Zusammenfassung
Die Verwendung von PET-Daten im radioonkologischen Planungsprozess war in den letzten
Jahren Fokus intensiver Forschung. Hierbei spielte das Aufkommen multimodaler Bildgebungstechniken
wie v. a. PET/CT eine wesentliche Rolle für das wachsende Interesse an den Ergebnissen
dieser Forschungsrichtung. Es existieren jedoch noch eine Reihe offener Fragestellungen,
wobei sich dieser Artikel im wesentlichen mit dem Problem der Bildfusion von PET-Daten
mit dem Planungs-CT beschäftigt. Dies umfasst insbesondere die Herausforderungen,
die sich aus der Atembewegung ergeben, sowie spezifische Probleme von Bildgebungsprotokollen,
u. a. der klinisch weit verbreiteten Bildgebungspraxis, bei der sich die Patientenlagerung
(Tisch, Masken/Lagerungshilfen) im PET/CT und Planungs-CT unterscheidet. In atemgetriggerten
PET/CT-Aufnahmen können einerseits durch Atembewegung bedingte Artefakte minimiert
werden, und andererseits die räumliche Fusion von PET und CT Daten durch Verwendung
integrierter, multimodaler Bildgebungssysteme verbessert werden. Deformierbare („elastische“)
Bildregistrierungsalgorithmen erlauben genaue Modellierung der Atembeweglichkeit in
„4D“ PET- und CT-Datensätzen. Außerdem kann durch Anwendung solcher Algorithmen das
3D-Deformationsvektorfeld zwischen dem CT eines multimodal akquirierten PET/CT-Datensatzes
und dem Planungs-CT bestimmt werden, mittels dessen dann die Bildregistrierung zwischen
PET und Planungs-CT realisiert werden kann. Deformierbare Bildregistrierung ist unerlässlich
für Anwendungen im Thorax-, Abdomen- und Kopf-Hals-Bereich, während rigide Bildregistrierung
im Kopf-Hirn Bereich mit hinreichender Genauigkeit eingesetzt werden kann. Obwohl
deformierbare Bildregistrierungsalgorithmen im Bereich klinischer Forschung etabliert
und verbreitet sind, ist dies in der klinischen Routine leider nicht der Fall, da
die Implementierung derartiger Algorithmen in üblicherweise verwendeter Software zur
multimodalen Bildanalyse bzw. Bestrahlungsplanung noch aussteht. Weitere klinische
Validierung sowie Algorithmen mit kurzen Rechenzeiten sind notwendig, um einem breiten
Einsatz deformierbarer Bildregistrierung in der klinischen Routine von PET/CT Bildgebung
und deren Anwendungen in der Bestrahlungsplanung zum Durchbruch zu verhelfen.
Abstract
The introduction of PET data into the treatment planning process has been the focus
of intense development over the past few years. The availability of multi-modality
devices such as PET/CT has clearly played a major role in intensifying the interest
in this application. However, many issues remain and this article deals in particular
with those concerning the accurate spatial fusion of PET and planning CT images. Associated
issues include the effects of respiratory motion and the acquisition protocol used,
particularly if the PET/CT acquisition does not correspond to a truly treatment planning
acquisition, which is most frequently the case in clinical practice today. Respiratory
synchronized PET/CT acquisitions can on the one hand minimize respiratory motion effects
in PET datasets while on the other hand improve the spatial fusion of PET and CT images
acquired in a multi-modality device. Deformable („elastic“) registration algorithms
have been shown to allow accurate respiratory motion modeling from „4D“ PET or CT
images. In addition, spatial matching between PET and planning CT images can be achieved
through the use of 3D displacement fields obtained using such image registration algorithms
to align the CT image obtained from a multi-modality PET/CT acquisition to the planning
CT image. Deformable models are clearly necessary for thoracic, abdominal as well
as head and neck regions, while rigid body registration may be used in brain imaging
applications. Unfortunately, although well established in clinical research studies
deformable image registration algorithms are not widely implemented in multi-modality
image analysis or treatment planning software platforms, therefore minimizing their
use in routine clinical practice. More clinical validation as well as high throughput
software solutions are necessary in order to envisage the use of deformable image
registration algorithms in clinical PET/CT imaging and associated applications in
radiotherapy treatment planning.
Schlüsselwörter PET - PET-CT - 4D-PET - 4D-CT - atemgetriggerte Bildgebung - Bildregistrierung - deformierbare
Bildregistrierung - elastische Bildregistrierung
Key words PET - PET-CT - 4D-PET - 4D-CT - respiratory gated imaging - image registration - deformable
image registration - elastic image registration