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    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung quantitativer Information in Datensätzen der medizinischen Bildgebung, bei dem aus ein oder mehreren Messdatensätzen nach ein oder mehreren Verarbeitungsschritten ein Bilddatensatz und/oder ein oder mehrere Zusatzdatensätze erhalten werden, in denen jedem Bildelement des Bilddatensatzes ein oder mehrere Werte als quantitative Information zugeordnet sind. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass aus dem Bilddatensatz und/oder den ein oder mehreren Zusatzdatensätzen eine Signifikanz-Funktion berechnet wird, die für jedes Bildelement eines vorgebbaren Bildbereiches einen Grad der Ähnlichkeit der ein oder mehreren dem Bildelement zugeordneten Werte mit einem vorgebbaren Wert oder einer vorgebbaren Wertekombination repräsentiert, und die Signifikanz-Funktion an einem Bildwiedergabegerät graphisch dargestellt wird. Mit dem vorliegenden Verfahren lässt sich quantitative Information, die in Datensätzen der medizinischen Bildgebung enthalten ist, auf einfache Weise und übersichtlich visualisieren.The present invention relates to a method for visualizing quantitative information in medical imaging data records, in which one or more measurement data sets after one or more processing steps obtain an image data record and / or one or more additional data sets in which one or more values are assigned to each picture element of the image data set are assigned as quantitative information. The method is characterized in that a significance function is calculated from the image data set and / or the one or more additional data sets, which for each image element of a predefinable image area, a degree of similarity of the one or more values assigned to the image element with a predefinable value or a predetermined value combination, and the significance function is graphically displayed on a picture display device. With the present method, quantitative information contained in medical imaging datasets can be easily and clearly visualized.
    公开号:DE102004008519A1
    申请号:DE200410008519
    申请日:2004-02-20
    公开日:2005-09-15
    发明作者:Björn Dr. Heismann
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:A61B6-03
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierungquantitativer Information in Datensätzen der medizinischen Bildgebung,insbesondere in CT-Datensätzen,bei dem aus ein oder mehreren Messdatensätzen nach ein oder mehrerenVerarbeitungsschritten ein Bilddatensatz und/oder ein oder mehrere Zusatzdatensätze erhaltenwerden, in denen jedem Bildelement des Bilddatensatzes ein odermehrere Werte als quantitative Information zugeordnet sind.TheThe present invention relates to a method of visualizationquantitative information in medical imaging records,especially in CT datasets,wherein one or more measurement records are one or moreProcessing steps receive an image data set and / or one or more additional data setsin which each picture element of the image data set is an orseveral values are assigned as quantitative information.
    [0002] Inder medizinischen Bildgebung fallen große Datenmengen in Datensätzen an,die nach einer Weiterverarbeitung dem Benutzer als Bildinformationeines Untersuchungsbereichs des untersuchten Objektes dargestelltwerden. Die mit den bildgebenden Verfahren erhaltenen Daten beinhaltenhäufigauch weitere Information, die fürden Nutzer wertvoll sein kann. Dies wird im Folgenden am Beispielradiographischer Verfahren, insbesondere der Röntgen-Computertomographie (CT)näher erläutert.Inmedical imaging generates large amounts of data in datasets,after a further processing the user as image informationan examination area of the examined objectbecome. The data obtained by the imaging methods includeoftenalso more information forthe user can be valuable. This is the example belowradiographic procedure, in particular X-ray computed tomography (CT)explained in more detail.
    [0003] DasErgebnis radiographischer Verfahren, wie bspw. der Computertomographie,der Mammographie, der Angiographie, der Röntgen-Inspektionstechnik odervergleichbarer Verfahren, ist zunächst die Darstellung der Schwächung einesRöntgenstrahlsentlang seines Weges von der Röntgenquellezum Röntgendetektorin einem Projektionsbild. Diese Schwächung wird von den durchstrahltenMaterialien entlang des Strahlengangs verursacht, so dass die Schwächung auchals Linienintegral überdie Schwächungskoeffizientenaller Volumenelemente (Voxel) entlang des Strahlenweges verstandenwerden kann. Insbesondere bei Tomographie-Verfahren wie der Röntgen-Computertomographieist es überRekonstruktionsverfahren möglich,von den projizierten Schwächungsdatenauf die Schwächungskoeffizien ten μ der einzelnenVoxel zurückzurechnen unddamit zu einer erheblich sensitiveren Untersuchung als bei reinerBetrachtung von Projektionsbildern zu gelangen.TheResult of radiographic procedures, such as computed tomography,mammography, angiography, X-ray inspection orComparable procedure, is first the representation of the weakening of aX-rayalong its way from the X-ray sourceto the X-ray detectorin a projection image. This weakening is radiated by theMaterials along the beam path caused, so the weakening as wellas a line integral overthe attenuation coefficientsunderstood all volume elements (voxels) along the beam pathcan be. Especially in tomography methods such as X-ray computed tomographyis it overReconstruction method possible,from the projected attenuation dataon the attenuation coefficients μ of the individualTo recalculate voxels andthus a much more sensitive investigation than pureViewing of projection images.
    [0004] ZurDarstellung der Schwächungsverteilungwird statt des Schwächungskoeffizientenin der Regel ein auf den Schwächungskoeffizientenvon Wasser normierter Wert, die sog. CT-Zahl, verwendet. Diese berechnet sichaus einem aktuell durch Messung ermittelten Schwächungskoeffizienten μ und demReferenz-Schwächungskoeffizienten μH2O nachfolgender Gleichung:
    [0005] Ausdem Schwächungswerteiner Röntgenaufnahmekann jedoch nicht auf die Materialzusammensetzung eines Untersuchungsobjektsgeschlossen werden, da die Röntgenabsorptionsowohl von der effektiven Ordnungszahl des Materials als auch vonder Materialdichte bestimmt wird. Materialien bzw. Gewebe unterschiedlicherchemischer wie physikalischer Zusammensetzung können daher im Röntgenbildidentische Schwächungswerteaufweisen.Outthe attenuation valuean x-rayhowever, it can not affect the material composition of an object of examinationbe closed because the X-ray absorptionboth the effective atomic number of the material and ofthe material density is determined. Materials or tissues of differentchemical and physical composition can therefore be determined in the X-rayidentical attenuation valuesexhibit.
    [0006] AusB. J. Heismann et al., Density and Atomic Number Measurements withSpectral X-Ray Attenuation Method, J. of Appl. Phys., Vol. 94, No.3, 2003, 2073-2079, sowie aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 43 131 A1 istein Verfahren bekannt, bei dem zumindest zwei Datensätze desgleichen Untersuchungsbereiches bei unterschiedlicher spektralerVerteilung der Röntgenstrahlungund/oder Röntgendetektionaufgenommen werden. Aus den Messdatensätzen kann dann durch Nutzungder spektralen Information die räumliche Verteilungder Dichte ρ(r)und der effektiven Ordnungszahl Z(r) im Untersuchungsbereich berechnetwerden, im Folgenden auch als ρ-Z-Projektionbezeichnet. Aus einer kombinierten Auswertung der Verteilung derDichte sowie der effektiven Ordnungszahl lassen sich Körperbestandteilewie bspw. Jod oder dergleichen quantitativ bestimmen und bspw. Calzifizierungenbasierend auf der Ordnungszahl heraus segmentieren.From BJ Heismann et al., Density and Atomic Number Measurements with Spectral X-Ray Attenuation Method, J. of Appl. Phys., Vol. 94, no. 3, 2003, 2073-2079, as well as from the German patent application DE 101 43 131 A1 a method is known in which at least two data sets of the same examination area are recorded with different spectral distribution of the x-ray radiation and / or x-ray detection. By using the spectral information, the spatial distribution of the density ρ (r) and the effective ordinal number Z (r) in the examination area can then be calculated from the measurement data sets, hereinafter also referred to as ρ-Z projection. From a combined evaluation of the distribution of the density and the effective atomic number, body components such as iodine or the like can be determined quantitatively and, for example, segment cal cifications based on the ordinal number.
    [0007] WeitereTechniken zur Nutzung der spektralen Information in den beiden Messdatensätzen sindaus den nachveröffentlichtenDruckschriften DE 103 11 628 und DE 103 47 971 bekannt.Further techniques for using the spectral information in the two measurement data sets are from the subsequently published documents DE 103 11 628 and DE 103 47 971 known.
    [0008] Durchdie potentiellen Möglichkeitender Nutzung der in den Datensätzenenthaltenen quantitativen Information stellt sich das Problem dergeeigneten Darstellung der Ergebnisse, so dass der Nutzer des bildgebendenSystems die unter Umständenkomplexe quantitative Information in einer einfach diagnostizierbaren Darstellungerhält.Due to the potential possibilities of using the quantitative information contained in the datasets, the problem arises of the appropriate presentation of the results, so that the user of the bildge The system may receive complex quantitative information in an easily diagnosable representation.
    [0009] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahrenzur verständlichenVisualisierung quantitativer Information in Datensätzen dermedizinischen Bildgebung anzugeben.TheThe object of the present invention is therefore a methodto understandVisualization of quantitative information in datasets of theindicate medical imaging.
    [0010] DieAufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. VorteilhafteAusgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oderlassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielenentnehmen.TheTask is solved by the method according to claim 1. advantageousEmbodiments of the method are the subject of the dependent claims orcan be the following description and the embodimentsremove.
    [0011] Beidem vorliegenden Verfahren zur Visualisierung quantitativer Informationin Datensätzender medizinischen Bildgebung, insbesondere in CT-Datensätzen, wirdaus ein oder mehreren Messdatensätzennach ein oder mehreren Verarbeitungsschritten ein Bilddatensatzund/oder ein oder mehrere Zusatzdatensätze erhalten, in denen jedemBildelement des Bilddatensatzes, d.h. jedem Pixel oder Voxel, einoder mehrere Werte als quantitative Information zugeordnet sind.Diese Werte könnenzum einen bspw. Schwächungswerteoder Intensitätswertedes Bilddatensatzes und zum anderen auch bspw. Dichte-, Konzentrations-oder Ordnungszahlwerte der Zusatzdatensätze sein. Das Verfahren zeichnetsich dadurch aus, dass aus dem Bilddatensatz und/oder den ein odermehreren Zusatzdatensätzeneine Signifikanz-Funktion berechnet wird, die für jedes Bildelement eines vorgegebenenBildbereiches einen Grad der Ähnlichkeitder ein oder mehreren dem Bildelement zugeordneten Werte mit einemvorgebbaren Wert oder einer vorgebbaren Wertekombination repräsentiert,und die Signifikanz-Funktion an einem Bildwiedergabegerät graphischdargestellt wird.atthe present method for visualizing quantitative informationin recordsmedical imaging, especially in CT datasetsfrom one or more measurement recordsafter one or more processing steps, an image data setand / or one or more supplemental records, each containingPicture element of the image data set, i. every pixel or voxel, aor multiple values are assigned as quantitative information.These values canon the one hand, for example, attenuation valuesor intensity valuesthe image data set and on the other hand, for example, density, concentrationor ordinal number values of the additional data sets. The process drawscharacterized in that from the image data set and / or the one orseveral additional data setsa significance function is calculated, which for each picture element of a givenImage area a degree of similaritythe one or more values assigned to the picture element with arepresents a predefinable value or a predefinable value combination,and the significance function on a picture display device graphicallyis pictured.
    [0012] Diebei dem vorliegenden Verfahren eingeführte Signifikanz-Funktion kann jenach Dimension des Messdatensatzes bzw. der Messdatensätze einezweidimensionale Funktion K(x,y) oder eine dreidimensionale FunktionK(x,y,z) bzw. K(r) sein, die einen vom Ort x, y, z des BildelementesabhängigenWert einnimmt. Mit dieser Signifikanz-Funktion wird der Grad der Ähnlichkeitdes Wertes der Bilddaten oder davon abgeleiteter Daten an jedemPixel oder Voxel mit einem vorgebbaren Wert oder einer vorgebbarenWertekombination – bei Beteiligungmehrerer Datensätze – berechnet.Im einfachsten Falle handelt es sich hierbei um einen einfachen Vergleichzweier Werte, wobei der Wert der Signifikanz-Funktion an dieserStelle dem Vergleichsergebnis oder einem davon abgeleiteten Wertentspricht. Die Signifikanz-Funktion K(x,y,z) ist dabei vorzugsweisenormiert.TheThe significance function introduced in the present method may eachaccording to the dimension of the measurement data set or the measurement data setstwo-dimensional function K (x, y) or a three-dimensional functionK (x, y, z) and K (r), the one from the location x, y, z of the picture elementdependentTakes value. With this significance function is the degree of similaritythe value of the image data or data derived therefrom at eachPixel or voxel with a predefinable value or a predefinable oneValue combination - with participationmultiple records - calculated.In the simplest case, this is a simple comparisontwo values, where the value of the significance function at thisPlace the comparison result or a derived valueequivalent. The significance function K (x, y, z) is preferablynormalized.
    [0013] DieBilddarstellung erfolgt dann an einem entsprechenden Bildwiedergabegerät in graphischerForm, bspw. durch Codierung der Werte der Signifikanz-Funktion durchden Grad der Farbsättigungin einer Farbdarstellung oder im Falle einer Graustufendarstellungdurch den Grad der Helligkeit jedes Bildelementes. Vorzugsweisewird diese Darstellung der Signi fikanz-Funktion der Darstellungeines üblichen(Schwächungswert-)Bildesdes Untersuchungsbereiches, wie es mit den jeweiligen Messverfahrenerhalten wird, ortsgleich überlagert.TheImage is then displayed on a corresponding image display device in graphicalForm, for example, by encoding the values of the significance function bythe degree of color saturationin a color representation or in the case of a gray scale representationby the degree of brightness of each picture element. Preferablybecomes this representation of the signi fikanz function of the representationa usual one(Schwächungswert-) imageof the examination area, as is the case with the respective measuring methodsis obtained, superimposed on the same location.
    [0014] Aufdiese Weise könnendurch entsprechende Vorgabe der Vergleichswerte oder Wertekombinationen,bspw. einer bestimmten Dichte oder einer bestimmten Ordnungszahl,sofort die Bereiche lokalisiert werden, in denen ein Material mitdiesen Eigenschaften vorliegt, d. h. die Signifikanz-Funktion diegrößte Ähnlichkeitmit den vorgegebenen Werten anzeigt. Die vorgegebenen Werte oderWertekombinationen hängendabei zum einen von der Art der Messung und zum anderen von dengewünschtenInformationen ab, die der Benutzer aus den Messdaten möglichstverständlichgewinnen will. Durch die graphische Darstellung der Signifikanz-Funktion,ggf. als Überlagerungmit dem normalen Bild, wird eine u. U. komplexe quantitative Information ineine einfach diagnostizierbare Darstellung umgesetzt. Durch dasvorliegende Diskriminierungsverfahren unter Einsatz der Signifikanz-Funktionwird eine neuartige Darstellungsform für quantitative und funktionaleInformationen in der medizinischen Bildgebung, insbesondere in derRöntgen-Computertomographie,geschaffen.Onthis way you canby appropriate specification of the comparison values or value combinations,for example, a certain density or a certain atomic number,Immediately the areas are located where a material withthese properties are present, d. H. the significance function thegreatest similaritywith the given values. The default values orHang value combinationson the one hand on the type of measurement and on the other of thedesiredInformation from which the user from the measurement data as possibleunderstandablewants to win. Through the graphical representation of the significance function,if necessary as overlaywith the normal picture, a u. U. complex quantitative information inan easily diagnosable representation implemented. By thepresent discrimination method using the significance functionbecomes a novel form of representation for quantitative and functionalInformation in medical imaging, especially in theX-ray computed tomography,created.
    [0015] ImFolgenden wird das vorliegende Verfahren anhand der Röntgen-Computertomographienäher erläutert. Eslässt sichjedoch ohne weiteres auch auf andere Gebiete der bildgebenden Medizintechnik übertragen,bei denen entsprechende auswertbare Information in den Datensätzen enthaltenist. Beim Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Visualisierungquantitativer Information in CT-Datensätzen wird zunächst ein CT-Datensatzvon einem Untersuchungsbereich eines Objektes mit einem Tomographiegerät aufgenommen. DieAufnahme kann hierbei in bekannter Weise, bspw. als Sequenz, alsSpiralaufnahme, statisch oder als Topogramm erfolgen. Für eine Information über dieDichte- und Ordnungszahlverteilung werden zumindest zwei Aufnahmenmit unterschiedlicher spektraler Verteilung aufge nommen, wie diesaus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist.in theFollowing is the present method using X-ray computed tomographyexplained in more detail. Itlet yourselfbut readily transferred to other areas of medical imaging,where appropriate evaluable information contained in the recordsis. When using the present method for visualizationQuantitative information in CT datasets is first a CT datasettaken from an examination area of an object with a tomography device. TheRecording can in this case in a known manner, for example. As a sequence, asSpiral, static or topogram done. For information about theDensity and atomic number distribution will be at least two shotstaken with different spectral distribution, as thisfrom the aforementioned prior art is known.
    [0016] Anschließend folgtdie Umwandlung des ein oder mehreren Messdatensätze, d. h. der gemessenen Rohdaten,in einen CT-Bilddatensatz I(x,y,z). Die hierfür eingesetzte Technik kannbspw. die sog. gefilterte Rückprojektionsein, wie sie in diesem Bereich üblichist. Ggf. kann zusätzlichdie in der Beschreibungseinleitung genannte ρ-Z-Projektion oder ein anderesVerfahren zur Generierung abgeleiteter Messgrößen aus der Messung angewendetwerden. Somit wird zumindest ein Bilddatensatz I(x,y,z) in diesemVerarbeitungsschritt erhalten.Then followsthe conversion of the one or more measurement records, d. H. the measured raw data,into a CT image data set I (x, y, z). The technique used for this canFor example, the so-called filtered rear projectionbe as usual in this fieldis. Possibly. can additionallythe ρ-Z projection mentioned in the introduction or anotherMethod for generating derived measured variables from the measurement appliedbecome. Thus, at least one image data set I (x, y, z) in thisProcessing step received.
    [0017] Ausden ein oder mehreren erhaltenen Datensätzen wird dann eine Signifikanz-FunktionK(x,y,z) berechnet, die die folgenden Eigenschaften aufweist. DieSignifikanz-Funktion gibt die Ähnlichkeitder quantitativen Werte in den CT-Bildern I(x,y,z) oder auch dendaraus abgeleiteten Verteilungen ρ(x,y,z),Z(x,y,z) oder bei abgeleiteter Konzentrationsverteilung ci(x,y,z) zu einem vorgegebenen Wert bzw.Wertevektor an. Als Ergebnis kann bspw. normiert K(x,y,z) = 1 für perfekte Übereinstimmungund K(x,y,z) = 0 fürkeine Übereinstimmungder verglichenen Werte erhalten werden.From the one or more obtained data sets, a significance function K (x, y, z) is calculated that has the following properties. The significance function gives the similarity of the quantitative values in the CT images I (x, y, z) or also the derived distributions ρ (x, y, z), Z (x, y, z) or with a derived concentration distribution c i (x, y, z) to a predetermined value or value vector. As a result, for example, normalized K (x, y, z) = 1 for perfect match and K (x, y, z) = 0 for no match of the compared values can be obtained.
    [0018] Dasvorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielenin Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:TheThe present method will be described below with reference to exemplary embodimentsexplained in more detail in conjunction with the drawings. Hereby show:
    [0019] 1 einBeispiel eines Röntgen-CT-Gerätes für die Durchführung desvorliegenden Verfahrens; 1 an example of an X-ray CT apparatus for carrying out the present method;
    [0020] 2 einerstes Beispiel füreinen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf; 2 a first example of a method sequence according to the invention;
    [0021] 3 einzweites Beispiel füreinen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf;und 3 a second example of a method sequence according to the invention; and
    [0022] 4 eindrittes Beispiel füreinen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. 4 a third example of a method sequence according to the invention.
    [0023] 1 zeigtein Röntgen-Computertomographie-Gerät 1 miteiner zugeordneten Lagerungseinrichtung 2 zur Aufnahmeund Lagerung eines Patienten 3. Mittels einer beweglichenTischplatte der Lagerungseinrichtung 2 ist der Patient 3 mitdem gewünschtenUntersuchungsbereich in eine Öffnung 4 imGehäuse 5 des CT-Gerätes 1 einführbar. Beieinem Spiralscan wird mit der Lagerungseinrichtung 2 außerdem einkontinuierlicher axialer Vorschub vorgenommen. Im Inneren des Gehäuses 5 istmit hoher Geschwindigkeit eine in der 1 nichtsichtbare Gantry um eine durch den Patienten 3 verlaufendeRotationsachse 6 rotierbar. In der Figur ist weiterhindas Aufnahmesystem mit der Röntgenröhre 8 sowiedem Röntgendetektor 9 erkennbar.Zur Bedienung des CT-Gerätes 1 durcheinen Arzt oder dergleichen ist eine Bedieneinheit 7 vorgesehen,die auch einen Monitor 10 zur Darstellung der aufgezeichnetenBilder umfasst. Die Projektionsdaten des während eines Spiralscans kontinuierlichabtastenden Aufnahmesystems werden in einem Steuer- und Bildrechner 11 gemäß dem vorliegendenVerfahren weiter verarbeitet, der hierfür ein geeignetes Verarbeitungsmodulumfasst. Hierbei wird unter Anwendung eines Bildrekonstruktionsalgorithmusdas gewünschteCT-Bild, die Signifikanz-Funktion zur Umsetzung in eine entsprechendegraphische Darstellung sowie ggf. Dichte- oder Ordnungszahlverteilungenberechnet. Die in dem Steuer- und Bildrechner 11 berechnetenBilder werden dann am Monitor 10 der Bedieneinheit 7 zurDarstellung gebracht. 1 shows an X-ray computed tomography device 1 with an associated storage device 2 for receiving and storing a patient 3 , By means of a movable table top of the storage device 2 is the patient 3 with the desired examination area in an opening 4 in the case 5 of the CT device 1 insertable. In a spiral scan is with the storage device 2 also made a continuous axial feed. Inside the case 5 is a high speed one in the 1 invisible gantry around one by the patient 3 extending axis of rotation 6 rotatable. In the figure is still the recording system with the X-ray tube 8th and the X-ray detector 9 recognizable. For operation of the CT device 1 by a doctor or the like is a control unit 7 provided that also has a monitor 10 for displaying the recorded images. The projection data of the continuous scan system during a spiral scan recording system are in a control and image computer 11 processed according to the present method, which includes a suitable processing module for this purpose. In this case, the desired CT image, the significance function for conversion into a corresponding graphical representation and, if appropriate, density or ordinal number distributions are calculated using an image reconstruction algorithm. The in the control and image computer 11 Calculated images are then displayed on the monitor 10 the control unit 7 brought to the presentation.
    [0024] 2 zeigtein erstes Beispiel fürdie Durchführungdes vorliegenden Verfahrens. Hierbei wird in einem ersten Schritt 100 einCT-Datensatz eines Untersuchungsbereiches eines Objektes mit einemSpiralscan erfasst. In Schritt 101 wird aus dem CT-Datensatzdie Verteilung μ(x,y,z)der Röntgenschwächungskoeffizientenmittels der Technik der gefilterten Rückprojektion berechnet. Anschließend erfolgtin Schritt 102 die Berechnung einer vorgegebenen SignifikanzfunktionK(x,y,z), die im vorliegenden Beispiel einen Hinweis auf das Maß der Kalzifizierunginnerhalb des Untersuchungsbereiches liefern soll. Hierfür wird dersog. Agatston Score herangezogen, der die Gefährlichkeit eines koronarenKalziumplaques beschreibt. Dieses wird entsprechend des HU-Wertesin Kalzifizierungsklassen eingeteilt, wobei eine sehr niedrige odersehr hohe Kalzifizierung als eher ungefährlich, mittlere Kalzifizierungenjedoch fürgefährlichangesehen werden. Fürdie im vorliegenden Beispiel verwendete Signifikanzfunktion wirddaher als kritischer Vergleichswert bspw, ein Skalar wie μ = 130 HU herangezogen.Die Signifikanzfunktion K mit linearer Gewichtung kann in diesemBeispiel dann lauten: K = f für f > 0, K = 0 sonst, mitf = 1 – abs(μ – 130 HU)/10HU. 2 shows a first example of the implementation of the present method. This will be done in a first step 100 a CT data record of an examination area of an object is recorded with a spiral scan. In step 101 the distribution μ (x, y, z) of the X-ray attenuation coefficients is calculated from the CT data set by means of the filtered back-projection technique. Subsequently, in step 102 the calculation of a predetermined significance function K (x, y, z), which in the present example should provide an indication of the degree of calcification within the examination area. For this purpose, the so-called Agatston Score is used, which describes the danger of a coronary calcium plaque. This is classified according to the HU value in calcification classes, with a very low or very high calcification being considered rather harmless, mean calcifications however dangerous. For the significance function used in the present example, a scalar such as μ = 130 HU is therefore used as the critical comparison value bspw. The significance function K with linear weighting can in this example then be: K = f for f> 0, K = 0 otherwise, with f = 1 - abs (μ - 130 HU) / 10 HU.
    [0025] DieseSignifikanz-Funktion wird fürdas gesamte durch den CT-Datensatzabgedeckte Volumen des Untersuchungsbereiches aus den berechnetenSchwächungsdaten μ(x,y,z) oderauch nur aus einem durch den Anwender markierten interessierendenBereich dieses Datensatzes berechnet. Im Schritt 103 erfolgtdann eine Darstellung dieser Signifikanz-Funktion K(x,y,z) an demMonitor des CT-Gerätes.Die Signifikanz-Funktion wird hierbei farblich dargestellt, wobeider Grad der farblichen Sättigungder Größe des K-Wertesam jeweiligen dargestellten Pixel entspricht. Durch eine Überlagerungdieser graphischen Darstellung der Signifikanz-Funktion mit derDarstellung des CT-Bildesder Schwächungswertverteilungkann der Betrachter sofort erkennen, ob und an welcher PositiongefährlicheKalzifizierungen vorliegen. So kann bspw. eine Stelle einer gefährlichenKalzifizierung durch einen kräftigenroten Punkt erkennbar sein, der eine nahezu perfekte Übereinstimmungmit dem vorgegebenen Sollwert – imvorliegenden Beispiel 130 HU – bedeutet.Ein allmählicher Farbverlustbis hin zu einem transparenten Punkt deutet auf eine geringere biskeine Übereinstimmung(K = 0) hin.This significance function is used for the entire volume covered by the CT record Examined range of the calculated attenuation data μ (x, y, z) or even only from an area of interest of this record marked by the user. In step 103 Then, a representation of this significance function K (x, y, z) takes place on the monitor of the CT device. The significance function is shown in color, whereby the degree of color saturation corresponds to the size of the K value at the respective pixel displayed. By overlaying this graphical representation of the significance function with the representation of the CT image of the attenuation value distribution, the observer can immediately recognize whether and at which position dangerous calcifications are present. Thus, for example, a spot of dangerous calcification may be recognizable by a strong red dot, which means a close to perfect match with the given setpoint - 130 HU in this example. A gradual loss of color to a transparent point indicates a lesser to no match (K = 0).
    [0026] Ineinem zweiten Beispiel, wie es durch die 3 veranschaulichtist, werden zunächst2 CT-Datensätzebei unterschiedlicher spektraler Verteilung der durch das Untersuchungsobjekttretenden Röntgenstrahlungerfasst. Hierbei wird im vorliegenden Beispiel die Spannung derRöntgenröhre zwischenden beiden CT-Scans verändert.Nach der Erfassung der beiden CT-Datensätze in Schritt 104 werdenaus den beiden Datensätzendurch gefilterte Rückprojektionzwei Schwächungswertverteilungen μ1(x,y,z)und μ2(x,y,z) berechnet (Schritt 105).In a second example, as by the 3 2 CT data sets are initially detected with different spectral distribution of the X-ray radiation passing through the examination subject. Here, the voltage of the X-ray tube between the two CT scans is changed in the present example. After capturing the two CT records in step 104 From the two data sets, two attenuation value distributions μ 1 (x, y, z) and μ 2 (x, y, z) are calculated by filtered backprojection (step 105 ).
    [0027] ImanschließendenSchritt 106 werden aus den beiden Schwächungswertverteilungen dieDichteverteilung ρ(x,y,z)sowie die Verteilung der effektiven Ordnungszahl Z(x,y,z) berechnet.Das hierfüreingesetzte Verfahren ist bspw. aus der DE 101 43 131 A1 bekannt,dessen Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Berechnung der Dichte-und Ordnungszahlverteilung explizit in die vorliegende Patentanmeldungeinbezogen wird.In the subsequent step 106 the density distribution ρ (x, y, z) as well as the distribution of the effective atomic number Z (x, y, z) are calculated from the two attenuation value distributions. The method used for this purpose is, for example, from the DE 101 43 131 A1 The disclosure content of which is explicitly included in the present patent application with regard to the calculation of the density and ordinal number distribution.
    [0028] Diesein Schritt 106 durchgeführte ρ-Z-Projektionliefert fürjedes Voxel des Untersuchungsbereiches Wertepaare ρ(x,y,z),Z(x,y,z), die eine präziseCharakterisierung eines Körperbestandteilesermöglichen.So liegt bspw. bei einem Wertepaar von Z = 7,56, ρ = 1,045g/cm3 in einem Voxel mit hoher Wahrscheinlichkeit einBlutvolumen vor. Im vorliegenden Beispiel soll das Vorliegen derartigerBlutvolumina in einer Bilddarstellung visualisiert werden. Daherwird bspw. eine Signifikanz-Funktion K auf Basis der folgenden Vergleichswerteberechnet: K = f für f > 0, K = 0 sonst, mitf = 1 – √((Zmess – Zsoll)2/Zskal +(ρmess – ρsoll)2/ρskal),wobei Zskal und ρskal quadratischeNormierung- und Wichtungsfaktoren darstellen.This in step 106 The performed ρ-Z projection provides value pairs ρ (x, y, z), Z (x, y, z) for each voxel of the examination area, which allow a precise characterization of a body component. For example, with a pair of values of Z = 7.56, ρ = 1.045 g / cm 3 , there is a high probability of a blood volume in a voxel. In the present example, the presence of such blood volumes should be visualized in an image representation. Therefore, for example, a significance function K is calculated on the basis of the following comparison values: K = f for f> 0, K = 0 otherwise, with f = 1 - √ ((Z mess - Z should ) 2 / Z skal + (ρ mess - ρ should ) 2 / ρ skal ) where Z scal and ρ scal represent quadratic normalization and weighting factors.
    [0029] NachBerechnung dieser Signifikanz-Funktion in Schritt 107,die fürjedes Voxel ein Maß für eine Ähnlichkeitmit dem Wer tepaar fürdas Vorliegen eines Blutvolumens darstellt, wird die Signifikanzfunktionin gleicher Weise wie bereits beim vorangehenden Beispiel an einemMonitor graphisch dargestellt (Schritt 108). In der Darstellungkann der Betrachter somit sofort Blutgefäße oder Blutungen innerhalbdes untersuchten Volumens erkennen.After calculating this significance function in step 107 , which for each voxel represents a measure of a similarity with the pair of values for the presence of a blood volume, the significance function is graphically displayed on a monitor in the same way as in the preceding example (step 108 ). In the illustration, the observer can thus immediately recognize blood vessels or bleeding within the examined volume.
    [0030] Nebender Darstellung von Blut könnenselbstverständlichauch andere Körperflüssigkeitenim Untersuchungsbereich auf Basis der zugehörigen Wertekombinationen derDichte und Ordnungszahl identifiziert werden. Hierbei können mehrereSignifikanzfunktionen, jeweils füreine Übereinstimmungmit dem entsprechenden Wertepaar, berechnet und in unterschiedlichenFarben dargestellt werden. Dies kann bspw. durch eine Farbdarstellungerfolgen, bei der die Farbe rot für Blut, die Farbe blau für Wassereinlagerungen,die Farbe grünfür Urin,die Farbe gelb fürEiter usw. herangezogen werden. Durch eine Überlagerung der Farbdarstellungder Signifikanz-Funktionen mit den ursprünglichen CT-Daten in Graustufendarstellung,d. h. der Verteilung der Schwächungskoeffizienten,lässt sichso fürden Betrachter auf einen Blick die ermittelte Zusatzinformationerkennen.Nextthe representation of blood canOf coursealso other body fluidsin the investigation area on the basis of the associated value combinations ofDensity and atomic number are identified. Here are severalSignificance functions, each fora matchwith the corresponding value pair, calculated and in differentColors are displayed. This can, for example, by a color representationin which the color red for blood, the color blue for water retention,the color is greenfor urine,the color yellow forPus, etc. are used. By overlaying the color representationthe significance functions with the original CT data in grayscale representation,d. H. the distribution of attenuation coefficients,let yourselfso forthe observer at a glance, the additional information determineddetect.
    [0031] Dasdritte Beispiel zeigt eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei derdie Konzentration einzelner Elemente oder Elementverbindungen imUntersuchungsvolumen in der dargestellten Bilddarstellung visualisiert werdenkann. Hierzu werden in Schritt 109 mehrere digitale Röntgenbildermit unterschiedlicher Röhrenspannungaufgezeichnet, um mehrere unterschiedliche CT-Datensätze zu erhalten.Für jedender m Datensätze wirdin Schritt 110 die Schwächungswertverteilung μi(x,y,z)berechnet. Anschließendwerden in Schritt 111 aus diesen Schwächungsdaten Konzentrationen
    [0032] Beidieser Berechnung wird ausgenutzt, dass ein mit einem Röntgenabsorptionsverfahrengemessener Schwächungskoeffizient μ eines Elementesvon der spektralen Apparatefunktion w(E) der eingesetzten Röntgenanlagesowie dem Absorptionsspektrum κ(E)des Elementes abhängt: μ = ∫κ(E)w(E)dEwobeidie spektrale Apparatefunktion w(E) aus dem emittierten RöntgenspektrumS(E) und der spektralen Detktorempfindlichkeit D(E) mit 0 < D(E) < 1 in folgenderWeise erhalten wird:
    [0033] BeiVorliegen von n unterschiedlichen Elementen bzw. Elementkombinationenlässt sichdieser Zusammenhang bei Messung von m Schwächungswerten μ, die mitden unterschiedlichen Spektralverteilungen erhalten werden, in folgenderWeise in Matrixschreibweise darstellen:
    [0034] Mitdiesem Zusammenhang lässtsich ein Maximum von n ≤ mElementkonzentrationen aus den gemessenen Daten ermitteln, wobei μi denm gemessenen Schwächungswerteni = 1 bis m und wi der spektralen Apparatefunktiondes i-ten spektralen Messkanals, d. h. der i-ten spektralen Verteilung,entsprechen. κj(E) stellt das spektrale Absorptionsspektrumdes jeweiligen chemischen Elementes bzw. der Elementkombinationdar, das aus der Literatur bekannt ist. In der dargestellten Matrix schreibweisekann nun nach den Konzentrationen der Elemente bzw. Elementkonzentrationenaufgelöstwerden:
    [0035] M–1 ij ist die zu Mij inverseMatrix, die aus den Apparatefunktionen, d. h. wi(E),der Röntgenanlageberechnet wird. Auf Basis dieser Gleichung wird die Konzentrationsberechnungaus den gemessenen lokalen Schwächungswerten μi durchgeführt.M -1 ij is the matrix inverse to M ij , which is calculated from the apparatus functions, ie w i (E), of the X-ray unit. Based on this equation, the concentration calculation is performed from the measured local attenuation values μ i .
    [0036] DiesesVerfahren zur Konzentrationsermittlung liefert 2 bis n dimensionaleAbbildungen der Konzentrationsverteilung im Messobjekt. Im vorliegendenBeispiel werden Vergleiche mit chemischen Summenformeln gemacht.Wenn bspw. c1 = Konzentration von Wasserstoff, c2 = Konzentrationvon Sauerstoff, dann muss c1·2 =c2 fürwassergefüllteVolumina gelten. Mit dieser Vorgabe wird dann die Signifikanzfunktionberechnet: K = f für f > 0 , K = 0 sonst, mitf = 1 – abs(2·c1 – C2)/cnorm wobei cnorm einemNormierungsfaktor entspricht. Auch andere Normen und nichtlineareWichtungen der Abständeder gemessenen Konzentrationen von der vorgegebenen Konzentration,bspw. exponentiell, lassen sich selbstverständlich implementieren.This concentration determination method provides 2 to n dimensional maps of the concentration distribution in the measurement object. In the present example, comparisons are made with chemical formulas. If, for example, c1 = concentration of hydrogen, c2 = concentration of oxygen, then c1 · 2 = c2 must apply to water-filled volumes. This specification then calculates the significance function: K = f for f> 0, K = 0 otherwise, with f = 1 - abs (2 · c1 - C2) / c standard where c norm corresponds to a normalization factor. Other norms and non-linear weights of the distances of the measured concentrations from the given concentration, for example exponentially, can of course also be implemented.
    [0037] NachBerechnung dieser Signifikanzfunktion in Schritt 112 kanndiese wiederum in gleicher Weise wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielenin graphischer Weise dargestellt werden (Schritt 113).After calculating this significance function in step 112 this can in turn be represented graphically in the same way as in the preceding embodiments (step 113 ).
    权利要求:
    Claims (9)
    [1]
    Verfahren zur Visualisierung quantitativer Informationin Datensätzender medizinischen Bildgebung, insbesondere in CT-Datensätzen, beidem aus ein oder mehreren Messdatensätzen nach ein oder mehreren Verarbeitungsschrittenein Bilddatensatz und/oder ein oder mehrere Zusatzdatensätze erhaltenwerden, in denen jedem Bildelement des Bilddatensatzes ein odermehrere Werte als quantitative Information zugeordnet sind, dadurchgekennzeichnet, dass aus dem Bilddatensatz und/oder den einoder mehreren Zusatzdatensätzeneine Signifikanz-Funktion berechnet wird, die für jedes Bildelement eines vorgegebenenBildbereiches einen Grad der Ähnlichkeitder ein oder mehreren dem Bildelement zugeordneten Werte mit einemvorgebbaren Wert oder einer vorgebbaren Wertekombination repräsentiertund die Signifikanz-Funktionan einem Bildwiedergabegerätgraphisch dargestellt wird.Method for visualizing quantitative information in medical imaging records, in particular in CT data records in which, from one or more measurement data sets, after one or more processing steps, an image data set and / or one or more additional data sets are obtained, in which one or more values are associated with each picture element of the image data set as quantitative information, characterized in that a significance function is calculated from the image data set and / or the one or more additional data sets, which represents a degree of similarity of the one or more values associated with the image element with a predefinable value or a predefinable combination of values for each image element of a given image area and the significance Function is graphically displayed on a picture display device.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Signifikanz-Funktion farblich dargestellt wird, wobei derGrad der Farbsättigungdem Grad der Ähnlichkeitentspricht.Method according to claim 1, characterized in thatthat the significance function is displayed in color, wherein theDegree of color saturationthe degree of similarityequivalent.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die graphische Darstellung der Signifikanz-Funktion einer graphischenDarstellung des Bilddatensatzes überlagertwird.Method according to claim 1 or 2, characterizedthat the graphical representation of the significance function of a graphicalSuperimposed representation of the image data setbecomes.
    [4]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der vorgebbare Wert oder die vorgebbare Wertekombination bestimmtenMaterialeigenschaften des Untersuchungsobjektes innerhalb des vorgegebenenBildbereiches entspricht.Method according to one of claims 1 to 3, characterizedthat the predefinable value or the predetermined value combination determinedMaterial properties of the examination object within the givenImage area corresponds.
    [5]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Zusatzdatensätze durcheine Berechnung einer Dichteverteilung sowie einer Verteilung dereffektiven Ordnungszahl aus zumindest zwei spektral unterschiedlichgewichteten Messdatensätzenerhalten werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterizedthat the additional data sets bya calculation of a density distribution and a distribution of theeffective atomic number of at least two spectrally differentweighted measurement data setsto be obtained.
    [6]
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die vorgebbaren Wertekombinationen eine Kombination eines Dichtewertesund eines Wertes der effektiven Ordnungszahl umfassen.Method according to claim 5, characterized in thatthat the predetermined value combinations a combination of a density valueand a value of the effective atomic number.
    [7]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Zusatzdatensätze durcheine Berechnung einer Konzentrationsverteilung von Elementen oderElementverbindungen aus mehreren spektral unterschiedlich gewichtetenMessdatensätzenerhalten werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterizedthat the additional data sets bya calculation of a concentration distribution of elements orElement compounds of several spectrally differently weightedData Setsto be obtained.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die vorgebbaren Werte oder Wertekombinationen Konzentrationswertevon Elementen oder Elementverbindungen bzw. eine Kombination vonKonzentrationswerten unterschiedlicher Elemente oder Elementverbindungenumfassen.Method according to claim 7, characterized in thatthat the predeterminable values or value combinations are concentration valuesof elements or element connections or a combination ofConcentration values of different elements or element compoundsinclude.
    [9]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass aus dem Bilddatensatz und/oder den ein oder mehreren Zusatzdatensätzen mehrereunterschiedliche Signifikanz-Funktionen berechnet und am Bildwiedergabegerät unterscheidbargraphisch dargestellt werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterizedthat from the image data set and / or the one or more additional data sets morecalculates different significance functions and distinguishable on the image display devicegraphically displayed.
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    2021-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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