Qualität der PET-CT Registrierung in der täglichen

39. DGMP TAGUNG 2008 IN OLDENBURG
QUALITÄT DER PET-CT REGISTRIERUNG IN DER TÄGLICHEN BESTRAHLUNGSPLANUNGS-ROUTINE
1HODAPP
N., 2MIX M., 1NANKO N., 1HENTSCHEL M., 1GROSU A.-L.
1Klinik
für Strahlenheilkunde, Uniklinik Freiburg, Freiburg, Germany
2Abteilung
Nuklearmedizin, Uniklinik Freiburg, Freiburg, Germany
Einleitung
Die Integration der PET Bildgebung zur genaueren Bestimmung der Zielvolumina für die Bestrahlungsplanung
hat sich durchgesetzt. Um diese zusätzlichen Informationen nutzen zu können ist ein exakter Transfer der
Strukturen in das Planungs-CT notwendig (1,2). Verschiedene Bildregistrierungsverfahren werden hierzu
angeboten und ihre prinzipielle Eignung wurde getestet. Im Einzelfall können trotzdem immer noch nicht
vernachlässigbare Abweichungen auftreten, die erfordern, dass grundsätzlich eine genaue Analyse der
Registrierungsqualität vorgenommen wird. Es wird ein Verfahren vorgestellt, das
1)
den Aufwand für den Einzelfall reduziert,
2)
eine intuitive und schnelle Überprüfung der Registrierungsqualität im gesamten Interessensvolumen
erlaubt,
3)
Lagerungs- und Positionierungsfehler zwischen den bildgebenden Verfahren aufdeckt,
4)
und eine quantitative Abschätzung der Abweichungen erlaubt.
Das Verfahren beschränkt sich bewusst auf in der Routine schnell verfügbare Daten und ist daher mit dem Fehler
dieser Erhebung behaftet. So wird auch bei FDG-PET auf die Registrierung von Transmissionsserien verzichtet.
Eine Bestimmung der Genauigkeit der Methode wird in Phantommessungen vorgenommen.
Material und Methoden
Basis der Methode ist eine möglichst identische Lagerung der Patienten bei den beiden Bildgebungen. Erreicht
wird dies durch identische Lagerungs- und Positionierungseinrichtungen, die an beiden Geräten zur Verfügung
stehen und mit der Bildgebung verträglich sind. Die Kontrolle der Registrierverfahren wird mittels Marker (Abb.
1) durchgeführt. Diese werden für beide bildgebenden Verfahren an identischen Positionen auf dem Phantom
bzw. Patienten befestigt. Am Phantom wird die Genauigkeit der Methode bestimmt. Das Maß ist die
Standardabweichung der registrierten Markerpunkte. Die Grenzen der Genauigkeit sind durch die Unsicherheit
der Markermitten vor allem der PET-Marker, sowie durch den Schichtabstand (Partial Volume Effekte)
bestimmt. Neben dem Landmarkmatching der Marker werden zwei Mutual Information Registrierungen
(Siemens Syngo, Masterplan Nucletron) sowie Oberflächenmatching korrespondierender Strukturen getestet. Die
Mutual Information Registrierung wird automatisch d.h. ohne, sowie mit Clipping auf markante Strukturen
durchgeführt.
Zur
intuitiven
Darstellung der Abweichungen wird
in beiden Bilddatensätzen ein
zusätzliches Hilfsvolumen eingezeichnet, das alle neun Markerpunkte
zu einem dreiecksprismaähnlichen
Volumen verbindet. Die Kontrollen
in der Routine werden an Patienten
mit Läsionen im Kopf-Hals-Bereich
Abb 1
Im Hause entwickelte Marker für
CT und PET auf der Maske des
Patienten
oder mit Bronchialkarzinom durchgeführt.
Ergebnisse
Markermatching am Phantom hat gezeigt, dass ideale Ergebnisse unter Routinebedingungen nicht erreicht
werden. Landmarkmatching der Marker brachte erwartungsgemäß die besten Ergebnisse mit mittleren
-1-
39. DGMP TAGUNG 2008 IN OLDENBURG
Abweichungen unter 2 mm. Der
automatische Mutual Information
Algorithmus des Masterplan
brachte
jedoch
mittlere
Abweichungen von über 1 cm.
Die
verschiedenen
Matchingverfahren ergaben im
Kopf-Hals-Bereich (Abb 3 rechts)
mittlere Abweichungen zwischen
Abb. 2
Kontrolle der
Matchingqualität mittels des
Hilfsvolumens. MI des
Masterplan hat ohne Clipping
das schlechteste Resultat
1,5 und 2.8 mm. Lediglich das Masterplan Mutual Information Matching lieferte ohne Clipping Abweichungen
von bis zu 2 cm. Auch mit Clipping traten Fehler bis zu 5 mm auf. In Abb. 3 links wird ein Beispiel einer
Fehllagerung gezeigt, die mittels des Hilfsvolumens entdeckt wurde. Hier wiesen aber auch die schlechten
Resultate aller Verfahren, die Abweichungen zwischen 8 und 14 mm ergaben, auf einen systematischen Fehler
hin.
Zusammenfassung
Voraussetzung für gute Registrierungsergebnisse ist eine möglichst identische Lagerung. Marker sollten
grundsätzlich verwendet werden. Die Markerregistrierung erbrachte formal die besten Ergebnisse.
Oberflächenregistrierung der Hilfsstruktur brachte etwas größere Abweichungen. Automatische Mutual
Information Registrierung lieferte mit der Siemens Software bessere Ergebnisse als mit der
Masterplanregistrierung. Setzen der Clipbox bei Masterplan verbesserte die Resultate. Die Generierung des
Markerhilfsvolumens eignet sich zur qualitativen und quantitativen Kontrolle der Bildregistrierung, da auch
unterschiedliche Lagerung zwischen CT und PET mittels der Hilfsstruktur entdeckt werden kann.
Abbildung 3: Unterschiedliche Form der Hilfsvolumina (links) bei einer Fehllagerung am PET (Pfeil), gute
Übereinstimmung der Hilfsvolumina bei Registrierung der Hilfsvolumenoberflächen im Kopf-Hals-Bereich
(rechts).
1. DLG Hill, PG Batchelor, M Holden, DJ Hawkes, Medical Image Registration, Phys.Med.Biol. 46 (2001) R1R45
2. AL Grosu , R Lachner, N Wiedenmann, S Stärk, R Thamm, P Kneschaurek, M Schwaiger, M Molls, WA
Weber, Validation of a method for automatic image fusion (BrainLAB System) of CT data and 11C-methioninePET data for stereotactic radiotherapy using a LINAC: first clinical experience, Int J Radiat Oncol Biol Phys.
2003 Aug 1;56(5):1450-63.
-2-