Bewegungskorrektur von 3D-PET/CT-Daten mit optischen Fluss-Verfahren

Mohammad Dawood

Institut für Informatik, Universität Münster

Dawood, Informatik, SFB-B2

Problem: Bewegung bei der Datenakquisition

PET, Minuten

CT, Sekunden

Dawood, Informatik, SFB-B2

PET CT

Problem: Bewegungsartefakte

PET/CT

Dawood, Informatik, SFB-B2

Problem: 1. Schwächungskorrektur

Inspiration Expiration

Schwächungskorrektur mit CT

PET: Atemphasen

CT: Statisch

Dawood, Informatik, SFB-B2

Problem: 2. Verschmierung

Dawood, Informatik, SFB-B2

Bewegungsartefakte führen zu Fehlern:

• Falschem „staging“ der Tumoren (Osman et al 2003, Erdi et al 2004)

• „Uptake Values“ sind inkorrekt (Nakamoto et al 2004)

• Kleintumoren können unentdeckt bleiben (Papathanassiou et al 2005)

Lösung?

Gating + Korrektur

Klinische Relevanz

Dawood, Informatik, SFB-B2

Lösung: 1. Atemsignal

Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007

Dawood, Informatik, SFB-B2

…

Lösung: 1. Atemsignal

Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007

PET-Daten werden neu sortiert:

Dawood, Informatik, SFB-B2

Lösung: 2. Optical Flow

Brightness consistency constraint

I(x,y,z,t) = I(x+∂x,y+∂y,z+∂z,t+∂t)

I.V = -It

I = GrauwertV = Flussx,y,z,t = Position

Dawood, Informatik, SFB-B2

Lösung: 2. Optical Flow

Lucas/Kanade: Optical Flow ist lokal gleich

Ix1Vx+Iy1Vy+Iz1Vz = -It1

. . . .

. . . .

. . . .IxnVx+IynVy+IznVz = -Itn

Dawood et al, IEEE Trans Med Imaging, April 2006

Dawood, Informatik, SFB-B2

Horn/Schunck: Optical Flow ist global glatt

∫((I.V+It)+(|u|2+|v|2+|w|2))dxdydz

Lösung: 2. Optical Flow

Dawood, Informatik, SFB-B2

∫ (ψ1(D)+αψ2(S)) dxdydz

Discontinuity Preserving: LK + HS + Organgrenzen

Lösung: 2. Optical Flow

Dawood et al, IEEE Trans Med Imaging, 2008

Dawood, Informatik, SFB-B2

Lösung: 2. Optical Flow

Bewegungsvektoren

Atemgating, 1h p.i. [18F]FDG, Clamp

Dawood, Informatik, SFB-B2

Ergebnisse: Visuell (Atembewegung)

PET-Daten vor derKorrektur

PET-Daten nach derKorrektur

Dawood, Informatik, SFB-B2

Ergebnisse: Quantitativ

Restbewegung ~ 0.3 mm << 1 Voxel (3.375 mm)

Dawood, Informatik, SFB-B2

Ergebnisse

Das Zielgate

Alle Daten ohne Korrektur

Alle Daten nach der Korrektur

Dawood, Informatik, SFB-B2

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