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WO2004093684A1 - Gerät für die angiographische röntgen-bildgebung - Google Patents

Gerät für die angiographische röntgen-bildgebung Download PDF

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WO2004093684A1
WO2004093684A1 PCT/IB2004/050476 IB2004050476W WO2004093684A1 WO 2004093684 A1 WO2004093684 A1 WO 2004093684A1 IB 2004050476 W IB2004050476 W IB 2004050476W WO 2004093684 A1 WO2004093684 A1 WO 2004093684A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
projection images
ray
vascular tree
ray projection
vascular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2004/050476
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English (en)
French (fr)
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WO2004093684A8 (de
Inventor
Holger Schmitt
Michael Grass
Volker Rasche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Philips Intellectual Property and Standards GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority to JP2006506870A priority Critical patent/JP2006524087A/ja
Priority to EP04728619A priority patent/EP1617763A1/de
Priority to US10/553,770 priority patent/US7539529B2/en
Publication of WO2004093684A1 publication Critical patent/WO2004093684A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Publication of WO2004093684A8 publication Critical patent/WO2004093684A8/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48—Diagnostic techniques
    • A61B6/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/504—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of blood vessels, e.g. by angiography
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
    • A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
    • A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
    • A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm

Definitions

  • the invention relates to an X-ray imaging device with computer means which are set up to visualize the blood flow in a coronary vascular tree of a patient.
  • the invention relates to a corresponding computer program and an X-ray imaging method that can be carried out on the device according to the invention.
  • three-dimensional medical imaging methods such as B. three-dimensional rotary X-ray imaging (3D-RX) is becoming increasingly important.
  • the image data obtained with such methods contain interesting information for the diagnosis of vascular diseases, such as. B. stenoses.
  • the visualization of the vascular structures is crucial so that a treating doctor can quickly and reliably identify potential sources of danger.
  • the flow behavior and in particular the flow rate of the blood can provide important information for the examining doctor, for example in relation to the severity of an existing stenosis.
  • the doctor can only assess the condition of a stenosis on the basis of the reconstructed geometry of the vessels.
  • the known methods which can only provide static images of the vascular tree, it is not possible to assess the threat of a stenosis on the basis of the effects of the stenosis on the blood flow, ie the flow velocity of the blood in the area of the stenosis.
  • the object of the invention is therefore to provide an X-ray imaging device which enables the flow behavior of the blood in the coronary vascular tree to be examined.
  • the invention solves this problem by a device according to claim
  • the invention is based on the use of a suitable computer of an X-ray imaging device for visualizing the blood flow in a coronary vascular tree.
  • the claimed X-ray imaging device can be a complete X-ray device with corresponding
  • the invention proposes to start with a visualization of a data set consisting of x-ray projection images and EKG data (electrocardiogram) of the examined patient obtained in parallel therewith. These data can be recorded in advance of the visualization and then fed to the computer via a corresponding data input or via temporary storage in a database. This procedure is appropriate if the technology according to the invention is used on a medical workstation separate from the device used for the actual image recording. Alternatively, the data can already are processed during the image recording according to the invention if the computer means used for this purpose are directly assigned to the X-ray device equipped with corresponding image recording means.
  • a first set of x-ray projection images of the vascular tree is recorded in different phases of the cardiac cycle, preferably from different projection directions.
  • a suitable contrast medium is administered to the patient to make the vascular tree visible in the X-ray projection images.
  • the patient's EKG is also continuously recorded so that each of the images acquired can be assigned to a specific phase of the cardiac cycle.
  • the three-dimensional structure of the vascular tree is reconstructed in the various phases of the cardiac cycle by a suitable program control of the computer means in accordance with a method known per se.
  • the reconstructed structure is then divided into a plurality of vessel segments, for each of which the flow behavior of the blood is to be examined individually.
  • a second set of x-ray projection images of the vascular tree is taken - again with the patient's ECG being recorded at the same time.
  • the second set of x-ray projection images is expediently given only a short contrast medium bolus, which is advantageous for the examination of the flow behavior of the blood in accordance with the further method steps described below.
  • the first set of x-ray projection images is preferably recorded with a longer contrast agent bolus so that the three-dimensional structure of the vascular tree can be examined as precisely as possible.
  • the flow behavior of the blood in the vascular tree can be examined on the basis of the two sets of x-ray projection images by determining the time-dependent contrast agent concentration within the reconstructed three-dimensional structure of the vascular tree. This is done according to the Invention first assigning the x-ray projection images of the second set to a phase of the cardiac cycle on the basis of the recorded EKG.
  • Local image areas within the x-ray projection images of the second set are then found for the vascular segments of the reconstructed structure of the vascular tree, specifically according to the spatial positions of these vascular segments in the relevant phase of the cardiac cycle.
  • the image areas on which the respective vessel segments are imaged in the respective projection images can be calculated, for example, according to the projection angles at which the x-ray projection images of the second set were taken.
  • Image areas are then determined as to how the contrast medium concentration within the individual vascular segments changes over time, thus how the vascular tree fills with contrast medium. This allows direct conclusions to be drawn about the flow behavior of the blood within the vascular tree.
  • the contrast medium flow determined with the device according to the invention must be visualized in a suitable manner for the examining doctor. For this purpose, it is conceivable, for example, that the time-dependent contrast agent concentration is displayed as a brightness or color value in a three-dimensional view of the reconstructed three-dimensional structure of the vascular tree.
  • the basic idea of the invention is, on the one hand, to take into account the movements of the blood vessels during the heartbeat when reconstructing the three-dimensional structure of the vascular tree. Not only is the structure itself reconstructed, but also its temporal change caused by the movement of the heart.
  • the individual stages of movement of the vascular tree are assigned to the respective phases of the cardiac cycle on the basis of the ECG recorded parallel to the image recording.
  • the idea of the invention is also to record the patient's EKG when the second set of x-ray projection images is recorded, so that the reconstructed three-dimensional structure of the vascular tree with the image features of the patient is related to the respective phase of the cardiac cycle X-ray projection images of the second set can be matched. This results in comprehensive three-dimensional data about how the blood flows through the vascular tree.
  • the second set of x-ray projection images is first recorded while the vascular tree is filled with contrast medium, and only then is the first set of x-ray projection images recorded after the vascular tree has been completely filled with contrast media is filled. In this way, only a single dose of contrast medium is required.
  • the evaluation of the x-ray projection images outlined above for determining and visualizing the time-dependent contrast agent concentration within the vascular tree then takes place with the computer means of the x-ray imaging device only after the image acquisition of the first and second set of x-ray projection images has been completed.
  • first and / or second set of x-ray projection images be recorded by means of continuous rotary x-ray imaging at a plurality of projection angles.
  • the first set of x-ray projection images should be recorded from as many projection directions as possible so that the three-dimensional spatial structure of the vascular tree can be reconstructed as precisely as possible.
  • the reconstruction can in particular also take place on the basis of a large number of projection images, which are recorded during several successive cardiac cycles.
  • special attention must be paid to the temporal resolution so that the inflow of the contrast agent into the vascular tree can be precisely tracked in time. It therefore makes sense that the The second set of x-ray projection images is recorded under only a few different or even under a fixed projection angle.
  • the first set of x-ray projection images is expediently taken with continuous rotary x-ray imaging during several successive cardiac cycles, and the second set is recorded with only a few, possibly fixed projection angles with the highest possible temporal resolution while the vascular tree fills with contrast agent.
  • the reconstructed three-dimensional image derived from the first set of x-ray projection images also shows anatomical structures, for example bones, which can represent a disruptive factor in the further evaluation. It therefore makes sense for the three-dimensional structure of the vascular tree to be reconstructed using computer-aided modeling of the vascular tree while eliminating the other anatomical structures contained in the first set of x-ray projection images.
  • a computer program according to claim 7 is suitable for implementing the visualization technology according to the invention on an X-ray imaging device equipped with a suitable computer means.
  • the corresponding software can advantageously be used by users of suitable imaging devices on a data medium, such as a floppy disk or CD-Rom, or for downloading a data network (Internet) is made available.
  • FIG. 1 flow diagram of the visualization technology according to the invention
  • Figure 2 X-ray imaging device according to the invention.
  • the method shown schematically in FIG. 1 serves to visualize the blood flow in a patient's coronary vascular tree.
  • the method begins with the acquisition of a first set 1 of x-ray projection images in different phases of the cardiac cycle.
  • a first EKG 2 of the patient is recorded parallel to the recording of the x-ray projection images.
  • the three-dimensional structure of the vascular tree is then reconstructed from the first set 1 of x-ray projection images, specifically in the different phases of the cardiac cycle, so that a set 3 of three-dimensional data sets of the coronary vascular structure is then available for the different heartbeat phases.
  • Computer-aided modeling of the vascular tree is carried out, anatomical structures contained in the x-ray projection images that do not belong to the examined vascular tree being eliminated.
  • a data set 4 the three-dimensional structure of the vascular tree is divided into a plurality of vascular segments 5.
  • the data record 4 contains information about the spatial position of each vascular segment 5 in every phase of the cardiac cycle, so that the structure and movement of the vascular tree is completely modeled by the data record 4.
  • a second set 6 of X-ray projection images of the vascular tree are recorded during or after the administration of a contrast agent.
  • a second EKG 7 of the patient is also recorded here.
  • the X-ray projection images of the second set 6 are each assigned to a phase of the cardiac cycle on the basis of the EKG 7.
  • vascular segment 8 for which the time dependence of the contrast agent concentration is to be determined, local image areas within the x-ray projection images of the second set 6 are found in accordance with the spatial position of the vascular segment 8 in a specific phase of the cardiac cycle.
  • the time-dependent position data of data record 4 are used for this.
  • the contrast medium concentration within the vascular segment 8 is then determined by evaluating the X-ray absorption within the local image areas found.
  • the time course of the contrast agent concentration in the range of Vessel segment 8 can be shown as diagram 9 for the purpose of visualization. Such diagrams can be generated for all vascular segments, so that overall there is a comprehensive picture of the blood flow within the vascular tree.
  • the imaging device shown in FIG. 2 is a
  • C-arm X-ray device which has a C-arm 10 which is suspended from a ceiling (not shown in more detail) by means of a holder 11.
  • An X-ray radiation source 12 and an X-ray image converter 13 are movably guided on the C-arm 10, so that a plurality of X-ray projection images of a patient 15 lying in the center of the C-arm 10 on a patient table 14 can be recorded at different projection angles.
  • the synchronous movement of the x-ray radiation source 12 and the x-ray image converter 13 are controlled by a control unit 16.
  • the x-ray radiation source 12 and the x-ray image converter 13 run synchronously around the patient 15.
  • the image signals generated by the X-ray image converter 13 are transmitted to a computer-controlled image processing unit 17.
  • the heartbeat of the patient is monitored by means of an EKG device 18, and the EKG is transmitted to the image processing unit 17.
  • the image processing unit 17 has a program control, by means of which the x-ray projection images are processed in accordance with the previously described method.
  • a monitor 19 connected to the image processing unit 17 is used for visualization.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Röntgen-Bildgebungsgerät zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten. Es wird gemäß der Erfindung ein erster Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes in verschiedenen Phasen des Herzzyklus unter gleichzeitiger Aufzeichnung des EKG's (2) des Patienten aufgenommen. Sodann erfolgt mittels einer geeigneten Programmsteuerung von Computermitteln (17) des erfindungsgemäßen Gerätes eine Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus. Ein zweiter Satz (6) von Röntgenprojektionsbildern wird während der Gabe eines Kontrastmittels, wiederum unter Aufzeichnung des EKG's (7), aufgenommen. Die Erfindung schlägt zur Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration innerhalb der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes vor, einzelnen Gefäßsegmenten (5, 8) zugeordnete lokale Bildbe­reiche innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) entsprechend den räumlichen Positionen der Gefäßsegmente (5, 8) in der betreffenden Phase des Herzzyklus aufzufinden. Die Ermittlung der Kontrastmittelkonzentration im Bereich der Gefäßsegmente (5, 8) erfolgt dann durch Auswertung der Röntgenabsorbtion innerhalb der aufgefundenen lokalen Bildbereiche.

Description

Gerät für die angiographische Röntgen-Bildgebung
Die Erfindung betrifft ein Röntgen-Bildgebungsgerät mit Computermitteln, die zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten eingerichtet sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein Röntgen-Bildgebungsverfahren das auf dem erfindungsgemäßten Gerät ausführbar ist.
Im Bereich der Angiographie gewinnen dreidimensionale medizinische Bildgebungsverfahren, wie z. B. die dreidimensionale Rotations-Röntgenbildgebung (3D-RX) zunehmend an Bedeutung. Die mit solchen Methoden gewonnenen Bilddaten enthalten interessante Informationen für die Diagnose von Gefaßerkrankungen, wie z. B. Stenosen. Dabei ist die Visualisierung der Gefaßstrukturen entscheidend, damit ein behandelnder Arzt schnell und zuverlässig potentielle Gefahrenquellen erkennen kann.
So sind im Stand der Technik Techniken bekannt, welche es ermöglichen, aus der Mehrzahl von mittels 3D-RX aufgenommenen zweidimensionalen Projektions- bildern die dreidimensionale Struktur des zu untersuchenden Gefäßbaumes mittels spezieller Modellierungs- oder Rückprojektionstechniken auf einem geeigneten Computer zu rekonstruieren. Die computergestützte dreidimensionale Rekonstruktion des Gefaßbaumes des Patienten aus den aufgenommenen Bilddaten erlaubt es somit, den Verlauf der Blutgefäße mit hoher Wiedergabegenauigkeit zu visualisieren, wobei nicht zum interessierenden Gefaßsystem gehörende anatomische Strukturen erforderlichenfalls ausgeblendet werden können. Die dreidimensionale Rekonstruktion der Gefäßstrukturen ist insbesondere auch ein nützliches Hilfsmittel bei der Planung von Interventionen, wie beispielsweise Linksherzkatheteruntersuchungen (PTCA). Bei den bislang bekannten Techniken werden aber nachteiligerweise keinerlei Informationen bezüglich des Blutflusses durch den untersuchten Gefäßbaum erhalten. Das Fließverhalten und insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes können aber wichtige Anhaltspunkte für den untersuchenden Arzt beispielsweise in Bezug auf den Schweregrad einer vorhandenen Stenose liefern. Bei den bekannten Verfahren kann der Arzt den Zustand einer Stenose ausschließlich anhand der rekonstruierten Geometrie der Gefäße beurteilen. Es ist aber mit den bekannten Verfahren, die lediglich statische Bilder des Gefaßbaumes liefern können, nicht möglich, die Bedrohlichkeit einer Stenose anhand der Auswirkungen der Stenose auf den Blutfluß, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes im Bereich der Stenose, einschätzen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Röntgen-Bildgebungsgerät zu schaffen, welches es ermöglicht, das Fließverhalten des Blutes im koronaren Gefaßbaum zu untersuchen. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Gerät gemäß Patentanspruch
1.
Die Erfindung basiert auf dem Einsatz eines geeigneten Computers eines Röntgen-Bildgebungsgerätes zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefaßbaum. Im Sinne der Erfindung kann es sich bei dem beanspruchten Röntgen- Bildgebungsgerät um ein vollständiges Röntgengerät mit entsprechenden
Bildau hahmemitteln oder auch um eine einzelne Workstation zur Verarbeitung medizinischer Bilddaten handeln.
Die Erfindung schlägt vor, bei der Visualisierung von einem Datensatz bestehend aus Röntgenprojektionsbildern und parallel dazu gewonnenen EKG-Daten (Elektrokardiogramm) des untersuchten Patienten auszugehen. Diese Daten können im Vorfeld der Visualisierung aufgenommen werden und dann dem Computer über einen entsprechenden Dateneingang oder über Zwischenspeicherung in einer Datenbank zugeführt werden. Dieses Vorgehen bietet sich an, wenn die erfindungsgemäße Technik auf einer von dem zur eigentlichen Bildaufhahme verwendeten Gerät separaten medizinischen Workstation eingesetzt wird. Alternativ können die Daten bereits während der Bildaufhahme gemäß der Erfindung verarbeitet werden, wenn die hierzu eingesetzten Computermittel direkt dem mit entsprechenden Bildaufhahmemitteln ausgestatteten Röntgengerät zugeordnet sind.
Demnach wird ein erster Satz von Röntgenprojektionsbildern des Gefaßbaumes in verschiedenen Phasen des Herzzyklus vorzugsweise aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen. Um den Gefäßbaum in den Röntgenprojektionsbildern sichtbar zu machen, wird dem Patienten ein geeignetes Kontrastmittel verabreicht. Während der Aufnahme des ersten Satzes von Röntgenprojektionsbildern wird außerdem das EKG des Patienten kontinuierlich aufgezeichnet, damit j edes der aufgenommenen Bilder einer bestimmten Phase des Herzzyklus zugeordnet werden kann.
Auf der Grundlage des ersten Satzes von Röntgenprojektionsbildern wird durch eine geeignete Programmsteuerung der Computermittel gemäß einem an sich bekannten Verfahren die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus rekonstruiert. Die rekonstruierte Struktur wird sodann in eine Mehrzahl von Gefäßsegmenten aufgeteilt, für welche jeweils individuell das Fließverhalten des Blutes untersucht werden soll.
Während oder unmittelbar nach der Gabe eines Kontrastmittels wird ein zweiter Satz von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes - wiederum unter gleichzeitiger Aufzeichnung des EKG's des Patienten - aufgenommen. Für die
Aufnahme des zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern wird zweckmäßigerweise nur ein kurzer Kontrastmittelbolus gegeben, was für die Untersuchung des Fließverhaltens des Blutes gemäß den unten beschriebenen weiteren Verfahrensschritten vorteilhaft ist. Die Aufnahme des ersten Satzes von Röntgenprojektionsbildern erfolgt demgegenüber vorzugsweise mit einem längeren Kontrastmittelbolus, damit die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes möglichst genau untersucht werden kann. Das Strömungsverhalten des Blutes in dem Gefäßbaum kann ausgehend von den beiden Sätzen von Röntgenprojektionsbildern untersucht werden, indem die zeitabhängige Kontrastmittelkonzentration innerhalb der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes bestimmt wird. Hierzu erfolgt gemäß der Erfindung zunächst eine Zuordnung der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes jeweils zu einer Phase des Herzzyklus anhand des aufgezeichneten EKG's. Sodann werden zu den Gefäßsegmenten der rekonstruierten Struktur des Gefäßbaumes lokale Bildbereiche innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes aufgefunden, und zwar entsprechend der räumlichen Positionen dieser Gefäßsegmente in der betreffenden Phase des Herzzyklus. Hierzu können beispielsweise gemäß den Projektionswinkeln, unter denen die Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes aufgenommen wurden, die Bildbereiche, aufweiche die jeweiligen Gefäßsegmente in den jeweiligen Projektionsbildern abgebildet werden, berechnet werden. Durch Auswertung der Röntgenabsorption innerhalb der auf diese Weise aufgefundenen
Bildbereiche wird dann ermittelt, wie sich die Kontrastmittelkonzentration innerhalb der einzelnen Gefäßsegmente im Verlauf der Zeit verändert, wie sich also der Gefaßbaum mit Kontrastmittel füllt. Dies gestattet unmittelbare Rückschlüsse auf das Strömungsverhalten des Blutes innerhalb des Gefäßbaumes. Für den untersuchenden Arzt muß schließlich der mit dem erfindungsgemäßen Gerät ermittelte Kontrastmittelfluß in geeigneter Weise visualisiert werden. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise denkbar, daß die zeitabhängige Kontrastmittelkonzentration als Helligkeits- oder Farbwert in einer dreidimensionalen Ansicht der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes dargestellt wird.
Die Grundidee der Erfindung ist es zum einen, die Bewegungen der Blutgefäße während der Herzschlagtätigkeit bei der Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes zu berücksichtigen. Es wird nicht nur die Struktur selbst, sondern auch deren durch die Bewegung des Herzens hervorgerufene zeitliche Veränderung rekonstruiert. Die Zuordnung der einzelnen Bewegungsstadien des Gefäßbaumes zu den jeweiligen Phasen des Herzzyklus erfolgt anhand des parallel zur Bildaufiiahme aufgezeichneten EKG's. Zum anderen ist die Idee der Erfindung, auch bei der Aufnahme des zweiten Satzes der Röntgenprojektionsbilder das EKG des Patienten aufzuzeichnen, so daß in Bezug auf die jeweilige Phase des Herzzyklus die rekonstruierte dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes mit den Bildmerkmalen der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes in Übereinstimmung gebracht werden kann. Daraus resultieren dann insgesamt umfassende dreidimensionale Daten darüber, wie das Blut durch den Gefäßbaum strömt.
Es ist in besonders vorteilhafter Weise möglich, daß während oder nach der Gabe des Kontrastmittels zunächst der zweite Satz von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, während sich der Gefäßbaum mit Kontrastmittel füllt, und dann erst der erste Satz von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, nachdem der Gefäßbaum vollständig mit Kontrastmitteln gefüllt ist. Auf diese Weise ist nur eine einmalige Kontrastmittelgabe erforderlich. Die oben skizzierte Auswertung der Röntgenprojektionsbilder zur Bestimmung und Visualisierung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration innerhalb des Gefäßbaumes erfolgt dann mit den Computermitteln des Röntgen-Bildgebungsgerätes erst nach Abschluß der Bildaufhahme des ersten und zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern.
Wenn Teile des Gefäßbaumes bei der Aufnahme der Röntgenprojek- tionsbilder in Projektionsrichtung verlaufen oder sich Teile des Gefäßbaumes in Projektionsrichtung überdecken, ist eine eindeutige Zuordnung der betreffenden Gefäßsegmente zu den entsprechenden Bildbereichen nicht ohne weiteres möglich. Von daher ist es zweckmäßig, daß die Aufnahme des ersten und/oder zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern mittels kontinuierlicher Rotations-Röntgenbildgebung unter einer Mehrzahl von Projektionswinkeln erfolgt.
Zu beachten ist, daß die Aufnahme des ersten Satzes der Röntgenprojektionsbilder aus möglichst vielen Projektionsrichtungen erfolgen sollte, damit die dreidimensionale räumliche Struktur des Gefäßbaumes möglichst präzise rekonstruiert werden kann. Die Rekonstruktion kann insbesondere auch auf der Grundlage einer Vielzahl von Projektionsbildern erfolgen, welche während mehrerer aufeinanderfolgender Herzzyklen aufgenommen werden. Demgegenüber ist bei der Aufnahme des zweiten Satzes der Röntgenprojektionsbilder besonderes Augenmerk auf die zeitliche Auflösung zu richten, damit das Einströmen des Kontrastmittels in den Gefäßbaum zeitlich präzise verfolgt werden kann. Von daher ist es sinnvoll, daß die Aufnahme des zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern unter nur wenigen verschiedenen oder sogar unter nur einem festen Projektionswinkel erfolgt.
Zweckmäßigerweise erfolgt also die Aufnahme des ersten Satzes von Röntgenprojektionsbildern unter kontinuierlicher Rotations-Röntgenbildgebung während mehrerer aufeinanderfolgender Herzzyklen, und der zweite Satz wird möglichst unter nur wenigen, gegebenenfalls festen Projektions winkeln mit möglichst hoher zeitlicher Auflösung aufgenommen, während sich der Gefäßbaum mit Kontrastmittel füllt.
Außer dem Gefäßbaum werden in dem aus dem ersten Satz von Röntgenprojektionsbildern abgeleiteten, rekonstruierten dreidimensionalen Bild auch anatomische Strukturen abgebildet, beispielsweise Knochen, die bei der weiteren Auswertung einen Störfaktor darstellen können. Von daher ist es sinnvoll, daß zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefaßbaumes eine computergestützte Modellierung des Gefäßbaumes unter Eliminierung der übrigen in dem ersten Satz von Röntgenprojektionsbildern enthaltenen anatomischen Strukturen erfolgt.
Für die Implementierung der erfindungsgemäßen Visualisierungstechnik auf einem mit einem geeigneten Computermittel ausgestatten Röntgen-Bildgebungsgerät eignet sich ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 7. Die entsprechende Software kann den Benutzern von geeigneten Bildgebungsgeräten vorteilhafterweise auf einem Datenträger, wie einer Diskette oder CD-Rom, oder zum Herunterladen über ein Datennetz (Internet) zur Verfügung gestellt werden.
Ein Röntgen-Bildgebungsverfahren das auf dem erfindungsgemäßen Gerät ausführbar ist, ist Gegenstand der Patentansprüche 8 bis 12.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Ablaufschema der erfindungsgemäßen Visualisierungstechnik; Figur 2 Röntgenbildgebungsgerät gemäß der Erfindung. Das in der Figur 1 schematisch dargestellte Verfahren dient zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten. Das Verfahren beginnt mit der Aufnahme eines ersten Satzes 1 von Röntgenprojektionsbildern in verschiedenen Phasen des Herzzyklus. Parallel zur Aufnahme der Röntgenprojektionsbilder wird ein erstes EKG 2 des Patienten aufgenommen. Aus dem ersten Satz 1 von Röntgenprojektionsbildern wird als nächstes die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes rekonstruiert, und zwar in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus, so daß anschließend ein Satz 3 von dreidimensionalen Datensätzen der koronaren Gefäßstruktur für die verschiedenen Herzschlagphasen vorliegt. Es erfolgt eine computergestützte Modellierung des Gefäßbaumes, wobei in den Röntgenprojektionsbildern enthaltene anatomische Strukturen, die nicht zu dem untersuchten Gefaßbaum gehören, eliminiert werden. In einem Datensatz 4 ist die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes in eine Mehrzahl von Gefäßsegmenten 5 aufgeteilt. Der Datensatz 4 enthält Informationen über die räumliche Position jedes Gefaßsegmentes 5 in jeder Phase des Herzzyklus, so daß durch den Datensatz 4 die Struktur und Bewegung des Gefäßbaumes vollständig modelliert ist.
Im weiteren Verfahrensverlauf wird ein zweiter Satz 6 von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes während oder nach der Gabe eines Kontrastmittels aufgenommen. Auch hierbei wird ein zweites EKG 7 des Patienten aufgenommen. Die Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes 6 werden anhand des EKG's 7 jeweils einer Phase des Herzzyklus zugeordnet.
Für ein Gefäßsegment 8, für welches die Zeitabhängigkeit der Kontrastmittelkonzentration bestimmt werden soll, werden lokale Bildbereiche innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes 6 entsprechend der räumlichen Position des Gefäßsegmentes 8 in einer bestimmten Phase des Herzzyklus aufgefunden. Hierzu werden die zeitabhängigen Positionsdaten des Datensatzes 4 herangezogen. Die Kontrastmittelkonzentration innerhalb des Gefäßsegmentes 8 wird dann durch Auswertung der Röntgenabsorption innerhalb der aufgefundenen lokalen Bildbereiche ermittelt. Der Zeitverlauf der Kontrastmittelkonzentration im Bereich des Gefäßsegmentes 8 kann zum Zwecke der Visualisierung als Diagramm 9 dargestellt werden. Derartige Diagramme können für sämtliche Gefäßsegmente erzeugt werden, so daß sich insgesamt ein umfassendes Bild des Blutflusses innerhalb des Gefäßbaumes ergibt. Bei dem in der Figur 2 gezeigten Bildgebungsgerät handelt es sich um ein
C-Arm-Röntgengerät, welches einen C-Arm 10 aufweist, welcher mittels einer Halterung 11 an einer nicht näher dargestellten Decke aufgehängt ist. An dem C-Arm 10 sind eine Röntgenstrahlungsquelle 12 sowie ein Röntgenbildwandler 13 beweglich geführt, so daß eine Mehrzahl von Röntgenprojektionsbildern von einem im Zentrum des C-Arms 10 auf einem Patiententisch 14 liegenden Patienten 15 unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen werden können. Die synchrone Bewegung der Röntgenstrahlungsquelle 12 und des Röntgenbildwandlers 13 werden von einer Steuereinheit 16 gesteuert. Bei der Bildaufhahme laufen die Röntgenstrahlungsquelle 12 und der Röntgenbildwandler 13 synchron um den Patienten 15 herum. Die dabei von dem Röntgenbildwandler 13 erzeugten Bildsignale werden an eine computergesteuerte Bildverarbeitungseinheit 17 übertragen. Mittels eines EKG-Geräts 18 wird der Herzschlag des Patienten überwacht, und das EKG wird an die Bildverarbeitungseinheit 17 übermittelt. Die Bildverarbeitungseinheit 17 weist eine Programmsteuerung auf, mittels welcher die Verarbeitung der Röntgenprojektionsbilder gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren erfolgt. Zur Visualisierung dient ein an die Bildverarbeitungseinheit 17 angeschlossener Monitor 19.

Claims

CLAIMS:
1. Röntgen-Bildgebungsgerät mit Computermitteln ( 17), die zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten derart eingerichtet sind, dass die Visualisierung auf der Grundlage von Daten erfolgt, die einen ersten Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes in verschiedenen Phasen des Herzzyklus, ein gleichzeitig mit dem ersten Satz (1) aufgezeichnetes erstes EKG (2) des Patienten (15), einen zweiten während oder nach der Gabe eines Kontrastmittels aufgenommenen Satz (6) von Röntgenprojektionsbildern und ein gleichzeitig mit dem zweiten Satz (6) aufgezeichnetes zweites EKG (7) des Patienten (15) umfassen, wobei die Computermittel (17) eine Programmsteuerung aufweisen, welche zur Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration innerhalb der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes gemäß den folgenden Verfahrensschritten arbeitet:
Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus aus dem ersten Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern und Aufteilung der Struktur in eine Mehrzahl von Gefäßsegmenten (5, 8) ;
Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration (9) innerhalb der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes durch aa) Zuordnung der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) jeweils zu einer Phase des Herzzyklus anhand des aufgezeichneten zweiten EKG's (7); bb) Auffinden von den einzelnen Gefäßsegmenten (8) zugeordneten lokalen Bildbereichen innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) entsprechend der räumlichen Positionen der Gefäßsegmente (8) in der betreffenden Phase des Herzzyklus gemäß der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes: cc) Ermittlung der Kontrastmittelkonzentration innerhalb der Gefäßsegmente (8) durch Auswertung der Röntgenabsorption innerhalb der im Verfahrensschritt bb) aufgefundenen lokalen Bildbereiche;
Visualisierung des Kontrastmittelflusses durch die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes gemäß der bestimmten zeitabhängigen Kontrastmittelverteilung (9).
2. Röntgen-Bildgebungsgerät nach Anspruch 1, mit Mitteln (10, 11, 12, 13) zur Erzeugung des ersten und des zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern des koronaren Gefäßbaumes des Patienten (15) unter unterschiedlichen
Projektionsrichtungen, und mit Mitteln (18) zur Aufzeichnung des EKG's des Patienten (15) während der Aufnahme des ersten und zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern.
3. Röntgen-Bildgebungsgerät nach Anspruch 2, wobei die Computermittel
(17) derart eingerichtet sind, daß während oder nach der Gabe des Kontrastmittels zunächst der zweite Satz (6) von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, während sich der Gefäßbaum mit Kontrastmittel füllt, und dann der erste Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, nachdem der Gefäßbaum vollständig mit Kontrastmittel gefüllt ist.
4. Röntgen-Bildgebungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Computermittel (17) weiterhin derart eingerichet sind, daß die Aufnahme des ersten und/oder zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern mittels kontinuierlicher Rotations-Röntgenbildgebung unter einer Mehrzahl von Projektionswinkeln erfolgt.
5. Röntgen-Bildgebungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Computermittel (17) weiterhin derart eingerichet sind, daß die Aufnahme des zweiten Satzes (6) von Röntgenprojektionsbildern unter zumindest einem festen Projektions- winkel erfolgt.
6. Röntgen-Bildgebungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Computermittel (17) derart eingerichtet sind, daß zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur eine computergestützte Modellierung des Gefäßbaumes unter Eliminierung der übrigen in dem ersten Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern enthaltenen anatomischen Strukturen erfolgt.
7. Computerprogramm für ein Röntgen-Bildgebungsgerät, zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten, wobei das Computerprogramm als Eingabe Daten erhält, die einen ersten Satz (1) von
Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes in verschiedenen Phasen des Herzzyklus, ein gleichzeitig mit dem ersten Satz (1) aufgezeichnetes erstes EKG (2) des Patienten (15), einen zweiten während oder nach der Gabe eines Kontrastmittels aufgenommenen Satz (6) von Röntgenprojektionsbildern und ein gleichzeitig mit dem zweiten Satz (6) aufgezeichnetes zweites EKG (7) des Patienten (15) umfassen, wobei durch das
Computerprogramm auf Computermitteln (17) des Röntgen-Bildgebungsgerätes eine Programmsteuerung implementiert wird, welche zur Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration innerhalb der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes gemäß den folgenden Verfahrensschritten arbeitet: - Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus aus dem ersten Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern und Aufteilung der Struktur in eine Mehrzahl von Gefäßsegmenten (5, 8) ;
Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration (9) innerhalb der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes durch aa) Zuordnung der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) jeweils zu einer Phase des Herzzyklus anhand des aufgezeichneten zweiten EKG's (7); bb) Auffinden von den einzelnen Gefäßsegmenten (8) zugeordneten lokalen Bildbereichen innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) entsprechend der räumlichen Positionen der Gefäßsegmente (8) in der betreffenden Phase des Herzzyklus gemäß der rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes; cc) Ermittlung der Kontrastmittelkonzentration innerhalb der Gefäßsegmente (8) durch Auswertung der Röntgenabsorption innerhalb der im Verfahrensschritt bb) aufgefundenen lokalen Bildbereiche;
Visualisierung des Kontrastmittelflusses durch die dreidimensionale Struktur des Gef ßbaumes gemäß der bestimmten zeitabhängigen Kontrastmittelverteilung (9).
8. Röntgen-Bildgebungsverfahren zur Visualisierung des Blutflusses in einem koronaren Gefäßbaum eines Patienten mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Aufnahme eines ersten Satzes (1) von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes in verschiedenen Phasen des Herzzyklus unter gleichzeitiger Aufzeichnung eines ersten EKG's (2) des Patienten (22); b) Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus aus dem ersten Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern und Aufteilung der Struktur in eine Mehrzahl von Gefäßsegmenten (5, 8) ; c) Aufnahme eines zweiten Satzes (6) von Röntgenprojektionsbildern des Gefäßbaumes während oder nach der Gabe eines Kontrastmittels unter gleichzeitiger Aufzeichnung eines zweiten EKG's (7) des Patienten; d) Bestimmung der zeitabhängigen Kontrastmittelkonzentration (9) innerhalb der im Verfahrensschritt b) rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes durch aa) Zuordnung der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) jeweils zu einer Phase des Herzzyklus anhand des aufgezeichneten zweiten EKG's (7); bb) Auffinden von den einzelnen Gefäßsegmenten (8) zugeordneten lokalen Bildbereichen innerhalb der Röntgenprojektionsbilder des zweiten Satzes (6) entsprechend der räumlichen Positionen der Gefäßsegmente (8) in der betreffenden Phase des Herzzyklus gemäß der im Verfahrensschritt b) rekonstruierten dreidimensionalen Struktur des Gefäßbaumes; cc) Ermittlung der Kontrastmittelkonzentration innerhalb der Gefäßsegmente (8) durch Auswertung der Röntgenabsorption innerhalb der im Verfahrensschritt bb) aufgefundenen lokalen Bildbereiche; e) Visualisierung des Kontrastmittelflusses durch die dreidimensionale Struktur des Gefäßbaumes gemäß der im Verfahrensschritt d) bestimmten zeitabhängigen Kontrastmittelverteilung (9).
9. Röntgen-Bildgebungsverfahren nach Anspruch 8, wobei während oder nach der Gabe des Kontrastmittels zunächst der zweite Satz (6) von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, während sich der Gefaßbaum mit Kontrastmittel füllt, und dann der erste Satz (1) von Röntgenprojektionsbildern aufgenommen wird, nachdem der Gefaßbaum vollständig mit Kontrastmittel gefüllt ist.
10. Röntgen-Bildgebungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Aufnahme des ersten und/oder zweiten Satzes von Röntgenprojektionsbildern mittels kontinuierlicher Rotations-Röntgenbildgebung unter einer Mehrzahl von Projektionswinkeln erfolgt.
11. Röntgen-Bildgebungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Aufnahme des zweiten Satzes (6) von Röntgenprojektionsbildern unter zumindest einem festen Projektionswinkel erfolgt.
12. Röntgen-Bildgebungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur im Verfahrensschritt b) eine computergestützte Modellierung des Gefäßbaumes unter Eliminierung der übrigen in dem ersten Satz von Röntgenprojektionsbildern enthaltenen anatomischen Strukturen erfolgt.
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