DE102009036027A1 - Method for pursuit of local change of temperature within pre-determined range of patient, involves determining correlation between changes of temperature and representing change of computed tomography values in figurative manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfolgung einer lokalen Temperaturänderung in einem vorbestimmten Bereich eines Patienten durch Auswertung von CT-Bilddatensätzen, sowie ein CT-System zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for tracking a local temperature change in a predetermined area of a patient by evaluation CT image datasets, and a CT system for implementation of the procedure.
Es sind verschiedene Möglichkeiten der Tumorablation bekannt, beispielsweise die Radiofrequenzablation, die Laserthermographie, die Kryoablation etc, wobei die Radiofrequenzablation am weitesten verbreitet ist und am häufigsten angewendet wird. Die Vorteile der Radiofrequenzablation gegenüber anderen Methoden sind beispielsweise die geringe Nebenwirkungs- und Komplikationsraten, keine Notwendigkeit einer Vollnarkose, kurze Dauer des Eingriffs und schnelle Regenerationszeit des Patienten.It are different possibilities tumor ablation, for example radiofrequency ablation, laser thermography, cryoablation etc, whereby radiofrequency ablation most widely used and most commonly used. The Advantages of radiofrequency ablation over other methods are, for example the low side effects and Complication rates, no need for general anesthesia, short Duration of the procedure and fast recovery time of the patient.
Mit dieser Methode werden Tumore, beispielsweise in der Leber, durch Hitze zerstört. Die Hitze wird durch eine in den Tumor eingeführte Ablationsnadel mit einer angelegten Wechselspannung erzeugt. Dabei können auch mehrere Nadeln gleichzeitig eingesetzt werden, beispielsweise um einen schnelleren Temperaturanstieg zu bewirken. Die hochfrequente Wechselspannung bewirkt im Gewebe rund um die Nadelspitze einen starken Temperaturanstieg. Ab einer Temperatur von circa 57°C setzt im erhitzten Gewebe der irreversible Zelltod – die sogenannte Verkochung – ein, so dass der Tumor zerstört wird.With In this method, tumors, for example in the liver, through Heat destroyed. The heat is transmitted through an ablation needle inserted into the tumor applied AC voltage generated. It can also several needles simultaneously be used, for example, a faster rise in temperature to effect. The high-frequency alternating voltage causes in the tissue around the needle point a strong temperature rise. From one Temperature of about 57 ° C sets in the heated tissue irreversible cell death - the so-called Casserole - one, so that the tumor is destroyed becomes.
Das Ziel bei der Radiofrequenzablation ist es, ausreichend Tumorgewebe zu zerstören, ohne dass dabei benachbartes gesundes Gewebe ebenfalls zerstört wird. Überwacht werden kann dieser Prozess bisher je nach verwendetem Gerät über ein direkte Messung des Temperaturanstiegs in der Ablationsnadel oder eine Bestimmung der Leitfähigkeit des Gewebes während des Eingriffs. Diese Methoden erlauben jedoch keinen Überblick über die vorliegende Temperaturverteilung in der lokalen Umgebung der Ablation, so dass auch eine Temperaturänderung im Umgebungsbereich eines Tumors, also im umliegenden gesunden Gewebe, nicht genau beobachtet werden kann. Hierdurch besteht die Gefahr, dass möglicherweise zu viel gesundes Gewebe zerstört wird.The The aim of radiofrequency ablation is to provide sufficient tumor tissue to destroy, without causing adjacent healthy tissue is also destroyed. Supervised Depending on the device used, this process can be used over a direct Measurement of the temperature rise in the ablation needle or a determination the conductivity of the Tissue during the Intervention. However, these methods do not allow an overview of the present temperature distribution in the local environment of the ablation, so that also a temperature change in the surrounding area of a tumor, ie in the surrounding healthy tissue, can not be watched closely. This creates the danger that possibly destroyed too much healthy tissue becomes.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Methode zur Messung der Temperaturänderung während einer thermisch induzierten Ablation eines Gewebes in einer vorbestimmten Region, anhand von während des Eingriffs aufgenommenen CT-Bilddatensätzen, zu beschreiben.It Therefore, an object of the invention is a method for measuring the change in temperature while a thermally induced ablation of a tissue in a predetermined Region, based on during of the procedure recorded CT image data sets to describe.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.These The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments The invention are subject matter of the subordinate claims.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Temperaturänderung im Gewebe in direktem Zusammenhang mit einer Dichteänderung des Gewebes steht. Solche Dichteänderungen spiegeln sich in CT-Aufnahmen als messbare Änderung der CT-Werte wider. Es lässt sich also eine Temperaturänderung indirekt über die dadurch bewirkte Dichteänderung im Gewebe aus sich verändernden CT-Werten von CT-Aufnahmen ermitteln. Diese CT-Wert-Änderung kann durch eine Subtraktion zweier CT-Bilddatensätze erreicht werden, wobei ein erster Bilddatensatz vor dem Eingriff, also ohne Temperaturänderung bei Normaltemperatur, und ein zweiter Bilddatensatz während der Temperaturerhöhung aufgenommen werden.The Inventors have recognized that a temperature change in the tissue in direct Related to a density change the tissue is standing. Such density changes are reflected in CT scans as a measurable change the CT values. It leaves So a temperature change indirectly via the resulting change in density in the tissue of changing CT values from CT scans determine. This CT value change can be achieved by subtracting two CT image data sets, where a first image data set before the intervention, ie without temperature change at normal temperature, and a second image data set during the temperature increase be recorded.
Probleme können bei dieser Messmethode durch zwei Effekte auftreten. Zum einen können Artefakte in den CT-Bildern aufgrund von metallischen Gegenständen, wie einer Ablationsnadel, entstehen und die kleinen zu messenden CT-Wertunterschiede verfälschen. Zum anderen kann es passieren, dass der Patient und damit der betrachtete Bereich zwischen den Aufnahmen seine Position durch Atmung oder Bewegung ändert.issues can occur in this measurement method by two effects. For one thing, artifacts in the CT images due to metallic objects, such as an ablation needle, arise and falsify the small measured CT value differences. On the other hand, it can happen that the patient and thus the considered Range between shots its position through respiration or Movement changes.
Jegliches metallische Objekt, welches sich in der Nähe des vorbestimmten Bereiches, also beispielsweise innerhalb eines Tumors, befindet, verursacht in CT-Bildern Artefakte wie Streifen oder dunkle Bänder. Diese Artefakte verändern die CT-Werte, wodurch eine quantitative Analyse ohne eine Aufbereitung der Bilder erschwert wird. Grundsätzlich kann für das erfindungsgemäße Verfahren jede bekannte Methode zur Reduktion von Metallartefakten verwendet werden. Eine sehr einfache Variante besteht zum Beispiel darin, zwei CT-Bilder mit und ohne Ablationsnadel, allerdings ohne Temperaturbeeinflussung, aufzunehmen und aus deren Differenz die entstehenden Metallartefakte zu ermitteln, die dann von den CT-Bildern bei der Ablation abgezogen werden können.any metallic object located near the predetermined area, So, for example, within a tumor, is caused CT images contain artifacts such as stripes or dark bands. These Alter artifacts the CT scores, resulting in a quantitative analysis without any reprocessing the images is difficult. In principle, for the inventive method used every known method for the reduction of metal artifacts become. A very simple variant is, for example, Two CT images with and without ablation needle, but without temperature influence, record and to determine the resulting metal artifacts from their difference, which can then be subtracted from the CT images during ablation.
Der zweite unerwünschte Effekt bei der Subtraktion zweier CT-Bilddatensätze zum Ermitteln von CT-Werte-Änderungen kann dadurch entstehen, dass der Patient sich zwischen zwei Aufnahmen bewegt hat oder allein durch Atmung eine Verschiebung der Organe auftritt, so dass keine deckungsgleichen Strukturen in den Bildern vorliegen. Dieser Effekt lässt sich weitgehend dadurch kompensieren, dass vor einer Subtraktion der Bilddatensätze eine Registrierung durchgeführt wird. Hierfür stehen allgemein bekannte Methoden zur Verfügung.Of the second unwanted Effect of subtracting two CT image data sets to determine CT value changes This can arise because the patient is between two shots has moved or by breathing alone a displacement of the organs occurs, so no congruent structures in the pictures available. This effect leaves Compensate largely by the fact that before a subtraction the image data sets carried out a registration becomes. Therefor Generally known methods are available.
Anhand dieser so erzeugten CT-Bilddatensätzen, die Idealerweise frei von metallischen Artefakten und aufeinander registriert sind, lassen sich dann CT-Differenzbilddatensätze erzeugen, die auch geringe CT-Wert-Änderungen zuverlässig darstellen. Aus diesen CT-Wert-Unterschieden kann nun der vorliegende Temperaturunterschied bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Look up-Tabelle verwendet werden, in der zum Beispiel eine zuvor in Messreihen ermittelte Korrelation zwischen Temperaturdifferenzen und CT-Wertunterschieden niedergelegt wurde. Zur Veranschaulichung kann die so ermittelte Temperaturänderung in Form einer Temperaturkarte, zum Beispiel farbkodiert, graphisch dargestellt werden.Based on these generated CT image data sets, which are ideally free of metallic arte and records are registered on one another, CT differential image data records can then be generated that reliably represent even small CT value changes. From these CT value differences, the present temperature difference can now be determined. For this purpose, for example, a look-up table can be used in which, for example, a correlation between temperature differences and CT value differences previously determined in measurement series has been stored. By way of illustration, the temperature change thus determined can be graphically represented in the form of a temperature map, for example color-coded.
Auf diese Weise ist es nun möglich, nicht-invasiv während einer Ablation eine stetige Temperaturkontrolle der Umgebung durchzuführen und so einerseits eine zu starke Erwärmung von gesundem Gewebe zu vermeiden und andererseits sicherzustellen, dass das zu erhitzende Gewebe auch eine ausreichende Temperaturerhöhung erfährt.On this way it is now possible non-invasive during an ablation to perform a steady temperature control of the environment and on the one hand, too much warming avoiding healthy tissue and on the other hand ensuring that the tissue to be heated also experiences a sufficient increase in temperature.
Zum Rahmen der Erfindung gehört auch ein CT-System mit einer Steuer- und Recheneinheit sowie ein Speichermedium zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens.To the Part of the invention Also, a CT system with a control and processing unit and a Storage medium for implementation of the method described here.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Verfolgung einer lokalen Temperaturänderung in einem vorbestimmten Bereich eines Patienten vor, indem eine zuvor ermittelte Korrelation zwischen der Temperaturänderung und einer Änderung von CT-Werten bildlich dargestellt werden.Corresponding In this spirit, the inventors propose a method of prosecution a local temperature change in a predetermined area of a patient by one before determined correlation between the temperature change and a change of CT values.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet bevorzugt die folgenden Verfahrenschritte:
- – Erzeugen eines ersten CT-Bilddatensatzes des vorbestimmten Bereiches in Abwesenheit eines lokalen externen thermischen Einflusses;
- – Erzeugen mindestens eines weiteren CT-Bilddatensatzes des vorbestimmten Bereiches während oder nach einem lokalen externen thermischen Einfluss;
- – Rekonstruktion jeweils des ersten und des mindestens einen weiteren CT-Bilddatensatzes;
- – Registrierung des ersten CT-Bilddatensatzes mit dem mindestens einen weiteren CT-Bilddatensatz;
- – Erzeugen mindestens eines Differenzbilddatensatz aus dem ersten registrierten CT-Bilddatensatz und mindestens einem der weiteren registrierten CT-Bilddatensätze mit Bildwerten, die die CT-Wert-Änderungen darstellen; und
- – Übertragen der CT-Wert-Änderungen auf eine graphische Darstellung der Temperaturänderung.
- Generating a first CT image data set of the predetermined area in the absence of a local external thermal influence;
- Generating at least one further CT image data set of the predetermined area during or after a local external thermal influence;
- - Reconstruction of each of the first and the at least one further CT image data set;
- - Registering the first CT image data set with the at least one further CT image data set;
- Generating at least one difference image data set from the first registered CT image data set and at least one of the further registered CT image data sets with image values that represent the CT value changes; and
- - Transmitting the CT value changes to a graphical representation of the temperature change.
Vorteilhafterweise können als CT-Bilddatensätze zweidimensionale Schnittbilddatensätze oder dreidimensionale Volumenbild datensätze verwendet werden. Demgemäß kann dann eine geeignete zweidimensionale oder dreidimensionale Rekonstruierungsmethode angewendet werden, zum Beispiel eine multiplanare Rekonstruktionsmethode oder eine Volumenrekonstruktionsmethode.advantageously, can as CT image data sets two-dimensional cross-sectional data sets or three-dimensional volume image data sets are used. Accordingly, then a suitable two-dimensional or three-dimensional reconstruction method applied, for example, a multiplanar reconstruction method or a volume reconstruction method.
Vorteilhafterweise sollten Bildartefakte, die aufgrund von metallischen Gegenständen, beispielsweise einer Ablationsnadel, im CT-Bilddatensatz entstehen, in den aufgenommenen Bilddatensätzen entfernt werden. Hierzu können alle bekannten Methoden verwendet werden. Vorteilhaft ist es, diesen Ausgleich vor der Registrierung der CT-Bilddatensätze durchzuführen, um ein falsches Registrierungsergebnis zu verhindern.advantageously, should image artifacts due to metallic objects, for example an ablation needle, arising in the CT image data set, in the recorded Image data sets be removed. You can do this all known methods are used. It is advantageous to this Compensation before registering the CT image data sets to perform to prevent a wrong registration result.
Eine beispielhafte Methode zur Registrierung der CT-Bilddatensätze ist eine Oberflächenanpassungsmethode.A exemplary method for registering the CT image data sets is a surface adaptation method.
Die Änderungen der CT-Werte können beispielsweise mit Hilfe einer ”Look up”-Tabelle in Temperaturänderungen übertragen werden. Eine solche ”Look up”-Tabelle kann mit Hilfe vorhergehender Testreihen gebildet werden, indem der Einfluss einer mit Sensoren bestimmten Temperaturänderung im Gewebe auf die CT-Werte bestimmt wird. Alternativ kann auch eine zuvor empirisch bestimmte Funktion oder eine aufgrund theoretischer Kenntnisse errechnete Funktion verwendet werden, um die gemessenen CT-Wert-Unterschiede in Temperaturunterschiede zu transformieren.The changes the CT values can For example, with the help of a "Look up "table transferred in temperature changes become. Such a "look up "table can be made with the help of previous test series by the influence of a temperature change determined by sensors in the tissue on the CT values is determined. Alternatively, a previously empirically determined function or one due to theoretical Knowledge calculated function can be used to measure the measured CT value differences to transform into temperature differences.
Bei der graphischen Darstellung der Temperaturänderung, zum Beispiel in Form von Temperaturkarten, ist es möglich, diese mit dem ersten registrierten CT-Bilddatensatz oder mit einem der weiteren registrierten CT-Bilddatensätze zu überlagern, um einen besseren Vergleich ziehen zu können, wobei die Überlagerung mit dem ersten registrierten CT-Bilddatensatz, also der Ausgangssituation vor dem lokalen externen thermischen Einfluss, sinnvoller sein mag.at the graphical representation of the temperature change, for example in shape of temperature maps, it is possible these with the first registered CT image data set or with a superimpose the other registered CT image datasets for a better one To be able to draw a comparison, being the overlay with the first registered CT image data set, ie the initial situation before the local external thermal influence, may be more appropriate.
Zum Rahmen der Erfindung zählt auch ein CT-System, welches über eine Steuer- und Recheneinheit mit einem Speichermedium verfügt, in dem Computerprogramme oder Programm-Modul hinterlegt sind und welche im Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren durchführen können.To the Scope of the invention also a CT system, which over a control and processing unit having a storage medium in the computer programs or program module are deposited and which in operation the inventive method carry out can.
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele
mit Hilfe der Figuren näher
beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass nur die für das unmittelbare
Verständnis der
Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt sind. Hierbei werden folgende
Bezugszeichen verwendet:
Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:
In
der
Zur Beobachtung einer räumlichen Temperaturänderung in einem vorbestimmten Bereich des Patienten, die bei der Entfernung eines Tumors durch Hitze entsteht, können sowohl vor diesem Eingriff als auch während des Eingriffes CT-Aufnahmen erstellt werden. Die vom Detektor C3 detektierten Signale können dann direkt mit einer Detektorelektronik in einer zentralen Steuer- und Recheneinheit C10 verarbeitet werden. Dort können auch Computerprogramme Prg1–Prgn hinterlegt sein, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.To observe a spatial temperature change in a predetermined area of the patient resulting from the removal of a tumor by heat, CT images can be taken both before this procedure and during the procedure. The signals detected by the detector C3 can then be processed directly with a detector electronics in a central control and processing unit C10. Computer programs Prg 1 -Prg n can also be stored there, with which the method according to the invention can be carried out.
Es wird darauf hingewiesen, dass unter einem CT-System im Sinne dieser Druckschrift auch ein C-Bogen-System zu verstehe ist, mit welchem ebenso CT-Bilddatensätze erzeugt werden können.It It is noted that under a CT system in the sense of this Reference is also to understand a C-arm system, with which as well CT image data sets can be generated.
Die
Um
nun eine eindeutige Aussage über
die Temperaturänderung
des vorbestimmten Bereiches zu treffen, werden die rekonstruierten
CT-Bilddatensätze
aufeinander registriert – Schritt
R. Dabei werden die vorbestimmten Bereiche ROI in den CT-Bilddatensätzen
Wird
der thermische Einfluss beispielsweise von einer metallischen Ablationsnadel
während
einer Tumorablation erreicht, erzeugt dieses Instrument Artefakte
im Bilddatensatz
Die
registrierten CT-Bilddatensätze
Bei
der Darstellung in einer Temperaturkarte
Die
Die hier gezeigten CT-Bilddatensätze geben dabei CT-Werte wieder, die in Hounsfield Units [HU] angegeben werden und mit den Absorptionskoeffizienten μ in folgender Beziehung stehen: The CT image datasets shown here represent CT values which are given in Hounsfield Units [HU] and whose absorption coefficients μ are as follows:
Die
Aufnahme I1 in der ersten Zeile der
In
der zweiten Aufnahme I2 befindet sich eine Ablationsnadel
Die
dritte Zeile zeigt das Differenzbild I1 – I2, links in Graustufen und rechts mit isothermischen
Linien. Die CT-Werte an der Stelle der Ablationsnadel
Die im Differenzbild I1 – I2 dargestellten Dichteunterschiede können anschließend mit Hilfe einer ”Look up”-Tabelle oder eine Transferfunktion auf die Temperaturänderung übertragen werden. Das Bild IT zeigt ein mit einer Temperaturkarte überlagertes Differenzbild I1 – I2. In der Spalte A sind die Temperaturunterschiede farblich dargestellt, während in der Spalte B die Farbunterschiede als isothermische Linien gezeigt sind.The density differences shown in the difference image I 1 -I 2 can then be transferred to the temperature change with the aid of a look-up table or a transfer function. The image I T shows a superimposed with a temperature map differential image I 1 - I 2 . In column A the temperature differences are shown in color, while in column B the color differences are shown as isothermal lines.
Die
Die
Aufnahme I1 zeigt also den ersten CT-Bilddatensatz
ohne thermische Beeinflussung. Die Aufnahme I2 zeigt
das Gewebe unter thermischer Beeinflussung rund um die Ablationsnadel
In der dritten Zeile ist das Differenzbild I1 – I2 der CT-Werte der ersten beiden aufeinander registrierten Aufnahmen I1 und I2 zu sehen. Aus der bekannten Korrelation zwischen CT-Wert-Unterschied und Temperaturdifferenz kann nun wieder eine Temperaturkarte erstellt werden, die im Bild IT dem Differenzbild I1 – I2 überlagert ist.In the third line, the difference image I 1 - I 2 of the CT values of the first two successive recorded images I 1 and I 2 to be seen. From the known correlation between the CT value difference and the temperature difference, a temperature map can now be created again, which is superimposed on the difference image I 1 -I 2 in the image I T.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above features of the invention not only in the specified combination, but also in others Combinations or alone, without the frame to leave the invention.
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