DE4134845A1 - Geraet zum erhalten eines bildes, das den stoffwechsel in einem koerper anzeigt - Google Patents

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 m_i für Pixel im Knochenbereich als m_i = 0 bestimmt werden. Der Wert si für den Knochenbe­ reich kann aus dem Alter des Patienten bestimmt werden. Der Wert s_i 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 m_i 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(m_i + s_i), i∈R (2)

wobei R den Satz von Pixelnummern für alle Pixel der Fläche R(k,p) bezeichnet.

Da die Werte von s_i, 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(s_i), i∈R (3)

Da m_i für Knochen zu Null bestimmt ist, zeigt der berechnete Wert von Y(k,p) (p = 1, 2, 3, 4 ...) eine Projektion des Lichtabsorptionskoeffizienten m_i 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 A_p (p=1, 2, . . .) durch Funk­ tionsverteilungsmessung. Die jeweiligen Daten A_p werden für Verteilungen mehrerer physikalischer Größen (a, b, c) in einem jeweiligen begrenzten Bereich R_p erhalten. Die Daten können durch die Funktion mit Variablen a_i, b_i, c_i wie folgt wiedergegeben werden: A_p = f8 . . . a_i . . ., . . . b_i . . ., . . . c_i . . .), i∈R_p (4)
• iii) Bestimmen der Werte der Variablen b_i und c_i 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: A_p = f′ (. . . a_i . . .), i∈R_p (5)
• iv) Berechnen von Werten a_i in einem vorgegenen Bereich aus Gleichung (5) und von ermittelten Werten A_p (p=1, 2, . . .), um ein Verteilungsbild für die Variable a_i 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 A_p in Gleichung (4) vorhanden ist, können die Variablen a_i, b_i und c_i 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 a_i, b_i und c_i 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.