Proseminar im Wintersemester 2002/2003

Bildgebende Verfahren in der Medizin

Veranstalter:
Dr. Stephan Nekolla
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik der TU München
PD Dr. habil. Peter Luksch
Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation

Zeit, Ort, Beginn, Stundenzahl, ECTS: siehe Eintrag in der Drehscheibe


Zeit, Ort, Beginn, Stundenzahl, ECTS:	siehe Eintrag in der Drehscheibe

Beschreibung

Bildgebende Verfahren sind seit Konrad Röntgens Zeiten nicht mehr aus der Medizin wegzudenken. Zwar kommt das klassische Röntgenverfahren im wesentlichen ohne den Einsatz von Rechnern und rechnergestützen Verfahren aus, doch sind diese beiden Elemente eine ganz entscheidende Komponente in der heutigen bildgebenden Diagnostik. Die Entwicklung, Implementierung und der Einsatz in der Routine vieler Verfahren sind ohne den Einsatz von Computern undenkbar. Dieses Seminar versucht einen Überblick der physikalischen Methoden, medizinischer Relevanz und vor allem der vielfältigen Rolle von Rechnern in der medizinischen Bildgebung zu erarbeiten - von der Bildakquisition über die Bildverarbeitung und Visualisierung bis zur Benutzerschnittstelle. Bei der Vorbereitung auf die Seminare wird - soweit möglich - Gelegenheit zur Besichtigung und "Kontaktaufnahme" der verschiedenen bildgebenden Systeme gegeben.

Terminplan

Da nicht notwendigerweise alle bildgenden Verfahren bekannt sind, sei im folgenden eine Minimalbeschreibung gegeben. Generell ist der Schwerpunkt nicht die Physik hinter den Methoden: die Aufteilung bei den Themen 1-5 sollte je zu einem Drittel nach physikalischen Grundlagen, technischer Umsetzung und die Rolle der Rechnerhardware und Datenverarbeitung sein.

Die Zuordnung der Themen zu Terminen ist noch vorläufig und wird sich wahrscheinlich noch ändern, wenn endgültig feststeht, welche Themen vergeben sind.

Thema	Erläuterung	Referent
1. Einführung in die Thematik / Präsentationstechnik		Nekolla, Luksch
2. Ultraschall	Kontrast wird bei der Ultraschallbildgebung durch die gewebespezifische Absorption und Reflektion von Schallwellen im MHz Bereich erzielt. Die hohe Verbreitung und einfache Bedienung haben dementsprechend zu einer Vielzahl von spezifischen Anwendungen geführt, die sich auch im Processing und Postprocessing wiederspiegeln.
3. Röntgencomputer-Tomographie (CT)	Während beim konventionellen Röntgen nur ein Bildebene durch eine "Durchleuchtung" erzielt wird, erlaubt der Einsatz rotierender Röntgenröhren auch eine klare Darstellung überlappender Strukturen mit retrospektiv nahezu beliebiger Schnittführung im Datenvolumen. Der Gewebekontrast bestimmt sich aus der unterschiedlichen Gewebeabsorption von niederenergetischer Röntgenstrahlung.
4. Kernspintomographie (MRI)	Die Kontrasterzeugung dieses Verfahrens ist wohl die variabelste aller nichtinvasiven, bildgebenden Methoden: die Verwendung des magnetischen Moments gewisser Atomkerne (vor allem Wasserstoff) als Signalquelle bei hohen Magnetfeldern erlaubt die Messung der biomolekularen Umgebung des jeweiligen Wassermoleküls mit Hilfe von Anregungen im Radiofrequenzberich. Diese Variabilität und Flexibilität stellt hohe Anforderungen an Aufnahme-, Rekonstruktions- und Auswertemethoden.
5. Nuklearmedizin (SPECT, PET)	Bei diesen Techniken werden geringe Mengen radioaktiv markierter Substanzen injiziert. Die nach aussen dringende Strahlung kann mit entsprechenden Detektoren, die den Körper umgeben, registriert werden und die dreidimensionale Verteilung im Körper rekonstruiert werden. Die besondere Stärken liegen in der Verwendung physiologischer Kontrastmittel wie z.B. Wasser oder Zucker.
6. Rekonstruktionsverfahren	Der Schritt von den gemessenen Daten zu verwertbaren Bildern geht in der Regel mit mehr oder weniger komplexen Algorithmen einher (gefilterte Rückprojektion, Fouriertransformation etc.). Das Verständnis dieser Methoden ist aber entscheidend, wenn es darum geht, Artefakte oder Limitationen hinsichtlich z.B. der Ortsauflösung zu erkennen.
7. Verfahren der klassischen Bildverarbeitung in der Medizin	Zu diesem Thema gibt es natürlich ganze Vorlesungen. Allerdings ist die Verwendung von leistungsfähigen Bildverarbeitungsalgorithmen in der Praxis relativ selten. Von daher ist dieser Seminarbeitrag auch unter dem Gesichtpunkt der Praktikabilität und der Benutzerschnittstellen zu betrachten.
8. Visualisierung multidimensionaler Daten	Je mehr Bilddaten von einem Patienten gewonnen werden, desto wichtiger wird die Visualisierung grosser Datenmengen. Gesichtspunkte wie Datenfluß, Benutzerinteraktion, Virtual Reality etc. spielen hier eine zunehmend wichtiger werdende Rolle.
9. PACS/RIS/KIS - Bild- und Krankenhauskommunikation	Die Kommunikation innerhalb der verschiedenen bildgebenden Einrichtungen sowie die Darstellung und Verteilung (picture archiving and communication system) der gewonnenen Bilder in klassischer Manier auf 2D Displays mit all ihren Problemen sind einer der entscheidensten Schritte in der bildgebenden Diagnostik.
10. Software: rechtlicher Rahmen und eingesetzte Plattformen	Nachdem diese Systeme am Menschen eingesetzt werden, gelten natürlich andere rechtliche Rahmenbedingungen als z.B. im Officebereich. Diese nationalen und internationalen Normen sowie die tatsächlich eingesetzen Soft- und Hardware- umgebungen bilden das Thema dieses Seminars.
11. Quantifizierung I - Dynamische Bildgebung - Modelle	Ein besonders interessantes Gebiet, das insbesondere durch die Steigerung der Aufnahmegeschwindigkeit bei Verfahren wie CT, MRI und PET ermöglicht wurde, ist die dynamische Akquisition nach Injektion eines Kontrastmittels. Das Verfolgen der Anreicherung im Körper und die Anwendung kinetischer Modelle erlaubt den Schritt von der Messung physikalischer hin zu physiologischen Größen.
12. Quantifizierung II - Dynamische Bildgebung am Herzen	Ähnlich wie im vorigen Seminarbeitrag, kann die schnelle Aufnahme der Herzmuskelbewegung wertvolle Informationen über Wanddicken, Beweglichkeit etc. liefern. Da es sich aber um ein dreidimensionales Objekt handelt, ist dessen Behandlung nicht trivial.

Informationsmaterial

Information zum Thema finden Sie auch im WWW .

Diskussionsforum

Zu dieser Veranstaltung gibt es ein on-line Diskussionsforum: die Mailing-Liste psem-medbild@hotswap.cs.tum.edu. Diese Liste kann man über ein WWW Interface abonnieren.

Anmeldung:

Per e-mail an Peter.Luksch@computer.org. Die verbindliche Festlegung der Teilnehmer und die Zuordnung der Themen erfolgt auf der Vorbesprechung. Sollten Sie zu diesem Termin verhindert sein, teilen Sie dies bitte per e-mail an Peter.Luksch@computer.org und geben Sie Ihren Themenwunsch (1., 2., 3. Wahl) an. Angemeldeten Teilnehmern, die nicht zur Vorbesprechung erscheinen und auch keine Nachricht über ihre Verhinderung schicken, können wir die Teilnahme am Seminar nicht garantieren.