E. Klotz

Digital Flashing Tomosynthesis (DFTS) — A technique for three-dimensional coronary angiography

Digital Flashing Tomosynthesis (DFTS) represents a technique for three-dimensional (3D) coronary angiography. Four ECG-gated simultaneously flashed X-ray tubes generate a multiperspective digital substraction image as DFTS multiangiogram for 3D reconstruction and visualization. Computerized morphologic and morphometric quantitative analysis can be performed including videodensitometry.Postmortem coronary angiography of 30 human hearts with suspected coronary artery disease was performed by 35-mm cine technique and by DFTS. The results of angiographic measurements in 50 stenotic arterial segments were compared with the histologic reference and show excellent regression results with correlation coefficients of more than 0.95 (p≲-0.0001). No significant differences in standard errors of estimates between the techniques were found. DFTS yields an accuracy in depiction of the coronary arteries and angiographic estimation of arterial lumen equivalent to 35-mm cineangiography. DFTS images can be directly used for visual interpretation and for computerized morphologic and morphometric quantitative analysis. DFTS technology reduces the amount of radiation exposure, the amount of contrast medium, and the time of the procedure. DFTS offers the possibility to obtain 3D images of the coronary artery tree.

Real-Time Distortion Correction Of Digital X-Ray II/TV Systems: An Application Example

In X-ray image intensifier (II)/TV-camera systems geometric distortions occur, e.g. due to the curved input screen of the II. For methods which are based on a pixelwise comparison of images, e.g. digital angiotomosynthesis, an accurate correction of these geometric distortions is absolutely necessary. For the application of tomosynthesis to coronary angiography the correction in addition has to be done in real-time, because the recon-struction of the three dimensional structure of the blood vessels has to be done while the patient is undergoing catheterization. This paper describes a digital correction unit which allows a large variety of geome-tric distortions to be corrected. It consists of an input memory for storing the distorted image, an output memory for storing the corrected image and a special address memory which will serve as an address table during the correction step. For each element of the output image the location of the corresponding element of the distorted input image is determined in a preprocessing step and stored in the address memory. The actual correction of an image is then done while the image is copied from the input into the output memory. In this way 512x512 images can be corrected in real-time by a 32-bit 68020-based micro-processor system.

Three-Dimensional Angiography With Digital Flashing Tomosynthesis

Tomosynthesis presents a simple procedure for 3D angiography, because the recording step requires only one injection of contrast medium. Digital flashing tomosynthesis is based on a new nonlinear reconstruction producing less artifacts than conventional backprojection techniques. In addition to reconstructed slices synthetic projections can be calculated, which can be used in combination with the original projections for stereo views. The object structures can be analysed by a stereo cursor controlled by a 3D joystick. This may be an important adjunct to diagnostic and interventional angiographic procedures.

Pseudomask Technique for Digital Subtraction Angiography (DSA)

In recent years, the field of blood vessel diagnostics has seen increasing importance of a process called “Digital Subtraction Angiography” (DSA) which produces enhanced images of blood vessels [3,4]. It is accomplished by subtracting two digitized X-ray images of the patient, the first one taken before and the second one taken after the injection of a contrast medium in the blood vessels. This injection can be done selectively by a catheter or, in a less intruding way, intraveinously.

3D Reconstruction of Vascular Structures from few X-Ray Projections

A number of techniques for the reconstruction of slice images from a set of projections taken under different angles have been proposed. The most frequently used ‘backprojection’ method produces artefacts in the reconstructed slices, caused by the neighboring ‘out-offocus’ planes. These artefacts cannot be avoided, but they can be blurred, if a large number (n=50) of projections are available. We have developed new non-linear algorithms applicable for the reconstruction of DSA images showing significantly less artefacts than backprojecdon. The number of projections can be drastically reduced. Applying the simple extreme-value algorithm, we have obtained slice reconstructions of satisfactory quality from coronary arteries using only 4 simultaneously acquired projection images. However, the image quality and thus the diagnostic information can be improved by increasing the number of projections. In the case of cerebral vessels the extreme-value algorithm generates more artefacts, because of the higher complexity of the vascular system of the brain. Thus we improved the extreme-value decoding scheme by incorporating a priori knowledge about the global structure of blood vessels. The new global-coincidence algorithm was tested on a wire phantom representing the main branches of cerebral arteries to be reconstructed from 3 sequentially recorded projections.

Synthetische Vielfach-Stereobilderzeugung aus Subtraktionsangiographieaufnahmen

Der Vorteil von Tomosynthese Verfahren [1,2,3,4] gegenuber anderen Methoden besteht darin, das die 3-dimensionale Information uber ein Objekt aus einer einzigen Aufnahme gewonnen werden kann. Deshalb sind diese Verfahren besonders fur die Darstellung von Gefasen geeignet, z.B. fur die Kranzgefase des Herzens. Bei der Tomosynthese wird in einem 1. Schritt das Objekt aus verschiedenen Richtungen aufgenommen. In einem 2. Schritt werden aus diesen radiographischen Bildern synthetische Schichtbilder erzeugt. Bei der DATOS Methode wird statt der ublichen Ruckprojektion, die beim Vorhandensein von nur wenigen Projektionsbildern zu Rekonstruktionsfehlern (Artefakten) fuhrt, ein nichtlinearer Rekonstruktionsalgorithmus [5] benutzt, mit dem diese Fehler weitgehend vermieden werden konnen. Aufgrund dieser Tatsache kann die Zahl der Projektionen reduziert werden. Wir haben ein System mit vier Rontgenrohren aufgebaut.

Digitale Subtraktion Angiographie mit einer synthetischen Maske aus einer Bildfolge von Herzaufnahmen

Bei der Digitalen Subtraktions Angiographie (DSA) wird zur Anhebung des Kontrastes der Hintergrund subtrahiert. Die Subtraktions-Maske wird vor oder nach Kontrastmittelinjektion in das Gefassystem gewonnen. Die Maskenherstellung wird haufig durch Patientenbewegungen, die zu Bildartefakten fuhren, zu einem Problem. Wir beschreiben eine Methode, bei der aus einer Bildfolge eine synthetische Maske des Hintergrundes erzeugt wird. Grundidee ist dabei, das die Bewegung der Herzkranzgefase dafur sorgt, das die Bildpunkte des Hintergrundes wenigstens einmal uberlagerungsfrei von der Gefasstruktur in der Bildfolge abgebildet werden.

Digitale Angio-Tomosynthese (DATOS)

In einer normalen Rontgenaufnahme von einem medizinischen Objekt erscheinen anatomische Strukturen uberlagert. Gewisse Objektstrukturen sind dadurch nur schlecht oder gar nicht zu sehen. Bei Angiographien spezieller Bereiche sind die mit Kontrastmittel gefullten Gefase manchmal so stark uberlagert [1,2], das eine diagnostische Beurteilung sehr erschwert oder gar unmoglich ist. Es gibt die Moglichkeit, zu einer detaillierteren Darstellung zu kommen, wenn man entweder mehrere Projektionsbilder aus verschiedenen Perspektiven anfertigt (z.B. in der Herzangiographie bis zu 7) oder man verwendet tomographische Verfahren, die eine ausgewahlte Schicht aus dem 3D-Objekt abbilden, wie z.B. die konventionelle Tomographie [3] oder die Computertomographie [4]. Daneben gibt es Tomosyntheseverfahren [5,6], bei denen alle Schichten aus einer einzigen Aufnahme rekonstruiert werden. Vorteilhaft ist die geringere Belastung des Patienten an Untersuchungsdauer, Strahlendosis und bei Angiographien an Kontrastmittel. So konnte die Kurzzeittomosynthese bei zerebralen [7] und koronaren Gefasen [8,9] mit Erfolg durchgefuhrt werden. Tomosyntheseverfahren konnten sich dennoch wegen des hohen technischen Aufwandes bislang klinisch nicht durchsetzen.