DE102008045633A1 - Computer tomography (CT) method for improved display of multi-energy CT exposures/photographs applies contrast media along a system axis - Google Patents

Computer tomography (CT) method for improved display of multi-energy CT exposures/photographs applies contrast media along a system axis Download PDF

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Abstract

A concentration (K) of a contrast medium is applied on an ordinate compared to a system axis position (z) on an abscissa. A curve (14) shows the progression of the concentration of contrast medium when a patient is being scanned, or rather a post-application of a contrast medium in a patient by relying on a z system-axis position, or rather on the concentration in contrast medium in vessels existing in a patient's longitudinal axis. This progression shows that concentration varies greatly over a system axis. An independent claim is also included for a computer system for evaluation and display of computer tomography imaging data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Darstellung von Mehr-Energie-CT-Aufnahmen mit den Verfahrensschritten:

  • – Scan eines Patienten, welcher Kontrastmittel aufgenommen hat, entlang der Systemachse, eines verwendeten CT-Systems,
  • – Rekonstruktion von mehreren über die Systemachse verteilten CT-Bilddaten, unter Nutzung unterschiedlicher Energiespektren und jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Bildwerten, die Pixel von Schnittbildern oder Voxel von Volumenbildern darstellen und die örtliche spektrumsspezifische Röntgenschwächungswerte des Patienten wiedergeben,
  • – pixelweise oder voxelweise Berechnung mehrerer gewichteter Linearkombinationen von Bilddaten jeweils mindestens zweier CT-Bilddaten zu einer neuen CT-Aufnahme und Anzeige dieser neuen CT-Aufnahme.
The invention relates to a method for the improved display of multi-energy CT recordings with the method steps:
  • Scan a patient who has taken contrast media along the system axis, a used CT system,
  • Reconstruction of a plurality of CT image data distributed across the system axis using different energy spectra and each consisting of a plurality of image values representing pixels of slice images or voxels of volume images and representing the patient's local spectrum specific x-ray attenuation values,
  • - Pixel-wise or voxel-wise calculation of several weighted linear combinations of image data of at least two CT image data for a new CT scan and display of this new CT scan.

Es ist in der Computertomographie bekannt, zur Gefäßdarstellung einem Patienten intravenös Kontrastmittel zu verabreichen, welches die Darstellung der Gefäße aufgrund des verbesserten Kontrastes zum umgebenden Gewebe erleichtert. Trotz komplizierter und ausgefeilter Injektionsprotokolle ist es allerdings nahezu unmöglich, eine konstante Konzentration des Kontrastmittels und damit ein homogenes Enhancement in allen Gefäßregionen zu erreichen. Insbesondere bei peripheren Gefäßen – und hier vor allem bei Stenosen oder Gefäßverschlüssen – verändert sich die Flussgeschwindigkeit des mit Kontrastmittel angereicherten Blutes. Dies hat zur Folge, dass die optimale Zeit für die Datenaufnahme in einer bestimmten anatomischen Region schwer vorherzusagen ist. Oft erfolgt dabei die Datenaufnahme zu früh, so dass in den Gefäßen noch eine zu geringe Konzentration herrscht. Dies hat zu Folge, dass der Bildkontrast in diesen Bereichen geringer ist, als in Bereichen mit der gewünschten Kontrastmittelkonzentration. Bei der Darstellung von rein axialen Bildern kann dieser geringere Kontrast mit Einschränkungen durch eine engere Fensterung der CT-Werte bei der Befundung ausgeglichen werden. Bei 3D-Darstellungen, das heißt bei koronaren oder sagittalen Schnitten oder VRT-Darstellungen (VRT = Volum Rendering Technique), ist dies nicht möglich. In der Praxis muss deswegen bei der Befundung von langen CTA-Aufnahmen (CTA = Computertomographie-Angiographie) immer wieder die Fensterung der CT-Bilder verändert werden, um die Gefäße in allen Bereichen in der optimalen Qualität darstellen zu können.It is known in computed tomography for vascular imaging administer a contrast agent intravenously to a patient which the representation of the vessels due to the improved contrast to the surrounding tissue. In spite of However, it is complicated and sophisticated injection protocols almost impossible, a constant concentration of the contrast agent and thus a homogeneous enhancement in all vascular regions to reach. Especially in peripheral vessels - and here especially with stenoses or vascular occlusions - changed the flow rate of the contrast agent enriched Blood. As a result, the optimal time for difficult to predict data acquisition in a particular anatomical region is. Often the data is taken too early, so that in the vessels still too low a concentration prevails. This has the consequence that the image contrast in these areas is lower than in areas with the desired contrast agent concentration. In the representation of purely axial images, this may be lower Contrast with restrictions due to closer windowing the CT values are balanced during the diagnosis. For 3D representations, that is in coronary or sagittal sections or VRT (VRM) rendering is not possible. In practice, therefore, in the diagnosis of long CTA images (CTA = computed tomography angiography) again and again the windowing of the CT images are changed, around the vessels in all areas in the optimal Quality to be able to represent.

Es ist weiterhin bekannt, dass mit Hilfe von Dual-Energy-CT Bilddaten mit zwei unterschiedlichen Spektren aufgenommen werden, wobei durch Mischung der Bilddaten, also durch Erzeugung einer pixelweisen beziehungsweise voxelweisen Linearkombination beider Bilddaten, Aufnahmen mit einem verbesserten Kontrast erzeugt werden können.It It is also known that with the help of dual-energy CT image data be recorded with two different spectra, where by mixing the image data, ie by generating a pixel-wise or voxelwise linear combination of both image data, recordings with an improved Contrast can be generated.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass bei Verwendung derart kombinierter Dual-Energy-CT-Bilddaten im Rahmen der CTA trotzdem unzureichende und pro Bild variierende Bildkontraste entstehen.It However, it has been shown that when using such a combined Dual-energy CT image data under the CTA nevertheless inadequate and image contrast varying per image.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu finden, welches eine verbesserte CT-Darstellung im Rahmen der CTA ergibt.It It is therefore an object of the invention to find a method which provides an improved CT representation in the CTA.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.These The object is achieved by the features of the independent claims solved. Advantageous developments of the invention are Subject of subordinate claims.

Die Erfinder haben Folgendes erkannt:
Bei einer gegebenen Jodkontrastmittelkonzentration ist der CT-Bildkontrast aufgrund der Abhängigkeit der Schwächung von der Energie der Röntgenphotonen bei niedrigen Spannungen höher als bei hohen Spannungen. Bei einer Dual-Energy-CT-Aufnahme werden zunächst zwei Bildstapel mit hoher beziehungsweise niedriger Spannung erzeugt. Bereiche im Bild mit Kontrastmittel zeigen im Bildstapel der niedrigen Spannung einen höheren Kontrast als im Bildstapel der hohen Spannung. Es kann für eine erste Befundung aus den beiden Bildstapeln ein Mischbild berechnet werden, wobei derzeit ein konstanter Faktor k für die Berechnung des Mischbildes angesetzt und es gilt: C3 = C1·κ + C2·(1 – κ),wobei C1 den CT-Werten des Bildes, welches mit niedriger Spannung aufgenommen wurde und C2 den CT-Werten des Bildes, die mit hoher Spannung aufgenommen wurden, entspricht und C3 dem Mischbild entspricht. Im Ergebnis ergibt sich für derart erzeugte Schnittbilder und Volumendaten gegenüber konventionell erzeugten Bilddaten ein besserer und gleichmäßigerer Kontrast.The inventors have recognized the following:
For a given iodine contrast agent concentration, the CT image contrast is higher at low voltages than at high voltages due to the dependency of the attenuation on the energy of the X-ray photons. In a dual-energy CT scan, two image stacks are first generated with high or low voltage. Areas in the image with contrast agent show a higher contrast in the image stack of the low voltage than in the image stack of the high voltage. It can be calculated for a first report from the two image stacks a mixed image, currently a constant factor k is used for the calculation of the mixed image and it applies: C 3 = C 1 · Κ + C 2 · (1 - κ), where C 1 corresponds to the CT values of the image taken with low voltage and C 2 corresponds to the CT values of the image taken with high voltage and C 3 corresponds to the mixed image. As a result, a better and more uniform contrast is obtained for cross-sectional images and volume data produced in comparison with conventionally generated image data.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass dieser Faktor κ, also die Gewichtung in Abhängigkeit vom Enhancement in der axialen Position entlang der Patientenlängsachse beziehungsweise der Patientenlängsachse entsprechenden Systemachse des CT-Systems, verändert wird. Die Veränderung soll dabei derart erfolgen, dass der dargestellte CT-Wert im Bereich der Gefäße möglichst konstant bleibt. Da typischerweise in den peripheren Bereichen eine schlechtere Kontrastierung zu finden ist, bedeutet dies für den praktischen Einsatz, dass der Gewichtungsfaktor zur Berechnung des Mischbildes anzuheben ist, je peripherer die Bilder positioniert sind. Idealerweise wird dieser Faktor so gewählt, dass die Abhängigkeit des Kontrastes von der axialen Position möglichst gering ist. In Kombination mit einer Erkennung eines intravasalen (= arte riellen) Enhancement je Schichtposition kann so über den gesamten Datensatz eine homogene intravasale Kontrastierung erreicht werden.According to the invention, it is now proposed that this factor κ, that is to say the weighting as a function of the enhancement in the axial position along the longitudinal axis of the patient or the longitudinal axis of the patient corresponding to the system axis of the CT system, be changed. The change should be made in such a way that the CT value shown in the region of the vessels remains as constant as possible. Since typically in the peripheral areas a worse contrasting is to be found, this means for practical use that the weighting factor for calculating the mixed image is to be increased, the more peripheral the images are positioned. Ideally, this factor is chosen so that the dependence of the contrast of the axia len position is as low as possible. In combination with a recognition of an intravascular (= artificial) enhancement per slice position, homogeneous intravascular contrast can be achieved over the entire data set.

Entsprechend diesen oben geschilderten Grundüberlegungen schlagen die Erfinder ein Verfahren zur verbesserten Darstellung von Mehr-Energie-CT-Aufnahmen mit den folgenden Verfahrensschritten vor:

  • – Scan eines Patienten, welcher Kontrastmittel aufgenommen hat, entlang der Systemachse eines verwendeten CT-Systems,
  • – Rekonstruktion von mehreren über die Systemachse verteilten CT-Bilddaten, unter Nutzung unterschiedlicher Energiespektren und jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Bildwerten, die Pixel von Schnittbildern oder Voxel von Volumenbildern darstellen und die örtliche spektrumsspezifische Röntgenschwächungswerte des Patienten wiedergeben,
  • – pixelweise oder voxelweise Berechnung mehrerer gewichteter Linearkombinationen von Bilddaten jeweils mindestens zweier CT-Bilddaten zu einer neuen CT-Aufnahme und Anzeige dieser neuen CT-Aufnahme.
In accordance with these basic considerations described above, the inventors propose a method for the improved presentation of multi-energy CT images with the following method steps:
  • Scan a patient who has taken contrast media along the system axis of a used CT system,
  • Reconstruction of a plurality of CT image data distributed across the system axis using different energy spectra and each consisting of a plurality of image values representing pixels of slice images or voxels of volume images and representing the patient's local spectrum specific x-ray attenuation values,
  • - Pixel-wise or voxel-wise calculation of several weighted linear combinations of image data of at least two CT image data for a new CT scan and display of this new CT scan.

Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte ergänzt:

  • – Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen und deren Pixel oder Voxel, und
  • – gewichtete Linearkombination der jeweils mindestens zwei CT-Bilddaten unter Verwendung von Gewichtungsfaktoren derart, dass in der neuen CT-Aufnahme die Bildwerte innerhalb mindestens einem der identifizierten Gefäße einen vorgegebenen Wert erreichen.
According to the invention, this method is supplemented by the following method steps:
  • Identification of the spatial arrangement of recorded vessels and their pixels or voxels, and
  • Weighted linear combination of the at least two CT image data using weighting factors such that in the new CT image the image values within at least one of the identified vessels reach a predetermined value.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Gefäßkontrast weitgehend unabhängig von der axialen Schichtposition ist und dadurch eine verbesserte Diagnose in der klinischen Routine ermöglicht wird. Außerdem wird der Kontrast in peripheren Ge fäßen durch die Anpassung der Mischungsverhältnisse innerhalb der Linearkombination angehoben, wodurch ein aufwendiges „Nachfenstern”, um Unterschiede in der Kontrastierung auszugleichen, entfallen kann, wodurch sich eine wesentliche Arbeitserleichterung ergibt.This Procedure has the advantage that the vessel contrast is largely independent of the axial layer position and thereby an improved diagnosis in the clinical routine is possible. In addition, the contrast in peripheral vessels by adjusting the mixing ratios raised within the linear combination, creating a complex "Nachfenstern", To compensate for differences in contrast, it can be omitted a substantial workload results.

In einer vorteilhaften Ausführung schlagen die Erfinder bezüglich der Identifizierung der räumlichen Anordnung aufgenommener Gefäße vor, diese einerseits dadurch vorzunehmen, dass Bildwerte in mindestens einem der CT-Bilddaten innerhalb eines vorgegebenen CT-Werte-Bereiches gesucht werden, die typisch für Kontrastmittel angereicherte Gefäße sind. Bei der Anwendung dieser Methode liegt es im Rahmen des fachmännischen Handels, dass die jeweiligen CT-Wert-Bereiche entsprechend der verwendeten Röntgenenergiespektren angepasst werden, da diese entsprechend unterschiedlicher verwendeter Röntgenspektren auch unterschiedlich ausfallen. Gegebenenfalls müssen zuvor entsprechende Versuchsreihen durchgeführt werden, um die spektrumsspezifischen richtigen CT-Wert-Bereiche zu finden, die hier optimal sind.In According to an advantageous embodiment, the inventors propose the identification of the spatial arrangement recorded Vessels to do this on the one hand that image values in at least one of the CT image data within a predetermined CT values range that are typical for contrast media Enriched vessels are. In the application of this Method is it within the framework of the expert trade, that the respective CT value ranges correspond to the one used X-ray energy spectra are adjusted, since these are correspondingly different used X-ray spectra also turn out differently. If necessary, appropriate series of tests must be carried out beforehand be performed to the spectrum-specific correct Find CT value ranges that are optimal here.

Eine andere Möglichkeit die Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen durchzuführen, besteht in einer Anwendung eines Verfahrens zur Materialzerlegung unter Verwendung von mindestens zwei der CT-Bilddaten, aufgenommen mit unterschiedlichen Röntgenenergien. Bezüglich einer solchen Materialzerlegung wird beispielhaft auf die deutschen Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 101 43 131 und 10 2005 049 586 verwiesen. Durch eine solche Materialzerlegung ist es möglich, auf einfache Weise Lumen zu erkennen, in denen Kontrastmittel vorliegt, so dass hierdurch eine einfache Identifizierung von Gefäßen möglich ist.Another way to perform the identification of the spatial arrangement of captured vessels is to use a method of material separation using at least two of the CT image data taken with different X-ray energies. With regard to such material decomposition is exemplified in the German patent applications with the file number 101 43 131 and 10 2005 049 586 directed. By such material decomposition, it is possible to easily detect lumens in which contrast agent is present, so that thereby a simple identification of vessels is possible.

Schließlich schlagen die Erfinder auch noch vor, die Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen durch eine manuelle Markierung eines Gefäßinnenbereiches in einem der CT-Bilddaten und von dort ausgehende Segmentierung durchzuführen. Hierbei kann der Operateur einen Gefäßbereich, beispielsweise mit Hilfe eines Cursors, punktuell oder bereichsmäßig markieren, so dass anschließend eine dort beginnende Segmentierung, vorzugsweise mit einem so genannten „Region Growing”-Verfahren, durchgeführt wird. Alternativ kann aufgrund der manuellen Markierung auch ein CT-Werte-Bereich aufgenommen werden, wobei alle Bereiche, die den markierten CT-Werte-Bereich enthalten, als Gefäße segmentiert werden.After all The inventors also propose the identification of the spatial Arrangement of recorded vessels by a manual marking of a vessel interior in one of the CT image data and from there outgoing segmentation. In this case, the surgeon can use a vessel area, for example, with the aid of a cursor, punctually or regionally mark, so that then a segmentation starting there, preferably with a so-called "region growing" method, is carried out. Alternatively, due to the manual Marking also a CT values range can be recorded, with all areas containing the marked CT values range as vessels be segmented.

Bei der Identifizierung und anschließenden Segmentierung des identifizierten Gefäßbereichs kann es weiterhin vorteilhaft sein, zusätzlich eine Glättung des identifizierten Gefäßbereiches durchzuführen.at the identification and subsequent segmentation of the it can continue to be identified be advantageous, in addition, a smoothing of the Perform identified vessel area.

Die Erfinder schlagen weiterhin vor, dass für die Linearkombination verwendete Gewichtungsfaktoren für jede Schnittebene senkrecht zur Systemachse des CT-Systems, alternativ senkrecht zur Patientenlängsachse, separat berechnet werden.The Inventors further suggest that for the linear combination used weighting factors vertical for each cutting plane to the system axis of the CT system, alternatively perpendicular to the patient's longitudinal axis, be calculated separately.

Weiterhin wird vorgeschlagen, falls durch eine gewichtete Linearkombination der jeweils mindestens zwei CT-Bilddaten die Bildwerte innerhalb der identifizierten Gefäße einen vorgegebenen Wert nicht erreichen können, die Bildwerte innerhalb der dargestellten Gefäße zu 100% gewichtet aus den dem vorgegebenen Bildwert am nächsten kommenden CT-Bilddaten zu verwenden.Furthermore, it is proposed, if the image values within the identified vessels can not reach a predetermined value by means of a weighted linear combination of the respectively at least two CT image data, the image values within the vessels shown are 100% weighted closest to the predetermined image value to use the CT image data.

Sind die Bildwerte innerhalb eines Gefäßes oder innerhalb der identifizierte Gefäße nicht gleich – dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass anfänglich in einem Gefäß die Konzentration an Kontrastmittel im zentralen Bereich höher ausfällt, als im peripheren Bereich des Gefäßes – so kann als dem vorgegebenen Bildwert anzupassender Bildwert der Mittelwert der Bildwerte dieses Gefäßes verwendet werden.are the image values within a vessel or within the identified vessels are not equal - this can be done by, for example, initially in a vessel, the concentration of contrast agent higher in the central area than in the peripheral area Area of the vessel - so may as the given Image value to be adjusted the mean value of the image values of this image value Vessel be used.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei Vorhandensein von mehr als einem Gefäßquerschnitt in einer Systemachsen-Position als dem vorgegebnen Bildwert anzupassender Bildwert der Mittelwert aller Bildwerte in den Gefäßen verwendet wird. Alternativ kann es vorteilhaft sein, anstelle des Mittelwertes einen Medianwert oder einen am häufigsten vorkommenden Bildwert zu verwenden.Farther it is suggested that in the presence of more than one vessel cross-section in a system axis position to be adjusted as the predetermined image value Image value the mean value of all image values in the vessels is used. Alternatively, it may be advantageous to replace the Mean a median or most common to use existing image value.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass ausschließlich die Bereiche arterieller Gefäße beziehungsweise ausschließlich die Bereiche venöser Gefäße betrachtet werden. Zur Unterscheidung zwischen arteriellen und venösen Gefäßen kann beispielsweise ein Schwellwert oder ein CT-Wert-Fenster gesetzt werden, da die arteriellen Gefäße in der Regel schneller und mit höherer Konzentration mit Kontrastmittel gefüllt werden, als die venösen Gefäße, wodurch eine Unterscheidung möglich ist.A further improvement of the method according to the invention is achieved by excluding the areas arterial vessels or exclusively looking at the areas of venous vessels become. To distinguish between arterial and venous For example, vessels can have a threshold or A CT value window can be set because the arterial vessels usually faster and with higher concentration with contrast agent be filled, as the venous vessels, whereby a distinction is possible.

Grundsätzlich ist das vorliegende Verfahren vorgesehen, für die Verwendung in Verbindung mit einem Dual-Energy-CT-System, bei dem durch einen Scan mit zwei Röhren-Detektor-Systeme zwei unterschiedliche CT-Bilddaten ermittelt werden. In der Regel wird hierbei jedes Röhren-Detektor-System mit einer anderen Röhrenspannung betrieben.in principle the present method is intended for use in conjunction with a dual-energy CT system, where by a scan with two tube detector systems two different ones CT image data are determined. As a rule, every tube-detector system is used operated with a different tube voltage.

Allerdings ist das vorliegende Verfahren auch verwendbar in Verbindung mit anderen Mehr-Energie-CT-Systemen, wobei die unterschiedlichen Scans für unterschiedliche Röntgenspektren seriell mit der gleichen Röntgenröhre durchgeführt werden können. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass rekonstruierbare Projektionsdaten vorliegen, die letztendlich CT-Bilddaten liefern, die auf unterschiedlichen Röntgenspektren basieren. Das Gleiche gilt auch für CT-Systeme, bei denen anstelle der Verwendung unterschiedlicher Röntgenspektren in Verbindung mit energieintegrierenden Detektoren ein einziges Röntgenspektrum in Verbindung mit energieauflösenden Detektor-Systemen verwendet wird, so dass durch entsprechende Separierung der Detektordaten energiespezifische CT-Bilddaten erzeugt werden können.Indeed the present process is also useful in conjunction with other multi-energy CT systems, with different scans serial for different X-ray spectra the same X-ray tube can. It is essential only that reconstructable Projection data that ultimately provides CT image data, based on different X-ray spectra. The The same applies to CT systems where instead of the Use of different X-ray spectra in combination with energy-integrating detectors a single X-ray spectrum in conjunction with energy-resolving detector systems is used, so that by appropriate separation of the detector data energy-specific CT image data can be generated.

Schließlich wird darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren nicht nur in Verbindung mit zwei unterschiedlichen CT-Bilddaten durchführbar ist, sondern auch auf drei oder mehr unterschiedliche CT-Bilddaten, basierend auf unterschiedliche Röntgenenergien, erweiterbar ist.After all It is noted that the present process is not only feasible in conjunction with two different CT image data but also on three or more different CT image data, based on different X-ray energies, expandable is.

Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Computersystem zur Auswertung und Darstellung von CT-Bilddaten, enthaltend einen Programmspeicher mit Computerprogrammen vorgeschlagen, wobei mindestens eines der Computerprogramme im Betrieb ein Verfahren ausführen soll, welches die oben beschriebenen Verfahrensschritte ausführen kann.in the The invention also provides a computer system for evaluation and displaying CT image data containing a program memory proposed with computer programs, wherein at least one of Computer programs in operation to perform a procedure which can perform the method steps described above.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: Dual-Energy-CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Kontrastmittelapplikator; 12: EKG-Leitung; 13: Steuerleitung; 14: Verlauf der Konzentration eines Kontrastmittels; 15: CT-Werte-Verlauf eines 80 kV-Scans; 16: CT-Werte-Verlauf eines 140 kV-Scans; 17: vorgegebener CT-Wert; 18: optimale Linearkombination; C1: CT-Wert des Bildes mit niedriger Spannung aufgenommen; C2: CT-Wert des Bildes mit hoher Spannung aufgenommen; C3: CT-Wert des Mischbildes; K: Kontrastmittelkonzentration; Prg1-Prgn: Computerprogramme; z: Systemachsenposition; I, II, III: Bereiche; κ: Gewichtungsfaktor.In the following the invention will be described in more detail with the aid of the figures, wherein only the features necessary for understanding the invention are shown. The following reference numbers are used here: 1 : Dual-energy CT system; 2 : first X-ray tube; 3 : first detector; 4 : second x-ray tube; 5 : second detector; 6 : Gantry housing; 7 : Patient; 8th : Patient couch; 9 : System axis; 10 : Control and computing unit; 11 : Contrast agent applicator; 12 : ECG lead; 13 : Control line; 14 : Course of concentration of a contrast agent; 15 : CT value history of an 80 kV scan; 16 : CT value history of a 140 kV scan; 17 : given CT value; 18 : optimal linear combination; C 1 : CT value of low voltage image taken; C 2 : CT value of the image taken with high voltage; C 3 : CT value of the mixed image; K: contrast agent concentration; Prg 1 prg n : computer programs; z: system axis position; I, II, III: areas; κ: weighting factor.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1: Dual-Energy-CT-System; 1 : Dual-energy CT system;

2: Schematisch dargestellter Konzentrationsverlauf entlang der Systemachse eines CT-Systems; 2 : Schematic Concentration Course along the System Axis of a CT System;

3: CT-Wert-Änderung innerhalb eines Gefäßes bei Scan mit 80 kV beziehungsweise 140 kV Beschleunigungsspannung; 3 : CT value change within a vessel at scan with 80 kV or 140 kV acceleration voltage;

4: erfindungsgemäß egalisierter CT-Wert-Lauf eines Mischbildes. 4 : Inventively equalized CT value run of a mixed image.

Die 1 zeigt ein Dual-Energy-CT-System 1, welches in einem Gantrygehäuse 6 auf der Gantry angebracht, ein erstes Röhren-/Detektor-System, bestehend aus einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3, und ein zweites Röhren-/Detektor-System, bestehend aus einer Röntgenröhre 4 und einem gegenüberliegenden Detektor 5, aufweist. Die Röhren-/Detektor-Systeme sind in diesem Beispiel bezügliches ihres Mittelstrahls um 90° winkelversetzt angeordnet. Auf der verfahrbaren Patientenliege 8 befindet sich ein Patient 7, welcher mit Hilfe eines Kontrastmittelapplikators 11 ein Kontrastmittel, gesteuert durch eine Steuerleitung 13 über die Steuer- und Recheneinheit 10, appliziert erhält. Anschließend wird der Patient 7 entlang der Systemachse 9 durch eine Öffnung 14 im Gantrygehäuse 6 geschoben, während die Röhren-/Detektor-Systeme rotierend den Patienten 7 abtasten. Die Abtastung kann hierbei in Form einer Spiralabtastung oder auch in Form sequentieller rotatorischer Abtastung erfolgen. Optional ist in der 1 noch eine EKG-Leitung 12 dargestellt, die ebenfalls zur Steuer- und Recheneinheit 10 führt, so dass die Möglichkeit einer gegateten Abtastung des Patienten besteht. Die Steuer- und Recheneinheit 10 steuert im Übrigen auch die Funktion des gesamten CT-Systems 1, mit Hilfe von Computerprogrammen Prg1 bis Prgn. In diesen Computerprogrammen Prg1 bis Prgn kann auch ein Computerprogramm enthalten sein, welches das erfindungsgemäße Verfahren direkt am CT-System durchführt.The 1 shows a dual-energy CT system 1 which is in a gantry housing 6 mounted on the gantry, a first tube / detector system consisting of an x-ray tube 2 and an opposite detector 3 , and a second tube / detector system consisting of an x-ray tube 4 and an opposite detector 5 , having. The tube / detector systems in this example are 90 degrees with respect to their centerline arranged angularly offset. On the movable patient bed 8th there is a patient 7 , which by means of a contrast agent applicator 11 a contrast agent controlled by a control line 13 via the control and computing unit 10 , applied receives. Subsequently, the patient becomes 7 along the system axis 9 through an opening 14 in the gantry housing 6 while the tube / detector systems rotate the patient 7 scan. The scanning can take place here in the form of a spiral scan or else in the form of sequential rotary scanning. Optional is in the 1 another ECG cable 12 shown, which also to the control and processing unit 10 leads, so that there is the possibility of gated scanning of the patient. The control and computing unit 10 Incidentally, it also controls the function of the entire CT system 1 , with the help of computer programs Prg 1 to Prg n . In these computer programs Prg 1 to Prg n may also be included a computer program which performs the inventive method directly on the CT system.

Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäß Verfahren auch in Verbindung mit allein stehenden Rechensystemen ausführt werden kann, sobald diese Rechensysteme zu mindest Projektionsdaten von einem Dual-Engergy-CT-System oder bereits rekonstruierte CT-Bilddaten hiervon erhalten.It However, it should be noted that the inventive method also in connection with standalone computing systems can be as soon as these computing systems at least projection data from a dual-energy CT system or already reconstructed CT image data obtained from this.

In der 2 ist das Grundproblem dargestellt, welches zur vorliegenden Erfindung führte. Hier ist auf der Ordinate die Konzentration K eines Kontrastmittels gegenüber der Systemachsenposition z auf der Abszisse aufgetragen. Die Kurve 14 zeigt den Verlauf der Konzentration eines Kontrastmittels bei der Abtastung eines Patienten beziehungsweise die Nachapplikation eines Kontrastmittels im Patienten in Abhängigkeit von der z-Systemachsenposition beziehungsweise von der Patientenlängsachse vorliegende Konzentration an Kontrastmittel in den Gefäßen. Wie zu erkennen ist, zeigt dieser Verlauf 14, dass die Konzentration über die Systemachse stark variiert.In the 2 illustrates the basic problem that led to the present invention. Here, on the ordinate, the concentration K of a contrast agent is plotted against the system axis position z on the abscissa. The curve 14 shows the course of the concentration of a contrast agent in the scanning of a patient or the Nachapplikation a contrast agent in the patient as a function of the z-axis axis position or of the patient longitudinal axis present concentration of contrast agent in the vessels. As can be seen, this course shows 14 in that the concentration varies greatly across the system axis.

Wird ein Patient mit einem derartigen Konzentrationsverlauf an Kontrastmittel in den Gefäßen mit Hilfe eines Dual-Energy-CT-Systems gescannt, so ergeben sich CT-Werte innerhalb der Gefäße, wie sie beispielhaft in der 3 dargestellt sind. Die 3 zeigt die CT-Werte C auf der Ordinate über die Systemachsenposition z auf der Abszisse. Oben mit dem Bezugszeichen 15 versehen, ist der CT-Wert-Verlauf eines 80 kV-Scans dargestellt, während unten, mit dem Bezugszeichen 16 versehen, der CT-Wert-Verlauf eines 140 kV-Scans gezeigt wird. Wenn also derartige CT-Scans über unterschiedliche z-Positionen hinweg verglichen beziehungsweise werden Schnittbilder dargestellt, die entlang der z-Achse verlaufen, so ergeben sich innerhalb der Gefäße grundlegend unterschiedliche CT-Werte, die entsprechend dem Erfindungsgedanken möglichst auszugleichen sind. Geht man von einem gewünschten beziehungsweise vorgegebenen CT-Wert aus, der der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 17 entspricht, so kann durch eine Linearkombination der CT-Bilddaten mit den unterschiedlichen Energien 80 kV und 140 kV über einen weiten Bereich, nämlich dem Bereich II, durch Veränderung eines Gewichtungsfaktors für die Linearkombination, erreicht werden, dass die CT-Bildwerte innerhalb der Gefäße weitgehend egalisiert werden.Scanning a patient with such a concentration of contrast agent in the vessels by means of a dual-energy CT system results in CT values within the vessels, as exemplified in US Pat 3 are shown. The 3 shows the CT values C on the ordinate about the system axis position z on the abscissa. Above with the reference 15 is shown, the CT value course of an 80 kV scan, while below, with the reference numeral 16 which shows the CT value curve of a 140 kV scan. Thus, if such CT scans are compared over different z-positions or sectional images are shown running along the z-axis, fundamentally different CT values result within the vessels, which should be compensated as far as possible according to the inventive concept. Assuming a desired or predetermined CT value, the dashed line with the reference numeral 17 By linearly combining the CT image data with the different energies 80 kV and 140 kV over a wide range, namely region II, by varying a weighting factor for the linear combination, it is possible to achieve a high level of CT image values within the vessels be equalized.

In den Bereichen I beziehungsweise III besteht diese Möglichkeit allerdings nicht, da beide Kurven 15 und 16 entweder oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen CT-Werts 17 liegen. In diesem Bereich besteht lediglich die Möglichkeit, den CT-Wert-Verlauf der am günstigsten liegenden Kurve, nämlich der Kurve 16 im Bereich I und der Kurve 15 im Bereich III, zu verwenden.In areas I and III, however, this possibility does not exist because both curves 15 and 16 either above or below the given CT value 17 lie. In this range, there is only the possibility of the CT value curve of the most favorable curve, namely the curve 16 in area I and the curve 15 in the area III, to use.

In der 4 sind nochmals die CT-Werte C auf der Ordinate über die Systemachsenposition z auf der Abszisse aufgetragen, wobei mit Kurve 18 eine optimale Linearkombination zwischen den beiden Kurven 15 und 16 aus der 3 erzeugt wurde. Der vorgegebene CT-Wert 17 wird hierbei über einen weiten Bereich durch Veränderung des Gewichtungsfaktors konstant gehalten, während im linken beziehungsweise im rechten Kurvenabschnitt eine leichte Überhöhung beziehungsweise Unterschreitung des vorgegebenen CT-Wertes 17 zu erkennen ist. In den Über- beziehungsweise Unterschreitungsbereichen werden jeweils die am nächsten kommenden CT-Bildwerte vollständig übernommen, während in dem Zwischenbereich eine Linearkombination mit systemachsenpositionsabhängigen Wichtungsfaktor errechnet wird.In the 4 are again the CT values C on the ordinate on the system axis position z plotted on the abscissa, where with curve 18 an optimal linear combination between the two curves 15 and 16 from the 3 was generated. The default CT value 17 is kept constant over a wide range by changing the weighting factor, while in the left or in the right corner of the curve a slight increase or shortfall of the predetermined CT value 17 can be seen. In the overflow or underflow ranges, the closest CT image values are completely taken over, while in the intermediate region a linear combination with a system axis position-dependent weighting factor is calculated.

Insgesamt zeigt die Erfindung also in ihrem Grundgedanken ein Verfahren zur verbesserten Darstellung von Mehr-Energie-CT-Aufnahmen unter Verwendung von Kontrastmittel, wobei Bildwerte von mindestens zwei CT-Aufnahmen, aufgenommen mit unterschiedlicher Energiespektren, pixelweise oder voxelweise zur Berechnung einer neuen CT-Aufnahme verwendet werden, wobei aus den mindestens zwei, zuvor zueinander registrierten, CT-Aufnahmen gewichtete Linearkombinationen gebildet werden, deren Gewichtungsfaktoren abhängig von der axialen Position derart berechnet werden, dass in der neuen CT-Aufnahme die Bildwerte innerhalb mindestens einem zuvor identifizierten Gefäß ein vorgegebener Bildwert erreicht wird. Optional gilt: Lässt sich dieser Bildwert nicht erreichen, so wird die am nächsten kommende CT-Aufnahme vollständig verwendet.All in all The invention thus shows in its basic idea a method for improved representation of multi-energy CT recordings using contrast media, where image values of at least two CT scans, recorded with different energy spectra, pixel by pixel or voxelweise used to calculate a new CT scan, where off weighted at least two, previously registered to each other, CT scans Linear combinations are formed, their weighting factors dependent be calculated from the axial position such that in the new CT scan the image values within at least one previously identified Vessel a predetermined image value is achieved. Optionally, if this image value can not be achieved, this completes the next CT scan used.

Damit wird eine CT-Bilddarstellung erreicht, bei der die Kontrastierung der mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße auch bei unterschiedlicher Anblutung, also bei unterschiedlicher vorliegender Konzentration an Kontrastmittel, weitgehend ausgeglichen wird, so dass ein einheitlicher Bildeindruck entsteht.Thus, a CT image display is achieved in which the contrast of ge with contrast agent ge filled vessels, even with different blood flow, so with different present concentration of contrast agent, is largely compensated, so that a uniform image impression is created.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above features of the invention not only in the specified combination, but also in others Combinations or alone, without the frame to leave the invention.

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Claims (21)

Verfahren zur verbesserten Darstellung von Mehr-Energie-CT-Aufnahmen mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1. Scan eines Patienten (7), welcher Kontrastmittel aufgenommen hat, entlang der Systemachse (z) eines verwendeten CT-Systems (1), 1.2. Rekonstruktion von mehreren über die Systemachse verteilten CT-Bilddaten, unter Nutzung unterschiedlicher Energiespektren und jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Bildwerten, die Pixel von Schnittbildern oder Voxel von Volumenbildern darstellen und die örtliche spektrumsspezifische Röntgenschwächungswerte des Patienten wiedergeben, 1.3. pixelweise oder voxelweise Berechnung mehrerer gewichteter Linearkombinationen von Bilddaten jeweils mindestens zweier CT-Bilddaten zu einer neuen CT-Aufnahme und Anzeige dieser neuen CT-Aufnahme, gekennzeichnet, durch die folgenden Schritte: 1.4. Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen und deren Pixel oder Voxel, und 1.5. gewichtete Linearkombination der jeweils mindestens zwei CT-Bilddaten unter Verwendung von Gewichtungsfaktoren derart, dass in der neuen CT-Aufnahme die Bildwerte innerhalb mindestens einem der identifizierten Gefäße einen vorgegebenen Wert erreichen.Method for improving the representation of multi-energy CT images with the following method steps: 1.1. Scan a patient ( 7 ), which has taken contrast agent, along the system axis (z) of a used CT system ( 1 1.2. Reconstruction of multiple CT image data distributed over the system axis, using different energy spectra and each consisting of a plurality of image values representing pixels of slices or voxels of volume images and representing the patient's local spectrum-specific X-ray attenuation values, 1.3. pixel-by-pixel or voxel-wise calculation of several weighted linear combinations of image data of at least two CT image data for a new CT image and display of this new CT image, characterized by the following steps: 1.4. Identification of the spatial arrangement of recorded vessels and their pixels or voxels, and 1.5. weighted linear combination of each at least two CT image data using weighting factors such that in the new CT image the image values within at least one of the identified vessels reach a predetermined value. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen erfolgt, indem Bildwerte in mindestens einem der CT-Bilddaten innerhalb eines vorgegebenen CT-Werte-Bereiches gesucht werden, der typisch für kontrastmittelangereicherte Gefäße ist.Method according to the preceding Claim 1, characterized in that the identification the spatial arrangement of recorded vessels by taking image values in at least one of the CT image data within a predetermined range of CT values, which is typical for contrast-enhanced vessels is. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen durch eine Materialzerlegung unter Verwendung von mindestens zwei der CT-Bilddaten, aufgenommen mit unterschiedlicher Röntgenenergie, erfolgt.Method according to the preceding Claim 1, characterized in that the identification the spatial arrangement of recorded vessels by material decomposition using at least two CT image data taken with different X-ray energy, he follows. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der räumlichen Anordnung von aufgenommenen Gefäßen durch manuelle Markierung eines Gefäßinnenbereiches in einem der CT-Bilddaten und von dort ausgehende Segmentierung erfolgt.Method according to the preceding Claim 1, characterized in that the identification the spatial arrangement of recorded vessels by manual marking of a vessel interior in one of the CT image data and from there outgoing segmentation he follows. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Identifizierung auch eine Segmentierung und Glättung der identifizierten Gefäßbereichs erfolgt.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that in the identification as well a segmentation and smoothing of the identified vascular area he follows. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Linearkombination verwendete Gewichtungsfaktoren für jede Schnittebene senkrecht zur Systemachse berechnet werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that for the linear combination used weighting factors vertical for each cutting plane calculated to the system axis. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Linearkombination verwendete Gewichtungsfaktoren für jede Schnittebene senkrecht zur Patientenlängsachse berechnet werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that for the linear combination used weighting factors vertical for each cutting plane calculated to the patient's longitudinal axis. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, falls durch eine gewichtete Linearkombination der jeweils mindestens zwei CT-Bilddaten die Bildwerte innerhalb der identifizierten Gefäße einen vorgegebenen Wert nicht erreichen können, die Bildwerte innerhalb der dargestellten Gefäße zu 100% gewichtet aus den dem vorgegebenen Bildwert am nächsten kommenden CT-Bilddaten verwendet werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that, if by a weighted Linear combination of at least two CT image data the image values within the identified vessels a given Value can not reach the image values within the displayed Vessels 100% weighted from the given Image value to be used on the next coming CT image data. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als dem vorgegebenen Bildwert anzupassender Bildwert der Mittelwert der Bildwerte eines Gefäßes verwendet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that as the predetermined image value image value to be adjusted, the mean value of the image values of a vessel used becomes. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von mehr als einem Gefäßquerschnitt in einer Systemachsen-Position als dem vorgegebenen Bildwert anzupassender Bildwert der Mittelwert aller Bildwerte in den Gefäßen verwendet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that in the presence of more as a vessel cross section in a system axis position the image value to be adapted as the predetermined image value of all image values in the vessels is used. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von mehr als einem Gefäßquerschnitt in einer Systemachsen-Position als dem vorgegebenen Bildwert anzupassender Bildwert der Medianwert aller Bildwerte in den Gefäßen verwendet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that in the presence of more as a vessel cross section in a system axis position as an image value to be adjusted image value of the median value of all image values in the vessels is used. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von mehr als einem Gefäßquerschnitt in einer Systemachsen-Position als dem vorgegebenen Bildwert anzupassender Bildwert der am häufigsten vorkommende aller Bildwerte in den Gefäßen verwendet wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that in the presence of more as a vessel cross section in a system axis position the image value to be adjusted as the predetermined image value is the most common one occurring all image values used in the vessels becomes. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Bereiche arterieller Gefäße betrachtet werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that exclusively the Areas of arterial vessels are considered. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Bereiche venöser Gefäße betrachtet werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized that only the areas of venous vessels are considered. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidung zwischen arteriellen und venösen Gefäßen durch Setzen eines CT-Schwellwertes stattfindet.Method according to one of the preceding claims 13 to 14, characterized in that the distinction between arterial and venous vessels Setting a CT threshold takes place. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterscheidung zwischen arteriellen und venösen Gefäßen durch Setzen eines CT-Wert-Fensters stattfindet.Method according to one of the preceding claims 13 to 14, characterized in that the distinction between arterial and venous vessels Setting a CT value window takes place. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Scan für die mindesten zwei unterschiedlichen CT-Bilddaten unter Verwendung eines Dual-Energy-CT-Systems stattfindet.Method according to one of the preceding claims 1 to 16, characterized in that the scan for the At least two different CT image data using a Dual-energy CT system takes place. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Dual-Energy-CT-System zwei Röhren-Detektor-Systeme verwendet werden.Method according to the preceding Claim 17, characterized in that in the dual-energy CT system two tube detector systems are used. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Röhren-Detektor-System mit einer anderen Röhrenspannung betrieben wird.Method according to the preceding Claim 18, characterized in that each tube-detector system operated with a different tube voltage. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Scan für die mindesten zwei unterschiedlichen CT-Bilddaten unter Verwendung eines energieauflösenden De tektor-Systems stattfindet, wobei die mindestens zwei CT-Bilddaten basierend auf unterschiedlichen Energiespektren durch spektrale Datenselektion gemessener Projektionsdaten entstehen.Method according to one of the preceding claims 1 to 16, characterized in that the scan for the At least two different CT image data using a energy-resolving De tektor system takes place, wherein the at least two CT image data based on different ones Energy spectra by spectral data selection of measured projection data arise. Computersystem zur Auswertung und Darstellung von CT-Bilddaten, enthaltend einen Programmspeicher mit Computerprogrammen (Prg1–Prgn), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Computerprogramme (Prg1–Prgn) im Betrieb ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüchen ausführt.Computer system for the evaluation and display of CT image data, comprising a program memory with computer programs (Prg 1 -Prg n ), characterized in that at least one of the computer programs (Prg 1 -Prg n ) in operation a method with the method steps according to one of the preceding method claims performs.
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