DE102014201499A1

DE102014201499A1 - Verfahren und medizinische Bildgebungseinrichtung zur Bestimmung der Perfusion

Info

Publication number: DE102014201499A1
Application number: DE102014201499.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Gall
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150208930A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei der Gewebebereich über mindestens zwei Eingangsgefäße versorgt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Akquisition einer Zeitreihe von Perfusionsmessungen (S1), Bestimmung einer ersten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß (S3), Bestimmung einer zweiten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß (S4) und Bestimmung einer dritten Konzentrations-Zeit-Kurve in dem Gewebebereich (S5), und Bestimmung eines Gewichtungsfaktors (a) der Versorgung des Gewebebereichs über das erste Eingangsgefäß und/oder das zweite Eingangsgefäß durch Maximierung einer von dem Gewichtungsfaktor abhängigen Residuenfunktion (R)(S6). Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Bestimmung der Perfusion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine medizinische Bildgebungseinrichtung zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs des menschlichen oder tierischen Körpers.
Perfusionsmessungen des Gewebes, also Messungen des Durchblutungszustands des Gewebes, sind grundsätzlich bekannt und liefern wertvolle Informationen, beispielsweise im Zusammenhang mit Schlaganfällen, die zu einer teilweisen Minderperfusion des Gehirns führen können, oder der Durchblutung der Prostata (T1-gewichtete Perfusion).
Bei einem bekannten Verfahren wird dem Patienten ein Kontrastmittel als sogenannter Bolus injiziert und dessen Ein- und Ausflutung durch die Kapillaren des Gewebes mit medizinischen Bildgebungsverfahren beobachtet. Das Kontrastmittel wird dabei meistens in eine Vene injiziert. Die Detektion des Kontrastmittels erfolgt beispielsweise mit Mitteln der Kernspintomographie (MRT) oder durch Röntgenaufnahmen.
Aufgrund der Physiologie des Körpers und aufgrund von Dispersionseffekten erreicht das beispielsweise in eine Vene injizierte Kontrastmittel den Gewebebereich jedoch weder zu einem festen Zeitpunkt nach der Injektion noch in dem durch die Injektion vorgegebenen Konzentrations-Zeit-Verlauf. Das in dem Gewebebereich gemessene Signal, also die Ausbreitung des Kontrastmittels dort, ist für sich genommen daher wenig aussagekräftig und insbesondere kaum vergleichbar.
Um vergleichbare Perfusionsdaten des Gewebebereichs zu erhalten erfolgt bei bekannten Verfahren ein Vergleich des Gewebesignals mit der zugehörigen Blutversorgung. Aus diesem Vergleich wird ein theoretisches Gewebesignal berechnet, welches dann vergleichbar ist.
Im Stand der Technik wird hierbei folgendermaßen vorgegangen:
Es wird sowohl in dem interessierenden Gewebebereich als auch in dem Gefäß, welches den Gewebebereich mit Blut versorgt, die zeitliche Ausbreitung des Kontrastmittels gemessen, beispielsweise durch MR-Perfusionsmessung. Hierbei wird beispielsweise die Versorgung aus dem Gefäß aus Mittelungen über eine Population angenommen. Die Kontrastmittelkonzentration als Funktion der Zeit in dem den Gewebebereich versorgenden Gefäß (üblicherweise eine Arterie) wird dabei üblicherweise als arterielle Inputfunktion (AIF) bezeichnet.
Nach Aufnahme der Daten wird die in dem Gewebe gemessene Konzentrationskurve (Kontrastmittelkonzentration als Funktion der Zeit) mit der arteriellen Inputfunktion (AIF) mathematisch entfaltet. Auf diese Weise wird eine sogenannte Residuenfunktion erhalten, welche eine theoretische und vergleichbare Ausbreitung des Kontrastmittels in dem entsprechenden Gewebebereich beschreibt. Dabei gilt der folgende Zusammenhang: c(t) = Fluss·c_Arterie(t) × R(t) wobei c(t) die zeitabhängige Gewebekonzentration, Fluss den Fluss über das zuleitende Gefäß, c_Arterie(t) die zeitabhängige Konzentration in dem zuleitenden Gefäß (Arterie), R(t) die zeitabhängige Residuenfunktion und × den mathematischen Faltungsoperator (Konvolutionsoperator) darstellt.
Die Residuenfunktion entspricht einer Konzentrations-Zeit-Kurve, die im Gewebe als Antwort auf einen idealen, ultrakurzen Kontrastmittelbolus (Kontrastmittelimpuls, Impulsfunktion) entstehen würde, und kann somit auch als Gewebeimpulsantwortfunktion bezeichnet werden. Sie beschreibt somit den Durchblutungszustand (Perfusion) des Gewebebereichs unter der theoretischen Annahme eines idealen Kontrastmittelimpulses. Die Residuenfunktion kann beispielsweise für jedes einzelne Voxel oder für definierte Abschnitte des interessierenden Gewebebereichs bestimmt werden.
Für einige Gewebebereiche des menschlichen oder tierischen Körpers ergibt sich bei der obigen Vorgehensweise die Problematik, dass diese nicht nur über ein einziges zuleitendes Gefäß, sondern über zwei oder mehr Gefäße versorgt werden. Ein Beispiel für ein solches Gewebe mit zwei "Eingängen" ist die Leber. Das Lebergewebe wird über eine Arterie sowie eine Pfortader (Vena Portae) versorgt. Für ein genaues Verständnis der Durchblutung eines solchen Gewebes müssen beide bzw. sämtliche "Eingänge" bzw. sämtliche das Gewebe versorgende Gefäße bekannt sein. Dabei ist es für eine möglichst exakte Bestimmung der Residuenfunktion eines solchen Gewebes wünschenswert, die entsprechende Gewichtung der einzelnen "Eingänge" (Anteil an der Gesamtversorgung des Gewebes) zu kennen. Die relativen Gewichtungsfaktoren können darüber hinaus weitere wertvolle Informationen liefern. So hat gesundes Lebergewebe beispielsweise andere Gewichtungsfaktoren als Tumorgewebe. Die Kenntnis der Gewichtungsfaktoren stellt daher über die exakte Bestimmung der Residuenfunktion hinaus einen diagnostischen Wert dar.
Derzeitige Lösungen verwenden zumeist Abwandlungen des sogenannten Tofts-Modells mit zwei Eingängen (zum Beispiel KOH, Radiology, Vol. 249, 2008). Hierbei werden zusätzliche Parameter in das grundlegende Tofts-Modell eingeführt (Tofts, MRM, Vol. 17, 1991).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs zur Verfügung zu stellen, welche bei mehreren Gefäßeingängen zu dem Gewebebereich eine möglichst exakte Bestimmung der Perfusion ermöglichen. Das Verfahren soll dabei insbesondere möglichst robust und/oder schnell sein und/oder eine modellunabhängige Bestimmung der Perfusion ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine medizinische Bildgebungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die folgenden Schritte:

– Akquisition einer Zeitreihe von Perfusionsmessungen,
– Bestimmung einer ersten Signal-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß, Bestimmung einer zweiten Signal-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß und Bestimmung einer dritten Signal-Zeit-Kurve in dem Gewebebereich, und
– Bestimmung eines Gewichtungsfaktors der Versorgung des Gewebebereichs über das erste Eingangsgefäß und/oder das zweite Eingangsgefäß durch Maximierung einer von dem Gewichtungsfaktor abhängigen Residuenfunktion.

Die Residuenfunktion beschreibt, vorzugsweise für jeden Voxel des interessierenden Gewebebereichs, die Perfusion, das heißt den Durchblutungszustand, insbesondere die Kontrastmittelmenge, die sich zu bestimmten Zeitpunkten im Gewebe befindet. Dies, wie bereits erläutert, unter der Annahme eines idealen Bolus in Form eines Impulses.
Die Signal-Zeit-Kurven können insbesondere Intensitäts-Zeit-Kurven oder Konzentrations-Zeit-Kurven sein. Unter einer Signal-Zeit-Kurve kann somit insbesondere die Kontrastmittelkonzentration als Funktion der Zeit bzw. eine Konzentrations-Zeit-Kurve verstanden werden. Beim MRT ist der messbare Signalabfall näherungsweise proportional zur Kontrastmittel-Konzentration. Daher wird das gemessene Signal hier vorzugsweise invertiert, um eine Signal-Zeit-Kurve für das erfindungsgemäße Verfahren zu erzeugen.
Unter einer Maximierung der Residuenfunktion wird erfindungsgemäß insbesondere eine Maximierung eines Höchstwertes (Peaks) der Residuenfunktion verstanden. Insbesondere wird hierunter die Auswahl oder Festlegung derjenigen Residuenfunktion verstanden, dessen Höchstwert (Peak) den größten Wert aufweist. In einigen Ausführungsformen wird der Betrag des höchsten Scheitelpunkts maximiert. Erfindungsgemäß erfolgt insbesondere eine Bestimmung der Residuenfunktion unter Berücksichtigung der mindestens zwei Eingangsgefäße und eine Bestimmung der dieser Residuenfunktion zugrunde liegenden Gewichtungsfaktoren für die Eingangsgefäße.
Bei zwei Gefäßeingängen eines Gewebebereichs besteht zwischen der gemessenen Gewebekonzentration (Konzentrations-Zeit-Kurve des Gewebebereichs) und den Konzentrationen in den Eingangsgefäßen (Konzentrations-Zeit-Kurven der Eingangsgefäße) folgender Zusammenhang: c(t) = Fluss·(a·c1(t) + (1 – a)·c2(t)) × R(t) (1), wobei c(t) die zeitabhängige Gewebekonzentration (Gewebekurve), Fluss der Fluss, insbesondere Gesamtfluss, über die zuleitenden Gefäße, a der relative Gewichtungsfaktor eines ersten Eingangsgefäßes, c1(t) die zeitabhängige Konzentration in dem ersten Eingangsgefäß, c2(t) die zeitabhängige Konzentration in einem zweiten Eingangsgefäß, R(t) die zeitabhängige Residuenfunktion und × der mathematische Faltungsoperator (Konvolutionsoperator) ist.
Die Residuenfunktion R bezieht sich dabei, wie bereits beschrieben, auf die Gewebeimpulsantwortfunktion und kann durch eine mathematische Entfaltung (Dekonvolution) der Gleichung (1) für einen gegebenen Wert von a (0 < a < 1) bestimmt werden. Sie ist somit abhängig von dem Gewichtungsfaktor a.
Für den Fall, dass der Eingang bzw. die Eingänge, die die Signal-Zeit-Kurve im Gewebebereich beschreiben, aufgrund eines unzutreffenden Wertes von a nicht richtig beschrieben sind, wird dieser Fehler mathematisch durch die Residuenfunktion R kompensiert. Erfindungsgemäß wurde dabei erkannt, dass sich diese Kompensation in einer Verbreiterung der Residuenfunktion R zeigt. Da die Gesamtmenge des Blutes, das über die einzelnen Eingangsgefäße in den Gewebebereich gelangt, für jegliche Werte von a gleich ist, bewirkt die Verbreiterung der Residuenfunktion R gleichsam eine Herabsetzung seines Höchstwertes (Peak, Maximalwert, oberer oder unterer Scheitelpunkt).
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Gewichtungsfaktor oder gegebenenfalls die Gewichtungsfaktoren so zu bestimmen, dass die Residuenfunktion R einen maximalen Höchstwert, und damit die geringste Breite, annimmt. Der erfindungsgemäß optimale Wert für den Gewichtungsfaktor ist also derjenige Wert, der den höchsten Peak in der Residuenfunktion R hervorruft. Die Maximierung der Residuenfunktion, insbesondere die Maximierung des vorzugsweise ersten Peaks der Residuenfunktion kann analytisch oder numerisch durchgeführt werden. Bei der numerischen Lösung erfolgt eine wiederholte Berechnung der Residuenfunktion für unterschiedliche Gewichtungsfaktoren. Aus der Schar von Lösungen wird dann diejenige Lösung ausgewählt, welche den höchsten Peak bzw. größten Maximalwert enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Residuenfunktion durch Dekonvolution der Summe der gewichteten Signal-Zeit-Kurven (Konzentrations-Zeit-Kurven) bestimmt wird. Die Dekonvolution (mathematische Entfaltung) ist ein bekanntes Verfahren und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Bevorzugt wird als Wert für den Gewichtungsfaktor ein Wert bestimmt, bei welchem die von dem Gewichtungsfaktor abhängige Residuenfunktion einen maximalen Scheitelwert erreicht. Die Festlegung des Gewichtungsfaktors erfolgt also derart, dass bei diesem Gewichtungsfaktor die zeitabhängige Residuenfunktion einen Scheitelwert, insbesondere eine Maximalkonzentration, aufweist, welcher betragsmäßig größer ist als die Scheitelwerte der übrigen Lösungen. Dabei wird insbesondere lediglich der erste Maximalwert der Residuenfunktion berücksichtigt, welcher sich auf einen ersten Durchgang des Kontrastmittels bezieht. Weitere Maxima, die sich auf nachfolgende Durchgänge beziehen, sind in der Regel kleiner und werden nicht berücksichtigt.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird für jedes betrachtete Eingangsgefäß des interessierenden Gewebebereichs jeweils ein eigener Gewichtungsfaktor gewählt. Dabei werden die Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Eingangsgefäße vorzugsweise derart gewählt, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren einem vorbestimmten Wert, vorzugsweise dem Wert 1, entspricht. Die Summe der Gewichtungsfaktoren für die Gesamtheit der betrachteten Eingangsgefäße ist also konstant und beträgt vorzugsweise 1. Dies gilt gegebenenfalls für jeden betrachteten Voxel des Gewebebereichs.
Zur Bestimmung der Perfusion innerhalb des Gewebebereichs werden vorzugsweise zunächst für den betreffenden Gewebebereich die jeweiligen Eingangsgefäße ermittelt bzw. festgelegt. Dies kann beispielsweise anhand eines Angiographiebildes, insbesondere computergestützt, erfolgen. Das zur Ermittelung der Eingangsgefäße verwendete Bild ist vorzugsweise ein vor der Akquisition der Zeitreihe aufgenommenes anatomisches Bild, vorzugsweise bereits mit Kontrastmittel. Es kann auch ein Bild der Zeitreihe sein. Das Angiographiebild kann insbesondere mit dem grundsätzlich bekannten Verfahren der Subtraktionsangiographie (DSA) aufgenommen sein. Hierbei enthält das Bild lediglich die gefüllten Gefäße, ohne Hintergrund, beispielsweise Knochen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion graphisch an einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Die Erfindung bezieht sich daher insbesondere auch auf ein Verfahren zur Darstellung der Perfusion eines Gewebebereichs, wobei die Darstellung der Perfusion durch Darstellung mindestens eines Gewichtungsfaktors und/oder Darstellung der Residuenfunktion erfolgt. Hierzu wird die Residuenfunktion bzw. der mindestens eine Gewichtungsfaktor zunächst erfindungsgemäß ermittelt und dann an der Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einem Monitor, dargestellt. Anhand der Darstellung der Residuenfunktion und/oder des Gewichtungsfaktors bzw. der Gewichtungsfaktoren können weitere Parameter der Durchblutung, beispielsweise das Blutvolumen oder der Blutfluss, ermittelt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion ortsaufgelöst für eine Mehrzahl von Abschnitten des Gewebebereichs bestimmt und/oder dargestellt. Insbesondere kann der Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion pixelweise (Pixel für Pixel) oder im dreidimensionalen Raum voxelweise (Voxel für Voxel) bestimmt und/oder dargestellt werden.
Die Perfusionsmessung, insbesondere die Akquisition der Zeitreihe von Perfusionsmessungen, erfolgt vorzugsweise mittels Kernspintomographie (MRT). Hierbei werden vorzugsweise ein oder mehrere Schnittbilder des interessierenden Gewebebereichs einschließlich der zuführenden Gefäße (Eingangsgefäße) erzeugt, und zwar bevorzugt in einer Zeitreihe mit 40–200, bevorzugt 60–120 Wiederholungen pro Minute.
Die Bestimmung des zumindest einen Gewichtungsfaktors erfolgt gemäß der Erfindung insbesondere unabhängig von einem Modell, also modellfrei bzw. nicht modellbasiert. Der Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion wird vorzugsweise, insbesondere ausschließlich, auf der Basis von MR-Perfusionsdaten des Gewebes sowie der zuführenden Gefäße ermittelt.
Die erfindungsgemäße medizinische Bildgebungseinrichtung zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs des menschlichen oder tierischen Körpers, welcher über mindestens zwei Eingangsgefäße versorgt wird, ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Sie weist auf:

– eine Akquisitionseinrichtung zur Akquisition einer Zeitreihe von Perfusionsmessungen und
– eine Recheneinrichtung zur Bestimmung einer ersten Signal-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß, zur Bestimmung einer zweiten Signal-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß und zur Bestimmung einer dritten Signal-Zeit-Kurve in dem Gewebebereich, wobei die Recheneinrichtung eingerichtet ist, einen Gewichtungsfaktor der Versorgung des Gewebebereichs über das erste Eingangsgefäß und/oder das zweite Eingangsgefäß durch Maximierung einer von dem Gewichtungsfaktor abhängigen Residuenfunktion zu bestimmen.

Mit der Vorrichtung werden insbesondere die im Zusammenhang mit dem Verfahren dargestellten Vorteile und Effekte erzielt. Dabei ermöglicht es die Bildgebungseinrichtung gemäß der Erfindung insbesondere, die Perfusion eines über mindestens zwei Eingangsgefäße versorgten Gewebebereichs präzise zu bestimmen und/oder darzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Anzeigeeinrichtung zur graphischen Anzeige des mindestens einen Gewichtungsfaktors und/oder der Residuenfunktion vorgesehen. Die Anzeigeeinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Gewichtungsfaktor bzw. gegebenenfalls die Gewichtungsfaktoren und/oder die Residuenfunktion anhand einer mathematischen Funktion oder eines Graphen darzustellen. Die Darstellung der Residuenfunktion erfolgt hierbei vorzugsweise in Abhängigkeit der Zeit. Die Darstellung der Gewichtungsfaktoren kann insbesondere ortsaufgelöst erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Flussdiagramm zur Darstellung von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine graphische Darstellung der Residuenfunktion für einen ausschließlich arteriellen Eingang, einen Eingang ausschließlich über eine Pfortader und einen kombinierten Eingang über Arterie und Pfortader mit einem Gewichtungsfaktor von 0,1;
4 eine graphische Darstellung der Residuenfunktion für einen ausschließlich arteriellen Eingang, einen Eingang ausschließlich über eine Pfortader und einen kombinierten Eingang über Arterie und Pfortader mit einem Gewichtungsfaktor von 0,3 und
5 eine graphische Darstellung der Residuenfunktion für einen ausschließlich arteriellen Eingang, einen Eingang ausschließlich über eine Pfortader und einen kombinierten Eingang über Arterie und Pfortader mit einem Gewichtungsfaktor von 0,9.
Die einzelnen Verfahrensschritte gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der 1 beschrieben.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Zeitreihe von Perfusionsmessungen (Perfusionsdaten, Perfusionsbilder) aufgenommen, beispielsweise mittels MR-Perfusionsbildgebung, insbesondere mittels digitaler Subtraktionsangiographie (DSA). Die Aufnahme beinhaltet die Aufnahme einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Angiographiebildern (Bildserie) sowohl des interessierenden Gewebebereichs als auch der zuführenden Gefäße. Die Aufnahmen werden nach Injektion eines Kontrastmittelbolus durchgeführt, beispielsweise mit einer zeitlichen Auflösung von mindestens einem Bild pro Sekunde, vorzugsweise mindestens zwei Bildern pro Sekunde. Von der Bildserie wird ein sogenanntes Maskenbild subtrahiert, welches ohne Kontrastmittel aufgenommen wird. Als Ergebnis erhält man eine Aufnahmesequenz, welche die Anflutung des Kontrastmittels in den interessierenden Körperbereich darstellt.
Der Schritt S1 kann beispielsweise mit einer Vorrichtung zur Durchführung einer dynamischen, kontrastmittelunterstützten Perfusions-MRT durchgeführt werden. Dabei werden vorzugsweise ein oder mehrere Schnittbilder erhalten, die die interessierende Geweberegion und die zuleitenden Gefäße beinhalten.
In einem Schritt S2 werden zumindest zwei, vorzugweise sämtliche zu berücksichtigenden Eingangsgefäße der interessierenden Geweberegion ermittelt. Beispielsweise kann ein Gewebebereich über eine Arterie und eine Pfortader oder über zwei Arterien versorgt werden. Die Ermittlung der relevanten Eingangsgefäße kann manuell durch einen Anwender oder computergestützt, zum Beispiel durch Expertensysteme, anhand eines Angiographiebildes erfolgen.
In einem Schritt S3 wird aus dem aufgenommenen Datensatz der Perfusionsmessung eine erste Signal-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß bestimmt. Die Signal-Zeit-Kurve ist insbesondere eine Intensitäts-Zeit-Kurve oder eine Konzentrations-Zeit-Kurve, also der zeitliche Verlauf des Signals, der Intensität bzw. der Kontrastmitelkonzentration in dem ersten Eingangsgefäß.
In einem Schritt S4 wird aus dem aufgenommenen Datensatz der Perfusionsmessung eine zweite Signal-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß bestimmt. Die Signal-Zeit-Kurve ist insbesondere eine Intensitäts-Zeit-Kurve oder eine Konzentrations-Zeit-Kurve, also der zeitliche Verlauf des Signals, der Intensität bzw. der Kontrastmitelkonzentration in dem zweiten Eingangsgefäß.
In einem Schritt S5 wird aus dem aufgenommenen Datensatz der Perfusionsmessung eine Signal-Zeit-Kurve des Gewebebereichs bestimmt. Die Signal-Zeit-Kurve ist insbesondere eine Intensitäts-Zeit-Kurve oder eine Konzentrations-Zeit-Kurve, also der zeitliche Verlauf des Signals, der Intensität bzw. der Kontrastmitelkonzentration in dem Gewebebereich.
In einem Schritt S6 wird schließlich unter Verwendung der in den Schritten S3 bis S5 ermittelten Signal-Zeit-Kurven ein Gewichtungsfaktor für zumindest eines der Eingangsgefäße ermittelt. Hieraus kann dann zum Beispiel ein weiterer Gewichtungsfaktor für ein zweites Eingangsgefäß berechnet werden. Die Ermittlung des oder der weiteren Gewichtungsfaktoren kann dadurch erfolgen, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren einem vorgegebenen Wert, beispielsweise 1, entspricht.
Die Bestimmung des Gewichtungsfaktors und der zugehörigen Residuenfunktion erfolgt durch eine Maximierung der Schar von Residuenfunktionen, derart, dass diejenige Residuenfunktion ausgewählt wird, welche den größten Maximalwert (Peak) aufweist.
Zugehörig zu dem mindestens einen ermittelten Gewichtungsfaktor wird die entsprechende Residuenfunktion ermittelt.
2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, eine dynamische, kontrastmittelbasierte Perfusions-MRT durchzuführen, bei welcher die Ausbreitung eines Kontrastmittels in dem interessierenden Gewebebereich detektiert wird. Das Kontrastmittel wird hierfür intravenös als Bolus injiziert. Gleichzeitig oder kurz nach der Injektion wird der durch das Kontrastmittel verursachte Signalanstieg oder Signalabfall gemessen.
Die Vorrichtung, welche allgemein als medizinische Bildgebungseinrichtung bezeichnet werden kann, umfasst eine Akquisitionseinrichtung 1 zur Akquisition eines dynamischen Perfusionsdatensatzes und ist in der dargestellten Ausführungsform ein Kernspintomographiegerät. Dieses dient zur bildgebenden Untersuchung eines Bereiches eines Untersuchungsobjekts oder eines Patienten 3. Der Patient 3 ist in einem Zustand vor Beginn der Untersuchung dargestellt, in welchem er auf einer von einem Support 7 getragenen, entlang einer Achse 12 horizontal verschiebbaren Liege 5 aufgelegt ist.
Die Akquisitionseinrichtung 1 weist zur Erzeugung eines Magnetfeldes einen insbesondere supraleitenden Magneten 9 auf, in dessen Öffnung 11 die eigentliche Untersuchung stattfindet. Mittels einer nicht explizit dargestellten Sendespule werden Hochfrequenzimpulse in den in die Öffnung 11 eingeführten Patienten 3 eingestrahlt. Aus dem Patienten 3 stammende Echoimpulse werden von einer Hochfrequenz-Spulenanordnung 13 aufgenommen und einer Recheneinrichtung 15 zugeführt. Die Recheneinrichtung 15 ist ausgebildet, den mindestens einen Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion zu bestimmen bzw. zu berechnen. Der Gewichtungsfaktor und/oder die Residuenfunktion werden an einer Anzeigeeinrichtung 21, beispielsweise einem Monitor, angezeigt.
Zur Injektion des Kontrastmittels ist eine Injektionseinrichtung 17 vorgesehen. Das Kontrastmittel wird über eine Injektionsleitung 19 vorzugsweise automatisch dem Patienten 3 injiziert.
Die 3 bis 5 zeigen beispielhaft eine Residuenfunktion R eines Gewebebereichs, welcher über zwei Gefäßeingange (beispielsweise Arterie und Pfortader) versorgt wird. In gestrichelter Form ist jeweils die Residuenfunktion R unter der Annahme einer ausschließlichen Versorgung über ein erstes Eingangsgefäß (beispielsweise Arterie) dargestellt. Die strichpunktierte Linie zeigt die Residuenfunktion R unter der Annahme einer ausschließlichen Versorgung über ein zweites Eingangsgefäß (beispielsweise Pfortader). Als durchgezogene Linie ist die Residuenfunktion R unter der Annahme einer Versorgung über zwei Eingangsgefäße (sowohl die Arterie als auch die Pfortader) dargestellt, entsprechend Gleichung (1). Dabei zeigt 3 die Residuenfunktion R für einen Wert von a = 0,1, 4 die Residuenfunktion R für einen Wert von a = 0,3 und 5 die Residuenfunktion R für einen Wert von a = 0,9. Es ist zu erkennen, dass der höchste Peak der Residuenfunktion R bei a = 0,3 erreicht wird. Aus diesen Werten von a ist folglich a = 0,3 der zutreffende (auszuwählende) Wert für den Gewichtungsfaktor.
Es wird angemerkt, dass sich die weiteren Maxima der dargestellten Residuenfunktion R auf weitere Durchgänge des Kontrastmittels beziehen; in der Regel wird jedoch nur der erste Durchgang (also das erste Maximum) berücksichtigt. Negative Werte der Residuenfunktion sind auf eine numerische Lösung der Gleichung (1) zurückzuführen und haben keine physiologische Entsprechung.
Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Akquisitionseinrichtung
3: Patient
5: Liege
7: Support
9: Magnet
11: Öffnung
12: Achse
13: Hochfrequenz-Schwulenanordnung
15: Recheneinrichtung
17: Injektionseinrichtung
19: Injektionsleitung
21: Anzeigeeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

KOH, Radiology, Vol. 249, 2008 [0010]
Tofts, MRM, Vol. 17, 1991 [0010]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei der Gewebebereich über mindestens zwei Eingangsgefäße versorgt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Akquisition einer Zeitreihe von Perfusionsmessungen (S1), – Bestimmung einer ersten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß (S3), Bestimmung einer zweiten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß (S4) und Bestimmung einer dritten Konzentrations-Zeit-Kurve in dem Gewebebereich (S5), und – Bestimmung eines Gewichtungsfaktors (a) der Versorgung des Gewebebereichs über das erste Eingangsgefäß und/oder das zweite Eingangsgefäß durch Maximierung einer von dem Gewichtungsfaktor abhängigen Residuenfunktion (R)(S6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Residuenfunktion (R) durch Dekonvolution der Summe der gewichteten Konzentrations-Zeit-Kurven bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wert für den Gewichtungsfaktor (a) ein Wert bestimmt wird, bei welchem die von dem Gewichtungsfaktor (a) abhängige Residuenfunktion (R) einen maximalen Scheitelwert erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes betrachtete Eingangsgefäß ein Gewichtungsfaktor gewählt wird, wobei die Gewichtungsfaktoren derart gewählt werden, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren für die Gesamtheit der betrachteten Eingangsgefäße einem vorbestimmten Wert, vorzugsweise dem Wert 1, entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Eingangsgefäße anhand eines Angiographiebildes, insbesondere computergestützt, ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (a) und/oder die Residuenfunktion (R) graphisch an einer Anzeigeeinrichtung (21) dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (a) und/oder die Residuenfunktion (R) ortsaufgelöst für eine Mehrzahl von Abschnitten des Gewebebereichs bestimmt und/oder dargestellt wird.
Medizinische Bildgebungseinrichtung zur Bestimmung der Perfusion innerhalb eines Gewebebereichs des menschlichen oder tierischen Körpers, wobei der Gewebebereich über mindestens zwei Eingangsgefäße versorgt wird, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend: – eine Akquisitionseinrichtung (1) zur Akquisition einer Zeitreihe von Perfusionsmessungen und – eine Recheneinrichtung (15) zur Bestimmung einer ersten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem ersten Eingangsgefäß, zur Bestimmung einer zweiten Konzentrations-Zeit-Kurve an einem zweiten Eingangsgefäß und zur Bestimmung einer dritten Konzentrations-Zeit-Kurve in dem Gewebebereich, wobei die Recheneinrichtung (15) eingerichtet ist, einen Gewichtungsfaktor (a) der Versorgung des Gewebebereichs über das erste Eingangsgefäß und/oder das zweite Eingangsgefäß durch Maximierung einer von dem Gewichtungsfaktor abhängigen Residuenfunktion (R) zu bestimmen.
Medizinische Bildgebungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung (21) zur graphischen Anzeige des Gewichtungsfaktors und/oder der Residuenfunktion vorgesehen ist.