Programmreport 2012 - DORIS - Bundesamt für Strahlenschutz

sichtigung der unterschiedlichen Auflösung in unterschiedlichen Bereichen des Körpers, die Einbeziehung
des Bildempfängers in die Berechnungen sowie die Auswertung von Bildqualitätsparametern.
Im Verlauf der Projektarbeiten stellte es sich jedoch heraus, dass der ursprüngliche Plan, hoch aufgelöste
Teilkörpermodelle in die ansonsten unverändert grob aufgelösten Ganzkörpermodelle einzufügen und mit diesen
hybriden Voxelmodellen Rechnungen zur Bildgebungssimulation zu machen, nicht zielführend war. Erste
Simulationsrechnungen zur Bildqualität zeigten, dass die Auflösung des Ganzkörperphantoms zu grob ist im
Vergleich zum hoch aufgelösten Teilkörperphantom und das simulierte Röntgenbild infolgedessen zu stufig
ist. Dies betrifft insbesondere die Ränder von Objekten, die einen starken Absorptionskontrast zu ihrer unmittelbaren
Umgebung haben, wie z. B. die Rippen. Diese Stufigkeit überdeckt die Feinstrukturen in den hoch
aufgelösten Teilkörperbereichen und verhindert so deren Erkennbarkeit. Daneben gestaltete sich die Erzeugung
hochaufgelöster Datensätze der Lunge und der Mamma erheblich schwieriger als ursprünglich antizipiert.
Dies führte zu einem erheblich größeren Arbeitsaufwand, der in diesem Ausmaß bei der Projektplanung
nicht abzusehen war und der folglich zu einer Reduzierung des Arbeitsumfangs in den weiteren Arbeitspaketen
geführt hat.
TB 04
Ergebnisse
4. DURCHFÜHRUNG
4.1 ERSTELLUNG VON HYBRIDEN VOXELMODELLEN
4.1.1 Ganzkörperphantome in normaler Auflösung
Das Voxelmodell Klara wurde aus dem Ganzkörper-CT (Computertomographie)-Bilddatensatz einer Leukämiepatientin
im Alter von 43 Jahren erstellt. Das Phantom ist 1,63 m hoch und wiegt 60 kg. Somit gleicht Klara
in etwa dem weiblichen Referenzmenschen. Das Phantom verfügt über 88 unterschiedliche Organe und Gewebe;
die Voxelauflösung beträgt 1,765 x 1,765 x 4,84 mm 3 . Dieses Phantom war bereits zu Projektbeginn
verfügbar.
4.1.2 Hochaufgelöste Teilkörperphantome
Bilddatensätze der Lunge und der weiblichen Brust mit der für dieses Projekt erforderlichen sehr hohen Auflösung
standen nicht zur Verfügung. Es konnten jedoch anatomische Präparate einer weiblichen Brust und
eines Lungenflügels für die Zwecke des Projekts verwendet werden. Von diesen beiden Präparaten sollten
hoch aufgelöste CT-Untersuchungen angefertigt werden. Wegen der geforderten sehr hohen Bildauflösung
von ca. 50 μm in allen Dimensionen war es erforderlich, diese Aufnahmen an einem Spezialgerät anzufertigen.
4.1.3 Hochauflösende CT-Scans
Zur Erstellung der hochaufgelösten Datensätze wurden zwei Kooperationen mit Gruppen arrangiert, die
CT-Geräte mit hoher Auflösung betreiben.
In der Frühphase des Projekts war nur ein experimentelles Gerät am Center for Gamma-Ray Imaging der Universität
von Tucson, Arizona (USA) bekannt und erreichbar, das eine genügend hohe Auflösung bei gleichzeitig
möglichst großem Messfeld bot. Trotzdem war die verfügbare maximale Objektgröße so gering, dass das Präparat
nicht in einem Stück in diesem Gerät gescannt werden konnte. Daraufhin wurde beschlossen, die präparierte
Mamma in geeignet große Teile zerlegen zu lassen und in drei Stücken zu scannen. Ein für die Erstellung
eines hochaufgelösten Voxelmodells geeigneter Bilddatensatz konnte auf Grund von Artefakten bei der Rekonstruktion
der Bilddaten durch die Mitarbeiter der kooperierenden Gruppe dennoch nicht erstellt werden. Nach
mehreren erfolglosen Versuchen wurden die drei Teile des Präparats wieder zurückgesandt.
Nach Beginn der Aufnahmen in Tucson wurde bekannt, dass der Lehrstuhl von Prof. Dr. Franz Pfeiffer an der
Physik-Fakultät der TU München ein hochauflösendes CT betreibt, das auf eine Bohrung völlig verzichtet und
dementsprechend auch größere Objekte in variabler Vergrößerung aufnehmen kann. Auf diesem Gerät wurde
das Mammapräparat in der Folge in mehreren Versuchen aufgenommen. Auf Grund der Größe des Präparats
mussten die Einzelteile des Mammapräparats entlang ihrer Längsachse in jeweils drei getrennten Arbeitsgängen
gescannt werden. Die Fusion dieser Teile zu einem gesamten dreidimensionalen Datensatz benötigte
wiederum erheblichen Mehraufwand bei der Verarbeitung der Bilddaten. Letztendlich konnten Rohdatensätze
mit einer Auflösung von ca. 86-95 µm Voxelgröße für die drei geschnittenen Teile des komprimierten
Mammapräparats gewonnen werden.
Das Lungenpräparat, das als Leihgabe selbstverständlich nicht beschädigt werden durfte, wurde ausschließlich
am Gerät im Institut von Prof. Pfeiffer aufgenommen. Auch hier gilt, dass das Lungenpräparat in drei ge-
Ergebnisse der abgeschlossenen Forschungsvorhaben im Jahr 2012 - TB 04 41