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DE102020216557A1 - Verfahren und Datenverarbeitungssystem zum Bereitstellen einer respiratorischen Information - Google Patents

Verfahren und Datenverarbeitungssystem zum Bereitstellen einer respiratorischen Information Download PDF

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DE102020216557A1
DE102020216557A1 DE102020216557.2A DE102020216557A DE102020216557A1 DE 102020216557 A1 DE102020216557 A1 DE 102020216557A1 DE 102020216557 A DE102020216557 A DE 102020216557A DE 102020216557 A1 DE102020216557 A1 DE 102020216557A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Empfangen von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge betreffen,- Berechnen jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,- Berechnen jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,- Berechnen eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird,- Generieren der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte,- Bereitstellen der respiratorischen Information.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer respiratorischen Information. Die Erfindung betrifft ferner ein Datenverarbeitungssystem, ein medizinisches Bildgebungsgerät, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.
  • Bei der Lungenkrankheit COVID 19, die durch ein neuartiges Coronavirus verursacht wird, kommt es immer wieder zu sehr schweren Verläufen und Todesfällen. Im Gegensatz zu anderen Lungenentzündungen ist dabei auffällig, dass die Sauerstoffsättigung bzw. der Sauerstoffpartialdruck im Blut (pO2) sehr stark abfällt, obwohl die Lungenfunktion (speziell Compliance) noch gut ist und nur Teile der Lunge betroffen sind.
  • Nach aktuellem Kenntnisstand liegt dem ein Ausfall des Euler-Liljestrand-Reflex zu Grunde. Beim Gesunden, aber auch anderen Pneumonien, regelt dieser Reflex die Perfusion von Teilen der Lunge, die nicht an der Ventilation teilnehmen (weil ein Infiltrat vorliegt, sich also Wasser in der Lunge befindet) herunter. Dies verhindert, dass viel Blut durch die Lungenareale fließt, welche keinen Sauerstoff enthalten und dann, ohne Sauerstoff aufzunehmen, wieder in den Körperkreislauf gelangt.
  • Bei COVID 19 ist dieser Reflex gestört, daher strömt eine große Menge Blut durch die Lunge und wird nicht oxygeniert (Shunteffekt). Worauf diese Störung basiert, ist bisher nicht klar.
  • Dieser Shunteffekt führt zu einem starken Abfall der arteriellen Sauerstoffsättigung und auch zu einer hohen Belastung des Herzens, weil entsprechend mehr Blut gepumpt werden muss, um Sauerstoff zu den Organen zu bringen. Dies tritt teilweise bereits bei Patienten auf, die nur kleinere Infiltrate haben. Speziell Patienten mit kardialen Vorerkrankungen sind dabei besonders gefährdet, dadurch an Herzversagen zu sterben, obwohl die Beatmungsparameter durchaus noch im akzeptablen Bereich sind.
  • Dem gegenüber steht die spätere Phase der Erkrankung, wenn die Lunge gleichmäßiger befallen ist und die Sauerstoffsättigung eher durch eine fehlende Diffusionskapazität schlecht ist, wobei dann auch die Beatmungsparameter (z.B. Compliance) schlecht werden.
  • Daher ist es wichtig, diesen Shunteffekt zu erfassen und zu quantifizieren, um eine korrekte Therapie vornehmen zu können. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Bestimmung einer respiratorischen Information zu ermöglichen.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Empfangen von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge betreffen,
    • - Berechnen jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - Berechnen jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - Berechnen eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird,
    • - Generieren der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte,
    • - Bereitstellen der respiratorischen Information.
  • Insbesondere können beim Berechnen des gewichteten Mittels der Ventilationswerte die mit dem entsprechenden Perfusionsanteil gewichteten Ventilationswerte über alle Regionen aufsummiert werden.
  • Die respiratorische Information kann insbesondere das gewichtete Mittel der Ventilationswerte aufweisen und/oder sein.
  • Das gewichtete Mittel der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge kann insbesondere ein gewichtetes arithmetisches Mittel der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge sein. Das gewichtete Mittel der Ventilationswerte kann beispielsweise berechnet werden, indem eine Summe von Produkten aus dem Perfusionsanteil einer Region des Satzes von Regionen und dem Ventilationswert der Region des Satzes von Regionen über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge durch die Summe der Perfusionsanteile über alle Regionen des Satzes von Regionen geteilt wird.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Shuntvolumen der Lunge basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte berechnet wird, wobei die respiratorische Information das Shuntvolumen der Lunge betrifft.
  • Die respiratorische Information kann insbesondere in Form von respiratorischen Informationsdaten generiert und/oder bereitgestellt werden. Die respiratorische Information kann beispielsweise einen pulmonalen Gasaustausch, insbesondere eine pulmonale Oxygenierung von Blut und/oder eine pulmonale Ventilation, betreffen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die respiratorische Information eine Sauerstoffsättigung betrifft, insbesondere eine bei einem bestimmten Herzminutenvolumen zu erwartende Sauerstoffsättigung betrifft.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die respiratorische Information eine Sauerstofftransportkapazität betrifft, insbesondere eine aktuelle Sauerstofftransportkapazität und/oder eine maximale Sauerstofftransportkapazität betrifft.
  • Die respiratorische Information kann insbesondere das Shuntvolumen der Lunge aufweisen und/oder sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die respiratorische Information ein Ergebnis eines Vergleichs des Shuntvolumens der Lunge mit einem Schwellwert für das Shuntvolumen der Lunge betrifft.
  • Das Shuntvolumen der Lunge kann insbesondere ein relatives Shuntvolumen der Lunge sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Summe aus dem relativen Shuntvolumen und dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte von den Perfusionsanteilen und den Ventilationswerten des Satzes von Regionen unabhängig ist, insbesondere gleich einer Konstanten ist, beispielweise gleich Eins ist. Im letztgenannten Fall kann das relative Shuntvolumen beispielsweise basierend auf der folgenden Formel berechnet werden: S V % = 1 − ∑ n = 1 x ( V n % ⋅ P n )
    Figure DE102020216557A1_0001
  • Dabei ist SV% das relative Shuntvolumen, x die Anzahl der Regionen des Satzes von Regionen, Vn% der Ventilationswert der n-ten Region des Satzes von Regionen und Pn der Perfusionsanteil der n-ten Region des Satzes von Regionen, wobei die Summe der Perfusionsanteile Pn über alle x Regionen gleich Eins ist.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Satz von Regionen paarweise disjunkt ist und/oder die Lunge überdeckt.
  • Der Satz von Regionen der Lunge kann insbesondere auf einer funktionellen Einteilung und/oder einer Segmentierung der Lunge basieren. Der Satz von Regionen der Lunge kann beispielsweise auf einer Einteilung der Lunge in Lungenlappen, Lungensegmente oder in Stromgebiete von Gefäßen basieren.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass jede Region des Satzes von Regionen der Lunge ein entsprechendes Voxel oder eine entsprechende Voxelgruppe eines medizinischen Bilddatensatzes, der die Lunge betrifft, ist.
  • Der medizinische Bilddatensatz kann beispielsweise in den Bildgebungsdaten enthalten sein oder basierend auf den Bildgebungsdaten generiert werden.
  • Ein Einteilungsdatensatz, welcher eine Einteilung der Lunge in die Regionen des Satzes von Regionen der Lunge betrifft, kann beispielsweise in den Bildgebungsdaten enthalten sein oder basierend auf den Bildgebungsdaten generiert werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Lunge ein rechter Lungenflügel ist, dass die Lunge ein linker Lungenflügel ist, dass die Lunge aus einem rechten Lungenflügel und einem linken Lungenflügel besteht oder dass die Lunge einen rechten Lungenflügel und/oder einen linken Lungenflügel aufweist.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass für jede Region des Satzes von Regionen der Perfusionsanteil dieser Region einen Anteil dieser Region an einer Gesamtperfusion der Lunge betrifft. Insbesondere kann für jede Region des Satzes von Regionen der Perfusionsanteil dieser Region ein Anteil dieser Region an einer Gesamtperfusion der Lunge sein.
  • Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Perfusionsanteil dieser Region ein absoluter Anteil dieser Region an einer Gesamtperfusion der Lunge sein, insbesondere derart sein, dass die Summe der Perfusionsanteile über alle Regionen gleich einem absoluten Wert der Gesamtperfusion ist.
  • Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Perfusionsanteil dieser Region ein relativer Anteil dieser Region an einer Gesamtperfusion der Lunge sein, insbesondere derart sein, dass die Summe der Perfusionsanteile über alle Regionen gleich Eins ist.
  • Insbesondere können Perfusionsdaten, welche die Lunge betreffen, empfangen werden. Die Perfusionsdaten können beispielsweise basierend auf einer Perfusionsuntersuchung der Lunge ermittelt werden. Das Verfahren zum Bereitstellen der respiratorischen Information kann beispielsweise ein Durchführen der Perfusionsuntersuchung der Lunge umfassen. Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge jeweils ein Perfusionsanteil basierend auf den Perfusionsdaten und den Einteilungsdaten berechnet werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass für jede Region des Satzes von Regionen der Ventilationswert dieser Region ein Quotient aus einem mittleren Grauwert dieser Region und einem Referenz-Grauwert ist.
  • Bei der Computertomographie kann der Grauwert als CT-Dichte in Hounsfield-Einheiten angegeben werden. Die CT-Dichte kann als Maß dafür verwendet werden, wieviel Wasser sich in der jeweiligen Region befindet. Je höher der Wassergehalt eines Lungenanteils ist, desto weniger trägt dieser Lungenanteil zum Gasaustausch bei, da sich die Diffusionsstrecke für den Sauerstoff durch das Wasser in den Alveolen verlängert.
  • Der Grauwert wird durch den Referenz-Grauwert geteilt. Bei einer normalen Lungendichte mit -900 HU ist der relative Wert der Ventilation gleich 100%. Bei reinem Wasser mit 0 HU findet keine Ventilation statt und der relative Wert der Ventilation ist gleich 0 %. Dies dient als relatives Maß zur Abschätzung des Gasaustauschs. Analog kann der Gasaustausch aus Szintigraphie-Daten oder aus MR-Daten oder aus einer Kombination derselben abgeschätzt werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass für jede Region des Satzes von Regionen der Ventilationswert dieser Region ein Maß für einen pulmonalen Gasaustausch in dieser Region betrifft. Insbesondere kann für jede Region des Satzes von Regionen der Ventilationswert dieser Region ein Maß für einen pulmonalen Gasaustausch in dieser Region sein.
  • Dem pulmonalen Gasaustausch kann beispielsweise eine Ventilation und/oder eine Diffusionskapazität zugrunde liegen.
  • Insbesondere können Ventilationsdaten, welche die Lunge betreffen, empfangen werden. Die Ventilationsdaten können beispielsweise basierend auf einer Ventilationsuntersuchung der Lunge ermittelt werden. Das Verfahren zum Bereitstellen der respiratorischen Information kann beispielsweise ein Durchführen der Ventilationsuntersuchung der Lunge umfassen. Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge jeweils ein Ventilationswert basierend auf den Ventilationsdaten und den Einteilungsdaten berechnet werden.
  • Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Ventilationswert dieser Region ein absoluter Wert der Ventilation dieser Region sein. Beispielsweise kann für jede Region des Satzes von Regionen der Ventilationswert dieser Region ein relativer Wert der Ventilation dieser Region sein. Beispielsweise kann der absolute Wert der Ventilation gleich dem Produkt aus dem relativen Wert der Ventilation und einem Referenz-Ventilationswert sein.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass Kalibrierungsdaten empfangen werden, welche eine Zuordnung von Werten für den pulmonalen Gasaustausch zu Ventilationswerten betreffen, wobei für jede Region des Satzes von Regionen ein Wert für einen pulmonalen Gasaustausch in dieser Region basierend auf dem Ventilationswert dieser Region und den Kalibrierungsdaten berechnet wird.
  • Die CT-Dichte kann als ein indirektes Maß für die Belüftung einer Lungenregion verwendet werden. Die Belüftung der Lungenregion kann wiederum als ein indirektes Maß für den Gasaustausch verwendet werden. Da diese Zusammenhänge nicht immer linear abgebildet werden können, können Kalibrierungsdaten, beispielsweise in Form einer Kalibrierungskurve, verwendet werden, um aus dem Luftgehalt der Regionen ein Maß für den Gasaustausch zu gewinnen. Die Kalibrierungsdaten können insbesondere patientenspezifisch sein.
  • Die Kalibrierungsdaten können insbesondere basierend auf einem Vergleich zwischen Untersuchungsergebnissen für einen Patienten, die mittels verschiedener Modalitäten ermittelt wurden, generiert werden. Beispielsweise können die Kalibrierungsdaten basierend auf einem Vergleich einer Ventilationsszintigraphie im SPECT mit einer CT-Untersuchung und/oder basierend auf einem Vergleich einer Blutgasanalyse mit einer Bildgebungsuntersuchung generiert werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die respiratorische Information basierend auf den Werten für den pulmonalen Gasaustausch generiert wird und/oder dass das Shuntvolumen der Lunge basierend auf den Werten für den pulmonalen Gasaustausch berechnet wird.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bildgebungsdaten funktionelle Bildgebungsdaten, welche die Lunge betreffen, enthalten, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Perfusionsanteil dieser Region basierend auf den funktionellen Bildgebungsdaten berechnet wird.
  • Die funktionellen Bildgebungsdaten können beispielsweise Perfusionsdaten enthalten. Die Perfusionsdaten können beispielsweise aus einer Gruppe gewählt sein, die aus CT-Perfusionsdaten, MR-Perfusionsdaten, SPECT-Perfusionsdaten, Szintigraphie-Perfusionsdaten und Kombinationen daraus besteht.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bildgebungsdaten morphologische Bildgebungsdaten, welche die Lunge betreffen, enthalten, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Ventilationswert dieser Region basierend auf den morphologischen Bildgebungsdaten berechnet wird.
  • Insbesondere können die CT-Perfusionsdaten und die CT-Morphologiedaten basierend auf derselben CT-PerfusionsUntersuchung generiert werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bildgebungsdaten spektrale CT-Bildgebungsdaten, welche die Lunge betreffen, enthalten, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den spektralen CT-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  • Die spektralen CT-Bildgebungsdaten können beispielsweise auf Dual-Energy-CT-Bildgebung und/oder Photon-Counting-CT-Bildgebung basieren. Die spektralen CT-Bildgebungsdaten könne insbesondere mittels eines spektralen CT-Scans der Lunge akquiriert werden.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die funktionellen Bildgebungsdaten basierend auf den spektralen CT-Bildgebungsdaten berechnet werden und/oder dass die morphologischen Bildgebungsdaten basierend auf den spektralen CT-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bildgebungsdaten SPECT/CT-Bildgebungsdaten, welche die Lunge betreffen, enthalten, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den SPECT/CT-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  • Insbesondere können die SPECT/CT-Bildgebungsdaten SPECT-Perfusionsdaten und CT-Morphologiedaten aufweisen.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die funktionellen Bildgebungsdaten basierend auf den SPECT/CT-Bildgebungsdaten, beispielsweise basierend auf den SPECT-Perfusionsdaten, berechnet werden und/oder dass die morphologischen Bildgebungsdaten basierend auf den SPECT/CT-Bildgebungsdaten, beispielsweise basierend auf den CT-Morphologiedaten, berechnet werden.
  • Insbesondere kann eine Kombination aus Szintigraphie-Bildgebungsdaten und CT-Bildgebungsdaten analog zu SPECT/CT-Bildgebungsdaten verwendet werden.
  • Ebenfalls geeignet zur Bestimmung von Ventilation und Perfusion der Lunge ist die V/Q Szintigraphie, also die Kombination von Ventilationsszintigraphie (mit einem Aerosol oder gasförmigen Radiopharmazeutikum) und Perfusionsszintigraphie (mit einem IV verabreichten Radiopharmazeutikum).
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Bildgebungsdaten Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten, welche die Lunge betreffen, enthalten,
    • - wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  • Die Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten können beispielsweise auf Fourier-Dekompositions-MR-Bildgebung basieren.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die funktionellen Bildgebungsdaten basierend auf den Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten berechnet werden und/oder dass die morphologischen Bildgebungsdaten basierend auf den Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass physiologische Daten, welche einen Kreislauf und/oder eine Beatmung eines Patienten, insbesondere des Patienten, der die Lunge aufweist, betreffen, empfangen werden, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Perfusionsanteil dieser Region und/oder der Ventilationswert dieser Region ferner basierend auf den physiologischen Daten berechnet wird.
  • Die physiologischen Daten können insbesondere Kreislaufparameter, beispielsweise in Form eines Herzminutenvolumens, und/oder Beatmungsparameter, beispielsweise in Form einer Sauerstoffgabe und/oder einer Sauerstoffaufnahme, enthalten. Damit können insbesondere absolute Werte für die Perfusionsanteile und/oder Ventilationswerte berechnet werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Datenverarbeitungssystem zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, das Datenverarbeitungssystem aufweisend:
    • - eine Empfangskomponente zum Empfangen von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge betreffen,
    • - eine Berechnungskomponente zum Berechnen jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - eine Berechnungskomponente zum Berechnen jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - eine Berechnungskomponente zum Berechnen eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen der Lunge, wobei für jede Region des Satzes von Regionen der Lunge der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird,
    • - eine Generierungskomponente zum Generieren der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte,
    • - eine Bereitstellungskomponente zum Bereitstellen der respiratorischen Information.
  • Das Datenverarbeitungssystem kann insbesondere zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Bildgebungsgerät, aufweisend das erfindungsgemäße Datenverarbeitungssystem.
  • Das medizinische Bildgebungsgerät kann beispielsweise aus der Bildgebungsmodalitäten-Gruppe gewählt sein, welche aus einem Röntgengerät, einem C-Bogen-Röntgengerät, einem Computertomographiegerät (CT-Gerät), einem Szintigraphiegerät, einem Einzelphotonen-Emissions-Computertomographiegerät (SPECT-Gerät), einem Positronen-Emissions-Tomographiegerät (PET-Gerät), einem Magnetresonanztomographiegerät (MR-Gerät) und Kombinationen daraus, insbesondere einem SPECT-CT-Gerät, besteht. Das medizinische Bildgebungsgerät kann ferner eine Kombination einer Bildgebungsmodalität, die beispielsweise aus der Bildgebungsmodalitäten-Gruppe gewählt ist, und einer Bestrahlungsmodalität aufweisen. Dabei kann die Bestrahlungsmodalität beispielsweise eine Bestrahlungseinheit zur therapeutischen Bestrahlung aufweisen.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Bildgebungsdaten medizinische Bildgebungsdaten sind und/oder dass die Bildgebungsdaten mittels des medizinischen Bildgebungsgeräts akquiriert werden.
  • Das Verfahren zum Bereitstellen der respiratorischen Information kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit eines Datenverarbeitungssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden.
  • Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise das Computerprogramm sein oder neben dem Computerprogramm mindestens einen zusätzlichen Bestandteil umfassen. Der mindestens eine zusätzliche Bestandteil des Computerprogrammprodukts kann als Hardware und/oder als Software ausgebildet sein.
  • Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise ein Speichermedium, auf dem zumindest ein Teil des Computerprogrammprodukts gespeichert ist, und/oder ein Schlüssel zur Authentifizierung eines Benutzers des Computerprogrammprodukts, insbesondere in Form eines Dongles, aufweisen. Das Computerprogrammprodukt und/oder das Computerprogramm kann beispielsweise ein Cloud-Anwendungs-Programm aufweisen, welches zum Verteilen von Programmabschnitten des Computerprogramms auf verschiedene Verarbeitungseinheiten, insbesondere verschiedene Computer, eines Cloud-Computing-Systems ausgebildet ist, wobei jede der Verarbeitungseinheiten zum Ausführen eines oder mehrerer Programmabschnitte des Computerprogramms ausgebildet ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Datenverarbeitungssystem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden.
  • Auf dem computerlesbaren Speichermedium kann beispielsweise das Computerprogrammprodukt nach einer der Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung offenbart sind, und/oder das Computerprogramm nach einer der Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung offenbart sind, gespeichert sein. Das computerlesbare Speichermedium kann beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger Datenträger sein, der insbesondere lösbar mit dem Datenverarbeitungssystem verbunden oder fest in das Datenverarbeitungssystem integriert sein kann. Das computerlesbare Speichermedium kann beispielsweise einen Bereich des Speichersystems des Datenverarbeitungssystems bilden.
  • Das Datenverarbeitungssystem kann beispielsweise eine oder mehrere Komponenten in Form von Hardware und/oder eine oder mehrere Komponenten in Form von Software aufweisen. Das Datenverarbeitungssystem kann beispielsweise zumindest teilweise von einem Cloud-Computing-System gebildet sein. Das Datenverarbeitungssystem kann beispielsweise ein Cloud-Computing-System, ein Computernetzwerk, ein Computer, ein Tabletcomputer, ein Smartphone oder ähnliches oder eine Kombination davon sein und/oder aufweisen.
  • Die Hardware kann beispielsweise mit einer Software zusammenwirken und/oder mittels einer Software konfigurierbar sein. Die Software kann beispielsweise mittels der Hardware ausgeführt werden. Bei der Hardware kann es sich beispielsweise um ein Speichersystem, ein FPGA-System (Field-programmable gate array), ein ASIC-System (Application-specific integrated circuit), ein Mikrocontroller-System, ein Prozessorsystem und Kombinationen davon handeln. Das Prozessorsystem kann beispielsweise einen Mikroprozessor und/oder mehrere zusammenwirkende Mikroprozessoren aufweisen.
  • Die Schritte des Verfahrens können beispielsweise in einem Prozessor, insbesondere in Form von Berechnungen, ausgeführt werden.
  • Ein Datentransfer zwischen Komponenten des Datenverarbeitungssystems kann beispielsweise jeweils mittels einer geeigneten Datentransfer-Schnittstelle erfolgen. Die Datentransfer-Schnittstelle zum Datentransfer an und/oder von einer Komponente des Datenverarbeitungssystems kann zumindest teilweise in Form von Software und/oder zumindest teilweise in Form von Hardware realisiert sein. Die Datentransfer-Schnittstelle kann beispielsweise zum Abspeichern von Daten in und/oder zum Einlesen von Daten aus einem Bereich des Speichersystems ausgebildet sein, wobei auf diesen Bereich des Speichersystems eine oder mehrere Komponenten des Datenverarbeitungssystems zugreifen können.
  • Daten, insbesondere die Bildgebungsdaten, die Kalibrierungsdaten und/oder die physiologischen Daten, können beispielsweise empfangen werden, indem ein Signal, welches die Daten trägt, empfangen wird und/oder indem die Daten eingelesen werden, insbesondere aus einem computerlesbaren Speichermedium eingelesen werden. Daten, insbesondere die respiratorische Information, können beispielsweise bereitgestellt werden, indem ein Signal, welches die Daten trägt, übertragen wird und/oder indem die Daten in ein computerlesbares Speichermedium geschrieben werden und/oder indem die Daten auf einem Bildschirm angezeigt werden.
  • Im Rahmen der Erfindung können Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Verwendung, Vorrichtung, System, Anordnung usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Anspruch, der eine Vorrichtung betrifft, auch mit Merkmalen, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet werden und umgekehrt. Funktionale Merkmale eines Verfahrens können dabei durch entsprechend ausgebildete gegenständliche Komponenten ausgeführt werden. Neben den in dieser Anmeldung ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind vielfältige weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, zu denen der Fachmann gelangen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche vorgegeben ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu.
  • Es zeigen:
    • die 1 eine Lunge mit einem Satz von Regionen der Lunge,
    • die 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer respiratorischen Information,
    • die 3 ein Datenverarbeitungssystem zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, und
    • die 4 ein medizinisches Bildgebungsgerät.
  • Die 1 zeigt eine Lunge P mit einem Satz von Regionen R1, R2 der Lunge P, wobei der Satz von Regionen R1, R2 paarweise disjunkt ist und die Lunge P überdeckt. Gemäß diesem stark vereinfachten Beispiel ist vorgesehen, dass der linke Lungenflügel PL die Region R1 bildet und dass der rechte Lungenflügel PR die Region R2 bildet. Der Perfusionsanteil P1 der Region R1 ist gleich 40% der Gesamtperfusion der Lunge P, P1 = 0,4. Der Perfusionsanteil P2 der Region R2 ist gleich 60% der Gesamtperfusion der Lunge P, P2 = 0,6.
  • Für den Ventilationswert V1 der Region R1 und den Ventilationswert V2 der Region R2 gilt beispielsweise V1 = 20% und V2 = 80%, wenn die Lunge P krank ist. Dabei ergibt sich V1 = 20% aus einer durchschnittlichen CT-Dichte von -180 HU und V2 = 80% aus einer durchschnittlichen CT-Dichte von -720 HU bei einer Referenz-CT-Dichte von -900 HU.
  • Daraus ergibt sich das Shuntvolumen SV% der Lunge P, wenn die Lunge P krank ist, wie folgt: SV % = 1 − ( V 1 * P 1 + V 2 * P 2 ) = 1 − ( 20 % * 0,4 + 80 % * 0,6 ) = 1 − ( 0,08 + 0,48 ) = 44 % .
    Figure DE102020216557A1_0002
  • Das Shuntvolumen beträgt 44%, also nimmt nur 56% des durch die Lunge P fließenden Bluts am Gasaustausch teil. Die Kreislaufbelastung liegt also beim 1/56%, also ungefähr beim zweifachen des Normalen.
  • Für den Ventilationswert V1 der Region R1 und den Ventilationswert V2 der Region R2 gilt V1 = V2 = 100%, wenn die Lunge P gesund ist.
  • Daraus ergibt sich das Shuntvolumen SV% der Lunge P, wenn die Lunge P gesund ist, wie folgt: SV % = 1 − ( 100 % * 0,4 + 100 % * 0,6 ) = 0.
    Figure DE102020216557A1_0003
  • Das Shuntvolumen ist also gleich null, wenn die Lunge P gesund ist.
  • Die 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, das Verfahren umfassend
    • - ein Empfangen ED von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge P betreffen,
    • - ein Berechnen CP jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - ein Berechnen CV jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - ein Berechnen CM eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P, wobei für jede Region des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird,
    • - ein Generieren GS der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte,
    • - ein Bereitstellen BS der respiratorischen Information.
  • Die 3 zeigt ein Datenverarbeitungssystem 3 zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, das Datenverarbeitungssystem 3 aufweisend:
    • - eine Empfangskomponente ED-U zum Empfangen ED von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge P betreffen,
    • - eine Berechnungskomponente CP-U zum Berechnen CP jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - eine Berechnungskomponente CV-U zum Berechnen CV jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P basierend auf den Bildgebungsdaten,
    • - eine Berechnungskomponente CM-U zum Berechnen CM eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P, wobei für jede Region des Satzes von Regionen R1, R2 der Lunge P der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird,
    • - eine Generierungskomponente GS-U zum Generieren GS der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte,
    • - eine Bereitstellungskomponente BS-U zum Bereitstellen BS der respiratorischen Information.
  • Die 4 zeigt ein medizinisches Bildgebungsgerät 1, aufweisend das Datenverarbeitungssystem 3. Das medizinische Bildgebungsgerät 1 ist beispielhaft ein CT-Gerät, aufweisend eine Gantry 20 mit einem Tragrahmen 21, einem Kipprahmen 22, einem Rotor 24, einer Strahlungsquelle 26 zur Emission von Röntgenstrahlung 27 und einem Strahlungsdetektor 28 zum Detektieren der Röntgenstrahlung 27. Die Gantry 20 weist eine tunnelförmige Öffnung 9 auf, in der sich der Akquisitionsbereich 4 befindet. Das medizinische Bildgebungsgerät 1 weist ferner eine Patientenliege 10 mit einem Liegensockel 11 und einem Liegenbrett 12 zur Aufnahme des Patienten 13 auf.
  • Das medizinische Bildgebungsgerät 1 weist ferner einen Computer 30 mit einem Speicher 31, einer Datenübertragungsschnittstelle 32, einem Prozessor 33 und einer Benutzerschnittstelle mit einer Eingabevorrichtung 38 und einem Bildschirm 39 auf, wobei der Computer 30 das Datenverarbeitungssystem 3 bildet. Die respiratorische Information kann beispielsweise mittels des Bildschirms 39 angezeigt werden, insbesondere eingebettet in eine graphische Benutzeroberfläche GUI angezeigt werden.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Empfangen (ED) von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge (P) betreffen, - Berechnen (CP) jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) basierend auf den Bildgebungsdaten, - Berechnen (CV) jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) basierend auf den Bildgebungsdaten, - Berechnen (CM) eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P), wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird, - Generieren (GS) der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte, - Bereitstellen (BS) der respiratorischen Information.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, - wobei ein Shuntvolumen der Lunge (P) basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte berechnet wird, - wobei die respiratorische Information das Shuntvolumen der Lunge (P) betrifft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, - wobei der Satz von Regionen (R1, R2) paarweise disjunkt ist und die Lunge (P) überdeckt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Perfusionsanteil dieser Region einen Anteil dieser Region an einer Gesamtperfusion der Lunge (P) betrifft.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Ventilationswert dieser Region ein Quotient aus einem mittleren Grauwert dieser Region und einem Referenz-Grauwert ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Ventilationswert dieser Region ein Maß für einen pulmonalen Gasaustausch in dieser Region betrifft.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - wobei Kalibrierungsdaten empfangen werden, welche eine Zuordnung von Werten für den pulmonalen Gasaustausch zu Ventilationswerten betreffen, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) ein Wert für einen pulmonalen Gasaustausch in dieser Region basierend auf dem Ventilationswert dieser Region und den Kalibrierungsdaten berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, - wobei die Bildgebungsdaten funktionelle Bildgebungsdaten, welche die Lunge (P) betreffen, enthalten, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Perfusionsanteil dieser Region basierend auf den funktionellen Bildgebungsdaten berechnet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, - wobei die Bildgebungsdaten morphologische Bildgebungsdaten, welche die Lunge (P) betreffen, enthalten, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Ventilationswert dieser Region basierend auf den morphologischen Bildgebungsdaten berechnet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, - wobei die Bildgebungsdaten spektrale CT-Bildgebungsdaten, welche die Lunge (P) betreffen, enthalten, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den spektralen CT-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, - wobei die Bildgebungsdaten SPECT/CT-Bildgebungsdaten, welche die Lunge (P) betreffen, enthalten, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den SPECT/CT-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, - wobei die Bildgebungsdaten Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten, welche die Lunge (P) betreffen, enthalten, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Perfusionsanteil dieser Region und der Ventilationswert dieser Region basierend auf den Ventilations-Perfusions-MR-Bildgebungsdaten berechnet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, - wobei physiologische Daten, welche einen Kreislauf und/oder eine Beatmung eines Patienten (13) betreffen, empfangen werden, - wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Perfusionsanteil dieser Region und/oder der Ventilationswert dieser Region ferner basierend auf den physiologischen Daten berechnet wird.
  14. Datenverarbeitungssystem (3) zum Bereitstellen einer respiratorischen Information, das Datenverarbeitungssystem (3) aufweisend: - eine Empfangskomponente (ED-U) zum Empfangen (ED) von Bildgebungsdaten, welche eine Lunge (P) betreffen, - eine Berechnungskomponente (CP-U) zum Berechnen (CP) jeweils eines Perfusionsanteils für jede Region eines Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) basierend auf den Bildgebungsdaten, - eine Berechnungskomponente (CV-U) zum Berechnen (CV) jeweils eines Ventilationswerts für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) basierend auf den Bildgebungsdaten, - eine Berechnungskomponente (CM-U) zum Berechnen (CM) eines gewichteten Mittels der Ventilationswerte über alle Regionen des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P), wobei für jede Region des Satzes von Regionen (R1, R2) der Lunge (P) der Ventilationswert dieser Region mit dem Perfusionsanteil dieser Region gewichtet wird, - eine Generierungskomponente (GS-U) zum Generieren (GS) der respiratorischen Information basierend auf dem gewichteten Mittel der Ventilationswerte, - eine Bereitstellungskomponente (BS-U) zum Bereitstellen (BS) der respiratorischen Information.
  15. Medizinisches Bildgebungsgerät (1), aufweisend das Datenverarbeitungssystem (3) nach Anspruch 14.
  16. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit eines Datenverarbeitungssystems (3) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Datenverarbeitungssystem (3) ausgeführt werden.
  17. Computerlesbares Speichermedium, auf welchem von einem Datenverarbeitungssystem (3) lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Datenverarbeitungssystem (3) ausgeführt werden.
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