme, insbesondere der Magnetresonanzbildaufnahme, eine
Zeitserie von etwa 40–80
insbesondere zweidimensionalen Einzelbildern mit einer Bildwiederholrate
von typischerweise einem Bild pro Sekunde synchron zu der Injektion
einer reduzierten Menge Kontrastmittel, dem sogenannten Testbolus,
aufzunehmen. Häufig wird
auch die Bildserie selber als „Testbolus” bezeichnet.
Die zweidimensionalen Bilder der Zeitserie müssen dabei nicht im Zielgebiet
für die
nachfol gende Bildaufnahme selber aufgenommen werden, sondern können auch
an einer vom Verabreichungsort entfernten Position derart aufgenommen
werden, dass idealerweise die Anflutung in den Arterien und der
Rückfluss
durch die Venen und somit auch das geeignete Zeitfenster im Zielgebiet
bestimmt werden kann. Beispielsweise kann bei der Untersuchung der Blutgefäße im Kopf
eine Aufnahme der Zeitserie im Halsbereich vorgesehen sein.
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Eine
möglichst
exakte Bestimmung des arteriellen und venösen Kontrastmittelverlaufs,
insbesondere in Form einer Kontrastmittelverlaufskurve, bestimmt
entscheidend die Bildqualität
der letztendlich durchzuführenden
Bildaufnahme. Die Bilder der Zeitserie werden dafür üblicherweise
in einem Nachbearbeitungsschritt manuell ausgewertet. Zunächst werden
in den Bildern der Zeitserie Arterien und Venen bestimmt. Dies erfordert
vom Benutzer die Navigation durch die Zeitserie, um die Blutgefäße zu identifizieren.
Ist erst beispielsweise ein dem Anwender geeignet erscheinender
Punkt gewählt,
extrahiert ein Algorithmus die Kontrastmittelverlaufskurve und stellt diese
Information dem Anwender zur Verfügung.
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Dieses
Vorgehen ist insbesondere dahingehend nachteilig, dass die Segmentierung
besonders von kleinen Blutgefäßen zeitaufwendig
und fehleranfällig
ist. Abhängig
von der Gefäßpathologie
sind nicht alle Blutgefäße in einer
Testbolus-Zeitserie gleichermaßen
gut für
die Auswertung geeignet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes
Verfahren anzugeben.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass
- – als
Zeitserie von Auswertungsbildern die Zeitserie von zweidimensionalen
Bildern oder eine Zeitserie daraus abgeleiteter Bilder verwendet wird,
- – in
wenigstens einem ein Kontrastmittelsignal aufweisenden Auswertungsbild
wenigstens ein einem Blutgefäß zugeordneter Punkt
semiautomatisch oder automatisch bestimmt wird und auf weitere Auswertungsbilder übertragen
wird,
- – für jedes
so aufgefundene Blutgefäß automatisch
aus dem Bildsignal der Auswertungsbilder an dem wenigstens einen
Punkt und/oder in einem Bereich um einen ausgezeichneten Punkt in dem
Blutgefäß eine zeitliche
Kontrastmittelverlaufskurve, insbesondere durch einen Fit, ermittelt wird
und
- – aus
wenigstens einer Kontrastmittelverlaufskurve wenigstens eine den
Zeitablauf einer nachfolgenden Messung beeinflussende Kontrastmittelinformation
ermittelt wird.
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Erfindungsgemäß kann folglich
als Zeitserie von Auswertungsbildern, also letztlich mit dem hier vorgeschlagenen
Verfahren auszuwertende Bilder, entweder die originale Zeitserie
von zweidimensionalen Bildern betrachtet werden, zweckmäßigerweise kann
aber vorgesehen sein, eine Zeitserie daraus abgeleiteter Bilder
als Auswertungsbilder zu verwenden. Als besonders vorteilhafte Möglichkeit
sind hierbei Subtraktionsbilder zu nennen, wobei eine abgeleitete
Zeitserie von Subtraktionsbildern erzeugt wird, die dann (von Rauschen
abgesehen) im Wesentlichen lediglich Kontrastmittelsignalwerte an
den Stellen der Blutgefäße zeigt.
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Dazu
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Zeitserie
von Subtraktionsbildern ein insbesondere kein Kontrastmittelsignal
aufweisendes Referenzbild der Zeitserie, insbesondere das erste
Bild der Zeitserie, von den anderen Bildern der Zeitserie automatisch
abgezogen wird. Dies geschieht vollkommen automatisch, das bedeutet,
es wird ein Referenzbild (base image) hergenommen, welches kein
Kontrastmittelsignal zeigt. Hierzu eignen sich insbesondere Bilder,
die am Anfang der Zeitserie aufgenommen wurden, wenn das als Testbolus
injizierte Kontrastmittel den in den zweidimensionalen Bildern gezeigten
Bereich noch nicht erreicht hat. Beispielsweise kann das erste Bild
der Zeitserie als Referenzbild ausgewählt werden. Im Idealfall existiert
dann also eine Zeitserie von Subtraktionsbildern, die lediglich
den Kontrastmittelfluss zeigen.
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Selbstverständlich sind
auch andere Varianten denkbar, abgeleitete Bilder zu erzeugen, um
sie als Auswertungsbilder zu verwenden, beispielsweise Algorithmen,
die Kontrastmittelsignale besonders hervorheben oder dergleichen.
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Unter
Betrachtung dieser Bilder ist es nun – entweder automatisch oder
semiautomatisch – möglich, wenigstens
einen Punkt jedes dargestellten, kontrastmittelführenden Gefäßes semiautomatisch oder automatisch
zu bestimmen, wobei die vollautomatische Bestimmung bevorzugt wird.
Ist erst einmal bekannt, wo einem Blutgefäß zugeordnete Punkte des das
Kontrastmittel führenden
Blutgefäßes in einem
Auswertungsbild angeordnet sind, lässt sich dieses Wissen auf
die anderen Auswertungsbilder der Zeitserie übertragen, wobei gegebenenfalls – worauf im
Folgenden noch näher
eingegangen werden wird – Bewegungen
berücksichtigt
werden können.
Um solche ein Kontrastmittelsignal aufweisende Punkte in den Auswertungsbildern
aufzufinden, kann beispielsweise ein Schwellwertverfahren vorgesehen sein,
bei dem – insbesondere
bei Subtraktionsbildern – das
Rauschniveau deutlich übersteigende
Punkte ausgewählt
werden, es können
jedoch auch sonstige Segmentierungsverfahren usw. verwendet werden.
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Für jedes
so aufgefundene Blutgefäß wird dann
in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch
das Bildsignal zu einer Kontrastmittelverlaufskurve ausgewertet,
wobei verschiedene Varianten denkbar sind. So kann die Kontrastmittelverlaufskurve
zunächst
einfach durch Betrachten eines beliebigen oder ausgezeichneten Punktes
des Blutgefäßes ermittelt
werden, jedoch ist es auch denkbar, einen Bereich in dem Blutgefäß zu betrachten.
Um die Kontrastmittelverlaufskurve dann zu erhalten, werden die
Bildsignale der einzelnen Auswertungsbilder an dem Punkt oder in
dem Bereich für
jedes Auswertungsbild in ihrer zeitlichen Abfolge betrachtet. Zweckmäßigerweise
kann vorgesehen sein, an diese Punkteschar eine Kurve anzufitten,
um so die Kontrastmittelverlaufskurve zu erhalten. Beispielsweise
können
als Datenbasis in der Zeitserie 40–80 Auswertungsbilder vorliegen,
die im Abstand von einer Sekunde aufgenommen wurden.
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Aus
wenigstens einer der Kontrastmittelverlaufskurven, die beispielsweise
an einem Anwender angezeigt werden kann oder einen nachgeordneten Algorithmus
zugeführt
werden kann, wird dann eine den Zeitablauf einer nachfolgenden Messung
beeinflussende Kontrastmittelinformation ermittelt, insbesondere
ein Zeitpunkt, zu dem die nachfolgende Messung, insbesondere die
Magnetresonanzbildaufnahme, zu starten wäre, oder auch ein Zeitfenster,
in dem sinnvolle Aufnahmen im Zielgebiet getätigt werden können.
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Auf
diese Weise vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die
Detektion des Testbolus in der Zeitserie, sondern es schließt auch
Fehlerquellen aus, die beim manuellen Vorgehen vorhanden sind. Zudem
erlaubt insbesondere das vollautomatische Vorgehen eine exaktere
und genauere Bestimmung des Zeitfensters für die nachfolgende Bildaufnahme,
so dass Hochkontrast-Aufnahmen der Blutgefäße in hoher Qualität erzeugt
werden können.
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Zweckmäßigerweise
kann vorsehen sein, dass nach der Ermittlung eines ein Kontrastmittelsignal
aufweisenden Punktes ein zugehöriges
Blutgefäß in wenigstens
einem Auswertungsbild segmentiert wird. Im semiautomatischen Fall
kann solch ein Punkt beispielsweise durch einen Benutzer markiert werden;
im automatischen Fall sind Schwellwerte oder dergleichen denkbar.
Eine solche zumindest grobe Segmentierung, also eine Zuordnung von
Bildpunkten in den Auswertungsbildern zu einem bestimmten Blutgefäß, kann
insbesondere dazu genutzt werden, mehrere ermittelte, ein Kontrastmittelsignal
aufweisende Punkte einem Blutgefäß zuordnen
zu können.
Insbesondere können
nachfolgend ermittelte, ein Kontrastmittelsignal aufweisende Punkte
dann verworfen werden, wenn bereits bekannt ist, dass dieser Punkt
einem Blutgefäß zugeordnet
ist. So wird ein effizientes Vorgehen durch automatische Segmentierung
erreicht. Es können
bekannte Segmentierungsverfahren verwendet werden, wobei es sich
im vorliegenden Fall insbesondere sogenannte „region growth”-Verfahren
anbieten.
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Ist
bekannt, welche Punkte einem bestimmten Blutgefäß zugeordnet sind, so können verschiedene
Möglichkeiten
genutzt werden, eine dem Blutgefäß zugeordnete
Kontrastmittelverlaufskurve zu ermitteln. So kann vorgesehen sein,
dass die Kontrastmittelverlaufskurve durch Betrachtung des zeitlichen
Verlaufs einer Mittelung der Bildsignalwerte aller dem Blutgefäß zugeordneten
Punkte in wenigstens einem Teil der Auswertungsbilder und/oder einer Mittelung
der Bildsignalwerte in einem innerhalb des Blutgefäßes liegenden
interessierenden Bereich, insbesondere einem sich um einen Mittelpunkt
des Blutgefäßes erstreckenden
interessierenden Bereich, in wenigstens einem Teil der Auswertungsbilder und/oder
der Bildsignalwerte eines ausgezeichneten Punktes des Blutgefäßes insbesondere
des Mittelpunktes, in wenigstens einem Teil der Auswertungsbilder
ermittelt wird. Zum einen ist es denkbar, das gesamte segmentierte
Blutgefäß zu betrachten.
Dafür werden
die Bildsignalwerte aller im Blutgefäß liegenden Punkte gemittelt
und deren zeitlicher Verlauf über
die Zeitserie ausgewertet, um die Kontrastmittelverlaufskurve zu
erhalten. Denkbar ist es natürlich auch,
und in vielen Fällen
aufgrund der zwar homogenen, jedoch in manchen Bereichen weniger
ausgeprägten
Verteilung sinnvoll, einen geringeren Bereich als das gesamte Gefäß zu wählen, beispielsweise
einen quadratischen Bereich um den Mittelpunkt des Blutgefäßes. Auch
hier erfolgt dann eine Mitteilung der Bildsignalwerte und eine Auswertung
des zeitlichen Verlaufs. Schließlich
ist es selbstverständlich möglich, lediglich
die Bildsignalwerte eines ausgezeichneten Punktes des Blutgefäßes zu betrachten, beispielsweise
des Mittelpunktes, um eine Kontrastmittelverlaufskurve zu erhalten.
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Allgemein
kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die Plausibilität des wenigstens einen
Punktes als ein Kon trastmittelsignal aufweisender Punkt überprüft wird,
insbesondere durch Vergleich der Bildsignalwerte an dem Punkt in
zeitlich benachbarten Bildern und/oder durch Vergleich der Bildsignalwerte
in einer Umgebung um den Punkt in einem Auswertungsbild und/oder
durch Beurteilung einer im Rahmen einer Segmentierung erhaltenen Form.
Insbesondere beim automatischen Vorgehen ist es wichtig, die ein
Kontrastmittelsignal aufweisenden Punkte vom Rauschen bzw. Bildartefakten
zu unterscheiden. Zunächst
ist bekannt, dass die Blutgefäße meist
eine etwas größere Ausdehnung
in den Bildern haben. Mithin kann überprüft werden, ob die um einen
möglicherweise
einen Kontrastmittelsignalwert aufweisenden Punkt liegenden Punkte
ebenso einen hohen Bildsignalwert aufweisen. Ein weiteres Kriterium,
das beachtet werden kann, ist selbstverständlich der zeitliche Verlauf
des Bildsignalwerts an diesem Punkt. Kontrastmittelverlaufskurven
haben meist eine typische Form, zudem tritt das Vorliegen von Kontrastmittel üblicherweise über mehrere
aufeinanderfolgende Bilder der Zeitserie auf. Weiterhin ist es denkbar,
die Form eines segmentierten Objekts zu betrachten. Blutgefäße sind
meist im Wesentlichen rund im Gegensatz zu streifenartigen Bewegungsartefakten
oder dergleichen. Grundsätzlich
ist es selbstverständlich
auch denkbar, einen anatomischen Atlas oder dergleichen zu Rate
zu ziehen, um anhand der Lage des Punktes zu entscheiden, ob dort überhaupt
ein Blutgefäß befindlich
sein kann.
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Häufig ist
es bei der Auswertung von Testbolusmessungen wichtig, Kontrastmittelverlaufskurven von
Arterien und Venen zu unterscheiden, insbesondere, wenn der Rückfluss
durch die Venen in der nachfolgenden Messung nicht aufgenommen werden soll.
Daher kann vorgesehen sein, dass bei Ermittlung mehrerer jeweils
einem Blutgefäß zugeordneter Kontrastmittelverlaufskurven
diese durch Vergleich in eine Anflutungsklasse für Arterien und eine Rückflussklasse
für Venen
eingeteilt werden. Während das
arterielle Kontrastmittelbildsignal früher auftritt und meist ein
höheres
Maximum erreicht, tritt das venöse
Kontrastmittelsignal später
auf und ist nicht mehr ganz so ausgeprägt. Dieser Unterschied kann genutzt
werden, um zwei Klassen von Kontrastmittelverlaufskurven zu bilden,
die dann jeweils für
den Kontrastmittelverlauf in Arterien und Venen stehen.
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Treten
bei einer solchen Einteilung in Klassen oder allgemein mehrere Kontrastmittelverlaufskurven
auf, so kann vorgesehen sein, dass anhand wenigstens eines Qualitätskriteriums,
insbesondere anhand des höchsten
Maximalwerts und/oder der Zahl der Maxima und/oder des Vergleichs
mit einer vorgegebenen Idealkurve, eine beste Kontrastmittelverlaufskurve
für die
wenigstens eine Klasse (oder, falls grundsätzlich nur Arterien oder nur
Venen betrachtet werden, allgemein) ermittelt werden kann, welche
zur Ermittlung der Kontrastmittelinformation verwendet wird, und/oder
wenigstens eine ungeeignete Kontrastmittelverlaufskurve verworfen
wird. Es wird also vorgeschlagen, eine automatische Qualitätsbeurteilung
der Kontrastmittelverlaufskurven vorzunehmen, um die am besten für die weitere
Auswertung geeignete Kontrastmittelkurve, insbesondere für die Anflutungsklasse
und die Rückflussklasse,
zu ermitteln. Auf diese Weise wird die bestmögliche Information genutzt
bzw. der Anwender mit der bestmöglichen
Information versorgt, was bislang nur mittels einer mühsamen,
langwierigen, händischen
Suche zu erreichen war. Weiterhin ist es möglich, zur weiteren Auswertung
vollkommen ungeeignete Kontrastmittelverlaufskurven zu verwerfen,
das bedeutet, nicht weiter im Verfahren zu betrachten. Verschiedenste
Qualitätskriterien
sind hier denkbar, wobei als Beispiele der höchste Maximalwert, die Zahl
der Maxima (idealerweise liegt nur ein Maximum vor) und der Vergleich
mit einer vorgegebenen Idealkurve genannt seien. Für jedes
dieser Kriterien kann beispielsweise ein Qualitätswert ermittelt werden, der beispielsweise
angibt, inwieweit der Verlauf einer Kontrastmittelverlaufskurve
der Idealkurve entspricht oder dergleichen. Durch entsprechende
Auswertung dieser Qualitätswerte
kann dann die beste Kontrastmittelverlaufskurve aufgefunden werden.
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Das
automatische Vorgehen und die damit einhergehende Zeitersparnis
kann auch weiterhin vorteilhaft genutzt werden, indem immer nach
Aufnahme eines neuen Bildes nach Ermittlung des entsprechenden Auswertungsbildes
automatisch nach neuen, nicht bereits einem Blutgefäß zugeordneten, ein
Kontrastmittelsignal aufweisenden Punkten gesucht wird und/oder
die wenigstens eine Kontrastmittelverlaufskurve aktualisiert wird,
woraufhin für
wenigstens ein Blutgefäß die Kontrastmittelverlaufskurve
bis zu dem aktuellen Bild und/oder ein insbesondere um Informationen
bezüglich
der Bestimmung der Kontrastmittelverlaufskurve ergänztes Bild
an einer Darstellungseinrichtung angezeigt wird. Es ist also möglich, Kontrastmittelverlaufskurven
bereits anzufertigen, während
die Zeitserie noch aufgenommen wird. Dies kann auf verschiedene
Arten vorteilhaft genutzt werden. Beispielsweise kann durch Darstellung
der Kontrastmittelverlaufskurve und/oder auch eines Bildes, in dem
der der Kontrastmittelverlaufskurve zugrundeliegende Punkt bzw.
Bereich angezeigt wird, einem Anwender zu erlauben, zu beurteilen,
ob das Verfahren geeignete Kontrastmittelverlaufskurven bestimmt.
Beispielsweise kann dann ein manueller Eingriff erfolgen, wenn dies
nötig ist.
So kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass bei Erkennung
eines Maximums eines Rückflusses
in einer Vene die Aufnahme der Zeitserie manuell oder automatisch
abgebrochen wird. Das Maximum des Rückflusses ist üblicherweise
die zeitlich gesehen letzte Information, die aus der Testbolusmessung
gewonnen werden soll. Daher sind alle Bilder, die nach der Ermittlung
dieses Maximums aufgenommen wurden, letztlich nicht mehr notwendig:
Durch frühzeitigen
Abbruch kann also Zeit, Patientenbelastung und Aufwand eingespart
werden. Statt der üblicherweise zur
Sicherheit aufgenommenen großen
Anzahl von Bildern der Zeitserie kann diese folglich verkürzt werden.
Dies wird üblicherweise
durch einen manuellen Eingriff geschehen, wenn der Anwender erkennt, dass
das Rückflussmaximum
korrekt aufgenommen wurde. Allerdings ist auch eine automatische
Auswertung und somit ein automatischer Abbruch denkbar.
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Aus
mehreren Gründen
ist es vorteilhaft, wenn manuell oder automatisch ein Akzeptanzbereich
in den Bildern bestimmt wird, wobei die Bestimmung der Kontrastmittelinformation
nur in diesem Akzeptanzbereich erfolgt. Wenn – wie häufig – bekannt ist, wo in etwa die
aufzufindenden Blutgefäße auf dem
Bild angeordnet sind, ist es im Hinblick auf den Aufwand und auch
auf eventuell auftretende Artefakte vorteilhaft, die Suche auf diesen
Akzeptanzbereich zu beschränken.
Der Akzeptanzbereich kann dabei vorgegeben sein, beispielsweise
automatisch aus einer Datenbank ausgewählt, es ist jedoch auch möglich, dass
ein Anwender diesen definiert. Dann kann insbesondere auch auf patientenspezifische
Eigenschaften eingegangen werden. Leidet der Patient beispielsweise
an einer Stenose auf der linken Seite, kann das Akzeptanzfenster
so gewählt
werden, dass nur die rechte Seite für die Ermittlung der Kontrastmittelinformationen
betrachtet wird.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bei Verwendung
von Subtraktionsbildern als Auswertungsbilder kann auch vorgesehen sein,
dass das Referenzbild aufgrund eines Eignungskriteriums aus einer
bestimmten Zahl von anfänglichen
Bildern der Zeitserie ausgewählt
wird. Betrachtet wird in dieser Variante also eine bestimmte Anzahl
der ersten Bilder der Zeitserie, für die sichergestellt werden
kann, dass sie noch keine Kontrastmittelanflutung anzeigen. Dabei
soll nun ermittelt werden, welches dieser Bilder sich als am geeignetsten
als Referenzbild erweist. Dafür
können
Eignungskriterien betrachtet werden, beispielsweise kann vorgesehen
sein, dass ein Rauschniveau für
jedes als Referenzbild in Frage kommende Bild und/oder jedes mittels
des Referenzbildes ermittelte Subtraktionsbild ermittelt wird, insbesondere
durch statistische Auswertung der Bildsignale. Dann kann beispielsweise das
Bild als Referenzbild gewählt
werden, welches das niedrigste Rauschniveau aufweist. Zusätzlich oder
alternativ kann das Vorhandensein von Artefakten, insbesondere Bewegungsartefakten,
in einem als Referenzbild in Frage kommenden Bild und ein deren
Relevanz beschreibender Wert ermittelt werden. Verfahren zur Detektion
und zum Identifizieren von Artefakten sind im Stand der Technik
weithin bekannt und müssen
hier nicht näher
dargelegt werden. Da lediglich in einem Bild auftretende Artefakte
in jedem Subtraktionsbild zu Artefakten führen würden, wenn dieses als Referenzbild
verwendet würde,
eignen sich besonders artefaktbelastete Bilder weniger als Referenzbilder.
Dies kann anhand des die Relevanz der Artefakte beschreibenden Wertes
ermittelt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass bei
auf einen bestimmten Bereich beschränkten Artefakten, insbesondere
Bewegungsartefakten, dieser Bereich von der Ermittlung der Kontrastmittelinformation
ausgeschlossen wird. Beispielsweise können, wenn Aufnahmen im Bereich
des Halses getätigt werden,
Schluckbewegungen zu Artefakten führen, die jedoch häufig in
Bereichen auftreten, die für
die Bestimmung der Kontrastmittelinformation nicht oder nur wenig
relevant sind. Auch diese können
dann von der Betrachtung ausgeschlossen werden.
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Diesbezüglich ist
es zweckmäßigerweise auch
möglich,
ein besonders mit Artefakten und/oder einem durch statistische Betrachtung
der Bildsignale ermittelten hohen Rauschniveau belastetes Auswertungsbild
von der weiteren Betrachtung auszuschließen. So werden Fehlmessungen
oder möglicherweise
die Ermittlung der Kontrastmittelverlaufskurve störende Einflüsse der
Betrachtung entzogen.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn zur Reduzierung von Bewegungsartefakten eine
Bewegungskorrektur durchgeführt
wird. Verschiedene Varianten zur Bewegungskorrektur, abhängig vom
Aufnahmeort der Bilder, der Art der Bewegung und der Aufnahmetechnik
sind im Stand der Technik weithin bekannt und sollen hier nicht
näher dargelegt
werden. Denkbar ist es beispielsweise, zyklische Bewegungen des menschlichen
Körpers,
wie beispielsweise die Atmung, anhand spezieller Sensoren aufzuzeichnen und
eine Bewegungskorrektur daran zu orientieren. Berücksichtigt
werden kann im erfindungsgemäßen Verfahren
jedoch auch eine einmal aufgetretene Verschiebung oder dergleichen,
die anhand der in den Auswertungsbildern entstehenden Artefakte
leicht identifiziert werden kann.
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Neben
dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine medizinische Bildaufnahmeeinrichtung, die
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Magnetresonanzeinrichtung
handeln, in die eine Kontrastmittelinjektionsvorrichtung integriert
ist. Im Wesentlichen zeitgleich mit der Verabreichung des Testbolus
kann dann auch die Aufnahme der Zeitserie gestartet werden, die
beispielsweise in einer Steuereinrichtung oder sonstigen Recheneinrichtung
der Bildaufnahmeeinrichtung erfindungsgemäß ausgewertet wird. Die oben
getätigten
Ausführungen
zum erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich analog auf die medizinische Bildaufnahmeeinrichtung übertragen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine
Skizze zu einer möglichen
Aufnahmegeometrie,
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2 einen
Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 einen
Ablaufplan eines Teils einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 eine
mögliche
Darstellung für
das Ausführungsbeispiel
nach 3, und
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5 eine
erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung.
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1 zeigt
eine mögliche
Geometrie, wie sie für
eine Testbolusmessung vor einer Magnetresonanzbildaufnahme der Blutgefäße des Kopfes
unter Kontrastmittelgabe durchgeführt werden kann. Gezeigt ist
ein Patient 1, der Arme 2, einen Hals 3 und einen
Kopf 4 umfasst. Der Testbolus – und später auch der eigentliche Bolus
zur nachfolgenden Messung – werden über eine
entsprechende Injektionsvorrichtung 5 in den Arm 2 des
Patienten 1 injiziert. Das Kontrastmittel wird dann, wie durch
die gestrichelte Linie 6 schematisch angedeutet, durch
die Arterien in den Kopf transportiert (Anflutung) und durch die
Venen aus dem Kopf 4 wieder abtransportiert (Rückfluss).
Dabei durchquert das Kontrastmittel jeweils große Blutgefäße im Hals 3.
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Um
das Zeitfenster zu ermitteln, in dem bei einer Magnetresonanzaufnahme
des Kopfes 4 lediglich die arteriellen Blutgefäße durch
das Kontrastmittel hervorgehoben sind, wird zunächst eine Testbolusmessung
durchgeführt,
bei der nur ein kleiner Bruchteil des später zu gebenden Kontrastmittels
als Testbolus über
die Injektionsvorrichtung 5 verabreicht wird. Dann wird – zeitgleich
startend mit der Verabreichung des Testbolus – eine Zeitserie von Magnetresonanz-Schichtbildern
am Hals 3 aufgenommen, wobei der Aufnahmebereich mittels
der dargestellten Schicht 7 angedeutet ist. Im Abstand von
meist einer Sekunde werden dabei eine bestimmte Anzahl von Bildern
aufgenommen, meist 30–90,
beispielsweise 60 Stück,
also eine Minute lang. Eines dieser zweidimensionalen Bilder 8 der Zeitserie 9 ist
schematisch in 1 dargestellt.
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Zu
erkennen ist dort der Umriss 10 des Halses 3 sowie
verschiedene anatomische Strukturen 11. Eingezeichnet in
das Bild 8 sind auch die Lage der Arterien 12 und
der Venen 13. Führen
diese kein Kontrastmittel, also beispielsweise am Anfang der Testbolusmessung,
sind sie auch auf einem entsprechenden Bild 8 der Zeitserie 9 nicht
zu sehen. Erst dann, wenn der Testbolus sie passiert, entsteht auch ein
Bildsignal.
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Während es
im Stand der Technik üblich
ist, nach der Aufnahme der Zeitserie 9 diese manuell auszuwerten,
indem ein Betrachter sämtliche
Bilder durchgeht und dort Punkte markiert, die seiner Ansicht nach
Arterien bzw. Venen entsprechen, woraufhin ein Algorithmus eine
Kontrastmittelverlaufskurve an diesem Punkt erstellt, bietet das
erfindungsgemäße Verfahren
erstmals eine wenigstens semiautomatische Auswertung einer solchen
Testbolusmessung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist im Ablaufplan der 2 dargestellt. Ausgegangen wird
von der Zeitserie 9 mit dem zweidimensionalen Bildern 8.
In einem ersten Schritt 14 des Verfahrens wird nun zunächst eine
Zeitserie 15 von Subtraktionsbildern 16 erstellt.
Dies geschieht, indem von jedem Bild 8 der Zeitserie 9 ein Referenzbild
der Zeitserie 9 abgezogen wird. Das Referenzbild ist dabei
so bestimmt, dass es kein Kontrastmittelsignal zeigt. Dabei handelt
es sich vorliegend insbesondere um eines der als erstes aufgenommenen
Bilder 8 der Zeitserie 9, da deren Aufnahme ja
synchron mit der Verabreichung des Testbolus begann und folglich
eine bestimmte Anzahl der ersten Bilder noch kein Kontrastmittelsignal
zeigt, da sich der Testbolus noch nicht bis zu der Schicht 7 fortbewegt
hat. Insbesondere kann das erste aufgenommene Bild 8 der
Zeitserie 9 als Referenzbild verwendet werden, es ist jedoch
auch möglich,
unter einer bestimmten Anzahl der ersten Bilder 8 der Zeitserie 9 ein
besonders geeignetes Referenzbild auszuwählen.
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Dazu
werden verschiedene Eignungskriterien für diese Bilder erstellt, für die das
Rauschniveau der entsprechenden Bilder 8 selber oder aus
ihnen hervorgegangener Subtraktionsbilder ermittelt wird und/oder
die Bilder 8 bzw. die daraus hervorgegangenen Subtraktionsbilder
auf Artefakte nach bekannten Vorgehensweisen untersucht werden.
Ein Bild, das möglichst
wenig Artefakte und ein möglichst niedriges
Rauschniveau aufweist, ist am geeignetsten als Referenzbild zu verwenden.
Es sei angemerkt, dass, falls sich ergibt, dass während der
bestimmten Anzahl erster Bilder 8 der Zeitserie 9 eine Bewegung
stattfand, es auch noch möglich
ist, die vor der Bewegung liegenden Bilder 8 der Zeitserie 9 der
Betrachtung zu entziehen, da ja ohnehin noch kein auszuwertendes
Kontrastmittelsignal vorliegt.
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Allgemein
sei angemerkt, dass sowohl in der Zeitserie 9 als auch
in der Zeitserie 15 noch eine Bewegungskorrektur mit einem
der zahlreichen bekannten Bewegungskorrekturalgorithmen vorgenommen werden
kann, worauf hier jedoch nicht näher
eingegangen werden soll. Es sei jedoch angemerkt, dass, falls auf
einen bestimmten Bereich beschränkte
Artefakte, insbesondere Bewegungsartefakte, auftauchen, dieser Bereich
von der im Weiteren erfolgenden Ermittlung der Kontrastmittelverlaufskurven
ausgeschlossen werden kann. Genauso ist es möglich, dass ein besonders mit
Artefakten oder einem hohen Rauschniveau belastetes Subtraktionsbild
von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen wird. Die Zeitserie 15 von
Subtraktionsbildern 16 enthält also – von Rauscheffekten abgesehen – letztlich
lediglich Bildsignale, die durch Kontrastmittel erzeugt worden sind,
mithin also Kontrastmittelsignale.
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In
einem Schritt 17 erfolgt dann die Testbolusdetektion. Dazu
wird im konkret vorliegenden Ausführungsbeispiel für jedes
der Subtraktionsbilder 16 überprüft, ob an einem Bildpunkt ein
Grenzwert für den
Bildsignalwert überschritten
wird, mithin möglicherweise
ein Kontrastmittelsignal an diesem Punkt vorliegt. Ist dieser Punkt
bereits aufgrund einer schon erfolgten Detektion einem Blutgefäß zugeordnet,
was im Folgenden noch näher
erläutert
werden wird, so muss er nicht näher
betrachtet werden. Ansonsten schließt sich eine Plausibilitätsprüfung an,
in der ermittelt wird, ob es sich tatsächlich um einen Punkt mit einem
Kontrastmittelsignalwert handelt. Dazu ist zum einen vorgesehen,
dass in wenigstens einem Subtraktionsbild 16 überprüft wird,
ob die Bildsignalwerte in einer Umgebung in dem Punkt ebenso hohe
Werte aufweisen, das bedeutet, selber den oder einen weiteren Schwellwert überschreiten.
Ist dies nicht der Fall, so handelt es sich vermutlich um ein Artefakt oder
einen Messfehler, da Blutgefäße mit einem
Kontrastmittelsignal ausgedehnt in den Subtraktionsbildern 16 erscheinen.
Weiterhin wird die Plausibilität dadurch überprüft, dass
Bildsignalwerte an einem entsprechenden Punkt in zeitlich benachbarten
Bildern ebenso erhöht
sind, wie dies bei einer Kontrastmittelverlaufskurve zu erwarten
wäre. Diese Überprüfung kann
im Übrigen
auch später
noch stattfinden, wenn bereits mögliche
Kontrastmittelverlaufskurven bestimmt worden sind. Eine weitere
Möglichkeit zur Überprüfung der
Plausibilität
ergibt sich nach der nun beschriebenen, ebenfalls in Schritt 17 erfolgenden
Segmentierung des so aufgefundenen, sich um den Punkt erstreckenden
Blutgefäßes.
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Erfüllt der
Punkt die eben genannten Plausibilitätskriterien, so wird nun das
entsprechende Blutgefäß segmentiert.
Dies geschieht vorzugsweise in einem Bild, an dem an dem Punkt selbst
ohnehin schon ein recht hoher Bildsignalwert vorliegt. Dann kann
beispielsweise ein region-growth-Verfahren eingesetzt werden, so
dass eine zusammenhängende Fläche von
Punkten mit erhöhtem
Bildsignalwert aufgefunden wird, die der Lage des das Kontrastmittel führenden
Blutgefäßes in den
Subtraktionsbildern 16 entspricht. An dieser Stelle kann
optional vorgesehen sein, dass im Sinne einer weiteren Plausibilitätsüberprüfung die
durch die Segmentierung ermittelte Form dahingehend überprüft wird,
ob es sich um ein Blutgefäß handeln
kann. Artefakte weisen meist gänzlich andere
Formen, beispielsweise eine Streifenform oder dergleichen, auf.
Auf diese Weise sind durch die Segmentierung eine Mehrzahl von Punkten
bestimmt worden, die demselben Blutgefäß zuzuordnen sind, durch das
ein Kontrastmittelfluss bemerkbar ist. Diese Zuordnung kann nun
in alle Bilder der Zeitserie 15 propagiert werden. Selbstverständlich muss,
wenn einmal bekannt ist, dass ein Punkt einem bestimmten Blutgefäß zugeordnet
ist, dieser in weiteren Subtraktionsbildern 16 nicht mehr
gesondert behandelt werden.
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Es
sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Möglichkeit besteht, den Bereich,
in dem die Testbolusdetektion stattfindet, einzuschränken, das
bedeutet, einen Akzeptanzbereich zu definieren, so dass nur in diesem
nach kontrastmittelführenden Blutgefäßen gesucht
wird. Dies kann insbesondere durch einen Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens
geschehen, wenn dieser beispielsweise schon Vorwissen darüber hat,
wo die Blutgefäße liegen
könnten
oder auch patientenspezifisches Wissen einbringen möchte, beispielsweise,
wenn der Patient eine Stenose auf einer Seite aufweist. So kann die
Bearbeitungszeit gezielt verkürzt
werden.
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Nachdem
nun meist mehrere Blutgefäße, durch
die der Testbolus hindurchflutet, entsprechend detektiert und segmentiert
wurden, und nachdem diese Segmentierung in allen Subtraktionsbildern 16 der
Zeitserie 15 bekannt ist, kann, weiterhin in Schritt 17,
für jedes
dieser Blutgefäße eine
Kontrastmittelverlaufskurve bestimmt werden. Hierzu gibt es nun mehrere
Möglichkeiten.
Zum einen ist es denkbar, dass zunächst ein Mittelwert über alle
Signalwerte an den dem Blutgefäß zugeordneten
Punkten gebildet wird, woraufhin dann der zeitliche Verlauf dieses
Mittelwertes über
die Zeitserie 15 betrachtet wird. Vorzugsweise wird jedoch
ein Mittelpunkt des Blutgefäßes bestimmt,
woraufhin der Mittelwert lediglich in einem bestimmten Bereich,
beispielsweise einem quadratischem Bereich, um diesen Mittelpunkt
gebildet wird und in seinem zeitlichen Verlauf als Grundlage der
Kontrastmittelverlaufskurve dient. In einer dritten Möglichkeit
ist es selbstverständlich
auch denkbar, lediglich den zeitlichen Verlauf der Bildsignalwerte
an einem einzigen Punkt, beispielsweise dem mit dem stärksten Signal,
oder wiederum dem Mittelpunkt, zu betrachten.
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Da
die typische Kurvenform einer Kontrastmittelanflutung bzw. eines
Kontrastmittelrückflusses bekannt
sind, ist es möglich,
aus den Bildsignalwerten an den verschiedenen Zeitpunkten durch
einen Fit eine kontinuierliche Kontrastmittelverlaufskurve zu ermitteln,
was zum Abschluss des Schrittes 17 erfolgt.
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In
einem Schritt 18 werden dann die ermittelten Kontrastmittelverlaufskurven 19, 20 in
Klassen eingeteilt und zwar in eine Anflutungsklasse 21 und eine
Rückflussklasse 22,
letztendlich also in Arterien und Venen, aufgeteilt. Bei den Arterien
ist das Maximum der Kontrastmittelverlaufskurve höher und
tritt deutlich früher
auf als beim Rückfluss
durch die Venen, wie dies durch die beispielhaft dargestellten Verläufe 23 und 24 dargestellt
wird.
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Da
meist eine größere Zahl
von Blutgefäßen betrachtet
wird, liegen nun üblicherweise
mehrere Kontrastmittelverlaufskurven 19 für die Anflutungsklasse 21 und
mehrere Kontrastmittelverlaufskurven 20 für die Rückflussklasse 22 vor.
Daher ist nun in einem Schritt 25 des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,
anhand diverser Qualitätskriterien
eine beste Kontrastmittelverlaufskurve 26, 27 für die jeweiligen
Klassen 21, 22 zu ermitteln. Als Qualitätskriterien
werden dabei insbesondere der höchste
Maximalwert und eine möglichst
geringe Zahl an Maxima verwendet, jedoch auch der Vergleich mit
einer vorgegebenen Idealkurve, wobei beispielsweise ein Vergleichsmaß ermittelt
werden kann. Die Idealkurve kann dabei beispielsweise einem theoretisch
ermittelten, zu erwartenden Kontrastmittelverlauf entsprechen oder
aber auch eine durch Messung und gegebenenfalls statistisch ermittelte
Normalkurve sein.
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Sollte
während
dieser Bewertung in Schritt 25 eine Kurve besonders schlechte
Werte in den Qualitätskriterien
aufweisen, kann diese auch gänzlich
verworfen werden.
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Mittels
der besten Kontrastmittelverlaufskurven 26, 27 ist
es dann in einem abschließenden Schritt 28 möglich, die
gewünschte
Kontrastmittelinformation zu bestimmen, beispielsweise das Zeitfenster,
in dem eine qualitativ hochwertige nachfolgende Messung ermöglicht wird
oder dem Zeitpunkt, an dem eine nachfolgende Messung zu starten
wäre. Dies
kann durch einen Benutzer, aber auch automatisch geschehen.
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Die
hier dargestellte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft – abgesehen
von der gegebenenfalls vorgesehenen Definition eines Akzeptanzbereichs – vollkommen
automatisch ab. Es ist auch eine semiautomatische Ausführungsform
denkbar. In der semiautomatischen Ausführungsform erfolgt keine automatische
Ermittlung von möglicherweise
einen Kontrastmittelwert aufweisenden Punkten in den Subtraktionsbildern 16 und
eine nachfolgende Plausibilitätsprüfung, sondern
die Punkte werden durch einen Anwender ausgewählt. Hiernach er folgt dann
jedoch wie beschrieben wiederum die Segmentierung und die Ermittlung
der Kontrastmittelverlaufskurven automatisch.
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Die
automatische Durchführung
ermöglicht auch
eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
die durch 3 näher dargestellt wird. Sie zeigt
einen Ausschnitt aus dem Ablaufplan dieser Ausführungsform des Verfahrens,
nachdem die erste Anflutung, also das erste Vorliegen von Kontrastmittelsignalen,
direkt nach der Aufnahme eines der Bilder 8 und der Ermittlung
des entsprechenden Subtraktionsbildes 16 festgestellt wurde.
Dann wird nämlich
jedes Mal, wenn ein neues Bild 8 aufgenommen wurde, Schritt 29,
sogleich das zugehörige
Subtraktionsbild 16 ermittelt. In einem Schritt 30 werden
dann wie oben beschrieben neue ein Kontrastmittelsignal aufweisende
Punkte, die einem Blutgefäß zugeordnet
werden können,
detektiert und/oder für
bereits entdeckte kontrastmittelführende Gefäße die Kontrastmittelverlaufskurven
aktualisiert.
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In
einem Schritt 31 werden dem Anwender des Verfahrens verschiedene
Informationen zur Anzeige gebracht, wie dies in 4 erläutert wird,
die eine mögliche
Darstellung 32 zeigt. Dabei wird davon ausgegangen, dass
in dem Schritt 30 auch bereits die Qualitätskriterien
ausgewertet wurden und in der Anflutungsklasse und der Rückflussklasse
die besten Kontrastmittelverlaufskurven 26, 27 ermittelt
worden sind. Dargestellt wird dann immer nach Aufnahme eines neuen
Bildes der Zeitserie 9 jeweils die beste Kontrastmittelkurve 26 und
die beste Kontrastmittelkurve 27, also letztlich der Kontrastmittelverlauf
für die
Arterie und für
die Vene. Gleichzeitig werden Informationen zu dieser Bestimmung
dargestellt, vgl. die rechte Seite der Darstellung 32.
Dort sind zwei Bilder 8 der Zeitserie 9 dargestellt,
in denen neben bereits segmentierten Blutgefäßen 33 angezeigt wird,
aus welchem Bereich 34 die Bildsignale stammen, die den
Kontrastmittelverlaufskurven 26 und 27 zugrunde
liegen.
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Ersichtlich
ist das Maximum der Anflutung bereits weit überschritten und das Maximum
des Rückflusses
durch die Venen hinreichend deutlich erkennbar.
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Ob
ein solcher Fall vorliegt, wird in der Ausführungsform nach 3 in
einem Schritt 35 entschieden. Denn mit der klaren Bestimmbarkeit
des Maximums des Rückflusses
sind alle Informationen verfügbar,
um die nachfolgende Messung hinreichend genau zu planen. Daher kann,
wenn dieser Zeitpunkt erreicht ist, durch den Anwender oder auch automatisch
beschlossen werden, die Aufnahme der Zeitserie 9 zu beenden,
Schritt 36. Ansonsten wird, Pfeil 37, nach Aufnahme
des nächsten
Bildes 8 der Zeitserie 9 wieder mit dem Schritt 29 fortgefahren.
So kann die Aufnahme nicht mehr benötigter Bilder vermieden werden.
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Schließlich zeigt 5 eine
erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung 38,
vorliegende eine Magnetresonanzeinrichtung 39, mit einer
in eine Patientenaufnahme 40 einfahrbaren Patientenliege 41. Die
Patientenaufnahme 40 ist dabei aus einem Magneten 42 ausgebildet,
wie dies im Stand der Technik hinreichend bekannt ist. In die Magnetresonanzeinrichtung 39 integriert
ist eine Kontrastmittelgabeeinrichtung 43.
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Ferner
umfasst die Magnetresonanzeinrichtung 39 eine Steuereinrichtung 44,
die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist. Über
eine Bedieneinheit 45 mit einer Darstellungseinrichtung 46 und
einer Eingabevorrichtung 47 kann der Anwender Einfluss
auf den Verfahrensablauf nehmen, also beispielsweise einen Akzeptanzbereich
definieren oder in Schritt 35 die Bilddatenaufnahme abbrechen.
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Es
sei noch angemerkt, dass es grundsätzlich denkbar ist, die Bildaufnahmeeinrichtung 38 so auszugestalten,
dass der Anwender selbst wählt,
ob er vollständig
manuell, semiautomatisch oder automatisch die Kontrastmittelinformation
ermitteln möchte.