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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines den Kontrastmittelfluss über die Zeit durch wenigstens ein Blutgefäßsystem des Körpers eines Patienten beschreibenden vierdimensionalen Angiographie-Datensatzes. Daneben betrifft die Erfindung eine Biplan-Röntgeneinrichtung.
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Die digitale Subtraktionsangiographie, kurz DSA, ist eine im Stand der Technik bereits weithin bekannte Bildaufnahmetechnik. Hierbei werden Bilder eines Gefäßsystems eines Patienten, dem zuvor ein Kontrastmittel verabreicht wurde, aufgenommen, sodass auf diesen Bildern die kontrastmittelgefüllten Gefäße besonders gut zu erkennen sind. Werden von diesen Bildern mit Kontrastmittel (häufig auch "Füllungsbilder" oder "Fill-Bilder" genannt) Maskenbilder abgezogen, die bei unbewegtem Patienten vor dem Vorhandensein von Kontrastmittel im aufzunehmenden Gefäßsystem aufgenommen wurden, verbleiben, von Rauscheffekten abgesehen, lediglich die Signalanteile des Kontrastmittels, sodass eine hervorragende Beurteilung der resultierenden DSA-Bilder möglich ist.
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Die DSA wird dabei nicht nur in Fällen angewendet, in denen es um ein grundsätzliches Mapping bzw. eine grundsätzliche Beurteilung der Gefäßstruktur eines Patienten geht, sondern auch, wenn gerade die Ausbreitung des Kontrastmittels untersucht werden soll. Dabei sind insbesondere Fälle diagnostisch relevant, die eine deutlich zu langsame oder deutlich zu schnelle Ausbreitung des Kontrastmittels in einem bestimmten Blutgefäß oder Gefäßabschnitt anzeigen. Derartige Effekte können Hinweise auf eine Stenosierung oder eine Krankheit sein, bei der das Blut mit einem zu hohen Druck in die Venen gelangen kann. Derartige Untersuchungen werden häufig im Bereich des Gehirns eines Patienten durchgeführt.
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Gängige Untersuchungsmethode für Fälle, in denen die Ausbreitung des Kontrastmittels untersucht werden soll, ist die zweidimensionale zeitabhängige DSA, da zweidimensionale Bilder schnell genug nacheinander aufgenommen werden können, um tatsächlich eine hinreichende Zeitauflösung bezüglich der Ausbreitung des Kontrastmittels zu erzielen. Die Aufnahme dreidimensionaler Bilddatensätze des Zielgebiets dauert recht lange, sodass es, beispielsweise bei Verwendung einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, nicht schnell genug möglich ist, die zeitabhängige Information zeitlich hinreichend aufgelöst zu erhalten. Dementsprechend wird die zeitlich aufgelöste, räumlich dreidimensionale DSA, die meist als vierdimensionale DSA bezeichnet wird, meist in Fällen angewandt, in denen beispielsweise die Bewegung des Herzens anhand von Aufnahmen während einer Füllungsphase, in der das Kontrastmittel im Wesentlichen gleich verteilt im Gefäßsystem vorliegt, beobachtet werden soll. Dabei ist es beispielsweise bekannt, die aufgenommenen zweidimensionalen Projektionsbilder verschiedenen Bewegungsphasen des Herzens zuzuordnen und aus den Projektionsbildern für jede Bewegungsphase einzelne dreidimensionale Rekonstruktionsdatensätze zu erzeugen, welche dann zu einem über eine Herzphase bewegten, also animierten Bilddatensatz zusammengefasst werden.
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Soll jedoch die Kontrastmittelanflutung und/oder der Kontrastmittelausfluss in einem Blutgefäßsystem, insbesondere einem Gefäßsystem des Gehirns, beobachtet werden, wird bislang nur die zeitabhängige zweidimensionale DSA verwendet, was den Nachteil bürgt, dass in einer eingestellten Projektionsrichtung Gefäße einander derartig überdecken können, dass zum einen die Zuordnung der Information im dreidimensionalen Gefäßbaum erschwert wird, zum anderen aber auch manche Effekte überhaupt nicht beobachtet werden können, da sie von den Projektionsrichtung oberhalb oder unterhalb liegenden weiteren Gefäßen überdeckt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, einen den zeitlichen Verlauf des Kontrastmittelflusses in einem Blutgefäßsystem zeigenden, alle drei Raumdimensionen enthaltenden vierdimensionalen Angiographie-Datensatz auf aufwandsarme und einfache Weise zu ermitteln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Biplan-Röntgeneinrichtung mit zwei in unterschiedlichen, insbesondere zueinander senkrechten Projektionsausrichtungen ausgerichteten Aufnahmeanordnungen mit jeweils einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsdetektor verwendet wird, wobei in Abhängigkeit von aus in einer Anflutungsphase und/oder einer Ausflussphase des Kontrastmittels zeitaufgelöst mit beiden Aufnahmeanordnungen aufgenommenen zweidimensionalen Bildern durch Rückprojektion von mit beiden Aufnahmenanordnungen aufgenommenen Bildern jeweils eines Zeitpunkts gewonnenen vierdimensionalen Flussinformationen ein aus während einer Füllungsphase, in der das Kontrastmittel gleichmäßig in dem wenigstens einem Gefäßsystem verteilt vorliegt, in unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen Projektionsbildern ermittelter dreidimensionaler Rekonstruktionsdatensatz zur Ermittlung des Angiographie-Datensatzes animiert wird.
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Dabei sei zunächst darauf hingewiesen, dass die Verabreichung des Kontrastmittels selbst und die Art und Weise, wie es in das Gefäßsystem gelangt, nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Diese betrifft ein Bildgebungs- und Bildauswertungsverfahren und die vorteilhafte Kombination von Informationen unterschiedlicher Bildaufnahmephasen.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, eine Biplan-Röntgeneinrichtung zu verwenden. Derartige Röntgeneinrichtungen sind im Stand der Technik bereits bekannt und weisen zwei Aufnahmeanordnungen mit jeweils einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor auf, welche beispielsweise an unabhängig und/ oder gemeinsam bewegbaren C-Bögen angeordnet sein können. Es wurde erkannt, dass es eine solche Biplan-Röntgeneinrichtung ermöglicht, während der Anflutungsphase und der Ausflussphase des Kontrastmittels zeitgleich zweidimensionale Bilder, welche entsprechend der Phase als Anflutungsbilder und Ausflussbilder bezeichnet werden können, in verschiedenen Projektionsrichtungen, also unter verschiedenen Projektionswinkeln, aufzunehmen. Dabei sind die Projektionsrichtungen der Aufnahmeanordnungen besonders bevorzugt senkrecht zueinander ausgerichtet. Aus derartigen, unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen zum selben Zeitpunkt aufgenommenen zweidimensionalen Anflutungs- und/oder Ausflussbildern lässt sich jedoch durch Rückprojektion auch eine dreidimensionale Positionsinformation von das Vorliegen von Kontrastmittel anzeigenden Bilddaten bestimmen. Idealer Weise ergibt sich für die verschiedenen Blutgefäße des Gefäßsystems, betrachtet man den zeitlichen Verlauf an rückprojektierten Orten, eine vierdimensionale Flussinformation, die angibt, wie weit das Blutgefäß bereits oder noch mit Kontrastmittel gefüllt ist.
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Nach der Aufnahme von Anflutungsbildern bzw. vor der Aufnahme von Ausflussbildern werden unter gemeinsamer Rotation der Aufnahmeanordnungen jedoch auch Projektionsbilder in einer Füllungsphase aufgenommen, in der sich der Kontrastmittelbolus letztlich über das gesamte zu untersuchende Gefäßsystem erstreckt, in denen folglich alle Gefäße Kontrastmittel enthalten. Dabei nimmt mithin jede der Aufnahmeanordnungen die Hälfte der Projektionsbilder auf, sodass es deutlich schneller möglich ist, in dem engen Zeitfenster der Füllungsphase tatsächlich genügend Bilder aufzunehmen, um eine hochauflösende, möglichst artefaktfreie Rekonstruktion eines dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensatzes, beispielsweise über das Verfahren der gefilterten Rückprojektion, zu ermöglichen.
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Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren ideal und bevorzugt auf Blutgefäßsysteme anwenden lässt, die durch den Herzschlag, insbesondere im Vergleich zur Herzregion, weniger bewegt sind, sodass nicht zwischen unterschiedlichen Bewegungsphasen unterschieden werden muss.
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Es kann, wie grundsätzlich bekannt, vorteilhaft vorgesehen werden, dass die Projektionsrichtungen für die Projektionsbilder so gewählt werden, dass ein Projektionswinkelintervall von 180° plus den Fächerwinkel der Aufnahmeanordnungen abgedeckt wird. Unter dieser Bedingung ist eine vollständige, analytische Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes nach der der gefilterten Rückprojektion zugrunde liegenden Theorie möglich.
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Nach der Bildaufnahme liegen im erfindungsgemäßen Verfahren mithin wenigstens zwei unterschiedliche Sätze von Bildern vor, nämlich ein Anflutungsbildersatz und/oder ein Ausflussbildersatz sowie ein Projektionsbildersatz. Mit dem Projektionsbildersatz ist eine hochauflösende, weitgehende artefaktfreie Darstellung des Gefäßsystems in einem dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensatz generierbar, welcher mithin die beispielsweise durch Segmentierungsalgorithmen auch numerisch generierbare Information darüber enthält, wo im dreidimensionalen Raum ein Gefäß des Gefäßsystems vorliegt. Wird, wie oben erläutert, aus dem Anflutungsbildersatz und/oder dem Ausflussbildersatz die vierdimensionale Flussinformation generiert, so können die darin gegebenen "Füllstände" der Gefäße aufgrund des genauen Wissens über die dreidimensionale Struktur des Gefäßsystem in den dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensatz übertragen werden, und zwar zu jedem Zeitpunkt. Es ergibt sich also ein vierdimensionaler Angiographie-Datensatz, das bedeutet, ein dreidimensionales Volumen zu jedem Zeitpunkt während der gesamten Anflutung und/oder dem gesamten Ausfluss. Ein solcher vierdimensionaler Angiographie-Datensatz ist aber ein hervorragender Ausgangspunkt für die diagnostische Bewertung des Blutdurchflusses oder sonstiger interessierender Phänomene innerhalb des untersuchten Gefäßsystems des Patienten. Dabei zeigt das erfindungsgemäße Verfahren erstmals einen Weg auf, um hochauflösend in einem dreidimensionalen Volumen den zeitlichen Ablauf der Kontrastmittelanflutung und/oder des Kontrastmittelabflusses zu ermitteln.
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Dabei ist es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich besonders zweckmäßig, wenn zur Gewinnung der Flussinformationen und des Rekonstruktionsdatensatzes digitale Subtraktionsangiographie betrieben wird. Auf diese Weise ist es möglich, allein die Kontrastmittel beinhaltenden Pixel bzw. Voxel (Bildelemente) zu extrahieren. Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass durch zeitaufgelöste Aufnahme von zweidimensionalen Bildern mit beiden Aufnahmeanordnungen und Subtraktion von in der gleichen Aufnahmegeometrie bei unbewegten Patienten aufgenommenen Maskenbildern während der Anflutungsphase des Kontrastmittels zweidimensionale Anflutungsbilder eines Anflutungsbildersatzes und/oder während der Ausflussphase des Kontrastmittels aus dem Gefäßsystem zweidimensionale Ausflussbilder eines Ausflussbildersatzes ermittelt werden und während der Füllungsphase unter gemeinsamer Rotation beider Aufnahmeanordnungen die Projektionsbilder unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen werden und daraus durch Subtraktion von in einem Maskenlauf in gleicher Aufnahmegeometrie aufgenommenen Maskenbildern Rekonstruktionsbilder ermittelt werden, woraufhin aus den Rekonstruktionsbildern der dreidimensionale Rekonstruktionsdatensatz ermittelt wird. Derartige Vorgehensweisen zur Aufnahme von DSA-Bildern sind im Stand der Technik bereits grundsätzlich bekannt. Wichtig hierbei ist, dass der Patient zwischen der Aufnahme von Maskenbildern und den zugeordneten kontrastmittelgefüllten Bildern möglichst wenig bewegt wird, wie dies auch während der gesamten Durchströmung des Gefäßsystems durch den Kontrastmittelbolus notwendig ist.
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Gerade im Zusammenhang der digitalen Subtraktionsangiographie vorteilhaft realisierbar, aber über Schwellwerte auch ohne eine Subtraktion grundsätzlich denkbar, ist es vorteilhaft, wenn die Bilder und der Rekonstruktionsdatensatz binär betrachtet werden, wobei der eine Wert das Vorhandensein von Kontrastmittel in einem Bildelement und der andere Wert das Nichtvorhandensein von Kontrastmittel in einem Bildelement beschreibt. Auf diese Weise sind besonders einfach interpretierbare Bilder gegeben, die beispielsweise noch mit einem aus dem dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensatz durch Segmentierung erzeugten Modell des Gefäßsystems überlagert werden können, insbesondere bei der zeitlichen Darstellung der Anflutungsphase und/oder der Ausflussphase. Jedoch wird durch binäre Bilddaten auch eine besonders einfache Verknüpfung der dreidimensionalen Flussinformation zu einem Zeitpunkt mit den Bilddaten des dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensatzes ermöglicht. Es kann vorgesehen sein, dass die Füllungsinformation zu jedem Zeitpunkt für jedes Kontrastmittel anzeigende Bildelement des Rekonstruktionsdatensatzes eine zugeordnete, das Vorliegen von Kontrastmittel anzeigende Binärgröße umfasst, wobei die Animation durch zeitpunktweise Multiplikation der Bilddaten des Rekonstruktionsdatensatzes mit den zugeordneten Binärgrößen erfolgt. Durch Rückprojektion in den Anflutungsbildern bzw. Ausflussbildern und die dadurch gewonnene dreidimensionale Lage von Kontrastmittel anzeigenden Bildelementen lässt sich mithin jedem das Vorliegen von Kontrastmittel anzeigende Bilddaten aufweisenden Bildelement des Rekonstruktionsdatensatzes eine Binärgröße zuordnen, die letztlich aussagt, ob zu dem der Binärgröße zugeordneten Zeitpunkt Kontrastmittel am Ort des Bildelements vorlag oder nicht. Eine einfache Multiplikation ermöglicht die Verknüpfung von Bilddaten und Binärgrößen, sodass der dreidimensionale Rekonstruktionsdatensatz für jeden Zeitpunkt geeignet und modifiziert werden kann und sich durch Hintereinanderschaltung der so modifizierten dreidimensionalen Rekonstruktionsdatensätze der animierte, vierdimensionale Angiographie-Datensatz ergibt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweidimensionalen Bilder in der Anflutungsphase und/oder der Ausflussphase während einer gemeinsamen Rotation der Aufnahmeanordnungen um einen Winkel aufgenommen werden. Auch während der Aufnahme von Anflutungs- und/oder Ausflussbildern kann mithin bereits vorgesehen sein, dass die Projektionsrichtungen durch gemeinsame Rotation der Aufnahmeanordnung verändert werden. Dem liegt der Gedankte zugrunde, dass es in bestimmten Projektionsrichtungen durchaus vorkommen kann, dass Gefäße oder Gefäßabschnitte sich in wenigstens einem zweidimensionalen Bild überlagern, was die Ermittlung und insbesondere die Zuordnung der dreidimensionalen Information erschweren kann. Wird nun ein bestimmtes Projektionswinkelintervall durchlaufen, werden zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Ansichten eines derartigen Überlappungsbereichs aufgenommen, in dem es mithin möglich ist, die unterschiedlichen Gefäße bzw. Gefäßabschnitte zu erkennen. Dies wiederum ermöglicht es, durch geeignete Algorithmen zeitweise nicht sichtbare Gefäße oder Gefäßabschnitte zu identifizieren und Flussinformationen, beispielsweise Binärgrößen für die Zeiträume zu extra- oder interpolieren, in denen das Gefäß oder der Gefäßabschnitt durch Überlagerung nicht sichtbar war. Dies erhöht die Qualität der Flussinformation nochmals deutlich, da Fehlzuordnungen minimiert werden und auch durch geeignete Extra- und/oder Interpolation für durch Überlagerung in einigen zweidimensionalen Bildern nicht sichtbare Gefäße oder Gefäßabschnitte Flussinformationen erzeugt werden können.
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Relevant im Rahmen des vorliegenden Verfahrens ist auch der Zeitablauf der Bildaufnahmen, da dieser mit dem Voranschreiten des Kontrastmittelbolus innerhalb des Gefäßsystems korreliert bzw. synchronisiert werden muss. Hier gibt es mehrere, aus dem Stand der Technik bereits grundsätzlich bekannte Möglichkeiten, Aufnahmezeiträume während der Anflutungsphase, der Füllungsphase und der Ausflussphase automatisch und/oder manuell zu bestimmen und entsprechend anzuwenden.
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So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Aufnahmezeiträume für die Anflutungsphase und/oder die Ausflussphase und/oder die Füllungsphase aus Aufnahmen eines Testbolus insbesondere automatisch ermittelt werden. Im Rahmen einer Testbolus-Messung werden dabei insbesondere zweidimensionale Testbolus-Bilder aufgenommen, aus denen beispielsweise für die in das zu beobachtende Gefäßsystem hauptsächlich einleitende Arterie und die hauptsächlich ausleitende Vene Zeit-Kontrast-Kurven erstellt werden können, die die Ankunftszeit des Kontrastmittels im Gefäßsystem, die Füllungsphase und die Ausflusszeit des Kontrastmittels aus dem System beschreiben. Hieraus können nun manuell und/oder auch automatisch Zeiträume nach Beginn der Kontrastmittelgabe ermittelt werden, in denen Anflutungsbilder und/oder Ausflussbilder sowie Projektionsbilder aufgenommen werden können. Insbesondere ist auch ein automatisches Starten der Aufnahmevorgänge durch eine Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung in Abhängigkeit der Testbolus-Informationen möglich.
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Zweckmäßig ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch denkbar, dass zur Überwachung der Ausbreitung des Hauptbolus zweidimensionale Fluoroskopie- oder DSA-Bilder aufgenommen werden, welche angezeigt und/oder automatisch ausgewertet werden. Soll beispielsweise lediglich beobachtet werden, ob der Kontrastmittelbolus das Blutgefäßsystem erreicht und/oder beginnt, aus dem Blutgefäßsystem wieder abzufließen, kann es ausreichend sein, zweidimensionale Fluoroskopie- oder DSA-Bilder mit niedriger Dosis aufzunehmen, woraufhin dann, wenn Kontrastmittel im Gefäßsystem sichtbar wird bzw. Kontrastmittel im Gefäßsystem aus dem Bild zu verschwinden beginnt, manuell und/oder automatisch die Messung begonnen werden kann, insbesondere, in dem dann auf einen hochauflösenderen Aufnahmemodus umgeschaltet wird und/oder eine gemeinsame Rotation der Aufnahmeanordnungen bei gemeinsamer Bildaufnahme angestoßen wird.
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Wie bereits dargelegt wurde, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch für die Aufnahme eines Blutgefäßsystems des Gehirns des Patienten. Pathologien, die zu einer Überlastung von Venen oder einer zu geringen Versorgung von bestimmten Hirnarealen führen können, können im dreidimensionalen Raum unter Verwendung des vierdimensionalen Angiographie-Datensatzes in einer nachfolgenden Diagnose detektiert und beurteilt werden. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es im erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich auch denkbar ist, eine quantitative Auswertung des vierdimensionalen Angiographie-Datensatzes automatisch vorzuneh- men, beispielsweise im Hinblick auf Durchflussraten einzelner Gefäße oder Gefäßabschnitte des Gefäßsystems und dergleichen. Derartige automatische Auswertungsvorgänge, beispielsweise im Hinblick auf den cerebralen Blutfluss, sind im Stand der Technik grundsätzlich bereits bekannt, lassen sich jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch auf Basis eines den Zeitverlauf im dreidimensionalen Raum hoch aufgelöst beschreibenden dimensionalen Angiographie-Datensatzes durchführen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Biplan-Röntgeneinrichtung, umfassend zwei in unterschiedlichen, insbesondere zueinander senkrechten Projektionsrichtungen ausgerichtete oder ausrichtbare Aufnahmeanordnungen mit jeweils einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsdetektor und einer Steuereinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Mithin können insbesondere die Aufnahme- und Auswertungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Software- und/oder Hardwarekomponenten in einer Steuereinrichtung einer Biplan-Röntgeneinrichtung als Recheneinrichtung realisiert werden, sodass die Biplan-Röntgeneinrichtung um die vorteilhafte erfindungsgemäße Funktionalität erweitert wird. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Biplan-Röntgeneinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung,
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2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 eine Illustration zu einem ersten Aufnahmeschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 eine Illustration zu einem zweiten Aufnahmeschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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5 eine Illustration zu einem dritten Aufnahmeschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 1. Diese umfasst zwei C-Bögen 2 und 3, an denen jeweils sich gegenüberliegend eine Strahlungsquelle 4 und 5 und ein Strahlungsdetektor 6 und 7 angeordnet sind. Dabei bilden folglich die Strahlungsquelle 4 und der Strahlungsdetektor 6 eine erste Aufnahmeanordnung, die Strahlungsquelle 5 und der Strahlungsdetektor 7 eine zweite Aufnahmeanordnung. Mittig sind die C-Bögen 2 und 3 über ein Gelenk 8 verbunden, sodass sie in ihrer Winkelstellung zueinander zum einen verändert werden können, zum anderen aber auch fest eingestellt werden können, beispielsweise über eine Arretiervorrichtung an dem Gelenk 8. Eine Verstellung der C-Bögen ist über die hier nur angedeutete Halterung 9 und entsprechende Antriebsvorrichtungen möglich. Dabei ist es bei der Röntgeneinrichtung 1 insbesondere möglich, beide in einer bestimmten Winkelstellung zueinander festgestellten C-Bögen 2 und 3 gemeinsam um eine Achse 10 zu rotieren.
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Dabei bewegen sich die Aufnahmeanordnungen 4 und 6 sowie 5 und 7 in einer Aufnahmeebene 11 um eine Patientenliege 12, auf der ein aufzunehmender Patient angeordnet werden kann. Gesteuert wird der Betrieb der Röntgeneinrichtung 1 über eine nur schematisch dargestellte Steuereinrichtung 13, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines vierdimensionalen Angiographie-Datensatzes ausgebildet ist.
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Dieses Verfahren soll nun näher im Hinblick auf 2 erläutert werden. Dabei wird im Folgenden von der bevorzugten Ausgestaltung ausgegangen, dass die beiden C-Bögen 2 und 3 so zueinander eingestellt sind, dass die Projektionsrichtungen senkrecht zueinander stehen, jedoch sind rein grundsätzlich auch andere relative Stellungen der C-Bögen 2 und 3 zueinander möglich.
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Zunächst werden in einem Schritt 14 Testbolus-Bilder aufgenommen und ausgewertet, um eine Anflutungsphase eines verabreichten Kontrastmittels, eine Füllungsphase, in der das Kontrastmittel gleich verteilt in einem aufzunehmenden Gefäßsystem vorliegt und eine Ausflussphase des Kontrastmittels aus dem Blutgefäßsystem zeitlich für einen Hauptbolus zu bestimmten. Dazu wird der Patient, bei dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Blutgefäßsystem des Gehirns untersucht werden soll, auf der Patientenliege 12 platziert und es werden nach Verabreichung des Testbolus zweidimensionale Fluoroskopie- bzw. DSA-Bilder aufgenommen, aus denen manuell oder automatisch Kontrastmittel-Verlaufskurven extrahiert werden, die ebenso wiederum manuell oder automatisch dahingehend ausgewertet werden, ideale Aufnahmezeiträume zur Beobachtung der Anflutung, der Füllungsphase und des Ausflusses zu bestimmten. Dabei werden die Zeiträume so bestimmt, dass der gesamte Anflutungsvorgang und der gesamte Ausflussvorgang im Folgenden auf Bildern festgehalten werden kann.
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Die Testbolus-Messung im Schritt 14 ist letztlich nur optional. Denkbar ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch, nach Verabreichung des Hauptbolus ständig zweidimensionale DSA-Bilder oder Fluoroskopie-Bilder des Gefäßsystems zu erzeugen, aus denen der Beginn der Anflutung und der Beginn des Ausflusses ersichtlich sind. Diese DSA-Bilder bzw. Fluoroskopie-Bilder, die vorliegend mit einer oder beiden Aufnahmeanordnungen aufgenommen werden können und bevorzugt mit einer geringen Dosis erzeugt werden, werden von einem Benutzer beobachtet oder aber automatisch ausgewertet, um den Beginn der Anflutungsphase bzw. der Ausflussphase zu bestimmen und auch die Füllungsphase zu erkennen. Entsprechend werden dann die im Folgenden noch näher diskutierten Messungen gestartet.
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In einem Schritt 15 werden Maskenläufe durchgeführt, das bedeutet, für alle später noch aufzunehmenden Bilder, in denen Kontrastmittel des Hauptbolus vorliegt, werden nun bereits bei exakt gleich positioniertem Patienten Maskenbilder aufgenommen, die, wie in der digitalen Subtraktionsangiographie grundsätzlich bekannt, dann von den mit Kontrastmittel aufgenommenen Bildern abgezogen werden können.
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Nach Verabreichung des Kontrastmittels des Hauptbolus beginnt dann in der Anflutungsphase in Schritt 16 ein erster Aufnahmezeitraum der vorliegenden Erfindung, dessen Ergebnis ein Satz von zweidimensionalen Anflutungsbildern ist. Die Anflutungsbilder werden dabei gleichzeitig mit beiden Aufnahmeanordnungen aufgenommen, das bedeutet, dass zu jedem Aufnahmezeitpunkt zwei in zueinander senkrechten Projektionsrichtungen aufgenommene Röntgenbilder des Blutgefäßsystems erhalten werden, aus welchen durch Subtraktion der entsprechenden Maskenbilder, wie im Stand der Technik bekannt, Anflutungsbilder gewonnen werden, die das Vorliegen von Kontrastmittel im Blutgefäßsystem beschreiben. Vorliegend werden dabei 15 Bilder pro Sekunde aufgenommen, sodass sich bei einer Dauer der Anflutungsphase von beispielsweise 5 Sekunden 75 Zeitschritte ergeben.
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Dabei werden die Aufnahmeanordnungen während der Aufnahme der Anflutungsbilder gleichzeitig rotiert, vorliegend während des Aufnahmezeitraums um einen Winkel αi, was durch 3 illustriert ist. Damit wird sichergestellt, dass zu Projektionen, in denen sich Blutgefäße oder Gefäßabschnitte überlagern, zu anderen Zeitpunkten Projektionen existieren, in denen diese Überlagerung aufgehoben ist.
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Ergebnis des Schrittes 16 ist also ein in 2 schematisch angedeuteter Anflutungsbildersatz 17, der zunächst gespeichert wird.
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Nach dem Schritt 16 kann sich eine Aufnahmepause anschließen, was nicht grundsätzlich notwendig ist, jedoch denkbar, da aufgrund der Nutzung beider Aufnahmeanordnungen auch im nun folgenden Schritt 18 eine deutliche Zeitersparnis, letztlich eine Halbierung der Aufnahmezeit gegeben ist.
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Im Schritt 18 werden nämlich nun während der Füllungsphase zweidimensionale Projektionsbilder während einer gemeinsamen Rotation der Aufnahmeanordnungen um das Zielgebiet aufgenommen. Der Winkel αf, um den die Aufnahmeanordnungen gemeinsam weitergedreht werden, ist dabei so gewählt, dass 180° plus der Fächerwinkel der Aufnahmeanordnungen als Projektionswinkelintervall abgedeckt sind, sodass eine möglichst artefaktfreie, vollständige Rekonstruktion, beispielsweise durch gefilterte Rückprojektion, möglich wird. Dies ist durch 4 schematisch dargestellt.
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Auch von den Projektionsbildern werden die entsprechenden Maskenbilder aus Schritt 15 abgezogen und es entstehen mithin zweidimensionale Rekonstruktionsbilder, aus denen vorliegend, beispielsweise durch gefilterte Rückprojektion, ein dreidimensionaler Rekonstruktionsdatensatz 19 ermittelt wird, der deutlich das (da ja mit Kontrastmittel gefüllte) Blutgefäßsystem zeigt.
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Dabei kann es im Übrigen zweckmäßig sein, den Rekonstruktionsdatensatz mit binären Bilddaten zu ermitteln, wobei ein möglicher Wert das Vorliegen von Kontrastmitteln in dem Voxel anzeigt, ein weiterer möglicher Wert jedoch angibt, dass kein Kontrastmittel in dem Voxel vorliegt. Zweckmäßig ist es ferner, das Gefäßsystem in dem Rekonstruktionsdatensatz 19 zu segmentieren und beispielsweise die Begrenzungen der Gefäße für spätere Darstellungszwecke vorzuhalten.
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In einem Schritt 20 wird ein weiterer Aufnahmezeitraum während der Ausflussphase des Kontrastmittels aus dem Gefäßsystem genutzt, um analog zu Schritt 18 vorliegend einen Ausflussbildersatz 21 zu ermitteln, wobei dieselbe Aufnahmefrequenz genutzt wird. Dauert mithin die Ausflussphase genauso lange wie die Anflutungsphase, im Beispiel also fünf Sekunden, so liegen wiederum zu 75 Zeitschritten jeweils zwei zueinander senkrechten Projektionsrichtungen aufgenommene zweidimensionale Ausflussbilder vor.
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Auch während der Aufnahme der Ausflussbilder im Schritt 18 erfolgt eine gemeinsame Drehung der Aufnahmeanordnung, hier um einen Winkel αo. Eine entsprechende schematische Darstellung der 5 zu entnehmen.
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Die zueinander senkrecht stehenden Anflutungsbilder bzw. Ausflussbilder eines bestimmten Zeitpunkts sind nun geeignet, für dargestellte kontrastmittelgefüllte Pixel eine dreidimensionale Position rückzuprojizieren. Das bedeutet, zu jedem Zeitpunkt werden die beiden senkrecht zueinander stehenden zweidimensionalen Bilder ausgewertet, um die dreidimensionale Position darauf zu sehender bereits oder noch Kontrastmittel gefüllter Gefäße bzw. Gefäßabschnitte zu ermitteln. Dies geschieht in Schritt 22. Zu jedem Zeitpunkt existieren dann also kontrastmittelgefüllten Voxeln des Rekonstruktionsdatensatzes 19 zugeordnete Informationen, ob schon oder noch Kontrastmittel an dieser Position vorlag. Die ermittelte Flussinformation 23 gibt also dreidimensional zeitabhängig an, wo schon oder noch Kontrastmittel im Gefäßsystem vorhanden war, was beispielsweise über eine einem oder mehreren das Vorliegen von Kontrastmittel anzeigenden Bildelementen (Voxeln) des Rekonstruktionsdatensatzes 19 zugeordnete Binärgröße abgebildet werden kann.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass Teilschritte des Schrittes 22 sich auch mit der Extrapolation bzw. Interpolation von in manchen Projektionsrichtungen überdeckten Blutgefäßen bzw. Blutgefäßabschnitten beschäftigen, bzw. vorab mit deren Identifikation. Nachdem auch in den Schritten 16 und 20 unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen wurde, lassen sich in einigen Projektionsrichtungen überdeckte Gefäße und Gefäßabschnitte identifizieren, zuordnen und Zeiträume bestimmen, in denen dort keine Information vorliegt. In diese Zeiträume lässt sich dann hinein interpolieren bzw. hinein extrapolieren. So wird ein vollständiger, die Anflutungsphase und die Ausflussphase abdeckender Datensatz als Flussinformationen 23 bestimmt.
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In einem Schritt 24 schließlich wird der Rekonstruktionsdatensatz 19 unter Berücksichtigung der Flussinformation 23 animiert. Das bedeutet, für jeden der Zeitpunkte werden modifizierte Rekonstruktionsdatensätze erzeugt, die den Füllzustand zu diesem Zeitpunkt zeigen, beispielsweise durch Multiplikation der Binärgröße mit den Bilddaten der zugeordneten Pixel. Es ergeben sich also für jeden Zeitpunkt modifizierte Rekonstruktionsdatensätze, die, hintereinander angezeigt, ein vierdimensionales, also bewegtes Bild des Kontrastmittelflusses in dem Gefäßsystem ergeben, welches als vierdimensionaler Angiographie-Datensatz 25 abgespeichert wird. Wurde davor durch Segmentierung einer die Ränder der Gefäße des Gefäßsystems als eine dreidimensionale Darstellung ermittelt, kann diese dem dimensionalen Angiographie-Datensatz 25 überlagert dargestellt werden, sodass sich für ein Benutzer leicht ersehen lässt, wie in der Anflutungsphase die Gefäße des Blutgefäßsystems aufgefüllt werden und in der Ausflussphase der Kontrastmittelbolus das Blutgefäßsystem wieder verlässt. Der vierdimensionale Angiographie-Datensatz zeigt also dass Durchfließen des dreidimensionalen Volumens des Gefäßsystems durch den Kontrastmittelbolus über die Zeit.
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Es sei abschließend noch angemerkt, dass die Winkel αi und αo fest vorgegeben sein können, es ist jedoch auch denkbar, diese durch einen Benutzer einstellbar zu gestalten, wobei insbesondere empirisch sinnvolle Winkel verwendet werden können. Dies gilt auch für ggf. zu verwendende Aufnahmepausen und die Entscheidung, ob während Aufnahmepausen die C-Bögen 2 und 3 weiterrotiert werden oder nicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte 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.