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medizinische Physik - Optimierung am PET, medizinische
Bildverarbeitung, multimodales Bildmatching von PET und MRT-Datensätzen,
Diplomarbeit (4.2000):
Vergleichende
Analyse von Algorithmen zur Registrierung der Bilddaten verschiedener
Schnittbildverfahren
Am Max-Planck-Institut für neurologische Forschung
Köln wird in Kooperation mit der neurologischen Klinik der
Universität zu Köln und einer Arbeitsgruppe des Fachbereichs
Physik der Bergischen Universität Gesamthochschule Wuppertal
das menschliche Gehirn untersucht. Forschung und klinische Praxis
bieten in dieser Kooperation für den medizinischen Fortschritt,
beispielsweise in der Schlaganfall- und Hirntumorforschung sowie
in der Erforschung der Parkinsonerkrankung und der Demenz, eine
viel versprechende Symbiose.
Dazu werden moderne bildgebende Schnittbildverfahren,
wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), eingesetzt. Mit
ihr lassen sich biochemische bzw. funktionelle Vorgänge, wie
die Hirndurchblutung, der Sauerstoffverbrauch oder der Glukosestoffwechsel
nicht invasiv am lebenden Gehirn messen und dreidimensional darstellen.
Um ein ,,vollständigeres'' Bild des Gehirns
zu erhalten, werden die PET-Datensätze mit denen anderer bildgebender
Verfahren dreidimensional ,,verknüpft''. Dazu zählen beispielsweise
der herkömmliche Computer-Tomograph (CT) oder der Magnet-Resonanz-Tomograph
MRT). Diese Tomographen stellen primär die anatomischen Informationen
in der Regel mit einer höheren Auflösung dar. Durch die
Verknüpfung der Datensätze wird ein besserer anatomischer
und funktioneller ,,Gesamtüberblick'' erzielt. Zusammenhänge
zwischen strukturellen, anatomischen Veränderungen und intakten
oder gestörten Funktionszuständen bestimmter Gehirnareale
können so (leichter) erkannt werden.
Damit dies möglich ist, müssen die beiden
zu verknüpfenden dreidimensionalen Datensätze in eine
gemeinsame räumliche Position bzw. Lage überführt
werden. Die Berechnung der dazu notwendigen räumlichen Transformationsparameter
wird als Bildregistrierung oder kurz als Registrierung oder ,,Matching''
bezeichnet.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Algorithmen zur
Bildregistrierung anhand von Datensätzen der Positronen-Emissions-Tomographie
(PET) und der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) analysiert.
Im ersten Kapitel werden die bildgebenden Verfahren
PET und MRT und ihre physikalischen Grundlagen erörtert. Dann
folgt ein klassifizierender Überblick zu den Grundlagen der
Bildregistrierung im zweiten Kapitel.
Die zu registrierenden Datensätze, die gewählten
Analysetechniken sowie wichtige Bestandteile der verwendeten Registrierungsalgorithmen
werden in Kapitel 3 (Material und Methoden) beschrieben. Mit einer
in der mechanischen Werkstatt der BUGH Wuppertal gebauten Transformationsmechanik
konnten am MPI für neurologische Forschung in Köln Patientenbewegungen
mit einem Hirnphantom simuliert werden. Außerdem wurden Registrierungsalgorithmen
mit typisch klinischen Datensätzen von Patienten und Probanden
getestet.
Das Widget-Matching-Tool, ein im Rahmen dieser Arbeit
entwickeltes Computerprogramm, das der Analyse der Registrierungsalgorithmen
dient, und die Ergebnisse der Analysen werden in den Kapiteln 4
und 5 präsentiert. Im letzten Kapitel werden die wichtigsten
Ergebnisse zusammengefasst.
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