SPET ja TT tai MK: ohjelmallinen kuvafuusio

1. SPET ja TT tai MK:ohjelmallinen kuvafuusio Inkeri Sippo-Tujunen fyysikko HUSLAB Kliininen fysiologia ja isotooppilääketiede HYKS Jorvin sairaala Suomen Radiologiyhdistys ry ja Lääketieteellinen Radioisotooppiyhdistys ry 27.4.2007, Helsinki, Hotelli Kalastajatorppa.

2. Ohjelmallinen fuusio vai yhdistelmälaite • Ohjelmallinen fuusio oli ennen hyvin hidasta, turhauttavaa eikä paikannus kovin tarkkaa • Ohjelmistot merkittävästi parantuneet, tarjonta laajentunut, kuvamuodot standardoituja • Laitteet kytketty verkkoon ja PACS-arkistoon

3. Mitä eroa fuusiolaitteeseen • Halpa, oma laite riittää • Kuvat haetaan PACSista, paljon enemmän mahdollisuuksia • Pienempi sädeannos potilaalle • Enemmän käsi- ja aivotyötä (riippuu ohjelman automaattiominaisuuksista) • Tarkkuus ei aina laitefuusion luokkaa, käytettävissä vain kuvissa näkyviä anatomisia maamerkkejä

4. Edellytys: DICOM-standardi • DICOM - Digital Imaging and COmmunications in Medicine • Lääketieteellisen kuvansiirron ja tallennuksen standardi • Sopimus siitä, missä järjestyksessä ja muodossa erilaisten ja eri tavalla mitattujen ja käsiteltyjen kuvien ja kuvasarjojen taltiointi tehdään. • Yli 20 vuoden kehitystyö, kaikki varteenotettavat laitevalmistajat tukevat: • Kuvantamislaitteet (TT, MK, PET, SPET, US) • Tulostimet, video- ja filmidigitointilaitteet • Sairaalan- ja röntgenin informaatiojärjestelmät (HIS/RIS/PACS)

5. DICOM-header

7. Millä ohjelmalla? • Lähes kaikilla SPET-laitevalmistajilla yhdistelmälaitteita - perusohjelmat kuvafuusioon jo valmiina pelkässä SPET-työasemassa • Toimistotyöasemiin (windows ja linux) saatavissa runsaasti fuusio-ohjelmia (sekä kaupallisia että tutkijoiden kehittämiä, ladattavissa olevia) • Kuvat pitää siirtää ”toimisto”-puolelle tai ohjelma asentaa kuvantamistyöasemaan • Tuloskuvat pitää saada PACSiin

8. Automaatti vai manuaalinen? • Nykyään DICOM-kuvista tiedetään usein jo mm. • potilaan asento (feet first, on back) • pikselikoko (6,59 mm x 6,59 mm) • vähemmän sovitettavaa! • Jos fuusioitavaa paljon, manuaalimenetelmä hidas • Automaattiohjelma ei aina voi onnistua, pitää olla mahdollisuus manuaaliseen korjaamiseen

9. Manuaalityökalut • Siirto • Kierto • Suurentaminen • Paikkamerkkien kohdistustyökalut • Päällekkäisyyden ja väriasteikkojen säätötyökalut

10. Manuaalityökalut

11. Manuaalifuusion tarkistaminen

12. Riittääkö kierto ja raahaus? • Automaatti- ja manuaaliohjelmat toimivat hyvin, kun kohde on kiinteä. • Teknisesti vaativampaa ei-kiinteiden tai muovautuvien kohteiden fuusio (esim. hengitysliike, potilaan erilaisista asennoista johtuva venymä ja siirtymä) • Onnistuu tukipisteverkkojen tai tunnistusalgoritmien avulla

13. Automaatti - alku

14. Automaatti – tulos!

15. 3D Slicer-ohjelma Automaattimenetelmiä – minimointia tai maksimointia • Minimoidaan • kahden kuvan vokselien absoluuttisten pulssimäärien erojen summa • kynnysarvomaskien muotoerot • varianssi, pulssieron neliöjuuri, 2D-3D-gradientti,… • Eri modaliteettien fuusiossa suositelluin menetelmä: Mutual information • maksimoidaan kuville yhteisen informaation määrä entropiakaavan (=epävarmuuden mitta) avulla • mittaa kuinka paljon toinen kuva kertoo toisesta eli pienentää toisen epätarkkuutta

16. Kuvan kohteesta johtuvia haasteita • Kuvien välillä aikaeroa, tauti voi olla muuttunut • Potilas eri asennossa (selän kaaret, hengitys/hengitys-pysähdys, kädet niskassa, tyyny…) • TT-leikkeet vain hyvin kapealta alalta - ei riittävästi anatomisia maamerkkejä manuaalityöhön eikä ”hahmontunnistukseen” • Lausuva lääkäri vastaa fuusion oikeellisuudesta!

17. Tekniikasta johtuvia haasteita • Laajemman tietomäärän kuvat (TT, MK) määräävät ”suoruuden” ja samalla kuvakentän koon. Molemmat leikesarjat sen jälkeen suoristettava. • Usein TT-leikepakat tietomäärältään suuria - hidasta • Ohjelmille helppoa, jos kumpikin lähtödata transaksiaalileikkeinä – joskus tarvitaan esikäsittelyä, esim. kierto tai karkeampi matriisi • Jos TT-gantry kallistettu, ohjelmat eivät aina hyväksy leikkeitä transaksiaalileikkeiksi • Iso leikeväli huonontaa 3D-kuvien laatua

18. Suoristus erillään fuusio-ohjelmastsa

19. Iso leikeväli

20. Käyttökohteita • Annossuunnittelu (tarkkuusvaatimus!) • Onkologinen kirurgia ja biopsiat: • PET tai SPET MK:n tai TT:n kanssa • Hoidon vaikutusten seuranta • diffuusio-MK-”aikasarjafuusio” tai • TT/TT eri ajankohtina • Aivojen verenkiertohäiriöt ja epilepsiakirurgia (verenkierto-SPET ja MK-fuusio) • Löydöksen paikantaminen (esim. luuston metaboliset prosessit) • Lausunnon, puutteellisen lähetteen tai anatomisesti poikkeavan SPET-löydöksen selittäminen

21. Poikkeavan muotoisten löydösten selittäjänä

22. Manuaalisesti muitakin kuin leikekuvafuusioita • Dynaaminen isotooppisarja munuaisten toiminnasta (5 sek/kuva) • Elokuvan kuvia summattu yhteen • KoronaalisuunnanTT-kuva peilattu oikea vasemmaksi ja summattumuutamia leikkeitä • Fuusioitu

23. Kuvafuusion tulosten katseluohjelman vaatimukset • Sekä isotooppi- ja radiologiayksiköissä että lähettävällä kliinikolla oltava katseluun sopivat työasemat (tai siirryttävä saman työaseman ääreen!) • Värinäyttö • Hiusristikko, liikkuva monikursori • Päällekkäin ja vierekkäin • Myös fuusiokuvan 3D pyöritys • Leikkeiden sujuva valinta 3D-kuvasta http://www5.informatik.uni-erlangen.de/Personen/hahn/?language=de&language=en&format=print Dipl.-Inf. Dieter HahnWissenschaftler des Lehrstuhls für Mustererkennungder Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

24. Imaging Technology News, April 2006 • Multimodality Imaging: Fusing Imaging for the FutureImprovements in image registration, optimizing 3-D technology and connecting department workstations is requisite for multimodality fusion software to become widespread in clinical applications.By Cristen Bolan • Markkinoilla on kuvafuusio-ohjelmia, jotka täysin integroituja PACS-järjestelmiin

25. www.vitalimages.com

26. www.hermesmedical.com

27. www.cedara.com

28. www.gehealthcare.com

29. Esimerkki: Lumbaalirangan kompressiomuutokset • 72-vuotias mies, jolla vuosia sitten Th-rangan alaosan traumaattinen murtuma. • Nyt ilman traumaa kiertoliikkeessä äkillinen selän kipeytyminen, ei pysty nousemaan sängyltä. • LS-rankakuvissa L3:ssa ja L4:ssa selvät uudet painaumat yläpäätelevyissä, L2:ssa loivempi tuore painauma. • LS-ranka-TT: L3:ssa ja L4:ssa skleroottiset kompressiomurtumat, jotka ilmaantuneet -02 jälkeen, neoplastinen prosessi?Skleroosilisää myös L2-nikama-korpuksessa, mutta tässä ei näy selvää kompressiota.

31. Esimerkki: Lumbaalirangan kompressiomuutokset • Luuston gammakuvaus, koko keho ja SPET • ei prostata-ca:lle tyypillisiä muutoksia • L3 ja L4 eivät juurikaan kerää merkki-ainetta, sopivat vanhoiksi kompressio-murtumiksi. • L2:n yläpäätelevyssä voimakas kertymä korpuksen posterioriosiin painottuen, sopii tuoreeseen kompressiomurtumaan. • Lopuksi kuvafuusio TT-kuviin

32. Esimerkki: Lumbaalirangan kompressiomuutokset

34. Esimerkki: Lumbaalirangan kompressiomuutokset • HUS-PACS mahdollisti eri sairaaloissa (Hyvinkää-Jorvi) eri aikoina (2 viikkoa väliä) eri kuvantamis-modaliteeteilla tehtyjen kuvien yhdistämisen kliiniseen toimintaan riittävällä tarkkuudella. • Kuvien fuusiointi tuo asian selvemmin esille kuin erilliset kuvat. • Luuston aineenvaihdunnan kuvantaminen antoi tässä tapauksessa lisätietoa vanhojen ja uusien murtumien erotusdiagnostiikkaan ja toi asian kliinikolle konkreettisesti esille.

35. Mikseivät kaikki tee ohjelmallisia fuusiokuvia? • Ohjelmallisen kuvafuusion edellytyksenä • Toimivat verkkoyhteydet • Yhteensopivat laitteet, kuvamuodot ja lääkärit • Helppokäyttöinen, toimiva, täysin automaattinen, PACSia tukeva ohjelma • Ongelmia • DICOM-standardi ei ole niin vankka standardi kuin toivotaan, monet valmistajat tehneet omia versioita • Kaikilla ei ole PACSia käytettävissä • Aina haluttuja kuvia ei ole otettu

36. Fuusio kannattaa • Löydökset ovat • silmiinpistävämpiä (yleensä isotooppi- tai PET-kuva auttaa tässä muita modaliteetteja), • selittävämpiä (molemmin päin) ja • varmempia (toinen lausunto tukee toista) • Lähettävä lääkäri saa enemmän irti lausunnoista, joissa on yhdistetty anatominen ja metabolinen tieto, kuin kahden erikoisalan erillisistä lausunnoista • Opettaa lisää muiden kuvantamismodaliteettien löydöksistä (PACSissa näkyy jo lausunnot) • Markkinointi kannattaa aina, hienoja kuvia

37. PET/MRI-yhdistelmälaite • Ensimmäisen sukupolven PET/MRI-laitteet markkinoilla eläin- ja ihmiskokeisiin • Ensimmäiset in vivo-tutkimukset tehty yhdistelmälaitteella (mm. UC Davis) • Siemens Medical Solutions: PET/MRI-laite ihmisaivojen kuvantamiseen C Catana et al. 2006 Simultaneously acquired PET and MR images of mouse: First row, MR images; second row, PET images; third row, fused images J. Nucl. Med. 47 1968.