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Medizinische Bildverarbeitung

3D-Visualisierung des örtlichen Versatzes zwischen Emissions- und Transmissionsdaten

Abbildung 1: Screenhsot der GUI mit den geladenen Datensätzen (rechts lassen sich gut die übereinander gelegten Isokonturen erkennen)
Abbildung 2: dreidimensionale Darstellung des Mismatches zwischen dem Emissions- und Transmissionsdatensatz (die magentafarbene Fläche)

Studienarbeit von Berthold Krevert und Tu-Binh Dang

Motivation

Die Positronenemissionstomographie misst, wie sich ein dem Patienten injiziertes, radioaktiv präpariertes Tracermaterial im Körper ausbreitet und von den Zellen metabolisiert wird.

Bei dieser so genannten Emissionsmessung kann es zu Messfehlern kommen, die mit Hilfe einer vorher durchgeführten Transmissionsmessung zu korrigieren sind. Diese Transmissionsmessung wird mit Hilfe einer radioaktiven Quelle (Ge-68) vorgenommen, die - ähnlich wie bei der mit Röntgenstrahlen durchgeführten Computertomographie - Informationen über die Dichteverteilung des Körpergewebes liefert. Bei kardiologischen Untersuchungen tritt das Problem auf, dass man es mit einem sich bewegenden Objekt zu tun hat: Zum einen schlägt das Herz, zudem wird es bei der Atmung aus seiner Position herausgeschoben. Weiter treten Bewegungen auf, die der im Tomographen liegende Patient tätigt.

Hierbei können Abweichungen zwischen den beiden Messergebnissen entstehen.

Zielsetzung

Ziel der Studienarbeit ist es, ein Programm zu entwickeln, mit dem sich die gegateten Emissionsmessungen mit der ungegateten Transmissionsmessung vergleichen lassen.

Das Programm soll dabei zahlreiche Werkzeuge wie Histogramme, Transferfunktionen und Isokonturen zur Verfügung stellen, mit deren Hilfe die Daten besser untersucht werden können. Es soll die Daten sowohl als zweidimensionale Schnittbilder, als auch als dreidimensionale Volumina darstellen.

Um eine optimale Übereinstimmung der Emissions- und Transmissionsmessungen zu finden, visualisiert es schließlich den Versatz (Mismatch), der zwischen den beiden Datensätzen auftritt. Auch hier gibt es Visualisierungsmodi für den zwei-, als auch für den dreidimensionalen Bereich.

Gearbeitet wird mit den folgenden Werkzeugen unter Java:

  • Eclipse
  • OpenGL (Open Graphics Library für den dreidimensionalen Bereich)
  • JOGL (Java Bindings For OpenGL für den dreidimensionalen Bereich)
  • JAI (Java Advanced Images für den zweidimensionalen Bereich)
  • Loni ImageIO Plugins (Plugins für das Einlesen der ECAT-Daten)

Realisierung

Mit dieser Studienarbeit stellen wir eine Applikation vor, mit deren Hilfe ein Arzt in der Lage ist, den geringsten Mismatch zwischen den Emissions- und Transmissionsdatensätzen zu lokalisieren.

Um dies zu ermöglichen, ist eine GUI erstellt worden, die sämtliche hierfür nötigen Werkzeuge unter einem Dach vereinigt. Die Applikation bietet die Möglichkeit, die Datensätze sowohl in zwei- als auch in dreidimensionaler Darstellung zu betrachten und stellt die wichtigsten medizinischen Ansichtsmodi Transversal, Sagittal und Lateral bereit. Zum Einlesen der medizinischen Datensätze verwendet das Programm die ImageIO-Implementierung Loni ImageIO Plugins. Zahlreiche Analysewerkzeuge wie Histogramme, Filterfunktionen und Transferfunktionen stehen zur Verfügung. Der Benutzer wählt die gewünschte Ebene (Plane) und das gewünschte Gate (die zeitliche Zuordnung zum Herzschlag) aus und legt eine Isokontur über die Datensätze. Hiermit kann er die beiden Bilder vergleichen. Ein Algorithmus scannt die Bilder und visualisiert den Mismatch.

Die schriftliche Ausarbeitung bietet eine Einführung in die wichtigsten Tomographie-Techniken (Transmission und Emission) und erklärt den Aufbau der zu untersuchenden Volumendatensätze. Sie beschreibt die dem Programm zugrunde liegende Technologie und bietet einen kurzen Abriss über Registrierungsverfahren in der Kardiologie, die verwendet werden können, um verschiedene Aufnahmen miteinander in Einklang zu bringen.

Links

Eclipse Platform
Java Bindings for OpenGL (JOGL)
Loni ImageIO Plugins
JAI

Für weitere Informationen bitte E-Mail an krevert(at)upb(dot)de oder TuBinh.Dang(at)gmx(dot)net

Die Universität der Informationsgesellschaft