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Bildgebungsverfahren für Kernspintomographische Diffusionsdaten, Computerprogrammprodukt und Bildgebungsvorrichtung


Kurzfassung

Die Erfindung betrifft ein LIC-basiertes Bildgebungsverfahren für kernspintomographische Diffusionsdaten, die in einem Diffusionsdaten-Vektorfeld mit einem dreidimensionalen Voxel-Raster vorliegen, wobei jedem Voxel ein Diffusionsprofil mit Richtungsvektoren anisotroper Diffusion mit Richtungen zugeordnet ist, in denen die Diffusionsdaten lokal jeweils ein anisotropes Verhalten aufweisen, und eine Bildgebungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: a) es wird ein dreidimensionales Musterfeld mit unterschiedlichen Signalwerten erzeugt, dessen Voxel-Raster wenigstens die gleiche oder eine höhere Auflösung als das Voxel-Raster der Diffusionsdaten aufweist, b) für jedes Voxel des Ausgabefeldes wird wenigstens eine Integrallinie berechnet, indem mittels eines Fasertracking-Algorithmus Richtungsvektoren anisotroper Diffusion ausgehend von dem jeweiligen Voxel über eine vorbestimmte oder vorbestimmbare Distanz in Vektorrichtung und Vektorgegenrichtung lokal verfolgt werden, c) die Signalwerte des Musterfeldes der auf der Integrallinie liegenden Punkte werden gewichtet aufsummiert und/oder gemittelt und der daraus resultierende Wert in einen entsprechenden Voxel eines dreidimensionalen Ausgabefelds eingetragen, dessen Voxel-Raster dem Voxel-Raster des Musterfeldes entspricht, und zeichnet sich dadurch aus, dass im Schritt a) das Musterfeld mit Glyphenobjekten gefüllt wird, die jeweils Längserstreckungen in eine oder mehrere Richtungen aufweisen, wobei die Richtungen der Längserstreckungen der Glyphenobjekte den Richtungen der Richtungsvektoren der Diffusionsprofile der nächsten und/oder umliegenden Voxel des Diffusionsdaten-Vektorfelds entsprechen und/oder daraus interpoliert sind.


Hintergrund

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung von Nervenfasern auf der Basis kernspintomographischer Diffusionsdaten. Bei der diffusionsgewuchteten Kernspin Tomographie handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren, das in erster Linie zur Untersuchung der Hirnregionen eingesetzt wird. Für die Visualisierung der MRT-Diffusionsdaten werden heute Traktographie-Algorithmen zur Faserbahn- Rekonstruktion sowie farbkodierte Fraktionale Anisotropie (FA) Maps eingesetzt.


Problemstellung

Farbkodierte FA Maps sind Schnittbilder, die Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Nervenfasern und die Orientierung des Faserverlaufs geben können, die komplexe Faserarchitektur der weißen Hirnsubstanz aber nur unzureichend darstellen. Traktographie-Verfahren zeigen den dreidimensionalen Verlauf von Faserbahnen, die zugrundeliegende Rekonstruktion ist aber stark benutzergesteuert und mit einem hohen Maß an Fehleranfälligkeit verbunden. Ausgehend vom derzeitigen Stand der Technik werden somit Verfahren benötigt, die sowohl die Gefahr von Fehlinterpretationen reduzieren als auch eine detaillierte Darstellung von kleinsten Faserstrukturen und -Verzweigungen ermöglichen.


Lösung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein auf dem Line Integral Convolution (LIC) Algorithmus basierendes Verfahren gelöst. Das Eingabemuster besteht aus multidirektionalen Glyphen, die mehrere anisotrope Diffusionsrichtungen repräsentieren können und leitet sich aus den gemessenen Diffusionsdaten ab. Die Platzierung der Glyphen erfolgt nicht im Raster der gemessenen Diffusionsdaten sondern in einem

höher aufgelösten Raster, wodurch eine verbesserte Faserkontinuität erzielt wird. Das beschriebene Eingabemuster aus multidirektionalen Glyphen erzeugt somit einen höheren Kontrast und ermöglicht eine verbesserte Wahrnehmung von kleinen Faserstrukturen und die Abbildung von Kreuzungen, Verzweigungen

und Berührungen. Da das Verfahren sehr robust und zuverlässig ist und gleichzeitig keine Benutzerinteraktion

benötigt, kann es auf MRT-Scannern als aussagekräftigere Alternative zur Bereitstellung von farbkodierten FA Maps eingesetzt oder zur besseren Platzierung von Saatpunkten für die Faserbahnrekonstruktion genutzt werden.


Vorteile

  • Zuverlässige und detaillierte Darstellung
  • von Faserstrukturen ohne Notwendigkeit
  • von Benutzerinteraktionen

Anwendungsbereiche

  • Medizintechnik
  • Messtechnik
  • Signaltechnik

Service

  • Verkauf
  • Lizenzierung
  • Entwicklungskooperation

PVA Mecklenburg-Vorpommern AG

Christian Tholen
+49 381 497474-38
c.tholen@pva-mv.de
www.pva-mv.de
Adresse
Gerhart-Hauptmann-Straße 23
18055 Rostock



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE 10 2013 213 010 erteilt
  • EP 000 003 017 312 anhängig
  • WO 00 2015 000 583 anhängig

Stichworte

Kernspintomographie, Diffusionsdaten, Visualisierung, Nervenfasern, Traktographie-Rekonstruktion, Fraktionale Anisotropie, Line Integral Convolution, LIC, Faserstrukturen

Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr