Visualisierungstechniken für Thorax-CT Daten

Transkript

1 Visualisierungstechniken für Thorax-CT Daten Volker Dicken, Jan-Martin Kuhnigk,, Stefan Krass, Heinz-Otto Peitgen MeVis Bremen

2 Aufgabenbereich Befundung von Lungenrundherden:! Sichtbarkeit kleiner Rundherde erhöhen! Integrierte Volumetrie mit hoher Genauigkeit! Quantitative Positionsangaben! Zeitersparnis bei hochaufgelösten Daten! Erhöhung von Sicherheit & Qualität der Befundung

3 Übersicht Thorax Visualisierung in ILAB 3D Slabviewer Lungen Preprocessing Anatomische Reformatierung Tumorsegmentierung in lokalem Volumen

4 Rundherd-Diagnostik: 1. (Slab)Volume-Rendering (VR) der Lunge & 2. Thinslab-MIP (Maximum-Intensity-Projection) (1) SlabView 3D Emphysembefundung: 3. Minimum-Intensity-Projection 4. VR mit invertierter LookUpTable (LUT)

5 SlabView (2) Volume-Rendering der Lunge! Diverse vordefinierte LUT-Presets für Tranzparenz- und Grauwert-Fensterung! Inverse LUT zur Parenchym / Emphysemdarstellung ohne Segmentierung

6 SlabView (3) Thinslab-MIP Klinisch anerkanntes Verfahren zur Rundherddiagnostik im Multislice-CT

7 SlabView (4) Thinslab-MIP Erweiterung von ThinMIP und VR mit gekoppelten Schichtbildern & LocalVolume

8 SlabView (5) Minimum-Intensity-Projection Klinische Evaluation bzgl. potentiellem Nutzen in der Emphysemdiagnostik erforderlich

9 Animationen zu Slab-Projektionen Metastasen-Patient Metastasen-Patient

10 Animationen zu Slab-Projektionen II Metastasen-Patient Emphysem-Patient

11 (1) Lung-PreProcessing Semi- oder voll-automatische Vorverarbeitung von Thorax-CT-Daten: Bronchialbaum-Segmentierung ggf. mit automatischem Startpunkt + Threshold Masken der Lungenflügel mit & ohne Gefäße und Tumore Bestimmung einer BoundingBox und Region of Interest (ROI) Zukünftig: Bestimmung anatomischer Landmarken (z.b. Verzweigungspunkte)

12 (1) Projektionsansichten der Lunge 1. Gradientengefilterte Distanzbilder 2. (Distanzkodierte) MIP Projektionen der Lungenflügel 3. Anatomisch motivierte Reformatierung 4. Automatische Landmarkenerkennung in Projektionsansichten 5. Organbezogene relative Koordinaten zur Lagebeschreibung

13 LungProjView (2) Oberflächen-Distanzbilder Distanzbild => Gefiltertes Distanzbild

14 LungProjView (3) MIP-Distanzbilder Werte: Distanzen:

15 LungProjView (4) Anatomische Reformatierung Reformatierung s.d. die Lungeoberfläche in einer Schicht liegt

16 LungProjView (5) Anatomische Reformatierung II Relativ homogene Bilder heben pathologische Veränderungen hervor.

17 LungProjView (6) Anatomische Reformatierung III Reformatierung erleichtert Nebenbefunde

18 Animationen zur anatomischen Reformatierung GGO-Patient Aorta-Verkalkung

19 nimationen zur anatomischen Reformatierung Kleine Rundherde mediastinal Befundung der linken Rippen

20 Animationen zur anatomischen Reformatierung Verkalkung Metastasen Patient Ansicht Mediastinal

21 (1) 1. Automatisches Ausschneiden einer Würfel-ROI mit isotropem Resampling 2. Lokales Volumenrendering Nodule Segmentation 3. Lokale MPR in Ebenen durch waagrechte Würfelachse 4. Einfache Segmentierung und Volumetrie mit Regiongrowing 5. Interaktive Volumetrie komplexer Strukturen mit Wasserscheidentransformation 6. Visualisierung der Segmentierung: Isosurface-Rendering in lokalem Volumenrendering

22 Seitliche Ansicht: Zoom Nodule Segmentation (2) Zoom & Lokale MPR Lokale MPR MPR: Darstellung reformatierter Daten auf Ebenen welche die waagrechte Würfelachse enthalten mit einfacher Interaktion. => Gute Beurteilbarkeit von Gefäßanbindung und Verkalkungsgrad von Rundherden.

23 Nodule Segmentation (3) Lokales Volumenrendering 1. Mehr Details erkennbar durch reduzierte Transparenz bei Beschränkung auf kleine ROI 2. Malignitätsbeurteilung aufgrund von Formkriterien in 3D erleichtert 3. Komplexe Segmentierung in kleinen Volumina durchführbar

24 Nodule Segmentation (4) Lokales Region Growing Schnelle Volumetrie freistehender Rundherde

25 Nodule Segmentation (5) Wasserscheiden Transformation Interaktive Segmentierung komplexerer Objekte Probleme: Pleura und Gefäß- Kontakt der Tumore

26 Nodule Segmentation (6) Lokale Visualisierung mit Iso-Surface-Rendering Komplexe Tumore > 15mm aus onkologischen Verlaufsuntersuchungen

27 Klinisch Partner: Berthold Wein, Henning Schubert Universitätsklinikum Aachen

28 Danke für Ihr Interesse!

29 The End!

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31 Bisher: LungProjView (7) Landmarken in Projektionen 1. Bestimmung eines Startpunkes in der Trachea in Lungenmasken für die vollautomatische Bronchialbaumsegmentierung 2. Bestimmung der Hauptverzweigungen des Bronchialsystems für nichtlineare relative Lungenkoordinaten 3. Bestimmung cartesischer Extremalpunkte

32 LungProjView (8) Organbezogene Koordinaten 1. 3D Bounding-Box bezogene 3D Koordinaten (relative Zahlen in %) 2. Linear relative Z-Koordinate und in Schichten relative 2D Bounding-Box Koordinaten (in %) 3. Z-Koordinate nichtlinear bezogen auf Keyframes: Lungenspitze / Tracheaverzweigung (Carina) / Hauptbronchusverzweigung / untere Lungenrand

33 2LungView (4) Relative Lungen-Koordinaten Rand in aktueller Schicht Rel. Koordinate in Schicht 20 von 60 Bzgl. 3 D Bounding Box: ~ X 50 Y 30 z 33 % Max. Grösse Bzgl. 2+1 D Bounding Box: ~ X 20 Y 20 z 33 % 20 (60) Erleichterung des Wiederfindens von Positionen in Aufnahme und Voraufnahme

34 1. Simultane Darstellung eines Datensatzes in zwei Fensterungen, je für aktuelle und Voraufnahme 2. Über Keyframes korrespondierende Darstellung von aktueller und alter Aufnahme mit gleicher Fensterung 3. Gegenüberstellung von Projektionsansichten zweier Aufnahmen mit Positions-Korrespondenz über relative Koordinaten ( = unaufwendige grobe Registrierung) (1) 2LungView

35 2LungView (2) Simultane Fensterungen Darstellung eines vorsegmentierten Lungenflügels gleichzeitig im vordefinierten Lungen- und Weichteil-Fenster

36 2LungView (3) Aufnahme und Voraufnahme Korrespondierende Darstellung der vorsegmentierten Lungenflügel gleichzeitig im vordefinierten Lungen- oder Weichteil-Fenster