Messtechnik und Modellierung in der Kardiologie

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1 Messtechnik und Modellierung in der Kardiologie Bildgebende Systeme Visible Human Project Gliederung Wiederholung Anatomie des Herzens makroskopisch mikroskopisch Bildgebende Verfahren Visible Human Project Zusammenfassung Seite 2

2 Bildgebende Verfahren und Messgrößen Magnetresonanztomographie (MRT) Relaxationszeiten Protonendichte Ultraschall (US) Akustische Impedanz Röntgencomputertomographie (CT) Schwächungskoeffizienten Dichte Elektrische Impedanztomographie (EIT) Elektrische Impedanz Z, Z Nuklearmedizische Verfahren Positronenemissionstomographie (PET) Single-Photon-Emissionscomputertomographie (SPECT)... Seite 3 Kardiologischer Einsatz von bildgebenden Systemen Modalität Magnetresonanztomographie (MRT) Ultraschall (US) Röntgencomputertomographie (CT) Elektrische Impedanztomographie (EIT) Nuklearmedizische Verfahren (PET, SPECT) Einsatzbereich Auswurfvolumen (ejection fraction) Kontraktilität Gewebedifferenzierung Klappendiagnostik Diagnostik der Koronargefäße Auswurfvolumen Katheterlabor Auswurfvolumen Stoffwechselfunktion (Metabolismus) Neurokardiologische Diagnostik Seite 4

3 Wichtige Parameter von bildgebenden Systemen Räumliche Auflösung des Systems Isotrop Anisotrop Aufnahmevolumen Aufnahmegeschwindigkeit des Systems Limit für räumliche Auflösung von Modellen Limit für zeitliche Auflösung von Modellen Gewebekontrast Artefakte durch Strahlaufhärtung, Bewegung, Teilvoluminaeffekte, Abtastung Bildrauschen Differenzierbarkeit von Gewebe Repräsentationsform der Bilddaten i. Allg. volumenorientiert durch Hexaeder Seite 5 Magnetresonanztomographie: Gewichtungen Protonendichte T1-Relaxationszeit T2-Relaxationszeit Unterschiedliche Gewichtung führt zu unterschiedlichem Gewebekontrast! Seite 6

4 R-Zacken-getriggerte Schnittbilder 256 x 256 Pixel der Größe 2 x 2 mm 2 8 mm Schichtabstand (18 Schichten) Klinische MR-Tomographien Seite 7

5 Magnetresonanztomographie: Artefakte Faltungsartefakt Streifenartefakt Seite 9 Magnetresonanztomographie: Artefakte Detektion der Artefakte visuelle Inspektion Verfahren der digitalen Bildverarbeitung Entfernen der Artefakte automatische Verfahren manuelle Korrektur teilweise nicht realisierbar! Beispiel Inhomogenes Magnetfeld (horizontaler Gradient) Detektion durch statistische Verfahren (Momentenbestimmung) Entfernen durch positionsabhängige Skalierung der Pixelwerte B 0 Seite 10

6 Röntgencomputertomographie Schwächungskoeffizienten µ Hounsfieldwerte CT Zahl = 1000 µ µ µ Knochen Milz Niere Blut Nebeniere Wasser Wasser Fett Wasser Lunge Luft Problem: Gewebekontrast innerhalb von Weichteilen! Seite 11 Röntgencomputertomographie Sternartefakte z. B. durch metallische Gegenstände Rauschen durch kurze Messzeiten Geringer Kontrast bei Weichteilen CT-Aufnahme eines Langendorff-Präparates vom Schwein im flüssigkeitsgefüllten Trog Flüssigkeit ist Kontrastmittel beigemischt Katheter zur Erfassung elektrischer Werte in Vorhof eingebracht Langendorff-Präparat: Isoliertes, perfundiertes Herz Seite 12

7 Röntgencomputertomographie: Artefakte Sternartefakt z. B. durch Zahnfüllungen aus Amalgan Amalgan mit großer Schwächungszahl Numerische Probleme bei der Rekonstruktion Artefaktreduktion ist Gegenstand der aktuellen Forschung! Seite 13 Visible Human Project National Library of Medicine & University of Colorado Projektziel: Erstellung vollständiger 3D-Datensätze tomographischer Aufnahmen von unversehrten Leichen und Weitergabe der Datensätze an Forschunginstitute Visible Man (Adam) - 38 Jahre, 92 kg, 1.80 m Visible Female (Eve) - 59 Jahre, Normalgewicht, Normalgröße Seite 14

8 Erstellung der Datensätze Auswahl von geeigneten Leichen Kriterien: Unversehrheit des Körpers (keine Krebs-/Infektionskrankheit) Normales Gewicht und Größe Alter zwischen 20 und 60 Jahre Konservierung des Leichnams Aufnahme mittels CT und MRT Einfrieren des Leichnams Aufnahme mittels CT (nur Adam) Aufnahme mittels Kyrographie Seite 15 Visible Human Datenformat Modalität Voxelgröße Auflösung Datenformat [mm x mm x mm] [Pixel x Pixel x Schichten] [Bit] MRT 1 x 1 x x 256 x (T1, T2, Protonendichte) CT (Adam) 1 x 1 x x 512 x CT (Eve) 1 x 1 x x 512 x (Hounsfield) Farbphoto (Adam) 1 x 0.33 x x 1216 x Farbphoto (Eve) 0.33 x 0.33 x x 1216 x (RGB) Datenvolumen (Adam) 15 Gigabyte Datenvolumen (Eve) 45 Gigabyte Seite 16

9 Visible Man: Farbphotos und Computertomogramme Seite 17 Visible Man: Farbphotographie im im Bereich der Schulter Seite 18

10 Farbphotographie: Ausschnitt im Bereich der Herzklappen Seite 19 Röntgencomputertomographie vor und nach Einfrieren Seite 20

11 Fehler und Probleme bei der Aufnahme der Datensätze Sternartefakte (CT) Rekonstruktionsartefakte (CT) Seite 21 Fehler und Probleme bei der Aufnahme der Datensätze Geometrische Fehler (CT & Photos) Verschiebungen, Skalierung, Rotation intra und inter Modalitäten Inhomogene Farbwiedergabe (Photos) Fehlende/unbrauchbare Aufnahmen (Photos) Seite 22

12 Zusammenfassung Wiederholung Anatomie des Herzens makroskopisch mikroskopisch Bildgebende Verfahren Visible Human Project Zusammenfassung Seite 23

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