Softwaregestützte Bildsynchronisation zur automatisierten Charakterisierung solider Leberläsionen mittels der dynamischen MRT

Abstract

Moderne MR-Techniken der Leber sind in der Lage neben einem hervorragenden Weichteilkontrast theoretisch durch eine Quantifizierung der Kontrastmittelanflutung und –charakteristik Aussagen zu Dignität und Therapieverlauf zu liefern. Dem Problem der Organmobilität und damit nicht identischen Schichtposition während unterschiedlicher Atem- und damit Kontrastmittelanflutungsphasen versucht man praktisch bisher durch Atemtriggerungstechniken zu begegnen. Trotzdem ist das Problem nicht identischer Schichtpositionen bei dynamischen MR Untersuchungen in der Klinik ungelöst. Manuelle Schichtkorrekturen und –synchronisationen sind aufgrund der hohen Zeiterfordernis und Untersucherabhängigkeit in der klinischen Praxis kaum praktikabel. Automatisierte unterstützende Bearbeitungssoftware zur Schichtkorrektur und –synchronisation liegen bislang nicht vor. Eine inadäquate Bildgebung mit nur eingeschränkter Beurteilbarkeit ist häufig die Folge. Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es in einem direkten und systematischen Vergleich der herkömmlichen Auswertetechnik mit einer neu entwickelten softwaregestützten Auswertetechnik das Potenzial und mögliche Limitationen einer solchen Technik im Rahmen einer Workflowoptimierung bei der Auswertung von dynamischen Datensätzen der Leberperfusion quantitativ und qualitativ auszuwerten. Die Bearbeitungssoftware ermöglicht dabei sowohl eine automatische Bildsynchronisation und -korrektur wie auch Bildsubtraktion. Es wurden hierzu 55 Läsionen bei 17 Patienten mit HCC, 5 Patienten mit Lebermetastasen bei Mamma-Ca, 6 Patientinnen mit FNH und 5 Patienten mit Leberadenomen mittels 5 Auswertealgorithmen vergleichend ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass unter Verwendung der softwareunterstützten Auswertungsmethode eine zeiteffiziente, sichere und reproduzierbare Auswertung von dynamischen Leberperfusionsdatensätzen mit identischer Schichtposition in den Atemphasen möglich ist. Die Zeitersparnis war dabei gerade beim HCC mit einem Faktor von 2 – 3 hochsignifikant bei insgesamt gleichbleibender Befundungssicherheit. Der Korrekturalgorithmus ist dabei in der Lage, Offsets, d.h. unterschiedliche Schichtpositionen zwischen den dynamischen Phasen, signifikant zu korrigieren und zu synchronisieren, ohne Artefakte zu erzeugen. 6 Patienten mit HCC mit deutlichem Offset zeigten nach Anwendung der Bildunterstützung keine wesentlichen Offsets mehr. Auch bei den anderen Entitäten zeigten sich keine wesentlichen Offsets nach sofwaregestützter Bildbearbeitung. Ebenfalls können Details wie tumorzuführende Gefäße unter Anwendung von Subtraktionstechniken sicherer detektiert werden als mit manueller Technik. Kontrastmittelanflutungskurven und Subtraktionsdarstellungen waren sicher und schnell erstellbar, wobei deutliche Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Dignitäten der Leberläsionen festgestellt werden. Insgesamt zeigte die softwaregestützte Auswertung dynamischer Bildserien mit Korrekturalgorithmus zur Schichtsynchronisation und Subtraktion eine deutliche Workflowoptimierung, d.h. Zeitgewinn bei mindestens gleich bleibender Befundungsqualität und höherem Bedienungskomfort. Die Entwicklung von Scores zur Auswertung und Charakterisierung von Perfusionsdatensätzen, wie bereits in der MR Mammographie etabliert, erscheinen damit möglich geworden. Ebenfalls ist ein deutlicher Benefit bei der Beurteilung von Läsionen anderer atemmobiler Organe zu erwarten.

Modern MRI-techniques of the liver are able to characterize and quantify lesion using contrast media kinetics. Presently mobility of organs is a substantial problem in imaging and modern breathing-triggering techniques are applied. But the problem of organ motion is not solved. Manual slice correction and synchronisation is not practicle in clinic because it is too time consuming and dependent on the experience of the radiologist. Automatic software tools still do not exist. Aim of this doctoral thesis was to directly and systematically compare traditional manual techniques of image correction and synchronisation with a new automatic technique, basing on a newly developed software tool. Limitations, potentials especially concerning an optimization of the workflow of the evaluation dynamic MRI images of the liver are quantitatively and qualitatively evaluated. Automatic software tool was able synchronize and correct image slides. Also subtraction of contrast enhanced images was automatically possible. 55 lesion in 17 patient with a hepatocellular carcinoma, 5 patients with breast cancer with liver metastases, 6 patients with focal nodular hyperplasia and 5 patients with liver adenomas using 5 automatic algorithms were evaluated and compared. It could be shown that using the software tool a very time efficient, safe and reproducible evaluation of dynamic liver mri images is possible. Artefacts were not produced. All patients with significant slide differences between the dynamic mri could be automatically corrected. Contrast media dynamics and curves could be performed and liver lesions could be characterized using this tool. Using this tool also other mobile organs like the kidneys might profit from this software tool. Automatic characterizations of lesions in these organs might be possible.