Fortschr. Röntgenstr. 129, 6
Die Messung und differenzierte bildliche Darstellung der Nierendurchblutung mit der Computerangiographie * Von K. H. Höhne, M. Böhm, W. Erbe, G. C. Nicolae, G. Pfeiffer, B. Sonne und E. Bi.icheler
9 Abbildungen Deutsches Ekktronen-Synchrotron DESY, Hamburg, institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizm, Abt. Informatik in der Medizin (Leitung: Prof. Dr. K. H. Höhne(, und Radiologische l.Jnivcrsitistsklinik, Abt. Rdntgendiagnostik (Dir.: Prof. Dr. E. Bìicheier), Hamhurg.Fppendorf.
Es wird eine neue computergestützte Röntgentechnik vorgestellt, die es - im Gegensatz zu den bisher zur Verfügung stehenden Methoden der Cine- und Videodensitometrie - erlaubt, Nierendurchblutungsparameter wie Geschwindigkeit des Blutstroms oder Perfusion in sogenannten Funk tionsbildern quantitativ und örtlich differenziert darzustellen. Der entscheidende Vorteil dieser von uns Corn puterangiographie genannten Technik ist, daß aus den resultierenden Funktionsbildern sowohl mehr als auch schneller Information über die renale Blutdynamik gewonnen werden kann, als es durch qualitative Beurteilung von Bildserien möglich ist. Die klinische Relevanz der Computerangiographie wird am Beispiel eines nephrotischen Syndroms, einer polyzystischen Degeneration und eines Hypernephroms aufgezeigt.
Einführung Die brtlich differenzierte quantitative Messung der Nierendurchblutung ist fur mehrere diagnostische Fragen von Bedeutung. Diese sind beispielsweise die Abklärung renal bedingter Hypertonien, die exakte Lokalisation von Funktionsstörungen vor einer Operation sowie die Diagnostik von Abstoßungsreaktionen transplantierter Nieren. Die bisher eingesetzten nuklearmedizinischen Methoden sind zwar schnell und einfach zu handhaben, die örtliche Differenzierung (z. B. einzelner Gefaße oder kleiner Parenchymregionen) sowie die zeitliche Auflösung (bei Nieren mindestens 50 Bilder/Sekunde) sind für detaillierte Messungen jedoch unzureichend. Neue Versuche, die Blutdynamik über die Doppler-Sonographie (1) zu messen, sind der-
zeit nur bei peripheren Gefäßen erfolgreich. Versuche, die Nierendurchblutung mit der diesbezüglich überlegenen Röntgentechnik zu messen, bedienten sich der Videodensitometrie (2, 3, 4) oder der Cinedensitometrie (5-8). Hier wird die vom Kontrastmittel hervorgerufene Schwärzung in selektierten Bereichen gemessen und versucht, aus den resultierenden Zeitintensitatskurven Parameter, wie den Blutfluß, zu bestimmen. Diese Methoden haben jedoch bisher keine klinische Verbreitung gefunden, da sie keine leicht interpretierbaren oder mit Normalwerten vergleichbaren Werte liefern, und der Auswertungsvorgang für einen klinischen Routinebetrieb zu aufwendig ist. In einer vorhergehenden Arbeit (9) haben wir eine Methode und eine Apparatur angegeben, die diese Schwierigkeiten überwindet, indem sie dem Radiologen örtlich differenzierte und leicht interpretierbare Bilder liefert, die die Durchblutung beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird ihre Anwendung für die Diagnostik der Nierenfunktion dargestellt.
Measurement and differential demonstration of renal blood flow by computer angiography A new computer-aided x-ray technique is presented which, unlike conventional cinc- or videodensirometry, allows a highresolution quantitative display of the parameters of renal blood flow as socalled functional images'. The parameters include blood flow velocity and local perfusion of the kidney. This technique, which we call computer angiography, has decisive advantages; the functional images provide more, and more rapid, information on renal blood flow dynamics than can he obtained by the qualitative evaluation of a series of pictures. The clinical relevance of computer angiography is illustrated by a nephrotie syndrome, polycystic disease and a hypernephroma.
unterteilt ledes Bild einer angiographischen Bildserie in eine große Anzahl von Bildelementen (hier 64 000). Indem man aus der Bildserie fur jedes Bildelement die registrierte Strahlungsintensität als Funktion der Zeit ermittelt, erhält man eine Kurve,
die den zeitlichen Verlauf der Kontrastmitteldichte in diesem Bildelement darstellt (Abb. 1). Diese Zeitintensitätskurve kann
nun durch eine kleine Anzahl von Parametern beschrieben werden, die mit physiologischen Größen korreliert sind wie z. B. der Geschwindigkeit des Blutstroms, die durch die Verzögerung der Kontrastmittelfront in bezug auf den Injektionszeitpunkt repräsentiert ist.
Erzeugt man nun ein neues Bild, indem man einen solchen berechneten Parameter anstatt des ursprünglichen Schwärzungswertes in jedes Bildelement als Grau- oder Farbwert einträgt, so bekommt man ein Funktionsbild. Dieses zeigt auf einen Blick, welchen Wert der betrachtete Parameter in einem beliebigen Punkt des Organs während des Beobachtungszeitraums gehabt hat. Insbesondere lassen sich dann relative Abweichungen des Parameters im Vergleich zu seiner Umgebung leicht quasi-morphologisch beurteilen. Da die für die Röntgendiagnostik neuartigen Bilder nur mit einem Rechner erzeugt werden können, haben wir diese Technik Computerangiographie genannt. Die Untersuchungen wurden mit einem neuartigen System für die angiographisehe Bildverarbeitung durchgeführt (10), das beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Zusammenarbeit mit der Abteilung Röntgendiagnostik des Universitäts-
krankenhauses Hamburg-Eppendorf entwickelt wurde. Die Bildserie wird von der Durchleuchtungseinheit oder von einem Standard-Videorecorder als Videosignal geliefert. Dieses wird einem Digital-Video-System (11) zugeführt, welches das Fernsehsignal unter der Kontrolle eines Rechners digitisiert und in
Material und Methoden Bei der angewendeten Methode, die nur mit Hilfe eines Computers ausführbar ist, wird folgendermaßen vorgegangen. Man 0340-1618/78 1232-0667
Gefordert vom Bundesministerium für Forschung und Technologie unter DVM 130
$ 05.00 © 1978 Georg Thieme Publishers
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Fortschr. Rdntgenstr. 129, 6 (1978) 667-672
667
668
Fortschr. Röntgcnstr. 129,6
Ursprungliche Bildserie (bis 256 Bilder)
K. H. Höhne und Mitarb.
Beorbeitungsschritte für die Zeitlntensitötskurve jedes Bildelements
Funktion s bi der
(derzeit bis zu 5 Bilder)
Intensität I
Zettt Zeit Fitterung Logorith Logarithmie Filterung, mie -rung, Entfernung des des rung,Entfernung Untergrunds,Inversion Inversion Untergrunds,
Verzögerung Verzogerung des des KM -Moximums KM -Maximums 256 256
Verzögerung Verzögerung der der KM-Front KM - Front
2
Moximum des Maximum des KM Bolus KM --Bolus
Steilheit der der KM KM -Front 256 256
einesvon von 61.000 61.000 eines Bild ele en Bi'd ele ment menten
Iiiii 256 Abb. 1
256 256
Abfolt Abfall des des KM KM -Bolus -Bolus t
I
l-256
--
t
-
Prinzip der Computerangiographie
einem schnellen Speicher ablegt. Von dort werden die Daten in einen digitalen Massenspeicher transferiert. Gleichzeitig kön-
Für unsere Untersuchungen wurden Angiogramme von ca. 50 menschlichen Nieren herangezogen. Das Kontrastmirtel wurde
nen das EKG und die Parameter der Durchleuchtungseinheit registriert werden. Die gespeicherten Daten können vom Mas-
über einen durch die A. femoralis die A. renalis gelegten
senspeicher gemäß den Anweisungen des Arztes abgerufen und verarbeitet werden. Dieser kommuniziert mit dem System über
Katheder eingespritzt. Für die ersten Aufnahmen wurden 3 ml, dann aber zur Erreichung einer besseren Bildqualität 7 ml bei einem Fluß von 8 mI/Sekunde mit einer automatischen Spritze
einen Farbfernsehmonitor mit Lichtgriffel und Tastatur. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm in Form von Bildern und/oder Graphiken (z. B. Kurven) gezeigt. Die Bilder werden normalerweise als Matrizen von 256 x 256 Elementen mit 256
injiziert. Etwa eine Sekunde vor der Injektion wurde die
lntensitätsstufen verarbeitet. Bei Benutzung der SIRECORD-2duplex-Bildverstärker-Fernseheinheit hat ein Bildelement eine Breite von ca. 0,7 mm. Bis zu 256 Bildern werden in einer Serie mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 Bilder/Sekunde aufge-
räumlich vom Angiographiegerät getrennt ist. Anschließend wurden die Videodaten, wie zuvor beschrieben, digitisiert und die Funktionsbilder errechnet.
nom men.
Die Berechnung der Funktionsbilder erfolgt auf folgende Weise (Abb. 1): Für jedes der bis zu 64000 Bildelemente wird aus der gespeicherten Bildserie jeweils die zugehörige Kurve, die die
lntensitàt in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, extrahiert. Diese wird durch Entfernung von Störstellen und durch Glättung vorverarbeitet. Dann wird sie logarithmiert und der nicht vom Kontrastmittel herrührende Untergrund eliminiert. Dann werden, wie in Abb. I gezeigt, die Parameter Maximum, Verzögerung des Maximums des Kontrastmittelbolus sowie die Steilheit und die Verzögerung der Kontrastmittelfront errechnet. Diese Werte werden in die entsprechenden Bildelemente von vier Funktionsbildmatrizen eingesetzt. Die so erhaltenen Funktionsbilder werden auf dem Farbfernsehmonitor dargestellt. Die Errechnung eines Satzes von 4 Funktionsbildern dauert z.Z. vier Minuten. Auf die Berechnung des pysiologisch
sehr interessanten Abfalls der Zeitintensitätskurve muß zur Zeit noch verzichtet werden, bis der Prototyp des Systems die nötige Beobachtungszeit erlaubt.
Durchleuchtungseinheit eingeschaltet und eine Serie von bis zu 10 Sekunden zunächst mit dem Videorecorder aufgenommen, da das angiographische Bildverarbeitungssystern bisher noch
Ergebnisse Anhand von vier Funktionsbildern einer normalen Niere wird zunächst generell die Aussagefahigkeit der Computerangiographie erläutert und dann anhand von drei typischen Fällen von Nierenerkrankungen die Eigenschaften des Verfahrens demonstriert. 3.1 Die Aussagefàhigkeit der Computerangiographie
Abb. 2 zeigt ein Funktionsbild vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront. Im Vergleich zu einem konventionellen Röntgenbild erkennt man beim Funktionsbild folgende Eigenschaften:
Bereiche, die nicht vom Kontrastmittel erreicht werden, werden unterdrückt, ebenso wie Uberlagerungen durch andere Organe. Obwohl die Morphologie wie im konventionellen Bild erkennbar wird, zeigt das Funktionsbild eine vollkommen verschiedene Information. Es gibt nämlich auf einen Blick Infor-
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/, 7/
/
Fortschr. Rontgenstr. 129, 6
Die Messung und differenzierte bildliche Darstellung der Nierendurchblutung
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Abb. 2 Funtionsbild einer Niere vom Typ Verzo-
gerung der Steilheit der Kontrastmittelfront (Skala O-2 sec)
-
Funktionsbild einer Niere vom Typ Verzögerung des Maximums des Kontrastmittelbolus (Skala O-2 sec)
Abb. 4 Funktionsbild einer Niere vom Typ Steilheit der Kontrastmittelfront (Skala: willkürliche Einheiten)
Abb.5 Funktionsbild einer Niere vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Skala: willkürliche Einheiten)
fällt.
dem Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront enthalten ist. Dies läßt sich anschaulich demonstrieren, wenn man allein aus dem Funktionsbild wieder eine Bildserie rekonstruiert. Spielt man diese über den Rechner mit der ursprünglichen Aufnahmegeschwindigkeit wieder ah, so hat man einen visuellen Eindruck, der von der ursprünglichen Videobildserie kaum unterscheidbar ist. Dies zeigt, daß auch für die Zwecke der
3. Eine quantitative Analyse des Funkrionsbildes kann durch eine Farbdarstellung erleichtert werden. Durch Vergleich der Farben in der Niere mit den Farben in der Eichskala konnen
Dokumentation die in einer Serie von bis zu 256 Bildern enthaltene Information über die Blutdynamik sich zu wenigen Bildern, nämlich den Funktionshildern, komprimieren läßt.
die Funktionsparameter (wie hier z. B. die Geschwindigkeit des Blutstroms) an jedem beliebigen Bildpunkt sofort entnommen werden.
In einer groben Näherung gibt das Bild vom Typ Verzögerung des Kontrastrnirtel-Maximums (Abb. 3) eine ähnliche Information wie das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront. Seine Interpretation ist jedoch komplizierter. Das Maximum resultiert nämlich aus der Uberlagerung der dynamischen Vor-
mation iiber die Blutdynamik während der Beobachtungszeit. In diesem speziellen Fall besagt es, welche Zeit das Kontrast-
mittel brauchte, um an jeden Punkt der Niere zu kommen. Funktionelle Anomalien werden als morphologische Anomalien des Funktionsbildes dargestellt. Das umstandliche und nur qualitative Ergebnisse liefernde Durchsehen einer Bildserie ent-
Unsere Untersuchung zeigt, daß ein wesentlicher Teil der in der
Bildserie vorhandenen Information über die Blutdynamik in
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Abb.3
670
K. H. Höhne und Mitarb.
Fortschr. Röntgenstr. 129, 6
p
Abb. 6b
Abb. 6c
Nierenangiogramm eines PatLenten md nephrotischem Syndrom: a) konventionelles Angiogramm, b) errechnetes Funktionsbild vom Verzögerung der Kontrastmittelfront (Skala O-2 sec), o) errechnetes Funktionsbild vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Skala:
Abb. 6 Typ
willkürliche Einheiten)
gänge in verschiedenen Schichten des Organs. Hier sind weitere Untersuchungen notwendig, um herauszufinden, ob eine Zerlegung der Zeit-lntensitätskurve in Komponenten möglich Ist.
Während das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront ein Maß für die Zeit bis zum Erreichen eines Bildelementes darstellt, gibt das Bild Steilheit der Kontrastmitrelfront ein grobes Maß für die Blutgeschwindigkeit in jedem Bildelement (Abb. 4). Das Bild vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Abb. 5) ähnelt dem konventionellen Bild, weil seine Intensität
der Kontrastmitteldichte entspricht. Es weist aher folgende Vorteile auf: Es ist frei von Untergrund, und die maximale Kontrastmittelaufnahmc für verschiedene Zonen, die normalerweise über viele Bilder verteilt ist, ist in einem Bild vereinigt.
Darüber hinaus kann das Bild quantitativ analysiert werden (ähnlich wie zuvor beschrieben das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront), um Information über die Perfusion der Niere zu bekommen.
Aus den beschriebenen Eigenschaften der Funknonsbilder folgt, daß sie eine Transformation eines dynamischen Vorgangs in ein statisches Bild darstellen. Vom medizinischen Standpunkt gesehen repräsentieren sie eine Transformation von funk tionaler in quasi-morphologische In formation. Diese morphologische Darstellungsweise führt dazu, daß der Arzt die Bilder - obwohl sie neuartige Informationen enthalten in der gewohnten Weise interpretieren kann. Ungeachtet dieser Vorteile verbleiben einige aus der konventionellen Angiographie bekannte Nachteile. So muß die Neigung der Gefäße in bezug auf die Beobachtungsrichtung berucksichtigt werden. Obwohl die räumliche Auflösung immerhin wesentlich besser ist als die nuklearmedizinischer Methoden, ist sie noch mäßig im Vergleich zu konventionellen Röntgenbildern. Sie könnte jedoch bei Benutzung einer Bildverstärker-Fernseheinheit, die auf dem neuesten Stand der Technik ist, verbessert werden. Bis zur Routineanwendung müssen noch einige Untersuchun-
gen gemacht werden: Von der medizinischen Seite muß die
diagnostische Relevanz der gemessenen physiologischen Paramrer für verschiedene Krankheitsbilder genauer bestimmt werden. Von der Seite der Informationsverarbeitung muß der Einfluß des Herzschlages und der lnjektionsbedingungen noch mehr untersucht werden. 3.2 Anwendungsbeispiele Unsere Untersuchungen haben ergeben, daß die beschriebene Methode bereits im jetzigen Stadium klinisch relevante Ergebnisse liefert. Dies wird am Beispiel von drei Fällen demonstriert. 3.2.1. Patient mit der klinischen Diagnose eines nephrotischen Syndroms
Abb. 6a zeigt eine morphologisch unauffällige späte Phase eines Nierenangiogramms eines Patienten mit Proteinurie und Mikrohämaturie. Daneben sind die vom Rechner erzeugten Funktionsbilder vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront (Abb. 6h) und vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Abb. 6c) dargestellt. Zunächst fällt auf, daß bei den Funk-
tionsbildern sowohl die von der Apparatur hervorgerufenen Inhomogenitäten als auch Überlagerungen von nicht interessierendem Gewebe verschwunden sind. Dies führt dazu, daß die im Angiogramm kaum sichtbare Minderdurchblutung im Pa-
renchym, insbesondere am oberen Pol, nun überhaupt erst sichtbar wird. Gleichzeitig lassen sich aus dem Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront die Transitzeiren in verschiedene Bereiche des Organs entnehmen, indem man die Farben in der Niere mit denen der Eichskala vergleicht. Im vorliegenden Fall
sieht man sofort, daß die Transitzeit von der A. renalis ins Parenchym ca. 2 Sekunden beträgt und somit wesentlich von der mittleren Transitzeit von ca. 1 Sekunde bei klinisch gesunden Nieren (bisher 25 Fälle) abweicht. Auf diese Weise läßt
sich mit der Computerangiographie eine kortikale Minderdurchblutung belegen, die aus dem Angiogramm nicht belegbar ist.
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'a-'
Abb. 6a
Abb. Abb. 7a 7a
Abb. Abb. 7b 7b
Fortschr. Röntgenstr. 129, 6
671
Abb. Abb. 7c 7c
Abb. einer polyzystischen Abb. 7 7 Angiogramm Angiogramm einer polyzystischenNiere; Niere:a)a)konventionelles konventionellesAngiogramm, Angiogramm,b)b)errechnetes errechnetes Funktionsbild Funktionsbild vom vom Typ TypVerzögerung Verzögerung der der Kontrastmittelfront Kontrastmittelfront(Skala; (Skala:O-2 O-2 sec), sec), o) o) errechetes errechnetes Funktionsbild Funktionsbildvom vomTyp TypMaximum Maximumdes desKontrastmittelbolus Kontrastmittelbolus(Skala; (Skala:willkürliche willkürlicheEinheiten) Einheiten)
Abb. 8a
Abb. 8b
Abb. 8 Angiogramm einer Niere mit Hypernephrom: a) konventionelles Angiogramm, b) errechnetes Funktionsbild vom Typ Verzögerung des Kontrastmittelmaximums
3.2.2. Patient mit polyzystischer Niere Abb. 7a zeigt eine spate Phase eines Angiogramms einer polyzystischen Niere, daneben das entsprechende Funktionsbild vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront (Abb. 7b). Man erkennt die Zysten als Aussparungen unterschiedlicher Größe. Während dies auch auf dem konventionellen Bild erkennbar Ist, läßt sich aus ihm kaum die Frage beantworten, in welchem Maße das verbleibende Gewebe noch funktionsfähig ist. Die
Betrachtung des Funktionsbildes (Abb. 7b) zeigt, daß die Verteilung der Verzögerungszeiten sowie die Transitzeit von der A. renalis ins Parenchym nicht von dem abweicht, was wir bisher für klinisch normale Nieren festgestellt haben (ca. 1 sec). Das
Funktionsbild Maximum bestätigt diesen Befund. Mit der Computerangiographie wird also belegt, daß das verbleibende
Parenchym seine Funktionsfähigkeit noch nicht eingebüßt hat.
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I Abb. 9a Abb. 9b Abb. 9 Zeit-lntensitätskurve in einem arteriellen Gefäß (a) und im Bereich eines AV-Shunts (b). Die obere Kurve stellt jeweils die registrierte
Kurve dar, die untere die geglättete, untergrundkorrigierte Kurve mit den berechneten Parametern.
nelle Durchleuchtungseinheit angeschlossen werden. Deshalb
kann die Apparatur sicher in näherer Zukunft so verbilligt werden, daß sie für eine breitere Anwendung in Frage kommt und damit die klinische Anwendung der Computerangiographie möglich macht. Danksagung
Wir danken Herrn Prof. Dr. H. Schopper und Herrn Prof. Dr. G. Weber jDESY) für die rarkräftige Unterstützung unseres Projekts und den Mitgliedern der DESY Arbeitsgruppe F58/UKE fu r ihre wertvolle Mithilfe. Literatur 1) Pou rcel ot, L., D. Besse, C. Pej oc, Th. Planiol: Blood-Flow-Display by
Doppler Technique. Proceediogs of BIOSIGMA 78, Paris. 1978 Si I yerman, N. R. Videornetry of Blood Vessels. Radiology 101 (i 971) 697
Silverman, N. R., M. Intaglietta, W.
R.
Tompkins:
Renal
Cortical
dem grün-gelben Bereich ist der venöse Rückfluß offensichtlich
Transit Times. Radiology 105 (1972)
so schnell und konzentriert erfolgt, daß hier nicht das vom
Rosen. L.. N. R. Silverman: Applicati on of Vi deodensitomctry to Qn anritan ve Radiological Measurements in
Zufluß resultierende Maximum der Zeit-Intensitätskurve, sondern ein zum Rückfluß gehöriges erkannt wurde. Die kreisrunde Fläche ist also so zu interpretieren, daß hier ein räumlich genau umschriebener AV-Shunt vorliegt. Diese Aussage kann das konventionelle Angiogramm nicht liefern.
4. Schlußfolgerung Es wurde gezeigt, daß die Methode der Computcrangiographie es erlaubt, mehr und schneller Information über die renale Blutdynamik zu gewinnen, als dies mit konventionellen Methoden möglich ist. Anstatt eine Folge von Bildern qualitativ beurteilen zu müssen, interpretiert der Radiologe nun jeweils
ein einzelnes Bild, das mit hoher örtlicher Auflösung das Verhalten eines Parameters wie z. B. der Blutgeschwindigkeit
über das gesamte Organ quantitativ darstellt. Obwohl er so eine vollkommen neue Information erhält, braucht er seine Technik, Bilder zu beurteilen, nicht zu ändern. Beispielsweise kann er nun eine räumlich differenzierte Feststellung der rena-
len Transitzeiten auf einen Blick vornehmen. Gegenwärtig untersuchen wir die Möglichkeit, ob nicht andere aus der Bolusform extrahierbare Parameter, die eventuell eine bisher nicht erkennbare Bedeutung haben, zusätzliche diagnostische Aussagen liefern können. Der Prototyp der Apparatur ist verhältnismäßig aufwendig. Sie besteht jedoch praktisch nur aus elektronischen Komponenten und kann einfach über den Fernsehanschluß an eine konventio-
25
Med ici ne. Proc. of the Soc. of Photo Optical lnstr. 41) (1973) 69 Vanselosv, K.
K. Heuck: Neue
Grundlagen und Theorien zur Verbesserung der Angio-Cine-Densitometrie, Fonschr. Röntgenstr. 122 (1975) 453 Epple.. E. 1). Decker, F. Heuck: MeO- und Auswerteverfahren der Rbntgencine-Densitometrie mit einer Datenverarbeitungsanlage. Fortschr. Röntgenstr. 120 (1974(345
Deininger, K. FI.: Angiographisch densitometrische Nlijglichkeiten zur Bestimmung der renalen Blutdynamik, Med. Welt 27 (1976) 1764 Pieroth, H. D., E. Magin, M. Ge-
orgi, M. Marherger: Ergebnisse der kineangiodensiiometrischen Nierendurchhlutungshestimmung, Fortschr. Röntgenstr. 126 (1977) 126 Höhne, K. H., M. Böhm, W. Erbe, G. C. Nicolae, G. Pfeiffer, B. Sonne: Functional Imaging - A New Tool fkr X-ray Functional Diagnostics. Med. Progr. Technol., im Druck Höhne, K. H., C.C. Nicolae, G. Pfeiffer, W. R. Dix, W. Ebenrirter, D. Novak, M. Böhm, B. Sonne, E. J. BUcheler: An Interactive System fi r Clinical Application of Angiodensitometry, Informarik-Fachherichtc, 8, Ber-
lin-Heidelberg, New York, Springer (1977) 232
(li) Nicolae, C. G., K. H. Höhne: A Multiprocessor System for the RealTime-Digital Processing of Video Image Series. DESY-Bericht DV 78/2 (1978), eingereicht hei IEEE Transac-
tions on Computers
Prof. Dr. rer. nat. K. H. Höhne Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin Univcrsitarskrankcnhaus Hamburg-Eppendorf Martinistr. 52 D-2000 Hamburg 20 Dipl-Ing. Dipl.-lnforrn. G. C. Nicolae Dipl.-Phys. G. Pfeiffer Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraßc 85 D-2000 Hamburg 52 Priv.-Doz. Dr. med. W. Erbe Dipl.-lnform. M. Böhm Dr. rer. nat. B. Sonne Prof. Dr. med. E. Bücheler Radiologische Universitätsklinik Hamburg-Eppendorf Marrinistraße 52 D-2000 Hamburg 20
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3.2.3. Patient mit Hypernephrom Etwas schwieriger ist die Interpretation des folgenden Hypernephroms (Abb. 8a konventionelles Bild, Abb. 8b Funktionsbild vom Typ Verzögerung des Maximums). Zunächst erkennt man, daß offensichtlich ein AV-Shunt vorliegt, da die Vene bereits nach gut einer Sekunde gut dargestellt ist. Dem Funktionsbild entnimmt man sofort, daß die anomal verkürzte Transitzeit von der Arteria zur Vena renalis ca 1,2 Sekunden beträgt. Die zweite Auffälligkeit ist die etwa kreisrunde grüngelbe Flache in der Mitte, die zunächst die Interpretation nahelegt, daß hier ein Bereich verspäteter Ankunft des Kontrastmittels vorliegt. Durch Betrachtung der Zeit-Intensitätskurven in jenem Bereich, welche mit dem beschriebenen System jederzeit einfach möglich ist, klärt die Situation jedoch auf. Abb. 9a zeigt eine Zeit-Intensitätskurve aus dem in Frage stehenden Bereich. Die Kurve zeigt im Gegensatz zu einer normalen Kurve (Abb. 9a) zwei Maxima, wovon eines vom arteriellen Zufluß, das andere vom venösen Riickfluß stammt, der normalerweise nicht im Beobachtungszeitraum liegt. In
Die Messung und differenzierte bildliche Darstellung der Nierendurchblutung mit der Computerangiographie * Von K. H. Höhne, M. Böhm, W. Erbe, G. C. Nicolae, G. Pfeiffer, B. Sonne und E. Bi.icheler
9 Abbildungen Deutsches Ekktronen-Synchrotron DESY, Hamburg, institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizm, Abt. Informatik in der Medizin (Leitung: Prof. Dr. K. H. Höhne(, und Radiologische l.Jnivcrsitistsklinik, Abt. Rdntgendiagnostik (Dir.: Prof. Dr. E. Bìicheier), Hamhurg.Fppendorf.
Es wird eine neue computergestützte Röntgentechnik vorgestellt, die es - im Gegensatz zu den bisher zur Verfügung stehenden Methoden der Cine- und Videodensitometrie - erlaubt, Nierendurchblutungsparameter wie Geschwindigkeit des Blutstroms oder Perfusion in sogenannten Funk tionsbildern quantitativ und örtlich differenziert darzustellen. Der entscheidende Vorteil dieser von uns Corn puterangiographie genannten Technik ist, daß aus den resultierenden Funktionsbildern sowohl mehr als auch schneller Information über die renale Blutdynamik gewonnen werden kann, als es durch qualitative Beurteilung von Bildserien möglich ist. Die klinische Relevanz der Computerangiographie wird am Beispiel eines nephrotischen Syndroms, einer polyzystischen Degeneration und eines Hypernephroms aufgezeigt.
Einführung Die brtlich differenzierte quantitative Messung der Nierendurchblutung ist fur mehrere diagnostische Fragen von Bedeutung. Diese sind beispielsweise die Abklärung renal bedingter Hypertonien, die exakte Lokalisation von Funktionsstörungen vor einer Operation sowie die Diagnostik von Abstoßungsreaktionen transplantierter Nieren. Die bisher eingesetzten nuklearmedizinischen Methoden sind zwar schnell und einfach zu handhaben, die örtliche Differenzierung (z. B. einzelner Gefaße oder kleiner Parenchymregionen) sowie die zeitliche Auflösung (bei Nieren mindestens 50 Bilder/Sekunde) sind für detaillierte Messungen jedoch unzureichend. Neue Versuche, die Blutdynamik über die Doppler-Sonographie (1) zu messen, sind der-
zeit nur bei peripheren Gefäßen erfolgreich. Versuche, die Nierendurchblutung mit der diesbezüglich überlegenen Röntgentechnik zu messen, bedienten sich der Videodensitometrie (2, 3, 4) oder der Cinedensitometrie (5-8). Hier wird die vom Kontrastmittel hervorgerufene Schwärzung in selektierten Bereichen gemessen und versucht, aus den resultierenden Zeitintensitatskurven Parameter, wie den Blutfluß, zu bestimmen. Diese Methoden haben jedoch bisher keine klinische Verbreitung gefunden, da sie keine leicht interpretierbaren oder mit Normalwerten vergleichbaren Werte liefern, und der Auswertungsvorgang für einen klinischen Routinebetrieb zu aufwendig ist. In einer vorhergehenden Arbeit (9) haben wir eine Methode und eine Apparatur angegeben, die diese Schwierigkeiten überwindet, indem sie dem Radiologen örtlich differenzierte und leicht interpretierbare Bilder liefert, die die Durchblutung beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird ihre Anwendung für die Diagnostik der Nierenfunktion dargestellt.
Measurement and differential demonstration of renal blood flow by computer angiography A new computer-aided x-ray technique is presented which, unlike conventional cinc- or videodensirometry, allows a highresolution quantitative display of the parameters of renal blood flow as socalled functional images'. The parameters include blood flow velocity and local perfusion of the kidney. This technique, which we call computer angiography, has decisive advantages; the functional images provide more, and more rapid, information on renal blood flow dynamics than can he obtained by the qualitative evaluation of a series of pictures. The clinical relevance of computer angiography is illustrated by a nephrotie syndrome, polycystic disease and a hypernephroma.
unterteilt ledes Bild einer angiographischen Bildserie in eine große Anzahl von Bildelementen (hier 64 000). Indem man aus der Bildserie fur jedes Bildelement die registrierte Strahlungsintensität als Funktion der Zeit ermittelt, erhält man eine Kurve,
die den zeitlichen Verlauf der Kontrastmitteldichte in diesem Bildelement darstellt (Abb. 1). Diese Zeitintensitätskurve kann
nun durch eine kleine Anzahl von Parametern beschrieben werden, die mit physiologischen Größen korreliert sind wie z. B. der Geschwindigkeit des Blutstroms, die durch die Verzögerung der Kontrastmittelfront in bezug auf den Injektionszeitpunkt repräsentiert ist.
Erzeugt man nun ein neues Bild, indem man einen solchen berechneten Parameter anstatt des ursprünglichen Schwärzungswertes in jedes Bildelement als Grau- oder Farbwert einträgt, so bekommt man ein Funktionsbild. Dieses zeigt auf einen Blick, welchen Wert der betrachtete Parameter in einem beliebigen Punkt des Organs während des Beobachtungszeitraums gehabt hat. Insbesondere lassen sich dann relative Abweichungen des Parameters im Vergleich zu seiner Umgebung leicht quasi-morphologisch beurteilen. Da die für die Röntgendiagnostik neuartigen Bilder nur mit einem Rechner erzeugt werden können, haben wir diese Technik Computerangiographie genannt. Die Untersuchungen wurden mit einem neuartigen System für die angiographisehe Bildverarbeitung durchgeführt (10), das beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Zusammenarbeit mit der Abteilung Röntgendiagnostik des Universitäts-
krankenhauses Hamburg-Eppendorf entwickelt wurde. Die Bildserie wird von der Durchleuchtungseinheit oder von einem Standard-Videorecorder als Videosignal geliefert. Dieses wird einem Digital-Video-System (11) zugeführt, welches das Fernsehsignal unter der Kontrolle eines Rechners digitisiert und in
Material und Methoden Bei der angewendeten Methode, die nur mit Hilfe eines Computers ausführbar ist, wird folgendermaßen vorgegangen. Man 0340-1618/78 1232-0667
Gefordert vom Bundesministerium für Forschung und Technologie unter DVM 130
$ 05.00 © 1978 Georg Thieme Publishers
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Fortschr. Rdntgenstr. 129, 6 (1978) 667-672
667
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Ursprungliche Bildserie (bis 256 Bilder)
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Funktion s bi der
(derzeit bis zu 5 Bilder)
Intensität I
Zettt Zeit Fitterung Logorith Logarithmie Filterung, mie -rung, Entfernung des des rung,Entfernung Untergrunds,Inversion Inversion Untergrunds,
Verzögerung Verzogerung des des KM -Moximums KM -Maximums 256 256
Verzögerung Verzögerung der der KM-Front KM - Front
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Moximum des Maximum des KM Bolus KM --Bolus
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Iiiii 256 Abb. 1
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Abfolt Abfall des des KM KM -Bolus -Bolus t
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einem schnellen Speicher ablegt. Von dort werden die Daten in einen digitalen Massenspeicher transferiert. Gleichzeitig kön-
Für unsere Untersuchungen wurden Angiogramme von ca. 50 menschlichen Nieren herangezogen. Das Kontrastmirtel wurde
nen das EKG und die Parameter der Durchleuchtungseinheit registriert werden. Die gespeicherten Daten können vom Mas-
über einen durch die A. femoralis die A. renalis gelegten
senspeicher gemäß den Anweisungen des Arztes abgerufen und verarbeitet werden. Dieser kommuniziert mit dem System über
Katheder eingespritzt. Für die ersten Aufnahmen wurden 3 ml, dann aber zur Erreichung einer besseren Bildqualität 7 ml bei einem Fluß von 8 mI/Sekunde mit einer automatischen Spritze
einen Farbfernsehmonitor mit Lichtgriffel und Tastatur. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm in Form von Bildern und/oder Graphiken (z. B. Kurven) gezeigt. Die Bilder werden normalerweise als Matrizen von 256 x 256 Elementen mit 256
injiziert. Etwa eine Sekunde vor der Injektion wurde die
lntensitätsstufen verarbeitet. Bei Benutzung der SIRECORD-2duplex-Bildverstärker-Fernseheinheit hat ein Bildelement eine Breite von ca. 0,7 mm. Bis zu 256 Bildern werden in einer Serie mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 Bilder/Sekunde aufge-
räumlich vom Angiographiegerät getrennt ist. Anschließend wurden die Videodaten, wie zuvor beschrieben, digitisiert und die Funktionsbilder errechnet.
nom men.
Die Berechnung der Funktionsbilder erfolgt auf folgende Weise (Abb. 1): Für jedes der bis zu 64000 Bildelemente wird aus der gespeicherten Bildserie jeweils die zugehörige Kurve, die die
lntensitàt in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, extrahiert. Diese wird durch Entfernung von Störstellen und durch Glättung vorverarbeitet. Dann wird sie logarithmiert und der nicht vom Kontrastmittel herrührende Untergrund eliminiert. Dann werden, wie in Abb. I gezeigt, die Parameter Maximum, Verzögerung des Maximums des Kontrastmittelbolus sowie die Steilheit und die Verzögerung der Kontrastmittelfront errechnet. Diese Werte werden in die entsprechenden Bildelemente von vier Funktionsbildmatrizen eingesetzt. Die so erhaltenen Funktionsbilder werden auf dem Farbfernsehmonitor dargestellt. Die Errechnung eines Satzes von 4 Funktionsbildern dauert z.Z. vier Minuten. Auf die Berechnung des pysiologisch
sehr interessanten Abfalls der Zeitintensitätskurve muß zur Zeit noch verzichtet werden, bis der Prototyp des Systems die nötige Beobachtungszeit erlaubt.
Durchleuchtungseinheit eingeschaltet und eine Serie von bis zu 10 Sekunden zunächst mit dem Videorecorder aufgenommen, da das angiographische Bildverarbeitungssystern bisher noch
Ergebnisse Anhand von vier Funktionsbildern einer normalen Niere wird zunächst generell die Aussagefahigkeit der Computerangiographie erläutert und dann anhand von drei typischen Fällen von Nierenerkrankungen die Eigenschaften des Verfahrens demonstriert. 3.1 Die Aussagefàhigkeit der Computerangiographie
Abb. 2 zeigt ein Funktionsbild vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront. Im Vergleich zu einem konventionellen Röntgenbild erkennt man beim Funktionsbild folgende Eigenschaften:
Bereiche, die nicht vom Kontrastmittel erreicht werden, werden unterdrückt, ebenso wie Uberlagerungen durch andere Organe. Obwohl die Morphologie wie im konventionellen Bild erkennbar wird, zeigt das Funktionsbild eine vollkommen verschiedene Information. Es gibt nämlich auf einen Blick Infor-
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/, 7/
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Die Messung und differenzierte bildliche Darstellung der Nierendurchblutung
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Abb. 2 Funtionsbild einer Niere vom Typ Verzo-
gerung der Steilheit der Kontrastmittelfront (Skala O-2 sec)
-
Funktionsbild einer Niere vom Typ Verzögerung des Maximums des Kontrastmittelbolus (Skala O-2 sec)
Abb. 4 Funktionsbild einer Niere vom Typ Steilheit der Kontrastmittelfront (Skala: willkürliche Einheiten)
Abb.5 Funktionsbild einer Niere vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Skala: willkürliche Einheiten)
fällt.
dem Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront enthalten ist. Dies läßt sich anschaulich demonstrieren, wenn man allein aus dem Funktionsbild wieder eine Bildserie rekonstruiert. Spielt man diese über den Rechner mit der ursprünglichen Aufnahmegeschwindigkeit wieder ah, so hat man einen visuellen Eindruck, der von der ursprünglichen Videobildserie kaum unterscheidbar ist. Dies zeigt, daß auch für die Zwecke der
3. Eine quantitative Analyse des Funkrionsbildes kann durch eine Farbdarstellung erleichtert werden. Durch Vergleich der Farben in der Niere mit den Farben in der Eichskala konnen
Dokumentation die in einer Serie von bis zu 256 Bildern enthaltene Information über die Blutdynamik sich zu wenigen Bildern, nämlich den Funktionshildern, komprimieren läßt.
die Funktionsparameter (wie hier z. B. die Geschwindigkeit des Blutstroms) an jedem beliebigen Bildpunkt sofort entnommen werden.
In einer groben Näherung gibt das Bild vom Typ Verzögerung des Kontrastrnirtel-Maximums (Abb. 3) eine ähnliche Information wie das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront. Seine Interpretation ist jedoch komplizierter. Das Maximum resultiert nämlich aus der Uberlagerung der dynamischen Vor-
mation iiber die Blutdynamik während der Beobachtungszeit. In diesem speziellen Fall besagt es, welche Zeit das Kontrast-
mittel brauchte, um an jeden Punkt der Niere zu kommen. Funktionelle Anomalien werden als morphologische Anomalien des Funktionsbildes dargestellt. Das umstandliche und nur qualitative Ergebnisse liefernde Durchsehen einer Bildserie ent-
Unsere Untersuchung zeigt, daß ein wesentlicher Teil der in der
Bildserie vorhandenen Information über die Blutdynamik in
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Abb.3
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p
Abb. 6b
Abb. 6c
Nierenangiogramm eines PatLenten md nephrotischem Syndrom: a) konventionelles Angiogramm, b) errechnetes Funktionsbild vom Verzögerung der Kontrastmittelfront (Skala O-2 sec), o) errechnetes Funktionsbild vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Skala:
Abb. 6 Typ
willkürliche Einheiten)
gänge in verschiedenen Schichten des Organs. Hier sind weitere Untersuchungen notwendig, um herauszufinden, ob eine Zerlegung der Zeit-lntensitätskurve in Komponenten möglich Ist.
Während das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront ein Maß für die Zeit bis zum Erreichen eines Bildelementes darstellt, gibt das Bild Steilheit der Kontrastmitrelfront ein grobes Maß für die Blutgeschwindigkeit in jedem Bildelement (Abb. 4). Das Bild vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Abb. 5) ähnelt dem konventionellen Bild, weil seine Intensität
der Kontrastmitteldichte entspricht. Es weist aher folgende Vorteile auf: Es ist frei von Untergrund, und die maximale Kontrastmittelaufnahmc für verschiedene Zonen, die normalerweise über viele Bilder verteilt ist, ist in einem Bild vereinigt.
Darüber hinaus kann das Bild quantitativ analysiert werden (ähnlich wie zuvor beschrieben das Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront), um Information über die Perfusion der Niere zu bekommen.
Aus den beschriebenen Eigenschaften der Funknonsbilder folgt, daß sie eine Transformation eines dynamischen Vorgangs in ein statisches Bild darstellen. Vom medizinischen Standpunkt gesehen repräsentieren sie eine Transformation von funk tionaler in quasi-morphologische In formation. Diese morphologische Darstellungsweise führt dazu, daß der Arzt die Bilder - obwohl sie neuartige Informationen enthalten in der gewohnten Weise interpretieren kann. Ungeachtet dieser Vorteile verbleiben einige aus der konventionellen Angiographie bekannte Nachteile. So muß die Neigung der Gefäße in bezug auf die Beobachtungsrichtung berucksichtigt werden. Obwohl die räumliche Auflösung immerhin wesentlich besser ist als die nuklearmedizinischer Methoden, ist sie noch mäßig im Vergleich zu konventionellen Röntgenbildern. Sie könnte jedoch bei Benutzung einer Bildverstärker-Fernseheinheit, die auf dem neuesten Stand der Technik ist, verbessert werden. Bis zur Routineanwendung müssen noch einige Untersuchun-
gen gemacht werden: Von der medizinischen Seite muß die
diagnostische Relevanz der gemessenen physiologischen Paramrer für verschiedene Krankheitsbilder genauer bestimmt werden. Von der Seite der Informationsverarbeitung muß der Einfluß des Herzschlages und der lnjektionsbedingungen noch mehr untersucht werden. 3.2 Anwendungsbeispiele Unsere Untersuchungen haben ergeben, daß die beschriebene Methode bereits im jetzigen Stadium klinisch relevante Ergebnisse liefert. Dies wird am Beispiel von drei Fällen demonstriert. 3.2.1. Patient mit der klinischen Diagnose eines nephrotischen Syndroms
Abb. 6a zeigt eine morphologisch unauffällige späte Phase eines Nierenangiogramms eines Patienten mit Proteinurie und Mikrohämaturie. Daneben sind die vom Rechner erzeugten Funktionsbilder vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront (Abb. 6h) und vom Typ Maximum des Kontrastmittelbolus (Abb. 6c) dargestellt. Zunächst fällt auf, daß bei den Funk-
tionsbildern sowohl die von der Apparatur hervorgerufenen Inhomogenitäten als auch Überlagerungen von nicht interessierendem Gewebe verschwunden sind. Dies führt dazu, daß die im Angiogramm kaum sichtbare Minderdurchblutung im Pa-
renchym, insbesondere am oberen Pol, nun überhaupt erst sichtbar wird. Gleichzeitig lassen sich aus dem Bild Verzögerung der Kontrastmittelfront die Transitzeiren in verschiedene Bereiche des Organs entnehmen, indem man die Farben in der Niere mit denen der Eichskala vergleicht. Im vorliegenden Fall
sieht man sofort, daß die Transitzeit von der A. renalis ins Parenchym ca. 2 Sekunden beträgt und somit wesentlich von der mittleren Transitzeit von ca. 1 Sekunde bei klinisch gesunden Nieren (bisher 25 Fälle) abweicht. Auf diese Weise läßt
sich mit der Computerangiographie eine kortikale Minderdurchblutung belegen, die aus dem Angiogramm nicht belegbar ist.
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'a-'
Abb. 6a
Abb. Abb. 7a 7a
Abb. Abb. 7b 7b
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Abb. Abb. 7c 7c
Abb. einer polyzystischen Abb. 7 7 Angiogramm Angiogramm einer polyzystischenNiere; Niere:a)a)konventionelles konventionellesAngiogramm, Angiogramm,b)b)errechnetes errechnetes Funktionsbild Funktionsbild vom vom Typ TypVerzögerung Verzögerung der der Kontrastmittelfront Kontrastmittelfront(Skala; (Skala:O-2 O-2 sec), sec), o) o) errechetes errechnetes Funktionsbild Funktionsbildvom vomTyp TypMaximum Maximumdes desKontrastmittelbolus Kontrastmittelbolus(Skala; (Skala:willkürliche willkürlicheEinheiten) Einheiten)
Abb. 8a
Abb. 8b
Abb. 8 Angiogramm einer Niere mit Hypernephrom: a) konventionelles Angiogramm, b) errechnetes Funktionsbild vom Typ Verzögerung des Kontrastmittelmaximums
3.2.2. Patient mit polyzystischer Niere Abb. 7a zeigt eine spate Phase eines Angiogramms einer polyzystischen Niere, daneben das entsprechende Funktionsbild vom Typ Verzögerung der Kontrastmittelfront (Abb. 7b). Man erkennt die Zysten als Aussparungen unterschiedlicher Größe. Während dies auch auf dem konventionellen Bild erkennbar Ist, läßt sich aus ihm kaum die Frage beantworten, in welchem Maße das verbleibende Gewebe noch funktionsfähig ist. Die
Betrachtung des Funktionsbildes (Abb. 7b) zeigt, daß die Verteilung der Verzögerungszeiten sowie die Transitzeit von der A. renalis ins Parenchym nicht von dem abweicht, was wir bisher für klinisch normale Nieren festgestellt haben (ca. 1 sec). Das
Funktionsbild Maximum bestätigt diesen Befund. Mit der Computerangiographie wird also belegt, daß das verbleibende
Parenchym seine Funktionsfähigkeit noch nicht eingebüßt hat.
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I Abb. 9a Abb. 9b Abb. 9 Zeit-lntensitätskurve in einem arteriellen Gefäß (a) und im Bereich eines AV-Shunts (b). Die obere Kurve stellt jeweils die registrierte
Kurve dar, die untere die geglättete, untergrundkorrigierte Kurve mit den berechneten Parametern.
nelle Durchleuchtungseinheit angeschlossen werden. Deshalb
kann die Apparatur sicher in näherer Zukunft so verbilligt werden, daß sie für eine breitere Anwendung in Frage kommt und damit die klinische Anwendung der Computerangiographie möglich macht. Danksagung
Wir danken Herrn Prof. Dr. H. Schopper und Herrn Prof. Dr. G. Weber jDESY) für die rarkräftige Unterstützung unseres Projekts und den Mitgliedern der DESY Arbeitsgruppe F58/UKE fu r ihre wertvolle Mithilfe. Literatur 1) Pou rcel ot, L., D. Besse, C. Pej oc, Th. Planiol: Blood-Flow-Display by
Doppler Technique. Proceediogs of BIOSIGMA 78, Paris. 1978 Si I yerman, N. R. Videornetry of Blood Vessels. Radiology 101 (i 971) 697
Silverman, N. R., M. Intaglietta, W.
R.
Tompkins:
Renal
Cortical
dem grün-gelben Bereich ist der venöse Rückfluß offensichtlich
Transit Times. Radiology 105 (1972)
so schnell und konzentriert erfolgt, daß hier nicht das vom
Rosen. L.. N. R. Silverman: Applicati on of Vi deodensitomctry to Qn anritan ve Radiological Measurements in
Zufluß resultierende Maximum der Zeit-Intensitätskurve, sondern ein zum Rückfluß gehöriges erkannt wurde. Die kreisrunde Fläche ist also so zu interpretieren, daß hier ein räumlich genau umschriebener AV-Shunt vorliegt. Diese Aussage kann das konventionelle Angiogramm nicht liefern.
4. Schlußfolgerung Es wurde gezeigt, daß die Methode der Computcrangiographie es erlaubt, mehr und schneller Information über die renale Blutdynamik zu gewinnen, als dies mit konventionellen Methoden möglich ist. Anstatt eine Folge von Bildern qualitativ beurteilen zu müssen, interpretiert der Radiologe nun jeweils
ein einzelnes Bild, das mit hoher örtlicher Auflösung das Verhalten eines Parameters wie z. B. der Blutgeschwindigkeit
über das gesamte Organ quantitativ darstellt. Obwohl er so eine vollkommen neue Information erhält, braucht er seine Technik, Bilder zu beurteilen, nicht zu ändern. Beispielsweise kann er nun eine räumlich differenzierte Feststellung der rena-
len Transitzeiten auf einen Blick vornehmen. Gegenwärtig untersuchen wir die Möglichkeit, ob nicht andere aus der Bolusform extrahierbare Parameter, die eventuell eine bisher nicht erkennbare Bedeutung haben, zusätzliche diagnostische Aussagen liefern können. Der Prototyp der Apparatur ist verhältnismäßig aufwendig. Sie besteht jedoch praktisch nur aus elektronischen Komponenten und kann einfach über den Fernsehanschluß an eine konventio-
25
Med ici ne. Proc. of the Soc. of Photo Optical lnstr. 41) (1973) 69 Vanselosv, K.
K. Heuck: Neue
Grundlagen und Theorien zur Verbesserung der Angio-Cine-Densitometrie, Fonschr. Röntgenstr. 122 (1975) 453 Epple.. E. 1). Decker, F. Heuck: MeO- und Auswerteverfahren der Rbntgencine-Densitometrie mit einer Datenverarbeitungsanlage. Fortschr. Röntgenstr. 120 (1974(345
Deininger, K. FI.: Angiographisch densitometrische Nlijglichkeiten zur Bestimmung der renalen Blutdynamik, Med. Welt 27 (1976) 1764 Pieroth, H. D., E. Magin, M. Ge-
orgi, M. Marherger: Ergebnisse der kineangiodensiiometrischen Nierendurchhlutungshestimmung, Fortschr. Röntgenstr. 126 (1977) 126 Höhne, K. H., M. Böhm, W. Erbe, G. C. Nicolae, G. Pfeiffer, B. Sonne: Functional Imaging - A New Tool fkr X-ray Functional Diagnostics. Med. Progr. Technol., im Druck Höhne, K. H., C.C. Nicolae, G. Pfeiffer, W. R. Dix, W. Ebenrirter, D. Novak, M. Böhm, B. Sonne, E. J. BUcheler: An Interactive System fi r Clinical Application of Angiodensitometry, Informarik-Fachherichtc, 8, Ber-
lin-Heidelberg, New York, Springer (1977) 232
(li) Nicolae, C. G., K. H. Höhne: A Multiprocessor System for the RealTime-Digital Processing of Video Image Series. DESY-Bericht DV 78/2 (1978), eingereicht hei IEEE Transac-
tions on Computers
Prof. Dr. rer. nat. K. H. Höhne Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin Univcrsitarskrankcnhaus Hamburg-Eppendorf Martinistr. 52 D-2000 Hamburg 20 Dipl-Ing. Dipl.-lnforrn. G. C. Nicolae Dipl.-Phys. G. Pfeiffer Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraßc 85 D-2000 Hamburg 52 Priv.-Doz. Dr. med. W. Erbe Dipl.-lnform. M. Böhm Dr. rer. nat. B. Sonne Prof. Dr. med. E. Bücheler Radiologische Universitätsklinik Hamburg-Eppendorf Marrinistraße 52 D-2000 Hamburg 20
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3.2.3. Patient mit Hypernephrom Etwas schwieriger ist die Interpretation des folgenden Hypernephroms (Abb. 8a konventionelles Bild, Abb. 8b Funktionsbild vom Typ Verzögerung des Maximums). Zunächst erkennt man, daß offensichtlich ein AV-Shunt vorliegt, da die Vene bereits nach gut einer Sekunde gut dargestellt ist. Dem Funktionsbild entnimmt man sofort, daß die anomal verkürzte Transitzeit von der Arteria zur Vena renalis ca 1,2 Sekunden beträgt. Die zweite Auffälligkeit ist die etwa kreisrunde grüngelbe Flache in der Mitte, die zunächst die Interpretation nahelegt, daß hier ein Bereich verspäteter Ankunft des Kontrastmittels vorliegt. Durch Betrachtung der Zeit-Intensitätskurven in jenem Bereich, welche mit dem beschriebenen System jederzeit einfach möglich ist, klärt die Situation jedoch auf. Abb. 9a zeigt eine Zeit-Intensitätskurve aus dem in Frage stehenden Bereich. Die Kurve zeigt im Gegensatz zu einer normalen Kurve (Abb. 9a) zwei Maxima, wovon eines vom arteriellen Zufluß, das andere vom venösen Riickfluß stammt, der normalerweise nicht im Beobachtungszeitraum liegt. In
