MeVis Automatische Analyse von Lungenrundherden im CT

Automatische Analyse von
Lungenrundherden im CT
Dr. rer. nat. Volker Dicken
MeVis – Zentrum für Medizinische Diagnose Systeme und Visualisierung
an der Universität Bremen
-1-1-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
MeVis
MeVis
MeVis – Zentrum
Zentrum für
für Medizinische
Medizinische Diagnose
Diagnose Systeme
Systeme &
& Visualisierung
Visualisierung
• 40 Mitarbeiter, davon 35 Wissenschaftler
• > 55 Klinische Partner, Deutschland (>30),
Europe\ D (13), USA (6), Asien (7)
• Schwerpunkte:
––
––
––
––
––
––
Quantitatives
Quantitatives Neuro-Imaging
Neuro-Imaging (MRT)
(MRT)
Kardio-Vakuläre
Kardio-Vakuläre Diagnostik
Diagnostik (CT
(CT &
& MRT)
MRT)
Bildanalyse
Bildanalyse von
von Thorax
Thorax CTs
CTs
Digitale
Digitale Mammographie
Mammographie &
& Brustkrebs
Brustkrebs MRT
MRT
Auswertung
Auswertung dynamischer
dynamischer Bilddaten
Bilddaten (MRT
(MRT &
& CT)
CT)
Interventions
Interventions Planung
Planung (Leber
(Leber OP
OP &
& HF-Ablation)
HF-Ablation)
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-2-2-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
CeVis
Struktur
seit
seit 1992
1992
Teil
Teil der
der Universität
Universität
am
am FB
FB Mathematik
Mathematik // Informatik
Informatik
10
10 Mitarbeiter
Mitarbeiter
Direktor:
Direktor: Prof.
Prof. Heinz-Otto
Heinz-Otto Peitgen
Peitgen
seit
seit 1995
1995
seit
seit 1997
1997
gGmbH
gGmbH
an
an der
der Universität
Universität Bremen
Bremen
40
40 Mitarbeiter
Mitarbeiter
Institutsleitung:
Institutsleitung: Prof.
Prof. Heinz-Otto
Heinz-Otto Peitgen
Peitgen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
GmbH
GmbH &
& Co.KG
Co.KG
Holding
Holding seit
seit 2001
2001
20
20 Mitarbeiter
Mitarbeiter
MeVis
MeVis BreastCare
BreastCare JV:
JV: SIEMENS
SIEMENS
MeVis
MeVis Diagnostics
Diagnostics JV:
JV: MEDOS
MEDOS
-3-3-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Historischer Streifzug
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-4-4-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
MeVis Mission
Unterstüzung von Medizinern durch
Computergestützte Analyse medizinischer Bilddaten
• Quantitative Radiologie
––
––
z.B.
z.B. Volumina
Volumina von
von Organen
Organen und
und Untereinheiten
Untereinheiten sowie
sowie Läsionen
Läsionen
Gefäßgeometrie
Gefäßgeometrie
• Innovative Visualisierung ausgebend von
Analyseergebnissen
–– 3D
3D Darstellungen
Darstellungen und
und Quantifizierung
Quantifizierung der
der Patientenanatomie
Patientenanatomie
zur
zur OP
OP Planung
Planung
–– Besser
Besser verständliche
verständliche bebilderte
bebilderte Befunde
Befunde
•• z.B.
z.B. bei
bei Metastasenpatienten
Metastasenpatienten
–– Farbcodierung
Farbcodierung von
von räumlich
räumlich verteilten
verteilten
Quantifizierungsergebnissen
Quantifizierungsergebnissen
•• z.B:
z.B: Dichteverteilung
Dichteverteilung in
in der
der Lunge
Lunge
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-5-5-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Analyse radiologischer Bilddaten
Multislice CT: „3D-Röntgen“
sehr hohe Auflösung
~0,6mm isotrope Voxel möglich
und Geschwindigkeit
10sec.-1 min Aufnahmedauer
u.U. Hunderte von Bildern pro Scan
Nachteil: Geringe Differenzierung von
Gewebetypen (nur Dichte abgebildet)
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
MRT: strahlungsfrei
reduzierte Auflösung
kleine isotrope Voxel nur
schwer möglich
geringe Geschwindigkeit
mehrere Min. für 3D Seq.
Probleme mit Bildartefakten
Bewegung, Physik
Magnetfeldstörungen
-6-6-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Analogie zur Labormedizin um 1900
Übergang von sensorischer Beurteilung
der Körperflüssigkeiten
zur quantitativen biochemischen Analytik
Wird verbesserte Analytik und Quantifizierung
in der Radiologie langfristig vergleichbar
weitreichende Konsequenzen haben ?
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-7-7-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Neuro-Applikationen
Volumetrie im Gehirn
• Gesamtvolumen & Anteile
Graue / Weiße Substanz
• Gehirn-Ventrikel Volumen
• Läsionen: Tumore und
Herde bei Multipler Sclerose
Diffusions Tensor Imaging
• Fibertracking
• Darstellung der Faserbündel
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-8-8-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Gefäßanalyse
• Curved MPR der Gefäße
• Reformatierungen
senkrecht zum Gefäß
• Stenosequantifizierung
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-9-9-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Projekte zu Brustkrebs
• EU Projekt Screen Trial
Klinische
Klinische Einführung
Einführung der
der Digitalen
Digitalen Befundung
Befundung von
von
Mammographien
Mammographien
• Dynamische MRT Mamma-Untersuchungen vor
Biopsien und zur Navigationsunterstützung
Quantifizierung
Quantifizierung von
von Tumoraktivität
Tumoraktivität durch
durch lokale
lokale
Analyse
Analyse der
der Dynamik
Dynamik von
von Kontrastmittelanreicherungen
Kontrastmittelanreicherungen
–– Time-To
Time-To Peak,
Peak, Wash-Out
Wash-Out rate,….
rate,….
–– Mit
Mit 3D-Bewegungskorrektur
3D-Bewegungskorrektur
Navigationstool
Navigationstool der
der
Fa.
Fa. MRI
MRI Devices
Devices
Visualisierung
Visualisierung der
der Kontrastmitteldynamik
Kontrastmitteldynamik (Farb-MIP)
(Farb-MIP)
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-10-10-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
3D-Aufarbeitung von Leber-Daten
• OP-Planung für
– Leberlebendspende unter Verwandten
– Tumor- und Metastasen-Chirugie
Schon
Schon >> 650
650 Leber
Leber OPs
OPs geplant
geplant
• Simulation der HF-Ablationen von
Lebermetastasen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-11-11-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Risiko Analyse
bei Tumor OP
Farbcodierung:
Farbcodierung:
zu
zu resezierendes
resezierendes Gewebe
Gewebe
bei
bei Sicherheitsabstand
Sicherheitsabstand
••
••
55 mm
mm –– rot
rot
10
10 mm
mm –– gelb
gelb
••
15
15 mm
mm –– grün
grün
zum
zum Rand
Rand des
des Tumors
Tumors
Daten: AZG Groningen
Dilemma der
Mittleren Lebervene
Trennung rechts / links der
mittleren Lebervene ?
Abhängig
Abhängig von
von Größe
Größe der
der
Versorgungsgebiete
Versorgungsgebiete der
der Seitenäste
Seitenäste
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
Daten: University Hospital Kyoto
-12-12-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Bildanalyse in der
Leberoperationsplanung
Tumorsegmentierung
Registrierung
Planung
Gefäßanalyse
Gefäßvorverarbeitung
Risikoanalyse
Risikoterritorien
Lebersegmentierung
Gefäßsegmentierung
Berechnung
Definition
Gefäßterritorien
derResektionslinie
Intervention
der
der
Mittelachsen
Bilddaten
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-13-13-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
3D-Risikoanalyse als Dienstleistung
Spin-Off im März 2004:
MDS mit Dienstleistungs-Angebot:
Telemedizinische Aufarbeitung von Leber CT
Daten
Data Acquisition
Nachfrage:
Insbesondere aus
Ostasien und
den USA
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
Diagnosis
Therapy Planning
-14-14-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
Image
Analysis
Visualization
MeVis
Arbeiten zur Lunge
• Relevanz von Lungenkrankheiten wird oft unterschätzt:
– Lungenkrebs
– Lungenemphysem / COPD
– Asthma
– Lungenembolie
– Lungenentzündung
• Gehören zur den häufigsten Todesursachen oder
chronischen Erkrankungen
• Verursachen einen erheblichen Anteil aller
Gesundheitsausgaben
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-15-15-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Motivation Lungenkrebs-Screening
••
••
••
••
••
In
In der
der Mehrzahl
Mehrzahl der
der hochaufgelösten
hochaufgelösten
Thorax
Thorax Multislice-CT
Multislice-CT Scans
Scans von
von
älteren
älteren Menschen
Menschen finden
finden sich
sich kleine
kleine
Lungenherde,
Lungenherde, insbesondere
insbesondere bei
bei
Rauchern
Rauchern
Diese
Diese sind
sind in
in der
der Regel
Regel
––
––
––
gutartig
gutartig (selbst
(selbst bei
bei Krebspatienten!)
Krebspatienten!)
zu
zu klein
klein für
für Biopsien
Biopsien
mühselig
zu
suchen
mühselig zu suchen
Chirurgische
Chirurgische Abklärung
Abklärung oder
oder Biopsie
Biopsie
medizinisch
und
volkswirtschaftlich
medizinisch und volkswirtschaftlich
nicht
nicht möglich
möglich oder
oder nicht
nicht sinnvoll
sinnvoll
Ab
Ab einer
einer gewissen
gewissen Größe
Größe (3-5mm)
(3-5mm)
Î
Î Beobachtung
Beobachtung (nach
(nach ca.
ca. 6
6 Monaten)
Monaten)
auf
auf tumorverdächtiges
tumorverdächtiges Wachstum
Wachstum
Ziel:
Ziel: Lungekrebs
Lungekrebs möglichst
möglichst in
in
kurierbarem
kurierbarem Stadium
Stadium Ia
Ia entdecken.
entdecken.
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-16-16-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Motivation Therapiemonitoring
••
Chemotherapien
Chemotherapien bei
bei systemischen
systemischen
Tumorerkrankungen
Tumorerkrankungen sind
sind verbunden
verbunden mit
mit
starken
starken Belastungen
Belastungen für
für den
den Patienten
Patienten
und
und hohen
hohen Kosten
Kosten
••
ca.
ca. 350.000
350.000 neue
neue Krebspatienten
Krebspatienten pro
pro
Jahr
Jahr allein
allein in
in Deutschland
Deutschland
••
Lungenkrebs
Lungenkrebs am
am zweithäufigsten
zweithäufigsten (~14%)
(~14%)
und
und häufig
häufig (>
(> 50%)
50%) inoperabel
inoperabel
••
ca.
ca. 25%
25% aller
aller onkologischen
onkologischen Patienten
Patienten
entwickeln
entwickeln Lungenmetastasen
Lungenmetastasen
••
Krebserkrankungen
Krebserkrankungen verursachen
verursachen 15
15 Mrd.
Mrd.
Euro
Euro Kosten
Kosten jährlich
jährlich nur
nur in
in Deutschland
Deutschland
••
Präzise
Präzise Beurteilung
Beurteilung des
des Therapieerfolgs
Therapieerfolgs
ist
ist wesentliche
wesentliche Voraussetzung
Voraussetzung für
für eine
eine
adäquate
adäquate Therapieanpassung
Therapieanpassung und
und die
die
Entwicklung
Entwicklung neuer
neuer Therapien
Therapien
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-17-17-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Hintergrund
• Radiologische Beurteilung von Tumorwachstum ist
zentral für das Management von Chemotherapien.
• Chemotherapien sind sehr häufig,
hochbelastend (toxische u.a. Nebenwirkungen),
risikoreich und sehr teuer.
• Wichtige Aufgabe: (Nicht-)Ansprechende Therapien
sicherer und frühzeitig erkennen !
• Die Verbesserung der Tumorvolumetrie hat
Potential zu großem klinischen Effekt.
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-18-18-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Gesundheitsökonomische Bedeutung
Einige grobe Abschätzungen:
• Neue Krebspatienten pro Jahr in Deutschland:
ca. 350.000.
• Radiologische Untersuchungen wegen Krebs pro Jahr:
ca. 1-5 Mio. CT-Scans.
• Direkte Kosten: einige 100 Mio. EUR.
EUR.
• Die Ergebnisse sind maßgeblich für die Verteilung von
mehreren Mrd. EUR / Jahr Krebs-Behandlungskosten.
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-19-19-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Beispiel Thorax CT Daten
Drei Kontrolluntersuchungen auf Lungenmetastasen
Daten:
Daten: VICORA
VICORA Partner
Partner RWTH
RWTH Aachen,
Aachen, Prof.
Prof. Günther,
Günther, Prof.
Prof. Wein:
Wein:
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-20-20-
45
45 MB
MB // 123
123 MB
MB // 192
192 MB
MB
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Beispiel Thorax CT Daten
Drei Kontrolluntersuchungen auf Lungenmetastasen
Daten:
Daten: VICORA
VICORA Partner
Partner RWTH
RWTH Aachen,
Aachen, Prof.
Prof. Günther,
Günther, Prof.
Prof. Wein
Wein
Okt 02
Dez 02
Feb 03
Interpolierte Darstellung in 3 Ebenen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-21-21-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Beispiel Thorax CT Daten
Drei Kontrolluntersuchungen auf Lungenmetastasen
Daten:
Daten: VICORA
VICORA Partner
Partner RWTH
RWTH Aachen,
Aachen, Prof.
Prof. Günther,
Günther, Prof.
Prof. Wein
Wein
Okt 02
4mm
Dez 02
1.5mm
Feb 03
1.0mm
Darstellung der originalen Bildvoxel in 3 Ebenen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-22-22-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Beispiel Thorax CT Daten
Drei Kontrolluntersuchungen auf Lungenmetastasen
Daten:
Daten: VICORA
VICORA Partner
Partner RWTH
RWTH Aachen,
Aachen, Prof.
Prof. Günther,
Günther, Prof.
Prof. Wein
Wein
Okt 02
Dez 02
Feb 03
Lokales Volumenrendering aus supergesampelten Daten
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-23-23-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
RECIST Kriterien (1999)
Quantifizierung für klinische Studien:
Messe axialen Durchmesser für die größten Tumoren
Klassifikation:
Klassifikation: stable
disease
progressive
disease
partial
response
complete
response
kleinere
Durchmesser:
Durchmesser:
Änderungen
¾ +20%
< -30%
Tumoren
nicht mehr
sichtbar
VolumenVolumenwachstum:
wachstum:
< -66%
> + 73%
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-24-24-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Herausforderung Tumorvolumetrie!
• Bestimmung von Volumina über
Messung von Durchmessern
• Quantifizierung von Wachstum als
Differenz zweier Volumina
• Volumetrie und Partialvolumeneffekt
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-25-25-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Statistische Untersuchungen
• Fehlerverstärkung bei Berechnung von
Kugel-Volumina aus Durchmessern
( VV == ππ DD 33 ) um ca. einen Faktor 3.
66
• Fehlerverstärkung der Quantifizierung von
Volumen-Wachstum aus Durchmessern ist
enorm bei moderatem Wachstum.
(Faktor
(Faktor ca.
ca. 22
22 bei
bei W
W == 20%
20% des
des Volumens,
Volumens, Faktor
Faktor ca.
ca. 45
45 bei
bei W
W == 10%)
10%)
• Hohe Wahrscheinlichkeit rasch wachsende, nicht auf
Therapie ansprechende Tumore fälschlich als
„stable disease“ zu klassifizieren.
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-26-26-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Partialvolumeneffekt
Phantom:
Tumor (Kugel)
8 ml, D = 25 mm
Daten simulieren
5mm Schichtabstand
perfekte Aufnahme &
0,5 mm Pixel
ideale Segmentierung
Randvoxel bei idealer Segmentierung:
Ausgeschlossene Partialvolumenvoxel:
8ml @
5mm
1mm
58%
14%
35%
10%
1ml @
1mm
3mm
30%
49%
20%
69%
( %- Anteile am wahren Volumen)
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-27-27-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Konsequenz aus Partialvolumeneffekt
Sehr sorgfältig manuell gezeichnete
Konturen mit systematisch 1 Voxel
Abstand zur Idealkontur
(~50% Kontrast)
Î Volumen-Fehler von 15 - 70% für
kugelige Objekte von 10 - 1 ml
Fehleranalyse
Fehleranalyse von
von manueller
manueller // Software
Software Volumetrie
Volumetrie
Aus
Aus :: Volumetrie
Volumetrie von
von MS-Läsionsphantomen
MS-Läsionsphantomen
im
im MR,
MR, Multispektrale
Multispektrale Analyse;
Analyse;
Jan.
Jan. Rexilius,
Rexilius, MICCAI
MICCAI 2003
2003
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
1ml Kugel
gescannt
mit 5 mm
Schichten
-28-28-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Wie ist das zu verstehen ?
Vergleiche 1ml Würfel in
Auflösung 1 x 1 x 1mm pro Voxel
Î
Î
10 x 10 x 10
Inneres: 8 x 8 x 8
Î
Î
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-29-29-
= 1000 Voxel
=
512 Voxel
49% Oberfläche
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Thesen
• Therapieversagen bei manueller Quantifizierung von
Tumoren oft erst bei Tumorverdoppelung erkannt.
• Verdoppelung auch rein visuell gut erkennbar.
• Manuelle 3D-Messung (Planimetrie) zu aufwändig
und für kleine Objekte nicht genau genug.
• Für sichere / frühzeitige Beurteilung des
Ansprechens von Chemotherapien ist hochgenaue,
vergleichende Volumetrie-Software außerordentlich
wichtig.
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-30-30-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Konsequenz für Onkologische-Studien
• Bei hoher
hoher Variabilität der Messung braucht
braucht man
man viele
Patienten,
Patienten, um
um eine Änderung unter Therapie zu belegen
• Bei geringer Variabilität der Einzelmessung braucht man
deutlich weniger Patienten um einen Effekt statistisch
hinreichend sicher zu erkennen
• Bei größerer Messgenauigkeit sind Effekte
Effekte zudem
zudem in
in den
den
einzelnen Patienten früher nachweisbar
• Î Eine genaue
genaue softwaregestützte Volumetrie ermöglicht
kleinere und somit schneller und
und preiswerter
preiswerter durchführbare
durchführbare
Studien
• Rahmenbedingung:
Akzeptanz der Volumetrie bei der Zulassungsbehörde und
den Onkologen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-31-31-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Lungenapplikation „PulmoTreat“
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-32-32-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Tumor-Volumetrie und Follow-Up
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
••
Robuste
Robuste Segmentierung
Segmentierung
••
Geeignet
Geeignet auch
auch für
für große
große
Raumforderungen
Raumforderungen und
und
komplexe
komplexe Morphologie
Morphologie
••
Getestet
Getestet an
an über
über
700
700 Läsionen
Läsionen
-33-33-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Segmentierung
Problem:
Kontakt zu anderen hochdichten Strukturen
Idee:
Hybrides Verfahren, das mit morphologischen Methoden
verbundene Strukturen abtrennt
Beispiel:
Schnittmenge
Zweite
Subtrahiere
(inverse)
erhaltene
von erhaltener
Initiales
Distanztransformation
Region-Growing
und
mit
Fertig!
Distanztransformation
Maske
Maske
und
von
initialer
initialer
RegionRegionund
festem Schwellwert
Thresholding
Thresholding
Growing
GrowingMaske
Maskeund Dilation
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-34-34-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Beispiele segmentierter Lungenherde
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-35-35-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Volumetrie
Einfaches
Einfaches „Voxel
„Voxel zählen“
zählen“ aufgrund
aufgrund von
von
Partialvolumeneffekten
Partialvolumeneffekten nicht
nicht
ausreichend
ausreichend
Daher:
Daher:
(1)
(1) Definiere
Definiere Partialvolumen-Region
Partialvolumen-Region (PV)
(PV)
um
um die
die Rundherdgrenze
Rundherdgrenze (2
(2 mm
mm Abstand
Abstand
in
in jede
jede Richtung)
Richtung)
(2)
(2) Ermittle
Ermittle mittlere
mittlere Dichte
Dichte von
von
Parenchym
Parenchym (PC)
(PC) und
und Rundherd-“Kern“
Rundherd-“Kern“
(NC)
(NC)
(3)
(3) Alle
Alle Voxel
Voxel innerhalb
innerhalb von
von PV
PV werden
werden
gewichtet
gewichtet zum
zum Volumen
Volumen des
des Kerns
Kerns
hinzuaddiert
hinzuaddiert
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-36-36-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Tumor-Volumetrie und Follow-Up
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
••
Hoch
Hoch reproduzierbare
reproduzierbare Volumetrie
Volumetrie
von
von Lungen-Läsionen
Lungen-Läsionen
••
Effizienter
Effizienter Workflow
Workflow für
für
Follow-Up
Follow-Up Untersuchungen
Untersuchungen
••
Automatische
Automatische Korrelation
Korrelation mit
mit
Ergebnissen
Ergebnissen der
der Voruntersuchung
Voruntersuchung
••
Geeignet
Geeignet für
für Screening
Screening und
und
Onkologisches
Onkologisches Follow-Up
Follow-Up
-37-37-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Evaluation PulmoTreat
••
Sehr
Sehr gute
gute Inter-Scan
Inter-Scan Reproduzierbarkeit
Reproduzierbarkeit für
für komplexe
komplexe Raumforderungen:
Raumforderungen:
Vergleichende
Vergleichende Volumetrie
Volumetrie in
in doppelten
doppelten Low-Dose
Low-Dose Scans
Scans von
von
88 Patienten
Patienten mit
mit multiplen
multiplen (in
(in der
der Summe
Summe 96)
96) Metastasen.
Metastasen.
Mediane
Mediane Abweichung
Abweichung
der
der Volumetrie:
Volumetrie: << 3%
3%
Daten:
Daten: Dag
Dag Wormanns,
Wormanns,
Universitätsklinikum
Universitätsklinikum Münster
Münster
3-6%
<3%
6-12%
>12%
•• Sensitiv:
Sensitiv: Volumenwachstum
Volumenwachstum synthethischer
synthethischer
Läsionen
Läsionen sicher
sicher erkannt
erkannt ab
ab
10
10 %
% Volumenwachstum
Volumenwachstum (>=10mm),
(>=10mm),
bei
bei 5mm
5mm Läsionen
Läsionen ab
ab 20%
20% Wachstum
Wachstum
Daten:
Daten: H.
H. Shin,
Shin, MHH
MHH Hannover
Hannover
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-38-38-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-39-39-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Entwicklung der Tumorvolumetrie
1.
1.
––
––
––
––
––
––
Lungenläsionen
Lungenläsionen
In
In fast
fast allen
allen Fällen
Fällen sehr
sehr gut
gut volumetrierbar,
volumetrierbar,
Forschungsergebnisse
Forschungsergebnisse diverser
diverser Ansätze
Ansätze für
für kleine
kleine Läsionen
Läsionen transferiert
transferiert in
in
Industrieprodukte
Industrieprodukte
Detektionssoftware
Detektionssoftware seit
seit ca.
ca. 22 Jahren
Jahren klinisch
klinisch verfügbar
verfügbar
••
••
••
••
••
••
••
••
GE:
GE: ALA(2),
ALA(2),
Siemens:
Siemens: LungCARE
LungCARE ++ NEV
NEV
R2
R2 (auch
(auch in
in Vitrea
Vitrea // Toshiba):
Toshiba): ImageChecker,
ImageChecker,
Philips
Philips CT
CT Pulmo
Pulmo
iCAD
iCAD (auch
(auch in
in Viatronix
Viatronix // TeraRecon)
TeraRecon)
Median:
Median: CAD-Lung
CAD-Lung
MedicSight
MedicSight
Prototyp
Prototyp für
für onkologische
onkologische Läsionen
Läsionen und
und große
große Bronchialkarzinome:
Bronchialkarzinome: MeVis
MeVis
OncoTREAT
OncoTREAT
Größere
Größere klinische
klinische und
und Phantom-Studien
Phantom-Studien zur
zur Reproduzierbarkeit
Reproduzierbarkeit und
und Nutzen
Nutzen
der
der System
System und
und laufen
laufen
Lungcancer-Screening
Lungcancer-Screening Studien
Studien z.B:
z.B: Nelson
Nelson Studie
Studie mit
mit 22 xx 8000
8000 Rauchern
Rauchern in
in
NL
NL und
und B
B (LungCare)
(LungCare)
Studien
Studien zum
zum Systemvergleich
Systemvergleich geplant
geplant
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-40-40-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Zukunft der Tumorvolumetrie
2.
2.
––
––
––
––
Lebermetasen
Lebermetasen
zunächst
zunächst Segmentierung
Segmentierung hypodenser
hypodenser Läsionen
Läsionen möglich
möglich
1.
1. Ergebnisse
Ergebnisse für
für hyperdense
hyperdense und
und peripher
peripher anreichernde
anreichernde Herde
Herde
hochgenaue
hochgenaue Volumetrie
Volumetrie von
von hyperdense
hyperdense Läsionen
Läsionen in
in Arbeit
Arbeit
Evaluationen
Evaluationen zur
zur Interobserver
Interobserver Reproduzierbarkeit
Reproduzierbarkeit laufen
laufen
3.
3.
---
Vergrößerte
Vergrößerte Lymphknoten
Lymphknoten (abdominell
(abdominell und
und mediastinal)
mediastinal)
Segmentierung
Segmentierung in
in vielen
vielen Fällen
Fällen möglich
möglich
Probleme
Probleme in
in der
der Bildverarbeitung
Bildverarbeitung bei
bei Lymphknotenkonglomeraten
Lymphknotenkonglomeraten
und
und flächigem
flächigem Kontakt
Kontakt zu
zu großen
großen Gefäßen
Gefäßen
4.
4. Onkologische
Onkologische Gehirnläsionen
Gehirnläsionen
–– Hirn
Hirn MRT
MRT Daten
Daten sind
sind sequenzabhängig
sequenzabhängig sehr
sehr vielfältig
vielfältig und
und bisher
bisher nur
nur selten
selten
in
in hoher
hoher 3D
3D Ortsauflösung
Ortsauflösung gescannt
gescannt
–– Nur
Nur erste
erste Ergebnisse
Ergebnisse verfügbar
verfügbar für
für MP-Rage
MP-Rage Bilder
Bilder mit
mit <=
<= 1mm
1mm Isotropen
Isotropen
Voxeln,
Voxeln, Probleme
Probleme mit
mit Inhomogenitäten
Inhomogenitäten und
und Bildartefakten
Bildartefakten
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-41-41-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Lebermetastasensegmentierung
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-42-42-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Ausblicke
• Nichtplanare „anatomische“ Reformatierung
• Î Ziele:
–– Leichteres
Leichteres Auffinden
Auffinden subtiler
subtiler Pleuraständiger
Pleuraständiger Herde
Herde und
und
Oberflächnenaher
Oberflächnenaher Veränderungen,
Veränderungen,
–– Infomation
Infomation über
über Abstand
Abstand zur
zur Organoberfläche
Organoberfläche für
für
Interventionsn
Interventionsn oder
oder Chirurgische
Chirurgische Eingriffe
Eingriffe
• Analyse der CT Kontrastmittelanreichernung
Î Ziel: Reduktion der Anzahl von Biopsien und
Resektionen benigner Herde
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-43-43-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Anatomische Reformatierung
Nicht planare Reformatierung s. d. Punke mit gleichem Abstand
zur Lungeoberfläche in einer Schicht liegen
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-44-44-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Neue Visualisierungen von Thorax HRCT
Anatomische
Reformatierung
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-45-45-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Dynamische CT Untersuchungen an
Lungenläsionen
• Experimentelle Studie zur Kontrastmitteldynamik im CT
zur Bestimmung der Tumorvitalität
• Protokoll: eine ca. 5cm dicke Schicht wird nativ und 4 x
nach Kontrastmittel in ca. 1 min Abstand in
eingeatmentem Zustand gescannt
(Partner: Dag Wormans, Uni Münster)
• Frage bisher: Ist eine Biopsie angeraten oder können wir
die Läsion (5-15mm) noch rein radiologisch beobachten ?
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-46-46-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Dynamik in Zwiebelschalen
Auswerteansatz
Auswerteansatz
••
••
Rekonstruiere
Rekonstruiere die
die Daten
Daten in
in für
für tomographische
tomographische Daten
Daten extrem
extrem hoher
hoher Ortsauflösung:
Ortsauflösung:
ca.
ca. 0,3-0,5mm
0,3-0,5mm isotrop
isotrop möglich
möglich
Î
Î ca.
ca. 1/30
1/30 –– 1/8
1/8 mm^3
mm^3
Segmentiere
Segmentiere die
die Läsion
Läsion zu
zu allen
allen Zeiten
Zeiten
(das
(das ist
ist nur
nur im
im CT
CT gut
gut möglich,
möglich, für
für Lunge
Lunge sehr
sehr leicht)
leicht)
••
••
Berechne
Berechne „Zwiebelschalen“
„Zwiebelschalen“ von
von ca.
ca. 0,5-1mm
0,5-1mm Stärke
Stärke
Vergleiche
Vergleiche mittlere
mittlere Dichte
Dichte pro
pro Zwiebelschale
Zwiebelschale
••
zu
zu allen
allen 55 Zeiten
Zeiten
Vorteile:
Vorteile:
••
Nachteile:
Nachteile:
––
––
––
––
––
––
Gute
Gute Korrespondenz
Korrespondenz zu
zu Angiogenesmodell
Angiogenesmodell
Keine
aufwendige
Registrierung
Keine aufwendige Registrierung !!
Ortsauflösung
Ortsauflösung (Vol.)
(Vol.) ca.
ca. 8-30
8-30 mal
mal besser
besser als
als MR
MR
Strahlung
Strahlung bei
bei Aufnahme
Aufnahme
Geringe
zeitliche
Geringe zeitliche Auflösung
Auflösung (ca.
(ca. 11 min)
min)
Mäßiges
Mäßiges Signal
Signal Rauschverhältnis
Rauschverhältnis
wg.
wg. geringem
geringem relativen
relativen Enhancement
Enhancement
von
ca.
10-30
HU
bei
800
von ca. 10-30 HU bei 800 HU
HU Kontrast
Kontrast
und
und Pixelrauschen
Pixelrauschen von
von 10-30
10-30 HU
HU
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-47-47-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Universitätklinikum
Universitätklinikum
Münster
Münster
Philipps-Universität
Philipps-Universität
Marburg
Marburg
LMU
LMU München
München
Großhadern
Großhadern
Charité
Charité Berlin
Berlin
Universitätsklinikum
Universitätsklinikum
Tübingen
Tübingen
Dt.
Dt. KrebsforschungsKrebsforschungszentrum,
zentrum, Heidelberg
Heidelberg
VICORA
Universitätsklinikum
Universitätsklinikum
Mainz
Mainz
Virtuelles
Virtuelles Institut
Institut für
für ComputerComputerUnterstützung
Unterstützung in
in der
der klinischen
klinischen
Radiologie
Radiologie
Medizinische
Medizinische Hochschule
Hochschule
Hannover
Hannover
Rheinisch-Westfälische
Rheinisch-Westfälische
Technische
Technische Hochschule
Hochschule
Aachen
Aachen
www.vicora.de
www.vicora.de
Institut
Institut für
für MR
MR
Diagnostik,
Bremen
Diagnostik, Bremen
MeVis
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
Zentralkrankenhaus
Zentralkrankenhaus
Bremen-Ost
Bremen-Ost
-48-48-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis
Software Plattform MeVisLab
•
Website: www.mevislab.de
•
MeVisLab Eigenschaften
•
MeVisLab Geschichte
•
MeVisLab licenses
–
–
–
–
–
–
–
–
Effizienzsteigerung bei R&D
Rapid application prototyping
Klinische Evaluation von Prototypen
Möglichkeit des Produkttransfers
5. Generation der hausinternen Entwicklungsumgebung
Vorläufer ILAB4 über 50 Entwickler Mannjahre bewährt
Öffentliche Beta version: Mai 2004
MeVisLab 1.0 final release: Aug. 2004
–
–
Windows und Linux
MeVisLab Basic:
–
MeVisLab SDK:
Freie
Freie MeVisLab
MeVisLab Demoversion
Demoversion
per
per Download
Download verfügbar
verfügbar
•
free for non-commercial, academic, research, private use
•
•
free demo version (eingeschränkte Funktionalität)
Lizenzmodelle für kommerzielle Anwender (Applikation und Entwicklung)
9.
9. APT
APT Fortbildungsseminar
Fortbildungsseminar Göttingen
Göttingen 17.
17. Juni
Juni 05
05
-49-49-
Dr.
Dr. Volker
Volker Dicken
Dicken
MeVis