Bewegungskorrektur von 3D-PET/CT-Daten mit optischen Fluss-Verfahren Mohammad Dawood Institut für Informatik, Universität Münster

Problem: Bewegung bei der Datenakquisition PET, Minuten CT, Sekunden

Problem: Bewegungsartefakte PET PET/CT CT

Schwächungskorrektur mit CT Problem: 1. Schwächungskorrektur CT: Statisch PET: Atemphasen Inspiration Expiration Schwächungskorrektur mit CT

Problem: 2. Verschmierung

Lösung? Gating + Korrektur Klinische Relevanz 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

Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007 Lösung: 1. Atemsignal Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007

Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007 Lösung: 1. Atemsignal PET-Daten werden neu sortiert: … Dawood et al, Medical Physics, Sep. 2007

Brightness consistency constraint I(x,y,z,t) = I(x+∂x,y+∂y,z+∂z,t+∂t) 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 = Grauwert V = Fluss x,y,z,t = Position

Dawood et al, IEEE Trans Med Imaging, April 2006 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

Horn/Schunck: Optical Flow ist global glatt Lösung: 2. Optical Flow Horn/Schunck: Optical Flow ist global glatt ∫((I.V+It)+(|u|2+|v|2+|w|2))dxdydz

Dawood et al, IEEE Trans Med Imaging, 2008 Lösung: 2. Optical Flow Discontinuity Preserving: LK + HS + Organgrenzen ∫ (ψ1(D)+αψ2(S)) dxdydz Dawood et al, IEEE Trans Med Imaging, 2008

Atemgating, 1h p.i. [18F]FDG, Clamp Lösung: 2. Optical Flow Atemgating, 1h p.i. [18F]FDG, Clamp Bewegungsvektoren

Ergebnisse: Visuell (Atembewegung) PET-Daten vor der Korrektur PET-Daten nach der Korrektur

Ergebnisse: Visuell (Herzbewegung) PET-Daten vor der Korrektur PET-Daten vor der Korrektur

Restbewegung ~ 0.3 mm << 1 Voxel (3.375 mm) Ergebnisse: Quantitativ Restbewegung ~ 0.3 mm << 1 Voxel (3.375 mm)

Ergebnisse Das Zielgate Alle Daten nach der Korrektur Alle Daten ohne Korrektur

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. X Jiang (Informatik) Prof. M Schäfers (Nuklearmedizin) F Büther (Physik) M Fieseler (Informatik) T Kösters (Mathematik) KP Schäfers (Nuklearmedizin) Institut für Mathematik und Informatik Universität Münster