Visualisierunsmethoden für die periphere CT-Angiographie

HINTERGRUND: Die periphere arterielle Verschlußkrankheit (Minderdurchblutung der Beine) ist ein signifikantes Gesundheitsproblem in allen Industrieländern. Mit der neuesten Entwicklung auf dem Gebiet der Computertomographie (CT), der sogenannten "Multi-Slice CT", ist es möglich, das gesamte Blutgefäßsystem der Beine zu untersuchen. Dabei ist es aber notwendig, die für die weitere Behandlung notwendige Information mittels neu zu entwickelnder Computerprogramme aus den CT-Datensätzen zu extrahieren. PROJEKTZIEL: Ziel dieses Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung von neuen Methoden bzw. Computerprogrammen, die eine rasche und übersichtliche Darstellung der peripheren arteriellen Verschlußkrankheit, basierend auf CT-Daten, erlauben. Die enwickelten Methoden sollen ermöglichen, daß die Computertomographie in Zukunft als klinisches Routine-Untersuchungsverfahren verwendet werden kann. METHODEN: An diesem für zwei Jahre anberaumten interdisziplinären Forschungsprojet nehmen eine klinisch-radiologische Abteilung, sowie zwei technische Institute auf dem Spezialgebiet der Computergraphik teil. In einer ersten Projektphase werden wir neue Techniken zur automatischen Erkennung und Entfernung von Knochen, sowie und eine Methode zur automatischen Erkennung der Blutgefäßlängsachsen aus den CT Daensätzen entwickeln. Mit diesen Techniken wird es möglich sein, etablierte Visualisierungsmethoden (z.B. Maximum Intensity Projection und Curved Planar Reformation) zur Darstellung der Beinarterien anzwenden. Der Hauptteil des Projektes wird sich mit der Entwicklung und Erforschung von neuen Segmentierungs- und Visualisierungsmethoden beschäftigen. Wir werden auf sogenanntem Multiscale-filtering basierende "vessel enhancement" Techniken anwenden, und einen neuen Ansatz entwickeln, der auf der a-priori Kenntnis der räumlichen Anordnung des arteriellen Gefäßbaumens der Beinarterien beruht ("model-based approach"). Als neue Visualisierungsmethoden werden wir eine Methode entwickeln, die ausschließlich das Gefäßlumen darstellt ("Luminiogram"), aber auch neue Techniken wie "Non-photorealistic Rendering" verwenden. Ein weiterer Schwerpunkt in unserem Forschungsprojekt wird sich mit der Optimierung bei der Behandlung von großen Datensätzen (wie sie die periphera CTA darstellen) beschäftigen. Durch die im Rahmen des geplanten Projektes enwickelten Programme und Methoden hoffen wir, die Basis dafür zu schaffen, daß die Computertomographie in Zukunft die derzeit noch notwendige patientenbelastende und teure Katheterangiographie gänzlich ersetzen kann.

Die Untersuchung von krankhaften Veränderungen der Blutgefässe der Beine ist heute - mit neuester Computer- tomographischer Technik - auch ohne direkte Gefässpunktion (Katheteruntersuchung) möglich. Voraussetzung dafuer ist allerdings die Berechnung von wirkichkeitstreuen und übersichtlichen, z.T. drei-dimensionalen Bildern. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde in engster Kooperation zwischen Gefäss-Radiologen und Experten auf dem Gebiet der Computergraphik zunächst ein Prototyp Computerprogramm entwickelt, dass halb-automatisch die Blutgefässe der Beine erkennen kann. Der innovative, interdisziplinäre Forschungsansatz hat es ermöglicht, daß - aufbauend auf den Prototyp - auch kleinste Neuerungsschritte sofort auf ihre Praxistauglichkeit hin überprüft werden konnten, um damit die Forschungsausrichtung kontinuierlich zu optimieren. So wurden u.a. neue Methoden zur Auffindung der zentralen Blutgefäss-achsen entwickelt, die auch bei fortgeschrittenen Gefässverengungen, - verschlüssen, und -verkalkungen zu richtigen Ergebnissen fuehren. Auch Knochen können mit Hilfe eines statistischen Modells identifiziert unf im Bild unterdrückt werden, was die Gefässdarstellung verbessert. Auch wurde eine neue Visualisierungstechnik enwickelt, die eine gleichzeitige Vordergrung-Darstellung der Gefässveränderungen mit einer schemenhaften Hintergrunddarstellung des anatomischen Kontextes verbindet. Erste praktische Erfahrungen zeigen, dass die neuen Methoden die Diagnose und Therapieplanung von erkrankten Beinarterien erheblich erleichtern und verbessern.