Post on 10-Jul-2020
transcript
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Iterative Bildrekonstruktionsverfahren in derComputertomographie
Grundlagen & klinische Einsatzmoglichkeiten
Dr. Wolfram Stiller, Dipl.-Phys.
19. Fortbildungsseminar der AG Physik & Technik (APT)
3. Theo-Schmidt Symposium
Nurnberg, 13. Juni 2015
UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
MotivationWarum iterative Bildrekonstruktionsverfahren
in der CT?
13.06.2015 Seite 2 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Warum iterative Rekonstruktion in der CT?
Ziele neuer Rekonstruktionsverfahren in der CT:
weniger Artefakte, z.B. bei Metallimplantatenniedrigeres BildrauschenSenkung der Strahlenexposition
13.06.2015 Seite 3 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Warum iterative Rekonstruktion in der CT?
Ziele neuer Rekonstruktionsverfahren in der CT:
weniger Artefakte, z.B. bei Metallimplantatenniedrigeres BildrauschenSenkung der Strahlenexposition
13.06.2015 Seite 3 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Warum iterative Rekonstruktion in der CT?
Ziele neuer Rekonstruktionsverfahren in der CT:
weniger Artefakte, z.B. bei Metallimplantatenniedrigeres BildrauschenSenkung der Strahlenexposition
13.06.2015 Seite 3 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Warum iterative Rekonstruktion in der CT?
Ziele neuer Rekonstruktionsverfahren in der CT:
weniger Artefakte, z.B. bei Metallimplantatenniedrigeres BildrauschenSenkung der Strahlenexposition
13.06.2015 Seite 3 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Warum iterative Rekonstruktion in der CT?
GefilterteRuckprojektion FBP
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:FBPKern L
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Statistische iterativeRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:iDose4 Lvl. 5Kern L
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Iter. modellbasierteRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:IMRBody Sharp Plus 2
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Stiller W et al. (2014) Vergleich statistischer & modellbasierter iterativer Verfahren der CT-Bildrekonstruktion.Tierexperimentelle Daten. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 4 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Technische Implementationen
Iterative Rekonstruktionsverfahren – Produkte:
AcronymProdukt-
bezeichnungHersteller
Statistische iterative Verfahren
AIDR 3D Adaptive IterativeDose Reduction 3D
Toshiba MedicalSystems
ASIR Adaptive StatisticalImage Reconstruction
GE Healthcare
iDose4Philips Medical
SystemsIRIS Iterative Reconstruction in Image Space Siemens Healthcare
SAFIRE Sinogram-affirmed IterativeReconstruction
Siemens Healthcare
Modellbasierte iterative Verfahren
ADMIRE Advanced Modeled IterativeReconstruction
Siemens Healthcare
IMR Iterative Model-based ReconstructionPhilips Medical
SystemsVEO (MBIR) Model-based Iterative Reconstruction GE Healthcare
In Anlehnung an: Love A et al. (2013) Six IR algorithms in brain CT: a phantom study on IQ at different RD levels.
Br J Radiol 86
13.06.2015 Seite 5 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
CT-BildrekonstruktionsverfahrenEigenschaften & Funktionsweise
13.06.2015 Seite 6 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Eigenschaften von CT-Rekonstruktionsverfahren
GefilterteRuckprojektion - FBP
Eigenschaften:
schnellhohes Rauschen oderhohe StrahlenexpositionOrts- oderNiedrigkontrastauflosungkaumDosisreduktionspotential
Statistische iterativeRekonstruktion
Eigenschaften:
relativ schnellRauschreduktionArtefaktminderungverbesserte Orts- &NiedrigkontrastauflosungmoderatesDosisreduktionspotential
Modellbasierte iterat.Rekonstruktion
Eigenschaften:
langsamdeutliche Rauschreduktionnahezu Artefaktfreiheithohe Orts- &NiedrigkontrastauflosungdeutlichesDosisreduktionspotential
Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ. Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 7 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Eigenschaften von CT-Rekonstruktionsverfahren
GefilterteRuckprojektion - FBP
Eigenschaften:
schnellhohes Rauschen oderhohe StrahlenexpositionOrts- oderNiedrigkontrastauflosungkaumDosisreduktionspotential
Statistische iterativeRekonstruktion
Eigenschaften:
relativ schnellRauschreduktionArtefaktminderungverbesserte Orts- &NiedrigkontrastauflosungmoderatesDosisreduktionspotential
Modellbasierte iterat.Rekonstruktion : Ziel
Eigenschaften:
etwas langsamerdeutliche RauschreduktionArtefaktfreiheithochste Orts- &NiedrigkontrastauflosunghohesDosisreduktionspotential
Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ. Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 7 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Funktionsweise von CT-Rekonstruktionsverfahren
GefilterteRuckprojektion - FBP
Statistische iterativeRekonstruktion
Modellbasierte iterat.Rekonstruktion
13.06.2015 Seite 8 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Statistische iterative Rekonstruktion
GefilterteRuckprojektion - FBP
Statistische iterativeRekonstruktion
RohdatenraumAktion:
Entrauschen photonen-armer ProjektionenGewichtung derProjektionen
Wirkung:
Vermeidung vonStreifenartefaktenVermeidung eines Bias
BilddatenraumAktion:
Fit eines AnatomiemodellsEntrauschen
Wirkung:
Entfernung unkorreliertenRauschens
13.06.2015 Seite 9 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Iterative modellbasierte Rekonstruktion
GefilterteRuckprojektion - FBP
Modellbasierte iterat.Rekonstruktion
ModellierungSystemeigenschaft:
SystemgeometrieRontgenphotonenstatistikObjekteigenschaftenSignalverarbeitungskette
Wirkung:
Erhohung derAbbildungsgenauigkeitIdentifikation des
”echten“
Rauschens
OptimierungMinimierung einer Kostenfunktion:
bester Fit an die Bilddaten
”Bestrafung“ des
Bildrausches
Wirkung:
beste Naherung an das
”echte“ Bild
Entkopplung von Rauschen& Bildqualitat
13.06.2015 Seite 10 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Iterative modellbasierte Rekonstruktion – Prinzip
Bei der Bildrekonstruktion genutztes”
Wissen“
In Anlehnung an: Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ.Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 11 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Iterative modellbasierte Rekonstruktion – Prinzip
Bei der Bildrekonstruktion genutztes”
Wissen“
In Anlehnung an: Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ.Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 11 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
FBP vs. IR: Wie verhalt sich das Bildrauschen?
Noise Power SpektrenCATPHAN c© 600
BildrauschenWasserphantom (∅ = 30 cm)
Einfluß iterativer Rekonstruktion auf das Bildrauschen:
4 deutliche Verminderung durch statistische wiemodellbasierte iterative Algorithmen
4 modellbasierte IR ermoglicht weitere Verminderung4 modellbasierte IR fuhrt zu einer weitgehenden
Entkopplung des Rauschens von der DosisLove A et al. (2013) Six IR algorithms in brain CT: a phantom study on IQ at different RD levels. Br J Radiol 86
Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ. Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 12 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
FBP vs. IR: Wie verhalt sich das Bildrauschen?
Noise Power SpektrenCATPHAN c© 600
BildrauschenWasserphantom (∅ = 30 cm)
Einfluß iterativer Rekonstruktion auf das Bildrauschen:
4 deutliche Verminderung durch statistische wiemodellbasierte iterative Algorithmen
4 modellbasierte IR ermoglicht weitere Verminderung4 modellbasierte IR fuhrt zu einer weitgehenden
Entkopplung des Rauschens von der DosisLove A et al. (2013) Six IR algorithms in brain CT: a phantom study on IQ at different RD levels. Br J Radiol 86
Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ. Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 12 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
FBP vs. IR: Wie verhalt sich das Bildrauschen?
Noise Power SpektrenCATPHAN c© 600
BildrauschenWasserphantom (∅ = 30 cm)
Einfluß iterativer Rekonstruktion auf das Bildrauschen:
4 deutliche Verminderung durch statistische wiemodellbasierte iterative Algorithmen
4 modellbasierte IR ermoglicht weitere Verminderung4 modellbasierte IR fuhrt zu einer weitgehenden
Entkopplung des Rauschens von der DosisLove A et al. (2013) Six IR algorithms in brain CT: a phantom study on IQ at different RD levels. Br J Radiol 86
Mehta D et al. (2013) IMR: Simultaneously Lowered CT RD And Improved IQ. Med Phys Int 2: 147–155
13.06.2015 Seite 12 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: Standarddosis
GefilterteRuckprojektion FBP
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:FBPKern L
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Statistische iterativeRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:iDose4 Lvl. 5Kern L
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Iter. modellbasierteRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 120 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 180 mAs
Rekonstruktionsparameter:IMRBody Sharp Plus 2
Strahlenexposition:Deff. 8,18 mSv
Stiller W et al. (2014) Vergleich statistischer & modellbasierter iterativer Verfahren der CT-Bildrekonstruktion.Tierexperimentelle Daten. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 13 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: Niedrigdosis
GefilterteRuckprojektion FBP
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 80 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 60 mAs
Rekonstruktionsparameter:FBPKern L
Strahlenexposition:Deff. 0,85 mSv
Statistische iterativeRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 80 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 60 mAs
Rekonstruktionsparameter:iDose4 Lvl. 5Kern L
Strahlenexposition:Deff. 0,85 mSv
Iter. modellbasierteRekonstruktion
Akquisitionsparameter:Rohrenspannung 80 kVp
Rohrenstrom-ZeitProdukt 60 mAs
Rekonstruktionsparameter:IMRBody Sharp Plus 2
Strahlenexposition:Deff. 0,85 mSv
Stiller W et al. (2014) Vergleich statistischer & modellbasierter iterativer Verfahren der CT-Bildrekonstruktion.Tierexperimentelle Daten. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 14 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionLeber axial:
Iterative RekonstruktionLeber axial:
Patientendaten, Akquisitionsparameter & Strahlenexposition:Patientendaten:
ErwachsenerGeschlecht: mGroße:
1.73 mGewicht:
103 kgBMI: 34.4
Akquisitionsparameter:
Rohrenspannung 120 kVp
eff. Rohrenstrom-ZeitProdukt 173 mAsKollimation 80 × 0,5 mmPitch 1,625Kern FC17Scanlange 48,4 cm
Strahlenexposition:
CTDIvol 9,4 mGyDLP 498,3 mGy·cmDeff. 7,47 mSv
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionLeber axial:
Iterative RekonstruktionLeber axial:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionMagen axial:
Iterative RekonstruktionMagen axial:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionNieren axial:
Iterative RekonstruktionNieren axial:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionBecken axial:
Iterative RekonstruktionBecken axial:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte Ruckprojektionkleines Becken axial:
Iterative Rekonstruktionkleines Becken axial:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Bildqualitatsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionAbdomen koronar:
Iterative RekonstruktionAbdomen koronar:
Bildqualitat im Vergleich zur FBP-Rekonstruktion:4 Rauschreduktion bei konstanter Strahlenexposition4 Reduktion von Streifenartefakten4 Kontrastgewinn in Niedrigkontraststrukturen8 potentielles
”Verschmieren“ scharfer Kanten
Bilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 15 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Expositionsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionRohrenstrom a.p.:
Geplantes effektives Rohrenstrom-Zeit Produkt:
345 mAs
Strahlenexposition bei gleichem Rauschen:
CTDIvol 26,6 mGyDLP 1414,3 mGy·cmDeff. 21,21 mSv
Iterative RekonstruktionRohrenstrom a.p.:
Geplantes effektives Rohrenstrom-Zeit Produkt:
173 mAs
Strahlenexposition bei gleichem Rauschen:
CTDIvol 9,4 mGyDLP 498,3 mGy·cmDeff. 7,47 mSv
Dosisreduktionspotential iterativer Rekonstruktion:
Reduktion um einen Faktor von bis zu ∼3 im AbdomenBilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 16 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Expositionsvergleich: CT des adiposen Abdomen
Gefilterte RuckprojektionRohrenstrom lateral:
Geplantes effektives Rohrenstrom-Zeit Produkt:
345 mAs
Strahlenexposition bei gleichem Rauschen:
CTDIvol 26,6 mGyDLP 1414,3 mGy·cmDeff. 21,21 mSv
Iterative RekonstruktionRohrenstrom lateral:
Geplantes effektives Rohrenstrom-Zeit Produkt:
173 mAs
Strahlenexposition bei gleichem Rauschen:
CTDIvol 9,4 mGyDLP 498,3 mGy·cmDeff. 7,47 mSv
Dosisreduktionspotential iterativer Rekonstruktion:
Reduktion um einen Faktor von bis zu ∼3 im AbdomenBilddaten z. Verfugung gestellt von: Charite, Standort ‘Mitte’, CT Department, Berlin (J. Mews)
13.06.2015 Seite 16 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Eigenschaften Funktionsweise Rauschverhalten Bildqualitat
Zusammenfassung: Eigenschaften der IR
Eigenschaften iterativer Rekonstruktionsalgorithmen(IR) im Vergleich zur gefilterten Ruckprojektion (FBP):
Vorteile:
4 deutliche Reduktion des Bildrauschens4 deutlicher Kontrastgewinn in
Niedrigkontraststrukturen4 Artefaktreduktion4 Potential fur drastische Expositionsreduktion
Moglicher Nachteil:
u.U. keine Darstellung feinster Hochkontrast-strukturen bei sehr niedriger Strahlenexposition
Fazit:
spezifischer Einsatz je nach klinischer Indikation,besonders bei modellbasierten Verfahren
13.06.2015 Seite 17 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Klinische Anwendung & ihre GrenzenNiedrigdosis-Thorax MDCT als klinisches Beispiel
13.06.2015 Seite 18 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Motivation der Fragestellung & Zielsetzung
Motivation:
Iterative Rekonstruktion ermoglicht Verminderung
des Bildrauschens (unverandertes Protokoll)der Strahlenexposition (Niedrigdosis-Akquisition)
Fragestellung:
Wo liegt die Grenze der Kompensation der Dosis-reduktion durch iterative Rekon. von CT-Bilddaten?
Zielsetzung:
Identifikation der Kombinationen der Parameter vonNiedrigdosis-Akquisition (kVp & mAs)iterativer Bildrekonstruktion
zum Erzielen einer den aktuellen klinischen Standardsder Thorax-CT Bildgebung entsprechenden Bildqualitat
& diagnostischen Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 19 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Motivation der Fragestellung & Zielsetzung
Motivation:
Iterative Rekonstruktion ermoglicht Verminderung
des Bildrauschens (unverandertes Protokoll)der Strahlenexposition (Niedrigdosis-Akquisition)
Fragestellung:
Wo liegt die Grenze der Kompensation der Dosis-reduktion durch iterative Rekon. von CT-Bilddaten?
Zielsetzung:
Identifikation der Kombinationen der Parameter vonNiedrigdosis-Akquisition (kVp & mAs)iterativer Bildrekonstruktion
zum Erzielen einer den aktuellen klinischen Standardsder Thorax-CT Bildgebung entsprechenden Bildqualitat
& diagnostischen Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 19 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Motivation der Fragestellung & Zielsetzung
Motivation:
Iterative Rekonstruktion ermoglicht Verminderung
des Bildrauschens (unverandertes Protokoll)der Strahlenexposition (Niedrigdosis-Akquisition)
Fragestellung:
Wo liegt die Grenze der Kompensation der Dosis-reduktion durch iterative Rekon. von CT-Bilddaten?
Zielsetzung:
Identifikation der Kombinationen der Parameter vonNiedrigdosis-Akquisition (kVp & mAs)iterativer Bildrekonstruktion
zum Erzielen einer den aktuellen klinischen Standardsder Thorax-CT Bildgebung entsprechenden Bildqualitat
& diagnostischen Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 19 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Motivation der Fragestellung & Zielsetzung
Motivation:
Iterative Rekonstruktion ermoglicht Verminderung
des Bildrauschens (unverandertes Protokoll)der Strahlenexposition (Niedrigdosis-Akquisition)
Fragestellung:
Wo liegt die Grenze der Kompensation der Dosis-reduktion durch iterative Rekon. von CT-Bilddaten?
Zielsetzung:
Identifikation der Kombinationen der Parameter vonNiedrigdosis-Akquisition (kVp & mAs)iterativer Bildrekonstruktion
zum Erzielen einer den aktuellen klinischen Standardsder Thorax-CT Bildgebung entsprechenden Bildqualitat
& diagnostischen Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 19 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Patientenbeispiel – Mikronodulus
120 kVp FBP120 mAs, AEC
DLP = 214,6 mGy·cm
Deff = 3,64 mSvDosis: 100%
100 kVp FBP60 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 460 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 660 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
Dadrich M et al. (2013) Vergleich von gefilterter Ruckprojektion & statistischen iterativen Verfahrender CT-Bildrekonstruktion. Patientenstudie zum Follow-up. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 20 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Patientenbeispiel – Mikronodulus
120 kVp FBP120 mAs, AEC
DLP = 214,6 mGy·cm
Deff = 3,64 mSvDosis: 100%
100 kVp FBP60 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 460 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 660 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
Dadrich M et al. (2013) Vergleich von gefilterter Ruckprojektion & statistischen iterativen Verfahrender CT-Bildrekonstruktion. Patientenstudie zum Follow-up. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 20 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Patientenbeispiel – Mikronodulus
120 kVp FBP120 mAs, AEC
DLP = 214,6 mGy·cm
Deff = 3,64 mSvDosis: 100%
100 kVp FBP60 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 460 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 660 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
Dadrich M et al. (2013) Vergleich von gefilterter Ruckprojektion & statistischen iterativen Verfahrender CT-Bildrekonstruktion. Patientenstudie zum Follow-up. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 20 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Bildbeispiel
Patientenbeispiel – Mikronodulus
120 kVp FBP120 mAs, AEC
DLP = 214,6 mGy·cm
Deff = 3,64 mSvDosis: 100%
100 kVp FBP60 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 460 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
100 kVp iDose 660 mAs, konst.
DLP = 108,2 mGy·cm
Deff = 1,84 mSvDosis: ∼50%
Dadrich M et al. (2013) Vergleich von gefilterter Ruckprojektion & statistischen iterativen Verfahrender CT-Bildrekonstruktion. Patientenstudie zum Follow-up. Publikation in Vorbereitung
13.06.2015 Seite 20 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Zusammenfassung & Ausblick
13.06.2015 Seite 21 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Schlußfolgerungen
Iterative Rekonstruktion von Niedrigdosis-Thorax CT:
1 hat vernachlassigbaren Einfluß auf CT-Werte2 reduziert Bildrauschen signifikant3 ist unabhangig von den Aufnahmeparametern
bezuglich der Bildqualitat der FBP uberlegen4 ermoglicht Reduktion der Strahlenexposition
um 50% – 70% bei erhaltener Bildqualitat &diagnostischer Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 22 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Schlußfolgerungen
Iterative Rekonstruktion von Niedrigdosis-Thorax CT:
1 hat vernachlassigbaren Einfluß auf CT-Werte2 reduziert Bildrauschen signifikant3 ist unabhangig von den Aufnahmeparametern
bezuglich der Bildqualitat der FBP uberlegen4 ermoglicht Reduktion der Strahlenexposition
um 50% – 70% bei erhaltener Bildqualitat &diagnostischer Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 22 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Schlußfolgerungen
Iterative Rekonstruktion von Niedrigdosis-Thorax CT:
1 hat vernachlassigbaren Einfluß auf CT-Werte2 reduziert Bildrauschen signifikant3 ist unabhangig von den Aufnahmeparametern
bezuglich der Bildqualitat der FBP uberlegen4 ermoglicht Reduktion der Strahlenexposition
um 50% – 70% bei erhaltener Bildqualitat &diagnostischer Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 22 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Schlußfolgerungen
Iterative Rekonstruktion von Niedrigdosis-Thorax CT:
1 hat vernachlassigbaren Einfluß auf CT-Werte2 reduziert Bildrauschen signifikant3 ist unabhangig von den Aufnahmeparametern
bezuglich der Bildqualitat der FBP uberlegen4 ermoglicht Reduktion der Strahlenexposition
um 50% – 70% bei erhaltener Bildqualitat &diagnostischer Zuverlassigkeit
13.06.2015 Seite 22 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Fazit
In Kombination mit iterativer Rekonstruktionermoglicht die Niedrigdosis-CT bei niedrigen
Rohrenspannungen & -stromen eine zum aktuellenklinischen Standard aquivalente Bildqualitat &
diagnostische Zuverlassigkeit bei50%–30% der Standarddosis.
13.06.2015 Seite 23 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit Schlußfolgerungen Ausblick
Ausblick
Ausblick – iterative Rekonstruktion in der CT:
komplexere & genauere Modelle derphysikalisch-mathematischen System- &ObjekteigenschaftenBeschleunigung durch mehr RechenleistungErforschung & Verbreitung neuerBildqualitatsmetriken samt MeßverfahrenErlernen & Akzeptanz des neuen & ungewohntenBildeindrucks
13.06.2015 Seite 24 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg
Motivation Rekonverfahren Anwendungen & Grenzen Fazit
Danksagungen
Mitarbeiter & Kollegen:
J. Hansen, Dipl.-Phys., Dr. med. M. Dadrich& Prof. Dr. med. W. HoschAbteilung DIR, Universitatsklinikum Heidelberg
G. Kruger, W. Giepmans & Dr. D. Muller, Dipl.-Phys.Philips GmbH, Unternehmensbereich Healthcare, Hamburg
J. MewsToshiba Medical System Europe (TMSE), Berlin
Gerate- & Forschungsunterstutzung –Klinische Forschungskooperation:
Bereitstellung, Installation & Unterstutzung deriterativen Bildrekonstruktionsplattformen
”iDose4“ und
”IMR“ (Prototypen)
Philips Healthcare, Best, Niederlande
13.06.2015 Seite 25 Dr. Wolfram Stiller Diag. & Interv. Radiologie UniversitatsKlinikum Heidelberg