DE4134845A1 - Geraet zum erhalten eines bildes, das den stoffwechsel in einem koerper anzeigt - Google Patents
Geraet zum erhalten eines bildes, das den stoffwechsel in einem koerper anzeigtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bilderzeugungsgerät für diagno
stische Anwendung, zum nichtinvasiven quantitativen Messen
einer Verteilung, die eine biologische Funktion oder einen
Stoffwechselvorgang in einem lebenden Körper repräsentiert,
und zum Anzeigen der Verteilung.
Bilderzeugungssysteme für diagnostische Zwecke können in
zwei Typen gruppiert werden, nämlich Stoffwechselbilderzeu
gungssysteme und Bilderzeugungssysteme für eine funktionelle
Größe. Mit Systemen des ersteren Typs kann die Form innerer
Organe oder von Gewebe beobachtet werden. Um noch mehr kli
nische Information zu liefern, werden nun verschiedene Sy
steme des letzteren Typs entwickelt. Ein Beispiel ist ein
Bilderzeugungssystem, das ein Spektrum magnetischer Resonanz
(MRS) nutzt. Es war bekannt, daß gewisse Information über
Stoffwechselprozesse in Gewebe durch Messen der chemischen
Verschiebung der Resonanzfrequenz von P31 erhalten werden
kann. Dementsprechend wurden viele Anstrengungen unternom
men, ein MRS-Bilderzeugungssystem für klinische Anwendung
dadurch zu entwickeln, daß Verfahren zum Erstellen einer
Ortskarte auf die Spektroskopietechnik eines NMR-Spektral
analysators angewendet wurden. Solche Systeme haben jedoch
nicht das Niveau praktischer Anwendung erreicht, da das Re
sonanzsignal von P31 von einem lebenden Körper sehr schwach
ist. Die Meßzeit zum Erhalten von Information für spektro
skopische Analyse und für das Erstellen einer Ortskarte wird
sehr lange.
Ein anderes Beispiel eines Bilderzeugungssystems zum Erhal
ten einer räumlichen Verteilung, die eine biologische Funk
tion in einem Körper repräsentiert, ist im US-Patent
42 81 645 vorgeschlagen. Gemäß diesem System kann In-vivo-
Beobachtung des Oxidationsstoffwechsels in einem inneren Or
gan durch Messung des Hämoglobinoxidationsverhaltens bei
Durchstrahlung mit Licht im nahen Infrarot erfolgen.
Bei einem solchen optischen In-vivo-Überwachungssystem ist
es schwierig, das in der Praxis erforderliche Niveau für
räumliche Auflösung zu erhalten, da das auf einen lebenden
Körper gestrahlte Licht von verschiedenen Bereichen oder Or
ganen des Körpers stark gestreut wird. Die Anmelderin der
vorliegenden Anmeldung schlug ein Verfahren mit mehreren
Wellenlängen vor, um den nachteiligen Effekt der Lichtstreu
ung in einem Körper zu verringern, und zwar in der US-Anmel
dung 07/479 171 vom 13. Februar 1990.
Mit der Erfindung wurde erkannt, daß es zum Verbessern der
Auflösung von Funktionsverteilungs-Erzeugungssystemen nütz
lich wäre, ein Funktionsverteilungs-Bilderzeugungssystem und
ein Stoffwechsel-Bilderzeugungssystem zu verwenden und die
Bilder von beiden Systemen miteinander zu vergleichen.
Die Auflösung von Bildern, wie sie von bisherigen optischen
Bilderzeugungssystemen zur Stoffwechselüberwachung erhalten
werden, ist zu gering, um Ortsabhängigkeiten im Stoffwech
selbild zu erkennen. Darüber hinaus sind Stoffwechselver
teilungsdaten, die mit herkömmlichen optischen Systemen
analysiert werden, nicht genau, da der nachteilige Effekt
der Lichtstreuung im Körper nicht beseitigt werden kann.
Funktionsverteilungsinformation kann aus Daten durch ein
Iterationsverfahren gewonnen werden. Dieses Verfahren kann
auf Oxidationsstoffwechsel-Bilderzeugungssysteme angewendet
werden. In einem solchen System werden Lichtabsorptionskoef
fizienten jeweiliger örtlicher Bereiche und Lichtstreukoef
fizienten der jeweiligen örtlichen Bereiche als Variablen
definiert. Die gemessene Lichtverteilung wird sowohl durch
Dämpfung wie auch durch Streuung beeinflußt; beide Effekte
sollten zum Erhalten von Informationen für die Oxidations
stoffwechselverteilung genau analysiert werden. Wenn ein
Iterationsverfahren zum Analysieren der beiden Effekte ver
wendet wird, wird die Datenverarbeitungszeit wegen der vie
len Variablen sehr lang.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System anzugeben, das
eine genaue Funktionsverteilung liefert.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Daten
verarbeitungszeit zum Erhalten einer genauen Funktionsver
teilung zu verkürzen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die räumliche
Auflösung eines Funktionsverteilungs-Bilderzeugungssystems
zu verbessern.
Gemäß der Erfindung werden eine Stoffwechsel-Bilderzeugungs
einrichtung und eine Funktionsverteilungs-Bilderzeugungsein
richtung miteinander in einem gemeinsamen Gesichtsfeld kom
biniert, so daß die Messungen mit beiden Einrichtungen
gleichzeitig oder ohne Bewegung des Gegenstandes ausgeführt
werden können, dessen Bild aufzunehmen ist. In einem Ablauf
zum Analysieren der Daten vom Funktionsverteilungs-Bilder
zeugungssystem werden die Werte mindestens einer Variablen
für jeweilige Pixel auf Grundlage eines Stoffwechselbildes
bestimmt, das mit der Stoffwechsel-Bilderzeugungseinrichtung
erhalten wurde.
Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird ein Röntgenstrahl-Computertomograph-Abtaster mit einem
optischen Überwachungssystem kombiniert, das für einen je
weiligen von mehreren Lichtbestrahlungsflecken und mehreren
Lichtaufnahmeflecken einzelne Lichtstrahlen durch den Gegen
stand mißt. Beide sind an der Oberfläche des zu untersuchen
den Körpers vorhanden. Das mit dem Röntgenstrahl-Tomogra
phie-Abtaster erhaltene Abschnittsbild wird in Bereiche ein
zelner innerer Organe oder von Gewebe unterschieden. Alle
optischen Daten werden einer Verarbeitung mit einer Licht
streuungskoeffizientenverteilung und einer Lichtabsorptions
koeffizientenverteilung unterzogen, und zwar für jeden
Lichtdurchstrahlbereich, wie er durch die Positionen des
Lichtbestrahlungsflecks und des Lichtaufnahmeflecks defi
niert ist. Beide Koeffizienten sind als Variable in einem
Algorithmus definiert, der die Lichtabsorptionskoeffizien
tenverteilung berechnet. Werte oder Variablenbereiche der
Lichtstreukoeffizienten für jeweilige Pixel werden auf
Grundlage des in Bereiche unterschiedenen Röntgenstrahl-
Tomogrammbildes bestimmt. Durch das Bestimmen von Werten
oder Variablenbereichen wird die Berechnungszeit kurz, und
es kann eine genaue Lichtabsorptionskoeffizientenverteilung
erhalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Außenansicht des Ausfüh
rungsbeispiels.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Hauptteil des Ausfüh
rungsbeispieles, das das Gesichtsfeld von zwei Bilderzeu
gungssystemen des Ausführungsbeispiels darstellt.
Fig. 4A und 4B sind ein Blockdiagramm bzw. ein Querschnitt
betreffend andere Teile des Ausführungsbeispiels.
Fig. 5 ist eine Schemadarstellung, die ein Lichtmeßsystem
des Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
Fig. 6A und 6B sind graphische Darstellungen von Signalver
läufen, wie sie mit dem Lichtmeßsystem gemessen werden.
Fig. 7 ist ein Bild, wie es durch einen Röntgenstrahl-CT-
Abtaster beim Ausführungsbeispiel erhalten wird.
Fig. 8A und 8B sind zeitliche Ablaufdiagramme, die die Meß
folge beim Ausführungsbeispiel zeigen.
Fig. 9A-9E sind Konzeptionsdiagramme, die den Datenverar
beitungsablauf beim Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung. Das Ausführungsbeispiel verfügt über einen Stoff
wechseldaten-Meßteil zum Erhalten von Daten betreffend ein
Stoffwechselbild innerer Organe oder von Gewebe eines zu un
tersuchenden Gewebes, und über einen Funktionsverteilungs-
Meßteil zum Erhalten von Daten betreffend eine Verteilung,
die die biologische Funktion in Bereichen des Körpers reprä
sentiert. Eine Bildrekonstruktionseinheit 80 und eine Anzei
gesteuerung 100 sind für beide Teile gemeinsam vorhanden.
Der Stoffwechseldaten-Meßteil verwendet als Meßprinzip das
jenige eines Röntgenstrahl-Computertomograph(CT)-Abtasters.
Der Teil verfügt über eine Röntgenstrahlquelle 3 und ein
Röntgenstrahl-Detektorarray 1, die beide auf einem in Fig. 1
nicht dargestellten Drehtisch angeordnet sind. Röntgen
strahl-Projektionsdaten für jeweiligen Drehwinkel des Ti
sches werden einer Röntgenstrahl-Datenerfassungseinheit 70
zugeführt und dort gespeichert. Der Funktionsverteilungs-
Meßteil verwendet als Meßprinzip dasjenige eines optischen
Bilderzeugungssystems, das die Verteilung einer Stoffwech
selsubstanz in einem lebenden Körper durch ein spektroskopi
sches Durchstrahlverfahren (optischer CT-Abtaster) erhält.
Der Funktionsverteilungs-Meßteil verfügt über eine Optokopp
lermütze 20, die an den zu untersuchenden Körper gelegt
wird, ein Lichtquellensystem 30, ein Lichtmeßsystem 40, eine
Zeitsteuerung 50 zum Steuern dar Systeme 30 und 40 und eine
optische Datenerfassungseinheit 90 zum Speichern gemessener
optischer Daten. Die in den beiden Datenerfassungseinheiten
70 und 90 gespeicherten Daten werden einem Bildrekonstruk
tionsablauf unterzogen, der in der Bildrekonstruktionsein
heit 80 ausgeführt wird. Bilddaten werden der Bildsteuerung
100 zugeführt und daraus folgende Bilder werden auf einer
Anzeigeeinheit 105 dargestellt. Alle Blöcke werden durch
einen Computer 60 gesteuert.
Bei dieser Struktur kann der Stoffwechseldaten-Meßteil durch
andere Meßsysteme ersetzt werden, die dazu in der Lage sind,
Bilddaten für einen inneren Teil eines menschlichen Körpers
zu erhalten, z. B. durch ein Bilderzeugungssystem mit magne
tischer Resonanz (MRI = Magnetic Resonance Imaging). Darüber
hinaus ist das Prinzip des Ausführungsbeispiels nicht nur
mit dem oben genannten optischen CT-Abtaster möglich, son
dern es kann z. B. auch ein spektroskopisches Bilderzeu
gungssystem mit magnetischer Resonanz (MRS imaging system),
ein biomagnetisches (neuromagnetisches) Bilderzeugungssystem
oder ein anderes System verwendet werden, mit dem eine bio
logische Funktion in einem lebenden Körper, wie z. B. der
Blutkreislauf oder der Stoffwechsel gemessen werden und spe
ziell analysiert werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Außenansicht des Ausführungsbeispiels, das
zum überwachen bzw. Beobachten eines menschlichen Kopfes
dient. Die Optokopplermütze 20 ist in einem Mittenloch des
Hauptrahmens 110 des Systems angeordnet. Andere in Fig. 1
dargestellte Blöcke sind innerhalb des Hauptrahmens 110 un
tergebracht. Der Kopf eines auf einem Bett 120 liegenden Pa
tienten wird in das Mittenloch des Hauptrahmans 110 einge
führt, und die Optokopplermütze 20 wird um den Kopf gelegt.
Fig. 3 zeigt Meßdaten für das Gesichtsfeld sowohl des Stoff
wechseldaten-Meßteils wie auch des Funktionsverteilungs-Meß
teils. Das Gesichtsfeld 4 des Stoffwechseldaten-Meßteils
wird durch den Röntgenstrahldetektorbereich des Röntgen
strahldetektorarrays 1 bestimmt, das der Röntgenstrahlquelle
3 gegenübersteht. Die Optokopplermütze 20 ist im Gesichts
feld 4 angeordnet. Das Gesichtsfeld 5 des Funktionsvertei
lungs-Meßteils liegt innerhalb des Gesichtsfeldes 4 des
Stoffwechseldaten-Meßteils. Dadurch überdeckt das Gesichts
feld 4 des Stoffwechseldaten-Meßteils einen Teil der Opto
kopplermütze 20 und das Gesichtsfeld des Funktionsvertei
lungs-Meßteils.
Fig. 4A zeigt den Aufbau des Lichtquellensystems 30. Das
Lichtquellensystem verfügt über zwei Lasereinheiten 8-1 und
8-2, die Lichtpulse in jeweiligen Wellenlängen mit einer
Pulslänge unter 100 Pikosekunden ausstrahlen. Ein Bestrah
lungswellenlängen-Auswähler 7 wird durch eine Lichtquellen
steuerung 6 so angesteuert, daß er Laserlicht von einer der
Lasereinheiten 8-1 oder 8-2 auswählt. Die ausgewählten
Lichtpulse werden auf einen rotierenden Spiegel 9 gelenkt
und auf eine von mehreren optischen Fasern 12 gerichtet, die
in einem Lichtverteiler 10 angeordnet sind, was abhängig vom
Drehwinkel des Drehspiegels 9 erfolgt.
Der Drehspiegel wird durch einen Schrittmotor angetrieben,
der durch Steuerpulse von der Lichtquellensteuerung 6 ge
steuert wird. Dadurch werden von den Lasereinheiten 8-1 und
8-2 erzeugte Lichtpulse aufeinanderfolgend zu jeder der op
tischen Fasern 12 gelenkt.
Die optischen Fasern 12 für Lichtbestrahlung sind zur Opto
kopplermütze 20 gelenkt; ihre Enden sind entlang einer
kreisförmigen Linie auf der Innenoberfläche der Mütze 20 an
geordnet, wie in Fig. 4B dargestellt. Optische Fasern 14 zur
Lichtmessung sind ebenfalls entlang der kreisförmigen Linie
angeordnet; sie sind zum Lichtmeßsystem 40 geleitet. Das von
einer der optischen Fasern 12 ausgestrahlte Licht bestrahlt
den menschlichen Kopf in der Mütze. Das Licht von jeweiligen
Bereichen oder Geweben des Kopfes wird absorbiert und ge
streut und wird dann wieder von der Oberfläche des Kopfes
abgestrahlt. Das durchgestrahlte Licht wird an mehreren
Stellen aufgenommen und über die optischen Fasern 14 zum
Lichtmeßsystem 40 geleitet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Wellenlängen al
ternativ verwendet. Die eine ist entsprechend einem Absorp
tionsmaximum von Desoxihämoglobin (760 nm) und die andere
entsprechend einem Oxihämoglobin-Desoxihämoglobin-Punkt
(805 nm) ausgewählt. Alternativ kann ein Meßverfahren mit
vier Wellenlängen verwendet werden, bei dem die oben genann
ten zwei Wellenlängen und leicht gegenüber diesen verscho
bene Wellenlängen verwendet werden. Ein Vierwellenlängen-
Meßverfahren ist in der US-Patentanmeldung 07/479 171 vom
13. Februar 1990 angegeben.
Fig. 5 zeigt den Aufbau des Lichtmeßsystems 40. Es ist dazu
in der Lage, Schwankungen der Lichtmenge auf Zeitbasis (ein
zeitliches Lichtspektrum) zu messen und aufzuzeichnen.
Lichtstrahlen, die jeweils durch eine optische Faser über
tragen werden, bestrahlen jeweilige Flecke 15 auf der opti
schen Kathode 16 einer Streakkamera. Elektronenstrahlen wer
den entsprechend der Lichtbestrahlung erzeugt, und die
Strahlen fliegen zu einer Anode 18, die mit fluoreszierendem
Material beschichtet ist. Ein Hochfrequenz-Ablenkfeld wird
durch eine Ablenkelektrode 17 erzeugt, wodurch die Strahlen
in y-Richtung laufend abgelenkt werden. Dadurch werden zeit
liche Änderungen der Lichtmengen von jeweiligen Flecken auf
der Anode 18 auseinandergezogen, und es erscheinen die Bil
der fluoreszierender Linien, wie in Fig. 6B dargestellt. Die
Linienbilder werden mit einer (nicht dargestellten) Fernseh
kamera aufgenommen und in einem Speicher abgelegt, der in
der Lichtdaten-Erfassungseinheit 90 vorhanden ist, wie sie
in Fig. 1 dargestellt ist. Von den aufgezeichneten Daten
werden nur die dem gestrichelten Bereich in Fig. 6A entspre
chenden Daten ausgewählt und integriert, um mit diesem zeit
lichen Tor Streulicht zu eliminieren.
Gemäß der Meßfolge beim Ausführungsbeispiel erfolgt zunächst
eine Stoffwechseldatenerfassung mit Röntgenstrahlen. Die
Messung erfolgt unter der Bedingung, daß die Optokoppler
mütze 20 um den Kopf eines Patienten sitzt. Die Mütze 20 be
steht aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material,
wie Aluminium oder Kunststoff. Mindestens drei stabförmige
Teile aus einem stark Röntgenstrahlen absorbierenden Mate
rial sind in der Schale der Mütze 20 untergebracht. Dadurch
erscheint ein Tomogrammbild 21 des menschlichen Kopfes und
der drei Positionsmarkierungen 23 auf einem Röntgenstrahl-
Tomogrammbild, wie es durch die Bildrekonstruktionseinheit
80 rekonstruiert wird; es wird auf dem Schirm der Anzeige
einheit 105 abgebildet, wie in Fig. 7 dargestellt. Die Mar
kierungen 23 bezeichnen die Position der Optokopplermütze
20.
Nach der Messung mit den Röntgenstrahlen erfolgt eine Funk
tionsverteilungsmessung mit Lichtpulsen. Um eine Änderung
der Meßbedingungen zu vermeiden, werden idealerweise beide
Messungen gleichzeitig ausgeführt. Jedoch besteht auch kein
Problem darin, beide Messungen aufeinanderfolgend auszufüh
ren, wenn die Änderung in den Meßbedingungen vernachlässig
bar ist. Die Funktionsverteilungsmessung wird für gewöhnlich
mehrfach wiederholt, um Information für zeitliche Änderung
des Oxidationsstoffwechsels zu erhalten. In diesem Fall kann
die Stoffwechseldatenmessung nach der wiederholten Funk
tionsverteilungsmessung erneut erfolgen, wie durch Fig. 8A
gezeigt. Wenn das Wiederholintervall relativ lang ist, ist
es vorteilhaft, beide Messungen abwechselnd auszuführen, wie
in Fig. 8B gezeigt.
Um ein die Verteilung des Lichtsabsorptionskoeffizienten in
einem Abschnitt anzeigendes Bild zu erhalten, sollte die
Durchstrahlungscharakteristik des Gegenstandes in vielen
Richtungen gemessen werden. Dementsprechend wird die Auswahl
der optischen Fasern 12 und damit die Auswahl der Bestrah
lungsflecken auf dem Kopf nacheinander geändert, und die
Messung der durchstrahlenden Lichtpulse für mehrere Licht
aufnahmeflecke wird wiederholt. Durch die Wiederholungen
werden Daten mit Ns·Nd numerischen Wertes erfaßt und in der
Lichtdatenerfassungseinheit 40 abgespeichert; dabei ist Ns
die Anzahl von Lichtbestrahlungsflecken, und Nd ist die An
zahl von Lichtaufnahmeflecken pro einmaliger Lichtpulsdurch
strahlung.
Der für die Bildrekonstruktion beim Ausführungsbeispiel ver
wendete Algorithmus basiert auf einem Rückstrahlverfahren,
wie es in "Image Reconstruction from Projection" von G. T.
Herman, 1979 beschrieben ist. Darüber hinaus verwendet der
Bildrekonstruktionsablauf des Beispiels Information aus dem
zuvor erhaltenen morphologischen Bild.
Zunächst wird die gesamte Bildfläche des zuvor erhaltenen
Röntgenstrahl-Tomogrammbildes, wie es in Fig. 7 dargestellt
ist, in Elemente einer N·M-Matrix unterteilt. Die Positionen
aller Lichtbestrahlungsflecke und Lichtaufnahmeflecke werden
unter Zuhilfenahme der Positionen der Markierungen 23, wie
sie in Fig. 7 dargestellt sind, berechnet. Dann werden auf
dem Röntgenstrahl-Tomogrammbild in einem Arbeitsablauf ver
schiedene Bereiche voneinander unterschieden, die innere Ge
webe anzeigen, wie Knochen, weiße Hirnmasse und graue Hirn
masse. Automatische Bereichsunterscheidungsverfahren, wie
sie bei dreidimensionaler Anzeige innerer Organe verwendet
werden, können eingesetzt werden. Das einfachste Verfahren
besteht darin, die Unterscheidung mit Hilfe des CT-Wertes
eines jeden Pixels vorzunehmen. Zum Beispiel werden Pixel
mit einem CT-Wert über 1200 Knochen zugeordnet, Pixel mit
einem CT-Wert zwischen 1100 und 1200 werden weißer Hirnmasse
zugeordnet, und Pixel innerhalb eines Knochens und mit einem
CT-Wert unter 1100 werden grauer Hirnmasse zugeordnet. Da
durch wird ein in unterschiedliche Bereiche untergliedertes
Kopfbild erhalten und in einem Speicher abgespeichert.
Danach werden optische Variablen si und mi für jedes Pixel
festgelegt, wie in Fig. 9A dargestellt, wobei si der Licht
streukoeffizient, mi der Lichtabsorptionskoeffizient und i
die Pixelnummer ist. Werte verschiedener dieser optischen
Variablen können aus dem in unterschiedliche Bereiche ge
gliederten Röntgenstrahl-Kopfbild und der Wellenlänge des
bei der optischen Messung verwendeten Lichtpulses angenommen
werden. Daher werden für diese optischen Variablen konstante
Werte bestimmt. Wenn z. B. die Wellenlänge zwischen 600 und
700 nm liegt, kann der Wert mi für Pixel im Knochenbereich
als mi = 0 bestimmt werden. Der Wert si für den Knochenbe
reich kann aus dem Alter des Patienten bestimmt werden. Der
Wert si für andere Bereiche kann auf jeweilige Standardwerte
festgesetzt werden, die aus In-vitro-Tests für jeweilige Ge
webe bekannt sind.
Während des Ablaufs der Wertebestimmung verbleiben die Werte
von mi für dem Gehirn zugeordnete Pixel als Variable beim
Bildrekonstruktionsablauf. Der Ablauf verwendet Lichtmeßda
ten A(k,p) und A0(k,p), wobei A(k,p) ein über ein zeitliches
Tor integrierter Wert der gemessenen Lichtmenge ist, wie
oben beschrieben, A0(k,p) der Integrationswert der ohne Ein
führen des Kopfes des Patienten gemessenen Lichtmenge ist,
k die Positionszahl eines Lichtbestrahlungsflecks ist, mit
k = 1, 2, ..., und p die Positionszahl eines Lichtaufnahme
flecks ist, mit p = 1, 2, 3, ... für jeden Wert von k. Fig.
9B zeigt Positionen von Lichtaufnahmeflecken für einen
Lichtbestrahlungsfleck k.
Lichtdämpfung X(k,p) des Kopfes für jedes Paar eines Licht
bestrahlungsflecks und eines Lichtaufnahmeflecks wird aus
den gemessenen Daten wie folgt berechnet:
X(k,p) = -log(A(k,p)/A₀(k,p)) (1)
Danach wird eine Lichtdurchstrahlfläche R(k,p) für jedes
Paar eines Lichtbestrahlungsflecks und eines Lichtaufnahme
flecks definiert, wie in Fig. 9C dargestellt. Die Form der
Fläche sollte in Zusammenhang mit der Breite des oben ge
nannten zeitlichen Tores zum Beseitigen von Streulicht be
stimmt werden. Die Lichtdämpfung X(k,p) sollte durch folgen
de Gleichung gegeben sein:
X(k,p) = Σ(mi + si), i∈R (2)
wobei R den Satz von Pixelnummern für alle Pixel der Fläche
R(k,p) bezeichnet.
Da die Werte von si, i∈R aus dem in unterschiedliche Berei
che unterteilten Röntgenstrahl-Tomogrammbild bestimmt wer
den, kann ein wert Y(k,p), der die nur durch Lichtabsorption
im Kopf bedingte Lichtdämpfung repräsentiert, aus folgender
Gleichung berechnet werden:
Y(k,p) = X(k,p) = Σ(si), i∈R (3)
Da mi für Knochen zu Null bestimmt ist, zeigt der berechnete
Wert von Y(k,p) (p = 1, 2, 3, 4 ...) eine Projektion des
Lichtabsorptionskoeffizienten mi für das Gehirn an. Eine
solche Projektion wird für jeweilige Orte eines Lichtbe
trahlflecks berechnet, und es wird ein Datensatz zum Rekon
struieren der Lichtabsorptionsverteilung im Gehirn erhalten.
Dann wird das in Fig. 9D dargestellte Bild der Lichtabsorp
tionsverteilung 140 durch ein Rückstrahlverfahren rekonstru
iert. Durch geeignete Wahl der gemäß dem US-Patent 42 81 645
bestimmten Lichtwellenlängen wird eine Verteilung des Hämo
globinoxidationsverhaltens erhalten. Wie in Fig. 9E darge
stellte, werden die Lichtabsorptionsverteilung 140 und das
Röntgenstrahl-Tomogrammbild 145 auf einem einzelnen Schirm
mit individuellen Farben wiedergegeben.
Der Algorithmus des Ausführungsbeispiels kann wie folgt zu
sammenfaßt werden:
- i) Unterteilen eines morphologischen Bildes in individuelle Bereiche innerer Organe oder von Geweben.
- ii) Erhalten mehrerer Daten Ap (p=1, 2, . . .) durch Funk tionsverteilungsmessung. Die jeweiligen Daten Ap werden für Verteilungen mehrerer physikalischer Größen (a, b, c) in einem jeweiligen begrenzten Bereich Rp erhalten. Die Daten können durch die Funktion mit Variablen ai, bi, ci wie folgt wiedergegeben werden: Ap = f8 . . . ai . . ., . . . bi . . ., . . . ci . . .), i∈Rp (4)
- iii) Bestimmen der Werte der Variablen bi und ci durch eine Annahme betreffend jeweilige Standardwerte der physikalischen Größen b und c für jedes der inneren Organe oder Gewebe. Dann folgt aus Gleichung (4) das Folgende: Ap = f′ (. . . ai . . .), i∈Rp (5)
- iv) Berechnen von Werten ai in einem vorgegenen Bereich aus Gleichung (5) und von ermittelten Werten Ap (p=1, 2, . . .), um ein Verteilungsbild für die Variable ai zu erhalten, die eine biologische Funktion anzeigt.
Gemäß den Ausführungsbeispielen werden die Werte verschiede
ner Variablen auf einen konstanten Wert gesetzt. Stattdessen
ist es auch möglich, den variablen Bereich verschiedener
Variablen mit Hilfe eines in Bereiche unterschiedenen mor
phologischen Bildes zu bestimmen. Wenn mehr als eine beson
dere Anzahl von Meßwerten Ap in Gleichung (4) vorhanden ist,
können die Variablen ai, bi und ci durch ein Iterationsver
fahren erhalten werden. Jedoch nimmt der Ablauf des Itera
tionsverfahrens sehr viel Zeit in Anspruch, wenn kein Va
riablenbereich für die Variablen ai, bi und ci bekannt ist.
Bei der Erfindung werden Variablenbereiche verschiedener
Variablen mit Hilfe des in Bereiche unterschiedenen morpho
logischen Bildes begrenzt. Dadurch kann die Lösung des umge
kehrten Problems in kürzerer Zeit erhalten werden.
Claims (9)
1. Gerät zum Erhalten eines den Stoffwechsel in einem Kör
per anzeigenden Bildes, mit:
- - einer Bilderfassungseinrichtung (70) zum Erhalten eines morphologischen Bildes des Abschnitts eines Körpers;
- - einer Einrichtung zum Unterscheiden des morphologischen Bildes in einzelne Bereiche, z. B. mit inneren Organen oder Gewebe;
- - einer Funktionsverteilungs-Meßeinrichtung (90) zum Erfas sen mehrerer Meßdaten, die jeweils die Verteilung einer er sten und einer zweiten physikalischen Größe des Körpers für jeweilige Meßbereiche angeben; und
- - einer Bildrekonstruktionseinrichtung (80) zum Rekonstru ieren eines Bildes, das die Verteilung der ersten physika lischen Größe im Abschnitt des Körpers anzeigt, wozu die Einrichtung die mehreren Meßdaten verwendet und die Werte der zweiten physikalischen Größe für jeweilige Pixel abhän gig vom in unterschiedliche Bereiche gegliederten morpholo gischen Bild bestimmt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Funktionsverteilungs-Meßeinrichtung (90) die durchstrahlende
Lichtpulse bei einer Wellenlänge jeweils für einen von mehr
eren Lichtbestrahlungsflecken und mehrere Lichtaufnahmeflecke
am Körper mißt.
3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bilderfassungseinrichtung für das mor
phologische Bild ein Röntgenstrahl-Computertomographie-Ab
taster (70) ist, der ein Röntgenstrahl-Tomogrammbild des
Körperabschnitts erstellt.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Unterscheidungseinrichtung das morphologi
sche Bild in mehrere individuelle Bereiche abhängig von den
CT-Werten der jeweiligen Pixel des Röntgenstrahl-Tomogra
phiebildes unterteilt.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet
durch eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des in Bereiche
unterschiedenen morphologischen Bildes und des die Vertei
lung der ersten physikalischen Größe anzeigenden Bildes auf
einem einzigen Anzeigeschirm.
6. Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Bildrekonstruktionseinrichtung (80) eine Rekon
struktionseinrichtung für ein optisches Tomogrammbild ist,
um eine Lichtabsorptionskoeffizientenverteilung für die ge
nannte Wellenlänge im genannten Körperabschnitt dadurch zu
erzeugen, daß mehrere Projektionen für den Lichtstrahlkoef
fizienten aus gemessenen Lichtdurchstrahlungspulsen und aus
Werten des Lichtstreukoeffizienten berechnet werden, die für
die jeweiligen Pixel des in Bereiche unterschiedenen Rönt
genstrahl-Tomogrammbildes bestimmt wurden, und daß die Pro
jektionen des Lichtabsorptionskoeffizienten rückprojiziert
werden.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
optische Tomographieabtaster einen an den Körper gelegten
Optokoppler (20) aufweist, der im Gesichtsfeld (4) des Rönt
genstrahl-Tomographie-Abtasters angeordnet ist.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Optokoppler (20) eine Schale aus einem röntgenstrahldurch
lässigen Material und mit Stäben (23) aus einem Material mit
hoher Röntgenabsorption aufweist, die in der Schale unterge
bracht sind.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste physikalische Größe eine Stoffwech
selgröße für den Körper ist und die Bildrekonstruktionsein
richtung (80) Variablenbereiche der zweiten physikalischen
Größe für jeweilige Pixel aus dem in Bereiche unterschiede
nen morphologischen Bild bestimmt und die erste und zweite
physikalische Größe durch ein Iterationsverfahren mit Hilfe
der Variablenbereiche und der mehreren Meßdaten berechnet.
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