DE102022207026B3

DE102022207026B3 - Computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung eines ein Kontrastmittel zeigenden Röntgenbildes, Auswerteeinrichtung, Röntgeneinrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger

Info

Publication number: DE102022207026B3
Application number: DE102022207026.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Bernhardt; Bernhardt Meyer; Anke Siebert; Thomas Werncke
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2042-07-12
Also published as: US20240008831A1; CN117398115A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung eines ein Kontrastmittel in einer Hohlorganstruktur (2) zeigenden zweidimensionalen Röntgenbildes (1), umfassend folgende Schritte:- Segmentierung der Hohlorganstruktur (2) in dem Röntgenbild (1),- Bestimmung von Mittellinien (6) und Randbegrenzungen (7) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) und Ermittlung eines jeweiligen Durchmessers (8) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) entlang dessen Mittellinie (6),- Ermittlung eines die Absorptionsverstärkung durch das Kontrastmittel in dem Hohlorgan (3, 4, 5) im Vergleich zu einer Umgebung des Hohlorgans (3, 4, 5) in dem Röntgenbild (1) beschreibenden Bildabsorptionswerts entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5), insbesondere für jede Position entlang der Mittellinie (6), für die ein Durchmesser (8) ermittelt wurde,- für jeden Bildabsorptionswert Ermittlung eines theoretischen, bei voller Füllung des Hohlorgans (3, 4, 5) mit dem Kontrastmittel erwarteten Rechenabsorptionswerts unter Verwendung wenigstens des Durchmessers (8) und einer eine Zusammensetzung und/oder die Absorptionseigenschaften des Kontrastmittels beschreibenden Kontrastmittelinformation,- Bestimmung eines Füllungsgrades entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der Hohlorganstruktur (2) durch Vergleich des Bildabsorptionswertes mit dem Rechenabsorptionswert, und- Ausgabe einer die Füllungsgrade umfassenden Füllungsgradinformation.

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung eines ein Kontrastmittel in einer Hohlorganstruktur, insbesondere einem Blutgefäßbaum, in einem Aufnahmebereich eines Patienten zeigenden, mit einer Röntgeneinrichtung unter Verwendung von Röntgenstrahlung eines Röntgenspektrums aufgenommenen, zweidimensionalen Röntgenbildes. Daneben betrifft die Erfindung eine Auswerteeinrichtung, eine Röntgeneinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Der Einsatz von Kontrastmitteln in der Röntgenbildgebung ist im Stand der Technik weitgehend bekannt. Ein besonders gängiger Bestandteil von Kontrastmitteln ist dabei Jod. Jod absorbiert Röntgenstrahlung deutlich stärker als üblicherweise innerhalb eines Menschen vorkommende, sonstige Materialien, so dass ein starker Kontrast der mit dem Jod gefüllten Hohlorganstrukturen, insbesondere von Blutgefäßen, vorliegt. Insbesondere für den Fall von Jodunverträglichkeiten werden auch andere Kontrastmittel eingesetzt, beispielsweise Kohlendioxid beziehungsweise kohlendioxidhaltige Kontrastmittel. Im Allgemeinen existieren hierbei unterschiedliche Anwendungsgebiete, von denen beispielhaft die digitale Subtraktionsangiographie (DSA) zu nennen ist, in der Kontrastmittel als ein sogenannter Kontrastmittelbolus in zu untersuchende Blutgefäßbäume eines Patienten eingebracht werden, wobei bei der DSA Röntgenbilder mit und Röntgenbilder ohne Kontrastmittel aufgenommen werden und voneinander subtrahiert werden können, so dass nur die mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße verbleiben. Kontrastmittel wird jedoch auch anderweitig eingesetzt, um bestimmte Hohlorganstrukturen, besondere Blutgefäße in Blutgefäßbäumen, hervorzuheben, beispielsweise bei der fluoroskopischen Überwachung von insbesondere minimalinvasiven Eingriffen beziehungsweise bei anderweitiger radiographischer und/oder fluoroskopischer Untersuchung von Dynamiken, beispielsweise der Durchblutung bestimmter Gewebebereiche. Im Beispiel des Blutgefäßbaums bewegt sich das verabreichte Kontrastmittel mit dem Blut durch die Blutgefäße. Dieser Fluss des Kontrastmittels wird üblicherweise mittels einer Bildserie von Röntgenbildern bei Verwendung einer bestimmten Bildaufnahmerate (frame rate) gemessen. Dabei handelt es sich üblicherweise um zweidimensionale Röntgenbilder, wobei auch bereits dreidimensionale Kontrastmittel-Bildgebungsansätze vorgeschlagen worden sind, die jedoch selbstverständlich ebenso auf der Aufnahme von zweidimensionalen Röntgenbildern, beispielsweise Projektionsbildern aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen, basieren.
Aus der DE 10 2016 205 507 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer den Blutfluss in Kollateralen eines Blutgefäßsystems in einem Zielbereich eines Patienten beschreibenden Kollateralinformation bekannt. Die Kollateralinformation wird aus einem vierdimensionalen, in den Bildwerten den zeitlichen Durchfluss eines Kontrastmittels und/oder markierter Blutbestandteile durch den Zielbereich beschreibenden, mittels wenigstens einer medizinischen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Gefäßdatensatzes ermittelt.
Aus der DE 10 2019 220 147 A1 ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Verarbeitung von Röntgenaufnahmen bekannt. Dabei wird eine Sequenz von Röntgenaufnahmen eines Bildbereichs, in dem zumindest ein Abschnitt eines Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts abgebildet ist, bereitgestellt. Die Sequenz beschreibt einen zeitlichen Verlauf der erfassten Röntgenintensität im Bildbereich aufgrund einer Veränderung einer Kontrastmittelverteilung in dem Abschnitt des Gefäßsystems. Es wird eine die Kontrastmittelverteilung betreffende Kontrastmittelgröße in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs einer die Röntgenintensität betreffenden Größe in einem ausgewählten Teilbereich der Röntgenaufnahmen ermittelt. Eine eine Abbildung des Abschnitts des Gefäßsystems in Abhängigkeit wenigstens einer der Röntgenaufnahmen der Sequenz wird ermittelt und in Abhängigkeit der Kontrastmittelgröße zur Bereitstellung von Ausgangsdaten modifiziert.
Aus der CN 1 08 514 425 A ist ein Verfahren zum Scannen mit Kontrastmittelverfolgung bekannt. Dabei wird in einem Tracking-Layer-Bild einer einmaligen Kontrastmittel-Tracking-Abtastung ein innerer Blutgefäßbereich erkannt. Entsprechend zu dem inneren Blutgefäßbereich wird ein äußerer Blutgefäßbereich erhalten. Die Gesamtheit des inneren Blutgefäßbereichs und des äußeren Blutgefäßbereichs wird als Zielblutgefäßregion bestimmt. Der Kontrastmittelkonzentrationswert der Zielblutgefäßregion wird überwacht, und wenn der Kontrastmittelkonzentrationswert einen Zielkonzentrationswert erreicht, wird das Scannen gestartet.
Für die bestmögliche Sichtbarkeit des Kontrastmittels und somit der Hohlorgane der Hohlorganstruktur ist es hilfreich, einen hohen Füllungsgrad des Hohlorgans mit dem Kontrastmittel zu erreichen, nachdem auf diese Weise die höchsten Kontraste im Röntgenbild erhalten werden. Dabei kann die Menge des Kontrastmittels und somit der Füllgrad durch den Fülldruck bei der Verabreichung des Kontrastmittels gesteuert werden, was üblicherweise manuell geschieht oder aber unter Nutzung einer automatischen Kontrastmittelgabeeinrichtung, beispielsweise eines Kontrastmittelinjektors. Ist jedoch der Füllungsdruck zu hoch, besteht auch die Gefahr von Schäden am Hohlorgan, beispielsweise einer Ruptur eines Blutgefäßes, nachdem das Hohlorgan nur das fassen kann, was es normalerweise auch transportiert, beispielsweise nur das Blut, das im normalen Blutfluss transportiert wird.
Bei der manuellen Gabe von Kontrastmitteln kann der Füllungsdruck beispielsweise aufgrund des entstehenden mechanischen Feedbacks gesteuert werden, wobei als eine weitere Möglichkeit der Kontrast des Hohlorgans in einem bereits während der Verabreichung aufgenommenen Röntgenbild dienen kann. Während die erstgenannte Vorgehensweise jedoch eine große Menge an Erfahrung voraussetzt, hängt das Erscheinungsbild eines Röntgenbildes auch stark von anderen Parametern ab, die berücksichtigt werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere echtzeitfähiges Feedback nach einer Kontrastmittelgabe bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein computerimplementiertes Verfahren, eine Auswerteeinrichtung, eine Röntgeneinrichtung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art umfasst erfindungsgemäß folgende Schritte:

- Segmentierung der Hohlorganstruktur in dem Röntgenbild,
- Bestimmung von Mittellinien und Randbegrenzungen der segmentierten Hohlorganstruktur und Ermittlung eines jeweiligen Durchmessers jedes Hohlorgans in der segmentierten Hohlorganstruktur entlang dessen Mittellinie,
- Ermittlung eines die Absorptionsverstärkung durch das Kontrastmittel in dem Hohlorgan im Vergleich zu einer Umgebung des Hohlorgans in dem Röntgenbild beschreibenden Bildabsorptionswerts entlang der Mittellinie jedes Hohlorgans, insbesondere für jede Position entlang der Mittellinie, für die ein Durchmesser ermittelt wurde,
- für jeden Bildabsorptionswert Ermittlung eines theoretischen, bei voller Füllung des Hohlorgans mit dem Kontrastmittel erwarteten Rechenabsorptionswerts unter Verwendung wenigstens des Durchmessers und einer eine Zusammensetzung und/oder die Absorptionseigenschaften des Kontrastmittels beschreibenden Kontrastmittelinformation,
- Bestimmung eines Füllungsgrades entlang der Mittellinie jedes Hohlorgans der Hohlorganstruktur durch Vergleich des Bildabsorptionswertes mit dem Rechenabsorptionswert, und
- Ausgabe einer die Füllungsgrade umfassenden Füllungsgradinformation.

Die Erfindung schlägt mithin eine automatische Abschätzung von Füllungsgraden mit Kontrastmittel in den Hohlorganen der Hohlorganstruktur, insbesondere Blutgefäßen des Blutgefäßbaums, zum Zeitpunkt der Aufnahme des Röntgenbilds vor, die einfach umsetzbar ist, insbesondere in Echtzeit realisiert werden kann, und ein Feedback, beispielsweise an einen Benutzer, liefert. So erhält ein Benutzer, der das Kontrastmittel vor Aufnahme des Röntgenbildes selbst verabreicht hat, eine hervorragende Rückmeldung dahingehend, wie gut die Hohlorgane der Hohlorganstruktur gefüllt sind und wie groß seine Fähigkeiten bei der Gabe von Kontrastmittel bereits sind. Insbesondere kann er abschätzen, wie nah er an der optimalen Nutzung von Kontrastmitteln ist. Auf diese Weise muss der Benutzer nicht länger selber abschätzen, was aufgrund angezeigter Röntgenbilder immer schwieriger wird, da eine Vielzahl von Aufnahmetechniken und auch Bildnachbearbeitungsschritten verwendet werden. Insbesondere zielt die Bildverarbeitung heutzutage weniger auf die Darstellung tatsächlicher Absorptionskarten ab, sondern auf eine Interpretation der Röntgenbilder derart, dass alle relevanten Strukturen bereits bei der ersten Aufnahme ohne und mit Nachverarbeitungsschritte sehr gut sichtbar sind.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch denkbar, die Füllungsgradinformation zusätzlich oder alternativ an andere Auswerteeinheiten und/oder an Steuereinheiten weiterzugeben, um weitere, beispielsweise statistische, Informationen hieraus abzuleiten, Steuerprogramme für automatische Kontrastmittelgabeeinrichtungen zu verbessern und/oder die Ansteuerung von automatischen Kontrastmittelgabeeinrichtungen sogar zeitaktuell anzupassen, wie noch genauer dargelegt werden wird.
Insgesamt fördert die vorliegende Erfindung die optimalere Nutzung von Kontrastmitteln und reduziert dabei auch die Gefahr einer Beschädigung der Hohlorgane.
Die Erfindung nutzt hierbei die Tatsache aus, dass es hinsichtlich der Segmentierung von Hohlorganstrukturen, insbesondere Blutgefäßbäumen, inzwischen eine große Vielzahl von Möglichkeiten gibt, genau wie für die Bestimmung von Mittellinien (Centerlines), Durchmessern und dergleichen, die teilweise in Echtzeit umsetzbar sind und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden können. Bekannte Segmentierungsansätze, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen beispielsweise schwellwertbasierte Ansätze, „Region-Growing“-Ansätze, die Verwendung von Klassifizierern und/oder durch anatomische Atlanten unterstützte Methoden. Insbesondere können für die Schritte der Segmentierung und der Bestimmung der Mittellinien und Randbegrenzungen sowie der Durchmesser wenigstens teilweise auch trainierte Funktionen der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden, beispielsweise neuronale Netze, insbesondere Convolutional Neural Networks (CNN). Diese erlauben eine besonders schnelle Bildauswertung und Analyse.
Zwar sei an dieser Stelle angemerkt, dass in die Segmentierung sowie gegebenenfalls die Bestimmung von Mittellinien, Randbegrenzungen und Durchmessern neben dem Röntgenbild durchaus auch Zusatzinformationen eingehen können. Beispielsweise ist es grundsätzlich denkbar, nicht allein auf einzelnen zweidimensionalen Röntgenbildern zu arbeiten, sondern auch andere Röntgenbilder einer Serie von Röntgenbildern unterstützend heranzuziehen. In derartigen Ausgestaltungen ist es grundsätzlich auch möglich, wenn Röntgenbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen vorliegen, auf rekonstruierten, dreidimensionalen Bilddatensätzen zu arbeiten, beispielsweise also auch eine dreidimensionale Segmentierung vorzunehmen, deren Auswirkungen auf die zweidimensionalen Röntgenbilder aufgrund der bekannten Projektionsgeometrien leicht herleitbar sind. Das bedeutet, Randbegrenzungen, Mittellinien und/oder Durchmesser lassen sich vom dreidimensionalen Raum wieder in den zweidimensionalen Raum der Röntgenbilder rückrechnen. Insbesondere im Hinblick auf potentielle Überlagerungen von Hohlorganen, insbesondere Blutgefäßen sind ferner auch Ansätze denkbar, in denen, beispielsweise mit einer Biplan-Röntgeneinrichtung, Röntgenbilder gleichzeitig aus unterschiedlichen, insbesondere in einem 90°-Winkel zueinanderstehenden, Aufnahmegeometrien aufzunehmen und hieraus Gefäßverläufe im Gefäßbaum verbessert ableiten zu können. Grundsätzlich ist es jedoch selbstverständlich auch denkbar und mit modernen Methoden robust durchführbar, eine Segmentierung direkt in dem zweidimensionalen Röntgenbild vorzunehmen. Auch hierbei können jedoch selbstverständlich Zusatzinformationen berücksichtigt werden, beispielsweise Segmentierungsergebnisse für vorangehend aufgenommene Röntgenbilder, sonstige Vorabaufnahmen des Patienten und/oder anatomische Atlanten.
Dabei kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung insgesamt zweckmäßig sein, die Hohlorgane als rund anzunehmen. Insbesondere kann mithin vorgesehen sein, dass die Ermittlung des Durchmessers in der segmentierten Hohlorganstruktur und/oder des Rechenabsorptionswerts unter Annahme eines kreisförmigen Querschnitts des jeweiligen Hohlorgans erfolgt. Auf diese Weise ist nicht nur eine einfache Rechnung möglich, sondern es muss auch nur ein Kennwert, der eine Durchmesser, an jeder entsprechenden Position entlang der Mittellinien vorgehalten werden.
Neben der Bestimmung der Mittellinie und des Durchmessers wird das Segmentierungsergebnis auch genutzt, um die tatsächlich im Röntgenbild sichtbare Absorption durch das Kontrastmittel zu vermessen. Hierzu wird ein Bildabsorptionswert bestimmt, der letztlich aussagt, um wie viel stärker durch das Kontrastmittel die Röntgenabsorption im Hohlorgan ausfällt als, insbesondere unmittelbar, daneben, also in der Umgebung. Dabei sieht eine besonders einfach umsetzbare Ausgestaltung vor, dass zur Ermittlung des Bildabsorptionswerts das Verhältnis des Betrags der Differenz eines Hohlorganbildwertes in einem wenigstens einen Bildpunkt umfassenden Mittellinienbereich um die Mittellinie und einem Umgebungsbildwert in einem wenigstens einen Bildpunkt umfassenden, außerhalb der segmentierten Hohlorganstruktur liegenden Referenzbereich zu dem Umgebungsbildwert des Referenzbereichs ermittelt wird. Dabei ist es für diesen Schritt wiederum von Nutzen, dass das Segmentierungsergebnis vorliegt, insbesondere auch die Information zur Randbegrenzung, da diese auch die Information darüber enthält, ob sich ein Bildpunkt innerhalb oder außerhalb der Hohlorganstruktur befindet. Der Umgebungsbildwert, der aussagt, wie viel Absorption in dem Patienten ohne Kontrastmittel vorliegt, gilt mithin als Referenz, aber auch als Basis, da diese Absorption, nachdem das Hohlorgan ja nicht den gesamten Patienten ausfüllt, auch für das Hohlorgan und somit Kontrastmittel durchquerende Röntgenstrahlen gegeben ist. Entsprechend wird vorgeschlagen, um den Anteil zusätzlicher Absorption durch das Kontrastmittel in der Hohlorganstruktur zu messen, die Differenz zwischen dem Bildwert in der Mitte des Hohlorgans, also dem Hohlorganbildwert, und von dem Bildwert außerhalb des Hohlorgans, also dem Umgebungsbildwert, zu bilden, der die Zusatzabsorption beschreibt. Diese Differenz wird in das Verhältnis zum Umgebungsbildwert gesetzt, so dass der Bildabsorptionswert letztlich beschreibt, welcher Anteil der Umgebungsabsorption zusätzlich im Hohlorgan durch das Kontrastmittel stattfindet.
In den Bildabsorptionswert gehen Bildwerte, insbesondere Grauwerte, von außerhalb und innerhalb der Hohlorganstruktur entsprechend ein. Es kann also gesagt werden, dass die Ermittlung des Bildabsorptionswerts in Abhängigkeit jeweils wenigstens eines Bildwerts innerhalb und außerhalb der segmentierten Hohlorganstruktur erfolgt. Hierbei werden zweckmäßigerweise entlang der Mittellinien diejenigen Positionen gewählt, für die auch ein Durchmesser bekannt ist, um dort die Ermittlung des Rechenabsorptionswerts einfacher durchführen zu können. Der Bildwert innerhalb des entsprechenden Hohlorgans kann dann entsprechend besonders bevorzugt an der Mittellinie an dieser Position genommen werden, während außerhalb der Hohlorganstruktur grundsätzlich an verschiedenen Orten gemessen werden kann, bevorzugt jedoch wenigstens ein Bildwert in unmittelbarer Umgebung des Hohlorgans an dieser Position seiner Mittellinie gewählt wird.
Hierbei ist es grundsätzlich denkbar, als Mittellinienbereich lediglich den die Mittellinie an der entsprechenden Position umfassenden Bildpunkt heranzuziehen, so dass der entsprechende Bildwert, insbesondere Grauwert, direkt vorliegt. Entsprechend kann auch außerhalb des Hohlorgans, insbesondere möglichst nah an dieser Position und somit dem den Mittellinienbereich bildenden Bildpunkt, ein einzelner Bildpunkt als Referenzbereich herangezogen werden. Zweckmäßig kann es jedoch auch sein, insbesondere, wenn eine statistische Zusammenfassung durchgeführt werden soll, mehrere Bildpunkte umfassende Mittellinienbereiche und/oder Referenzbereiche heranzuziehen. Dann kann vorgesehen sein, dass bei mehrere Bildpunkte umfassendem Mittellinienbereich der Hohlorganbildwert und/oder bei mehrere Bildpunkte umfassendem Referenzbereich der Umgebungsbildwert durch statistische, insbesondere gewichtete, Mittelung der Bildwerte des Röntgenbildes über diese Bildpunkte ermittelt wird. Dabei kann die Zweckmäßigkeit der Nutzung mehrerer Bildpunkte insbesondere auch von der räumlichen Auflösung des Röntgenbildes abhängen. Sollen mehrere Bildpunkte verwendet werden, können beispielsweise neun Bildpunkte oder sechzehn Bildpunkte herangezogen werden. Gegebenenfalls ist in diesem Zusammenhang auch eine Ausreißerdetektion denkbar.
Mit besonderem Vorteil kann der Referenzbereich insbesondere unmittelbar angrenzend an das Hohlorgan und/oder in einer durch den Mittellinienbereich verlaufenden Schnittebene, insbesondere senkrecht zu der Mittellinie, liegen. Bei einem zweidimensionalen Röntgenbild können beispielsweise senkrecht auf der Mittellinie stehende Geraden (als Teil solcher Schnittebenen) definiert werden, wobei entlang dieser Geraden von der Mittellinie aus, insbesondere um wenigstens den halben Durchmesser, fortgeschritten wird, bis die Umgebung des Hohlorgans und der Hohlorganstruktur gemäß dem Segmentierungsergebnis erreicht wird. Beispielsweise kann dann wenigstens der erste und/oder der zweite außerhalb der Hohlorganstruktur liegende Bildpunkt als Teil des Referenzbereichs herangezogen werden, was insbesondere auch beidseitig vorgenommen werden kann.
Aufgrund der in diesem konkreten Ausführungsbeispiel zur Ermittlung des Bildabsorptionswerts vorgenommenen Konstruktion entspricht der Bildabsorptionswert zumindest im Wesentlichen dem Ergebnis einer Anwendung des Lambert-Beer-Gesetzes auf die tatsächlich durchstrahlte Kontrastmittelmenge. Anders ausgedrückt beschreibt der Umgebungsbildwert die grundsätzliche Strahlungsintensität, welche durch das Kontrastmittel weiter abgeschwächt wird, und zwar um die beschriebene Differenz zwischen Umgebungsbildwert und Hohlorganbildwert. Der Quotient gibt somit zumindest im Wesentlichen das wieder, was durch das Lambert-Beer'sche Gesetz ausgedrückt wird, welches den Quotienten aus abgeschwächter Intensität und einfallender Intensität als Exponentialfunktion abhängig von der durchstrahlten Materialmenge bildet.
Entsprechend sieht eine auch allgemein zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass zur Ermittlung des Rechenabsorptionswerts das Lambert-Beer-Gesetz für Röntgenstrahlung des Röntgenspektrums, die eine dem Durchmesser entsprechende Strecke des Kontrastmittels der Kontrastmittelzusammensetzung durchquert, verwendet wird. Es wird also angenommen, dass das Hohlorgan, insbesondere das Blutgefäß, komplett mit Kontrastmittel gefüllt ist und die theoretische Absorption für diesen Füllungsgrad von 100% berechnet, wobei das verwendete Kontrastmittel und der Durchmesser des Hohlorgans, insbesondere unter Annahme einer perfekt zylindrischen Form, herangezogen werden. Damit ist eine einfache Berechnungsvorschrift gegeben, die eine äußerst schnelle Ermittlung des Rechenabsorptionswerts ermöglicht.
Wird der Bildabsorptionswert wie konkret vorgeschlagen als Quotient der Differenz und des Umgebungsbildwerts bestimmt und der Rechenabsorptionswert mittels des Lambert-Beer-Gesetzes, können beide Absorptionswerte unmittelbar verglichen werden. Insbesondere ergibt sich ein Füllungsgrad dann beispielsweise durch Division des Bildabsorptionswerts durch den Rechenabsorptionswert, mithin durch Division der gemessenen Absorption durch die erwartete Absorption.
Allgemein kann über die Beschreibung der Extinktion in dem Kontrastmittel durch einen Extinktionswert auch das durch eine Spektrumsinformation beschreibbare Röntgenspektrum berücksichtigt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass in der Spektrumsinformation auch bereits eine erfolgte Filterung im Strahlengang berücksichtigt ist. Während es im Rahmen des Lambert-Beer-Gesetzes grundsätzlich möglich ist, Extinktionswerte für unterschiedliche Spektrumsinformationen, beispielsweise umfassend eine Spannung der Röntgenröhre, mit der das Röntgenspektrum erzeugt wurde, als funktionalen Zusammenhang und/oder Look-Up-Tabelle bereitzustellen, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Vereinfachung denkbar, insbesondere dann, wenn sich der Extinktionswert mit der Spektrumsinformation wenig beziehungsweise nur langsam verändert. Dann kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Berücksichtigung des Röntgenspektrums jeweils Extinktionswerte für hochenergetische und niederenergetische Röntgenspektren bereitgestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einen Grenzwert für die Röhrenspannung zu definieren, oberhalb dessen hochenergetische Röntgenspektren erzeugt werden, unterhalb dessen jedoch niederenergetische Röntgenspektren. Derartige Ausgestaltungen sind insbesondere im Hinblick auf die Dualenergiebildgebung zweckmäßig, wenn zwei vordefinierte Spektren, beispielsweise ein hochenergetisches Spektrum und ein niederenergetisches Spektrum, verwendet werden.
Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Spektrumsinformation zur Berücksichtigung einer Strahlaufhärtung der Röntgenstrahlung durch den Patienten, insbesondere in Abhängigkeit einer relativen Lage des jeweiligen Hohlorgans in dem Patienten, modifiziert wird. Damit wird dem Zusammenhang Rechnung getragen, dass mit zunehmender Durchstrahlung des Patienten das Spektrum zu höheren Energien hin verschoben wird, was allgemein als Strahlaufhärtungseffekt beschrieben wird. Auch dieser kann berücksichtigt werden, wenn die relative Lage des Hohlorgans in dem Patienten abgeschätzt werden kann und somit auch berücksichtigt werden kann, wie stark die Strahlaufhärtung das Röntgenspektrum bereits verändert hat. Somit ist eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Füllungsgradinformation möglich. Diese Berücksichtigung der Strahlaufhärtung stellt eine zweckmäßige Berücksichtigung von weiteren Bildgebungseffekten bei der Abschätzung des Füllungsgrades dar. Dies kann auch allgemein vorteilhaft sein.
Mithin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung des Rechenabsorptionswerts und/oder des Bildabsorptionswerts wenigstens ein weiterer Bildgebungseffekt, insbesondere eine Strahlaufhärtung und/oder ein Streustrahlungseffekt, berücksichtigt werden. Während es grundsätzlich denkbar ist, bekannte Korrekturmaßnahmen auf das Röntgenbild anzuwenden, wird dies bei zweidimensionalen Röntgenbildern, bei denen der Absolutwert hinsichtlich der Schwächung oft nicht von Interesse ist, meist nicht durchgeführt. Dann kann die vorliegende Erfindung in diesem Zusammenhang vorsehen, zumindest für die Ermittlung des Füllungsgrades diese Korrekturen, insbesondere also eine Strahlaufhärtungkorrektur und/oder eine Streustrahlungskorrektur, dennoch auf das Röntgenbild anzuwenden. Jedoch kann bevorzugt die wenigstens eine entsprechende Korrektur auch bei der Ermittlung des Rechenabsorptionswerts eingebracht werden. Für die Strahlaufhärtung wurde ein entsprechender Ansatz hinsichtlich der Spektrumsinformation bereits beschrieben.
Zur Streustrahlungskorrektur kann mit besonderem Vorteil in einem konkreten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass ein, insbesondere das Verhältnis von Streustrahlung zu Gesamtsignal für den Referenzbereich beschreibender, prozentualer Korrekturwert ermittelt und der dem Korrekturwert entsprechende Anteil des insbesondere unter Verwendung des Lambert-Beer-Gesetzes ermittelten Rechenabsorptionswerts von diesem subtrahiert wird. In diesem Fall wird also ausgenutzt, dass eine im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Größe, die den prozentualen Anteil der Streustrahlung an dem Gesamtsignal am Detektor beschreibt und oft als „S/T“ bezeichnet wird, auf einfache Art zur Streustrahlungskorrektur eingesetzt werden kann. Denn bei der Ermittlung des Bildabsorptionswerts mögen Streustrahlungsanteile, wofür ein konstanter Offset angenommen werden kann, in der Differenz herausfallen, nicht aber im Umgebungsbildwert, so dass bei der Bildung des Verhältnisses mit dem (keine Streustrahlung berücksichtigenden) Rechenabsorptionswert eine Abweichung aufträte. Es lässt sich jedoch zeigen, dass diese Abweichung exakt wegfällt, wenn der Rechenabsorptionswert um einen Anteil seiner selbst reduziert wird, der dem Verhältnis von Streustrahlungssignal zum Gesamtsignal (Streustrahlungssignal plus Umgebungsbildwert) entspricht. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch denkbar, eine derartige Korrektur auf andere Art, beispielsweise multiplikativ hinsichtlich des Bildabsorptionswerts, anzubringen.
Mit besonderem Vorteil kann insbesondere dann, wenn eine manuelle Verabreichung des Kontrastmittels erfolgt war, die Füllungsgradinformation wenigstens teilweise auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere einer Anzeigeeinrichtung der Röntgeneinrichtung, angezeigt werden. Auf diese Weise erlangt der Benutzer Kenntnis vom Füllungsgrad und kann hieraus für zukünftige Kontrastmittelgaben lernen, erhält also ein direktes Feedback, wie gut seine Nutzung des Kontrastmittels ist.
Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Füllungsgrad, insbesondere farbkodiert, ortsaufgelöst im Röntgenbild und/oder einer aus der segmentierten Hohlorganstruktur hergeleiteten Hohlorganstrukturkarte überlagert angezeigt wird. Derartige aus Segmentierungsergebnissen herleitbare Hohlorganstrukturkarten sind grundsätzlich bereits bekannt, beispielsweise als Blutgefäßbaumkarte beziehungsweise „vessel map“. Es kann also insbesondere vorgesehen sein, die Füllungsgrade einer solchen Hohlorganstrukturkarte oder dem Röntgenbild selber zu überlagern, insbesondere farbkodiert. Dabei ist es in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt, wenn bei farbkodierter Anzeige bei Füllungsgraden oberhalb eines Schwellwerts, insbesondere 95-100%, Warnfarben, insbesondere Rottöne, verwendet werden. Auf diese Weise kann der Blick des Benutzers unmittelbar auf Bereiche gerichtet werden, in denen eine hervorragende oder ggf. auch zu starke Kontrastmittelfüllung vorliegt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Warnfarben für Füllungsgrade über 100% (wenn beispielsweise das Hohlorgan, insbesondere Blutgefäß, sogar gedehnt ist) verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass ein Maximalwert des Füllungsgrades als Zahl dargestellt wird. Diese Zahl kann beispielsweise ebenso gemeinsam mit einer Anzeige des Röntgenbildes und/oder einer Hohlorganstrukturkarte erfolgen, insbesondere am Rand beziehungsweise in einer Ecke des Bildes beziehungsweise der Karte und/oder in einem zugeordneten Anzeigebereich. Der maximale Füllungsgrad ist meist eine besonders relevante Information, die mit besonderem Vorteil zusätzlich bereitgestellt werden kann.
Wie bereits erwähnt kann die Füllungsgradinformation jedoch auch anderweitig genutzt werden, beispielsweise zur Auswertung an eine Auswerteeinheit weitergegeben werden, für spätere Betrachtungen angezeigt werden, zur Dokumentation verwendet werden und dergleichen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine automatische Kontrastmittelgabeeinrichtung, beispielsweise ein automatischer Kontrastmittelinjektor, verwendet wird. Dann kann beispielsweise basierend auf solchen Füllungsgradinformationen eine Optimierung von dessen Ansteuerung basierend auf der Füllungsgradinformation erfolgen.
Denkbar ist es jedoch auch, die Füllungsgradinformation unmittelbar in einer Steuerung und/oder Regelung zu berücksichtigen. So kann vorgesehen sein, dass die Füllungsgradinformation als Feedbackinformation an eine Steuereinheit einer das Kontrastmittel verabreichenden, automatischen Kontrastmittelgabeeinrichtung ausgeben wird, wo sie bei der Steuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung berücksichtig wird. Ist die bislang erfolge Kontrastmittelgabe beispielsweise Teil eines noch andauernden Kontrastmittelgabevorgangs, kann dann, wenn der Füllungsgrad bislang noch zu niedrig war, der Füllungsdruck automatisch für den weiteren Verlauf des Kontrastmittelgabevorgangs erhöht werden, um bessere Füllungsgrade zu erreichen. Gleichzeig kann bei zu hohem Füllungsdruck, beispielsweise Füllungsgraden über 100%, schnell reagiert werden und der Füllungsdruck durch Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung reduziert werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, wenn die Füllungsgradinformation in Echtzeit bereitgestellt werden kann, was insbesondere bei Nutzung von künstlicher Intelligenz sowie der hier beschriebenen einfachen Berechnungsansätze für die Absorptionswerte und den Füllungsgrad leicht erreicht werden kann.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines ein Kontrastmittel in einer Hohlorganstruktur, insbesondere einem Blutgefäßbaum, in einem Aufnahmebereich eines Patienten zeigenden, mit einer Röntgeneinrichtung unter Verwendung von Röntgenstrahlung eines Röntgenspektrums aufgenommenen, zweidimensionalen Röntgenbildern, welche aufweist:

- eine Segmentierungseinheit zur Segmentierung der Hohlorganstruktur in dem Röntgenbild,
- eine Messeinheit zur Bestimmung von Mittellinien und Randbegrenzungen der segmentierten Hohlorganstruktur und Ermittlung eines jeweiligen Durchmessers jedes Hohlorgans der segmentierten Hohlorganstruktur entlang dessen Mittellinie,
- eine erste Ermittlungseinheit zur Ermittlung eines die Absorptionsverstärkung durch das Kontrastmittel in dem Hohlorgan im Vergleich zu einer Umgebung des Hohlorgans in dem Röntgenbild beschreibenden Bildabsorptionswerts entlang der Mittellinie jedes Hohlorgans, insbesondere für jede Position entlang der Mittellinie, für die ein Durchmesser ermittelt wurde,
- eine zweite Ermittlungseinheit zur Ermittlung eines theoretischen, bei voller Füllung des Hohlorgans mit dem Kontrastmittel erwarteten Rechenabsorptionswerts unter Verwendung wenigstens des Durchmessers und einer eine Zusammensetzung und/oder Absorptionseigenschaften des Kontrastmittels beschreibenden Kontrastmittelinformation für jeden Bildabsorptionswert,
- eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung eines Füllungsgrades entlang der Mittellinie jedes Hohlorgans der Hohlorganstruktur durch Vergleich des Bildabsorptionswertes mit dem Rechenabsorptionswert, und
- eine Schnittstelle zur Ausgabe einer die Füllungsgrade umfassenden Füllungsgradinformation.

Anders ausgedrückt ist die Auswerteeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Sie kann beispielsweise wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel umfassen, wobei die Funktionseinheiten wenigstens teilweise durch den Prozessor, insbesondere durch Hardware und/oder Software, bereitgestellt werden können. Weitere Funktionseinheiten, um weitere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu realisieren, können ebenso entsprechend vorgesehen werden. Beispielsweise kann auch eine Korrektureinheit vorhanden sein, um Korrekturen weiterer Bildgebungseffekte einfließen zu lassen. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
Eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung weist eine Steuereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung auf. Auch für die Röntgeneinrichtung gelten alle bisherigen Ausführungen entsprechend fort. Die Röntgeneinrichtung umfasst wenigstens eine Aufnahmeanordnung mit einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor, wobei das Röntgenbild mittels der Aufnahmeanordnung aufgenommen sein kann. Diesbezüglich kann die Steuereinrichtung auch eine Aufnahmeeinheit aufweisen, um den Aufnahmebetrieb der Röntgeneinrichtung zu steuern. Beispielsweise kann das Röntgenbild als Teil einer Serie von Röntgenbildern während des Durchflusses des Kontrastmittels durch die Hohlorganstruktur aufgenommen werden, wobei eine bestimmte Bildaufnahmerate vorgesehen werden kann. Hierbei kann es sich um eine fluoroskopische oder radiographische Untersuchung handeln.
Bei der Röntgeneinrichtung kann es sich insbesondere um eine in Angiographielaboren häufig eingesetzte Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen handeln, an dem sich gegenüberliegend der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor befestigt sind. Der C-Bogen kann in unterschiedliche Stellungen gebracht werden, um Röntgenbilder in unterschiedlichen Projektionsgeometrien bzw. Aufnahmegeometrien aufzunehmen. Die Röntgeneinrichtung kann auch eine Biplan-Röntgeneinrichtung mit zwei C-Bögen, die jeweils eine Aufnahmeanordnung aufweisen, sein.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Röntgeneinrichtung kann vorgesehen sein, dass diese ferner eine automatische Kontrastmittelgabeeinrichtung mit einer diese ansteuernden Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit eine Schnittstelle zum Empfang der Füllungsgradinformation aufweist und zur Verwendung der Füllungsgradinformation bei der Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung ausgebildet ist, insbesondere zur Anpassung eines Injektionsdrucks während eines Kontrastmittelgabevorgangs, auf den sich die Füllungsgradinformation bezieht. Die Steuereinheit kann dabei Teil der Steuereinrichtung sein. Wie bereits oben beschrieben, kann somit auch während eines Kontrastmittelgabevorgangs aufgrund der schnell, insbesondere in Echtzeit, erhaltbaren Füllungsgradinformation eine Anpassung des Füllungsdrucks durch entsprechende Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung mittels der Steuereinheit erfolgen. Beispielsweise kann ein solcher Kontrastmittelgabevorgang mehrere Sekunden andauern.
Dabei lässt sich die Vorgehensweise im Übrigen für verschiedenste Kontrastmittel einsetzen. Besonders bevorzugt werden jedoch Jod und/oder Kohlendioxid umfassende Kontrastmittel betrachtet.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist direkt in ein Speichermittel einer Auswerteeinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Auswerteeinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte Steuerinformationen umfasst, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Auswerteeinrichtung diese ausbilden, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Auswerteeinrichtung ausgeführt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 schematisch ein Röntgenbild mit auf das Verfahren bezogenen Annotationen,
3 eine mögliche Darstellung auf einer Darstellungseinrichtung,
4 die funktionale Struktur einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung, und
5 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung.

1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei vorliegend als Beispiel für eine Hohlorganstruktur ein Blutgefäßsystem, insbesondere ein Blutgefäßbaum, herangezogen wird, bei dessen Hohlorganen es sich mithin um Blutgefäße handelt. Dabei ist einem Patienten schon vorab ein Kontrastmittel manuell oder mit einer automatischen Kontrastmittelgabeeinrichtung verabreicht worden, so dass in einem Schritt S1 ein Röntgenbild eines die Hohlorganstruktur umfassenden Aufnahmebereichs des Patienten mit einer Röntgeneinrichtung aufgenommen werden kann, in dem die Hohlorganstruktur aufgrund des Kontrastmittels verbessert sichtbar ist. Bei dem Röntgenbild kann es sich beispielsweise um einen Teil einer Zeitserie von Röntgenbildern handeln, die beispielsweise zur fluoroskopischen Überwachung eines Vorgangs, zur radiographischen Untersuchung und/oder bei unterschiedlichen Aufnahmegeometrien auch zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes dienen können. Röntgenbilder werden mit einem Röntgenspektrum aufgenommen, das beispielsweise anhand der Röhrenspannung eingestellt werden kann. Möglich ist auch eine Mehrenergieanwendung, insbesondere Dualenergiebildgebung, bei welcher beispielsweise abwechselnd oder bei einer Biplan-Röntgeneinrichtung auch gleichzeitig hoch- und niederenergetische Röntgenspektren verwendet werden.
Für das im Schritt S1 aufgenommene Röntgenbild soll nun eine Füllungsgradinformation ermittelt werden, indem ein Vergleich mit dem theoretisch Erwarteten bei einem Füllungsgrad von 100 % durchgeführt wird. Hierzu soll zunächst die durch das Kontrastmittel erfolgende Absorption ortsaufgelöst aus den Bildwerten des Röntgenbildes bestimmt werden.
Zunächst erfolgt in einem Schritt S2 eine Segmentierung der Hohlorganstruktur in dem Röntgenbild. Dabei können im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Segmentierungsalgorithmen eingesetzt werden, insbesondere auch solche, die zudem gewisse Messinformationen aus dem Segmentierungsergebnis ableiten, was in einem Schritt S3 des Verfahrens geschieht. Dort sollen nämlich die Mittellinien der Hohlorgane, hier Blutgefäße, ihre Randbegrenzungen und der Durchmesser hergeleitet werden, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein von runden Blutgefäßen ausgegangen wird, also solche mit einem kreisförmigen Querschnitt. Zur Segmentierung und/oder zur Ermittlung von Mittellinien, Randbegrenzungen und Durchmessern entlang der Mittellinien kann wenigstens teilweise künstliche Intelligenz eingesetzt werden, beispielsweise in Form wenigstens einer trainierten Funktion, insbesondere eines CNN.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass bei der Segmentierung und/oder der Ermittlung von Mittellinien, Randbegrenzungen und Durchmessern selbstverständlich neben dem Röntgenbild auch weitere Informationen herangezogen werden können, beispielsweise Segmentierungsergebnisse oder sonstige Informationen aus weiteren, Teil der Zeitserie bildenden Röntgenbildern und/oder aus Vorabaufnahmen und/oder aus gegebenenfalls auch das Röntgenbild nutzenden Rekonstruktionsergebnissen. Auch ein anatomischer Atlas kann eingesetzt werden.
Zur Erläuterung zeigt 2 rein schematisch einen Ausschnitt aus einem Röntgenbild 1, in dem eine zu Illustrationszwecken einfach gehaltene Hohlorganstruktur 2 mit vorliegend drei Hohlorganen 3, 4, 5 gezeigt ist. Bei der Segmentierung werden hierbei zunächst die Mittellinien (Centerlines) 6 und die Randbegrenzungen 7 bestimmt. Hieraus können dann senkrecht zu den Mittellinien 6 die entsprechenden Durchmesser 8 hergeleitet werden.
Zurückkehrend zu 1 wird in einem Schritt S4 dann die Absorption für verschiedene Positionen entlang der Mittellinien 6 in dem Röntgenbild 1 gemessen, indem ein Bildabsorptionswert bestimmt wird. Zur Bestimmung des jeweiligen Bildabsorptionswerts werden alle Punkte entlang der Mittellinien 6, zu denen ein Durchmesser 8 bekannt ist, betrachtet. Es wird, wie in 2 an einer Stelle für das Hohlorgan 4 angedeutet ist, eine zur Mittellinie 6 senkrechte Gerade 9 bestimmt. Zudem bildet wenigstens ein Bildpunkt einen Mittellinienbereich 10, in dem die Mittellinie 6 enthalten ist. Dabei kann die Zahl der Bildpunkte (Pixel), aus denen der Mittellinienbereich 10 gebildet wird, anhand der Ortsauflösung des Röntgenbildes 1 gewählt werden; vorliegend wird beispielhaft ein Bildpunkt verwendet. Zudem wird entlang der Gerade 9 nach außen gegangen, bis die Randbegrenzung 7 gekreuzt wurde, um außerhalb der Hohlorganstruktur 2, also der Hohlorgane 3, 4, 5, insbesondere möglichst eng angrenzend an das entsprechende Hohlorgan 4, einen Referenzbereich 11 zu definieren, der ebenso wenigstens einen Bildpunkt umfasst. Beispielsweise kann wenigstens der erste oder der zweite Bildpunkt entlang der Geraden 9 gewählt werden, der nicht mehr innerhalb der segmentierten Hohlorganstruktur 2, also der Randbegrenzung 7, liegt.
Im Falle von durch einen einzigen Bildpunkt gebildeten Mittellinienbereichen 10 und Referenzbereichen 11 ergeben unmittelbar die Bildwerte der Mittellinienbereiche 10 einen jeweiligen Hohlorganbildwert, die Bildwerte der Referenzbereiche 11 einen jeweiligen Umgebungsbildwert. Bei mehreren Bildpunkten umfassenden Bereichen 10, 11 kann eine statistische Mittelung stattfinden.
Der Bildabsorptionswert wird nun ermittelt, indem die Differenz des Umgebungsbildwerts und des Hohlorganbildwerts durch den Umgebungsbildwert geteilt wird. Dies beschreibt äußerst genau den Anteil der „Grundintensität“ (Umgebungsbildwert), der aufgrund der Durchquerung von Kontrastmittel zusätzlich wegfällt.
In einem Schritt S5 wird dann für jeden Bildabsorptionswert auch ein Rechenabsorptionswert ermittelt. Hierzu wird vorliegend das Lambert-Beer-Gesetz verwendet, bei dem die Absorption entlang eines vollständig mit Kontrastmittel gefüllten Abschnitts der Länge des Durchmessers 8 (aufgrund der Annahme des kreisförmigen Hohlorgans 4, 3, 5) rechnerisch bestimmt wird. Die Kontrastmittelzusammensetzung bzw. die Kontrastmitteleigenschaften bestimmen dabei die zu verwendenden Extinktionswerte. Nachdem diese auch von den Energien der Röntgenstrahlung abhängig sein können, ist es möglich, zusätzlich eine Spektrumsinformation, die das Röntgenspektrum beschreibt, zu verwenden. Dabei kann zwischen hoch- und niederenergetischen Spektren unterschieden werden, jedoch ist auch eine genauere Aufschlüsselung bzw. sogar die Verwendung eines funktionalen Zusammenhangs denkbar. Soll eine Strahlaufhärtung berücksichtigt werden und ist die relative Lage des gerade betrachteten Hohlorgans 3, 4, 5 im Patienten bekannt, kann die Spektrumsinformation auch noch aufgrund der durch die Durchstrahlung des Patienten erwarteten Strahlungsaufhärtung entsprechend modifiziert werden, um diesen Bildgebungseffekt zu berücksichtigen.
Der Rechenabsorptionswert wird ebenso als Verhältnis von Intensitäten bestimmt, gibt mithin ebenso prozentual an, wie stark durch das Kontrastmittel geschwächt würde, wenn es in dem gesamten Hohlorgan 3, 4, 5 vorläge. Der Rechenabsorptionswert ist also unmittelbar mit dem Bildabsorptionswert vergleichbar, wobei jedoch vor dem im Schritt S6 stattfindenden Vergleich zur Ermittlung des Füllungsgrades auch ein weiterer wichtiger Bildgebungseffekt, nämlich die Streustrahlung, im Schritt S5 berücksichtigt wird.
Während es grundsätzlich denkbar ist, eine Streustrahlungskorrektur auf das Röntgenbild 1 anzuwenden und somit keine Modifikation der Ermittlung des Rechenabsorptionswerts vorzunehmen, ist es bevorzugt und bei diesem Ausführungsbeispiel auch umgesetzt, dass ein einem prozentualen Korrekturwert entsprechender Anteil des sich aus dem Lambert-Beer-Gesetz ergebenden vorläufigen Werts von diesem abgezogen wird, um den Rechenabsorptionswert endgültig zu bestimmen. Der Korrekturwert entspricht dabei dem Anteil der Streustrahlen an dem Gesamtsignal für den Umgebungsbildwert.
Ist diese Korrektur erfolgt, lässt sich im Schritt S6 der Füllungsgrad als Bildabsorptionswert geteilt durch den Rechenabsorptionswert ermitteln, da durch den Quotienten der Absorption beschrieben wird, wie viel Kontrastmittel tatsächlich vorhanden ist.
Dies sei an einigen konkreten Beispielen erläutert. In einem ersten Beispiel wurde das Röntgenbild bei einer Röhrenspannung von 89 kV unter Verwendung eines 0,3 mm-Kupfer-Filters aufgenommen. Der Patient weist eine zu durchstrahlende Dicke von 300 mm auf und die SID beträgt 1110 mm (SID = source image distance). Der Gefäßdurchmesser an einer betrachteten Position eines Blutgefäßes als Hohlorgan 3, 4, 5 beträgt 4,45 mm. Bei einem jodhaltigen Kontrastmittel und 100 % Füllung ergibt sich dann eine erwartete Absorption, mithin als vorläufiger Rechenabsorptionswert, von 60,5 %, wobei jedoch noch die Korrektur für die Strahlung um den Korrekturwert von 26 % berücksichtigt werden muss, so dass als zu verwendender Rechenabsorptionswert 44,5 % erhalten wird. Gemessen im Bild wurden jedoch als Bildabsorptionswert 42 %. Hieraus ergibt sich also ein Füllgrad von 94 %.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurde bei einer Röhrenspannung von 123 kV unter Verwendung eines 0,2 mm-Kupfer-Filters ein Röntgenbild des Aufnahmebereichs eines 420 ml dicken Patienten bei einer SID von 1200 mm aufgenommen. Der Gefäßdurchmesser betrage hier 3 mm. Dann ergibt sich bei 100 % Füllung mit dem Kontrastmittel zunächst rechnerisch aus dem Lambert-Beer-Gesetz eine Absorption von 32 %. Können aufgrund des Korrekturwertes von 45 %, der die Streustrahlung beschreibt, etwa 14 % als Korrekturwert abgezogen werden, ergibt sich ein Rechenabsorptionswert von 18 %. Wurden 14 % als Bildabsorptionswert gemessen, ist das Ergebnis ein Füllgrad von etwa 77 %.
Der Füllungsgrad wird wie die Durchmesser im Schritt S6 entlang aller Mittellinien 6 berechnet. Die so entstehende Füllungsgradinformation wird in einem Schritt S7 immer an der Schnittstelle ausgegeben. Dabei sind grundsätzlich verschiedene Optionen denkbar. So ist es beispielsweise möglich, die Füllungsgradinformation wenigstens teilweise in einem Schritt S8 auf einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere einer Anzeigeeinrichtung der Röntgeneinrichtung, darzustellen.
Dabei zeigt 3 ein beispielhaftes Darstellungsbild 33, in dem die Füllungsgradinformation einer Hohlorganstrukturkarte 34 farbkodiert überlagert gezeigt ist. Dabei stellen die unterschiedlichen Schraffuren in den Bereichen 12 unterschiedliche Farben für unterschiedliche Wirkungsgradbereiche dar. Zweckmäßigerweise werden zur Farbkodierung bei einem Schwellwert, beispielsweise 100 %, überschreitenden Füllungsgraden Warnfarben, insbesondere Rottöne, verwendet.
Zusätzlich wird in dem Darstellungsbild 10 auch der maximal vorkommende Füllungsgrad, hier 95 %, als Zahl 13 angezeigt.
Die Füllungsgradinformation kann auch für eine spätere weitere Auswertung in einer Speichereinrichtung abgespeichert werden. Möglich ist es aber bei Verwendung von automatisierten Kontrastmittelgabeeinrichtungen auch, gemäß Schritt S9 (vgl. 1) die Füllungsgradinformation an eine Steuereinheit der Kontrastmittelgabeeinrichtung, beispielsweise eines Kontrastmittelinjektors, weiterzugeben, wo sie bei der Steuerung berücksichtigt wird. Insbesondere ist es auch denkbar, bei zumindest im Wesentlichen in Echtzeit erfolgender Bestimmung der Füllungsgradinformation, während eines Kontrastmittelgabevorgangs aus Röntgenbildern 1 zu bereits verabreichtem Kontrastmittel Schlussfolgerungen für eine notwendige Anpassung des Füllungsdrucks zu ziehen und somit die Kontrastmittelnutzung über den Kontrastmittelgabevorgang hin zu optimieren.
4 zeigt die funktionale Struktur einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung 14. Diese umfasst neben einem Speichermittel 15 zunächst eine Segmentierungseinheit 16 zur Durchführung des Schrittes S2. Zur Bestimmung von Mittellinien, Randbegrenzungen und Durchmessern ist eine Messeinheit 17 vorgesehen, die entsprechend Schritt S3 implementiert. Eine erste Ermittlungseinheit 18 zur Ermittlung des Bildabsorptionswerts ist zur Durchführung des Schrittes S4 ausgebildet, während eine zweite Ermittlungseinheit 19 zur Durchführung des Schrittes S5 eingerichtet ist, mithin zur Ermittlung des Rechenabsorptionswerts. In einer Bestimmungseinheit 20 wird gemäß dem Schritt S6 der Füllungsgrad entlang der Mittellinien 6 bestimmt und somit die Füllungsgradinformation, welche dann gemäß des Schrittes S7 über eine Schnittstelle 21 bereitgestellt werden kann. Es können auch weitere Funktionseinheiten vorgesehen sein, beispielsweise eine Korrektureinheit 22 zur Implementierung der Strahlaufhärtungskorrektur (Modifizierung der Spektrumsinformation) und der Streustrahlungskorrektur (Bestimmung und Anwendung des Signalanteils).
Die Auswerteeinrichtung kann Teil der Steuereinrichtung 23 einer in 5 schematisch dargestellten Röntgeneinrichtung 24 sein. Die Röntgeneinrichtung 24 umfasst vorliegend als Aufnahmeanordnung einen Röntgenstrahler 25 und einen Röntgendetektor 26, die sich gegenüberliegend an einem C-Bogen 27 angeordnet sind. Dieser kann in verschiedene Stellungen bezüglich eines auf einer Patientenliege 28 angeordneten Patienten gebracht werden. Zur Steuerung des Aufnahmebetriebs der Röntgeneinrichtung 24, insbesondere auch zur Aufnahme des Röntgenbildes im Schritt S1, weist die Steuereinrichtung auch eine Aufnahmeeinheit 29 auf. Der Steuereinrichtung 23 ist eine Anzeigeeinrichtung 30, beispielsweise zur Darstellung der Füllungsgradinformation gemäß Schritt S8, zugeordnet.
Vorliegend umfasst die Röntgeneinrichtung 24 auch eine automatische Kontrastmittelgabeeinrichtung 31, hier einen Kontrastmittelinjektor, der über eine ebenso in der Steuereinrichtung 23 verortete Steuereinheit 32 gesteuert wird. Diese ist zur Durchführung des Schrittes S9 eingerichtet, kann mithin die Füllungsgradinformation bei der Steuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung 31, insbesondere während eines zusammenhängenden Kontrastmittelgabevorgangs, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung des Füllungsgrads, berücksichtigen.
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.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung eines ein Kontrastmittel in einer Hohlorganstruktur (2), insbesondere einem Blutgefäßbaum, in einem Aufnahmebereich eines Patienten zeigenden, mit einer Röntgeneinrichtung (24) unter Verwendung von Röntgenstrahlung eines Röntgenspektrums aufgenommenen, zweidimensionalen Röntgenbildes (1), umfassend folgende Schritte: - Segmentierung der Hohlorganstruktur (2) in dem Röntgenbild (1), - Bestimmung von Mittellinien (6) und Randbegrenzungen (7) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) und Ermittlung eines jeweiligen Durchmessers (8) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) entlang dessen Mittellinie (6), - Ermittlung eines die Absorptionsverstärkung durch das Kontrastmittel in dem Hohlorgan (3, 4, 5) im Vergleich zu einer Umgebung des Hohlorgans (3, 4, 5) in dem Röntgenbild (1) beschreibenden Bildabsorptionswerts entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5), insbesondere für jede Position entlang der Mittellinie (6), für die ein Durchmesser (8) ermittelt wurde, - für jeden Bildabsorptionswert Ermittlung eines theoretischen, bei voller Füllung des Hohlorgans (3, 4, 5) mit dem Kontrastmittel erwarteten Rechenabsorptionswerts unter Verwendung wenigstens des Durchmessers (8) und einer eine Zusammensetzung und/oder die Absorptionseigenschaften des Kontrastmittels beschreibenden Kontrastmittelinformation, - Bestimmung eines Füllungsgrades entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der Hohlorganstruktur (2) durch Vergleich des Bildabsorptionswertes mit dem Rechenabsorptionswert, und - Ausgabe einer die Füllungsgrade umfassenden Füllungsgradinformation.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Durchmessers (8) in der segmentierten Hohlorganstruktur (2) und/oder des Rechenabsorptionswerts unter Annahme eines kreisförmigen Querschnitts des jeweiligen Hohlorgans (3, 4, 5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Bildabsorptionswerts das Verhältnis des Betrags der Differenz eines Hohlorganbildwertes in einem wenigstens einen Bildpunkt umfassenden Mittellinienbereich (10) um die Mittellinie (6) und einem Umgebungsbildwert in einem wenigstens einen Bildpunkt umfassenden, außerhalb der segmentierten Hohlorganstruktur (2) liegenden Referenzbereich (12) zu dem Umgebungsbildwert des Referenzbereichs (12) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrere Bildpunkte umfassendem Mittellinienbereich (10) und/oder Referenzbereich (12) der im Verhältnis zu verwendende jeweilige Bildwert durch statistische, insbesondere gewichtete, Mittelung der Bildwerte des Röntgenbildes (1) über diese Bildpunkte ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (12) insbesondere unmittelbar angrenzend an das Hohlorgan (3, 4, 5) und/oder in einer durch den Mittellinienbereich (10) verlaufenden Schnittebene (9) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Rechenabsorptionswerts das Lambert-Beer-Gesetz für Röntgenstrahlung des Röntgenspektrums, die eine dem Durchmesser (8) entsprechende Strecke des Kontrastmittels der Kontrastmittelzusammensetzung durchquert, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Rechenabsorptionswerts und/oder des Bildabsorptionswerts wenigstens ein weiterer Bildgebungseffekt, insbesondere eine Strahlaufhärtung und/oder ein Streustrahlungseffekt, berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Streustrahlungskorrektur ein, insbesondere das Verhältnis von Streustrahlung zu Gesamtsignal für den Referenzbereich beschreibender, prozentualer Korrekturwert ermittelt und der dem Korrekturwert entsprechende Anteil des insbesondere unter Verwendung des Lambert-Beer-Gesetzes ermittelten Rechenabsorptionswerts von diesem subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllungsgradinformation wenigstens teilweise auf einer Anzeigeeinrichtung (30), insbesondere der Röntgeneinrichtung (24), angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad, insbesondere farbkodiert, ortsaufgelöst dem Röntgenbild (1) und/oder einer aus der segmentierten Hohlorganstruktur (2) ermittelten Hohlorganstrukturkarte (11) überlagert angezeigt wird.
Auswerteeinrichtung (14), welche insbesondere die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt, zur Auswertung eines ein Kontrastmittel in einer Hohlorganstruktur (2), insbesondere einem Blutgefäßbaum, in einem Aufnahmebereich eines Patienten zeigenden, mit einer Röntgeneinrichtung (24) unter Verwendung von Röntgenstrahlung eines Röntgenspektrums aufgenommenen, zweidimensionalen Röntgenbildes (1), aufweisend: - eine Segmentierungseinheit (16) zur Segmentierung der Hohlorganstruktur (2) in dem Röntgenbild (1), - eine Messeinheit (17) zur Bestimmung von Mittellinien (6) und Randbegrenzungen (7) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) und Ermittlung eines jeweiligen Durchmessers (8) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der segmentierten Hohlorganstruktur (2) entlang dessen Mittellinie (6), - eine erste Ermittlungseinheit (18) zur Ermittlung eines die Absorptionsverstärkung durch das Kontrastmittel in dem Hohlorgan (3, 4, 5) im Vergleich zu einer Umgebung des Hohlorgans (3, 4, 5) in dem Röntgenbild (1) beschreibenden Bildabsorptionswerts entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5), insbesondere für jede Position entlang der Mittellinie (6), für die ein Durchmesser (8) ermittelt wurde, - eine zweite Ermittlungseinheit (19) zur Ermittlung eines theoretischen, bei voller Füllung des Hohlorgans (3, 4, 5) mit dem Kontrastmittel erwarteten Rechenabsorptionswerts unter Verwendung wenigstens des Durchmessers (8) und einer eine Zusammensetzung und/oder die Absorptionseigenschaften des Kontrastmittels beschreibenden Kontrastmittelinformation für jeden Bildabsorptionswert, - eine Bestimmungseinheit (20) zur Bestimmung eines Füllungsgrades entlang der Mittellinie (6) jedes Hohlorgans (3, 4, 5) der Hohlorganstruktur (2) durch Vergleich des Bildabsorptionswertes mit dem Rechenabsorptionswert, und - eine Schnittstelle (21) zur Ausgabe einer die Füllungsgrade umfassenden Füllungsgradinformation.
Röntgeneinrichtung (24), aufweisend eine Steuereinrichtung (23) mit einer Auswerteeinrichtung (14) nach Anspruch 11.
Röntgeneinrichtung (24) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine automatische Kontrastmittelgabeeinrichtung (31) mit einer diese ansteuernden Steuereinheit (32) aufweist, wobei die Steuereinheit (32) eine Schnittstelle zum Empfang der Füllungsgradinformation aufweist und zur Verwendung der Füllungsgradinformation bei der Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung (31) ausgebildet ist, insbesondere zur Anpassung eines Füllungsdrucks während eines Kontrastmittelgabevorgangs, auf den sich die Füllungsgradinformation bezieht.
Computerprogramm, welches die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt, wenn es auf einer Auswerteeinrichtung (14) nach Anspruch 11 ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.