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Porträt Dr. Maus, Jens; FWPM

Dr. Jens Maus
Research Associate / Head IT
Positron Emission Tomography
j.mausAthzdr.de
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Fax: +49 351 260 - 12757

Korrektur bewegungsbedingter Artefakte bei Ganzkörperuntersuchungen

Motivation

Die Datenakquisition einer Bettposition mit dem PET-Scanner ECAT Exact HR+ dauert ca. 8-10 min. Während der Akquisition sind Bewegungen des Patienten wie Atem- und Köperbewegung unvermeidbar, wodurch Artefakte in den PET-Bildern entstehen. Wie in Abbildung 1 dargstellt, kommt es zu einer scheinbaren Vergrößerung des Tumorvolumens und dadurch bedingt zu einer scheinbaren Verringerung der Aktivitätskonzentration im Tumor.

Wird die Bewegung nicht beachtet, ergeben sich potentielle Fehler in der Diagnose und konsequenterweise in der Therapie. Das Ziel besteht in der routinetauglichen Aufnahme der Patientenbewegung und der Korrektur der Bewegungsartefakte bei Ganzkörperuntersuchungen.

   
 

unkorrigiertes PET-Bild
Ein Gate einer PET-Studie
Abbildung 1: Einfluss der Atembewegung auf die Darstellung einer Lungenmetastase. Oben: Mittelung über alle Atemphasen Unten: voll ausgeatmeter Zustand

     

Methodik

Infrarotkameras (Abbildung 2) ermöglichen das Aufzeichnen von Bewegungen eines Infrarotlicht-reflektierenden Targets. Zur Verfolgung der Patientenbewegung wurde ein geeignetes Target (Abbildung 2) entwickelt. Dieses wird auf dem Brustkorb des Patienten mit Hilfe elastischer Bänder fixiert. Die aufgezeichneten Bewegungsdaten enthalten sowohl die Atem- als auch die Körperbewegung des Patienten. Die Atembewegung (periodisch) unterscheidet sich in ihrer Art grundlegend von der Körperbewegung. Daher muss die Korrektur der Atem- und der Körperbewegung getrennt voneinander erfolgen. Es wurden Algorithmen entwickelt, um beide Bewegungen voneinander zu trennen.

   
 

Infrarottracking KamerasAtemtarget
Abbildung 2 : Die Abbildung zeigt die Infrarotkameras (links) und das am Patienten fixierte Bewegungstarget (rechts).

     

Ergebnisse

Die Entwicklung eines Bewegungstargets ermöglicht die einfache Aufnahme von Patientenbewegungen in der klinischen Routine. Die Trennung der vom Infrarot-Trackingsystem aufgenommenen Patientenbewegungsdaten in Atem- und Körperbewegungsdaten ermöglicht eine separate Korrektur beider Bewegungen.

Zur routinetauglichen Korrektur der Patientenbewegung ist zusätzlich die event-basierte Aufnahme der PET-Daten (Listmode) notwendig. Bisher war dies mit dem Protokoll für die Ganzkörperuntersuchung des PET-Scanners ECAT Exact HR+ nicht möglich. Es wurde eine Software entwickelt die Listmode-basierte Emissionsmessungen in der klinischen Routine ermöglicht.

   
   
   
  Atemdaten
Abbildung 3: Die Abbildung zeigt die Bewegungsdaten einer 6 Minuten langen PET-Untersuchung.
     

Ausblick

Anhand der gewonnenen Atembewegungsdaten kann der zugehörige Listmode-Datensatz einer PET-Untersuchung in verschie-dene Atemzustände (Gates) eingeteilt werden. Die Einteilung in die Atemzustände erfolgt nach verschiedenen Strategien, die untersucht und umgesetzt werden sollen. Die Abbildung aller Atemzustände auf einen Referenz-Atemzustand anhand zu entwickelnder Methoden ermöglicht die Korrektur der Atembewegung. Die Korrektur der Körperbewegung soll mit Hilfe am PET-Zentrum Rossendorf bereits etablierter Methoden erfolgen [1].

   

[1] Bühler, P. et al., An accurate method for correction of head movement in PET. IEEE Trans Med Img (2004) 23:1176-1185


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