DE3341039A1

DE3341039A1 - Roentgenographisches testphantom fuer die computer-tomographie auf analytischem wege von lungenknoetchen

Info

Publication number: DE3341039A1
Application number: DE19833341039
Authority: DE
Inventors: Elias A. 23455 Virginia Beach Va. Zerhouni
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1983-11-12
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS59111741A

Description

Röntgenograohisches testphantom für die Computer-Tomogra-
ie auf analytischem Wege von Lungenknötchen Grundlage der Erfindung Die Entdeckung einer kleinen runden Masse oder eines Knötchens in der Lunge eines Patienten, gewöhnlich durch röntgenologische Untersuchung des Brustkorbes, erhebt das Problem zu bestimmen, ob die Masse bösartig oder gutartig ist.
Während ein gutartiges Knötchen meistens in Ruhe gelassen wird, dagegen aber ein bösartiges Knötchen eine sofortige aggressive Therapie erfordert, ist es sehr wichtig, rasch die Art des Knötchens zu best.immen.
In der Vergangenheit wurde oft das Knötchen operativ entfernt und anschliessend pathologisch untersucht. In den fouhen fünfziger Jahren stellte sich jedoch heraus, dass Patienten oft einer unnötigen Operation unterzogen wurden. Da eine wahllose chirurgische Auswertung von Lungenknötchen zu unnötigen Verfahren mit entsprechender Mortalität und Sieciltum führten, wurden weniger einschneidende Methoden gesucht, um zwischen einem gutartigen Knötchen in der Lunge und einem bösartigen Tumor zu unterscheiden. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass der Prozentsatz von gutartigen Knötchen bei einer Auswahl von Patienten mit neu entdeckten Knötchen zwischen 40 und.60 60% schwankte.
In den frühen fünfziger Jahren wurde ebenfalls entdeckt, dass verkapselte Knötchen fast niemals bösartig waren.
Daher wurden röntgenographische Methoden entwickelt, um das Vorhandensein von Verkapselungen in Lungenknötchen zu entdecken, insbesondere lineare Tomographie, welche die Strukturen über und unter der Ebene des Knötchens verwischt und so eine bessere Feststellung von Verkapselungen als die übliche Durchleuchtung des Brustkorbes erlaubt. Seit den späten fünfziger Jahren bis heute hat sich diese Methode zu dem wichtigsten Verfahren für eine eingriffslose Untersuchu von Lungenknötchen entwickelt.
Andere sind das Problem anders angegangen, zum Beispiel durch abtrennende Methoden, um kleine Gewebefragmente aus dem Knötchen mit einem geringeren Risiko als einer Operation zu erhalten. Diese Methoden beinhalten eine Bronchoskopie, gezielte Biopsie und perkutane Nadelbiopsie. Obwohl diese Methoden weniger riskant als Operationen sind, beinhalten sie alle ein bedeutendes Siechtum trotz sehr viel geringerer Sterblichkeit.
In den frühen siebziger Jahren wurde eine neue röntgenographische Untersuchungsmethode eingeführt, die sogenannte Computer-Tomographie. In kurzen Worten bedeutet dieses Verfahren, dass ein Patient zwischen einer Röntgenstrahlenquelle und Strahlendetektoren so angeordnet wird, dass ein fächerförmiger oder stiftförmiger Rmntgenstrahl, der in axialer Richtung dünn ist, durch den Patienten hindurchgeleitet werden kann. Eine Verdrehung oder Verschiebung der Röntgenstrahlquelle und cter Detektoren in Bezug auf den Patienten resultiert in der Entstehung an den Detektoren von Signalen, die Übertragungseigenschaften der Röntgenstrahlen oder Unterschiede in der Abschwächung des Röntgenstrahls entlang einer Vielzahl von Pfaden durch den Patienten anzeigen. Aufgrund dieser Signale ist es möglich, eine analoge Verteilung oder Matrix zu berechnen und auszudrucken, die den verschiedenen Elementen des Körpers entspricht, der in dem Pfad der Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher radiographischer Dichte liegt.
Im Falle einer Abtastung eines Lungenknötchens wird ein Bild eines Querschnitts des Brustkorbes des Patienten, der Lungengewebe enthalt, rekonstruiert, und zwar auf der Basis der vorerwähnten Unterschiede in der Abschwächung des Röntgenstrahls, gemessen von den Detektoren in verschiedenen Winkeln zu dem abgetasteten Objekt, Computerprogramme schätzen die Abschwächung jedes Raumteils eines Voxel innerhalb des Röntgenstrahls durch Zuordnung von CT-Nummern zu jedem Voxel. Diese cT-Nummern werden theoretisch mit Bezug auf die Wasserabschwächung gemessen, welche dem Nullwert und reiner Luft entspricht, die -1000 beträgt. Die Messeinheit wird mit Hounsfield bezeichnet (H). Dar Erfolg dieserMethode beruht grundsätzlich auf der Tatsache, dass das CT-Abtastsystem fähig ist, Unterschiede in der radiographischen Dichte von o,5 bis 1% festzustellen, während konventionelle Methoden nur Dichten unterscheiden, wenn sie mindestens 5 bis 10% betragen.
Auf der Grundlage der Tatsache, dass CT-Abtaster mindestens 5;bis 20 mal empfindlicher gegen Dichtheitsunterschiede als konventionelle röntgenographische Techniken sind und unter der Voräussetzung, dass eine objektive Messung mit Zahlen statt einer subjektiven visuellen Abschätzung der Dichte mit üblichen Techniken durchgeführt wird, wurde die Rolle einer quantitativen Analyse der mit der Computer-Tomographie erzielten Daten von Patienten mit Lungenknötchen durchgeführt Eine Untersuchung an einer grossen Anzahl von Patienten mit einer mathematischen Analyse der Dichte von Lungenknötchen zeigte, dass eine CT-Abtastung asnprindlicher in der Unterscheidung-zwischen gutartigen und bösartigen Lungenknötchen war, als konventionelle Techniken. Es wurde festgestellt, dass oberhalb einer bestimmten repräsentativen CT-Zahl alle Lungenknötchen gutartig waren. Es wurde sichergestellt, dass von den Knötchen, die durch eine Stadard-Tomographie nicht als verkapselt angesehn wurden, ein bedeutender Prozentsatz (60ffi) durch die Computer-Tomographie als verakpselt festgestellt. wurden, und so die Anzahl von unnötigen Eingriffsverfahren bei diesen Patienten verringerte, die sonst sehr viel aggressiver untersucht worden wären.
Trotz des Erfolges dieser Untersuchung, der mit einem besonderen Abtastgerät und einer besonderen Berechnungsmethode für die CT-Zahl jeden Knötchens nachgewiesen wurde, wurde es schnell deutlich, dass diese Methode nicht. direkt auf andere Abtastgeräte übertragen werden konnte. Bei mehreren Untersuchungen wurde versucht, die Methode unter Verwandung der Richtlinien und Ergebenisse der ursprünglichen Untersuchung anzuwenden, es war jedoch nicht möglich, zufriendenstellende Ergebnisse zu erzielen. Eine komplette analytische Untersuchung aller Faktoren, die zur Erzielung korrekter CT-Zahlen für Lüngenknötchen beitragen, zeigte, dass: 1). CT-Zahlen können je nach Abtastgerät. für den gleichen Gegenstand unterschiedlich sein, 2) CT-Zahlen können im gleichen Abtastgerät je nach räumlicher Lage der untersuchten Lungenknötchen variieren, 3) CT-Zahlen können mit der Grösse der Lundenknötchen variieren, 4) CT-Zahlen können beim g3ichen Objekt von einem Tag zum anderen variieren (zeitliche Veränderung), 5) die verwendete Technik (Belichtungsfaktoren, Schichtdicke) kann die CT-Zahlen verändern, und 6) die Grösse des Brustkorbes des Patienten kann ebenfalls die CT-Dichte eines Knötchens beeinflussen. Eine weitere Analyse zeigte, dass diese Unterschiede mit folgendem zusammenhingen: 1) Das von jeden: Hersteller verwendete Computer-Programm, um die Bilder zu rekonstruieren, bewirkt Veränderungen der CT-Zahlen von Lungenknötchen, selbst wenn die Abtastgeräte mit Standard-Phantomen des Standes der Technik kalibriert werden, die gewöhnlich hergestellt werden, um die Dichte von Tesstspezimen in Wasser oder Plastik aber nicht in der Luft anzuzeigen. Diese Unterschiede in Computer-Algorythmen erklären ebenfalls die Unterschiede in den CT-Zahlen, die bei Knötchen identischer Zusammensetzung aber unterschiedlicher Grösse erzielt werden.
2) Die Auslegung des CT-Abtastgerätes, d.h. dritte Generationen gegenüber vierten Generationen, beeinflusst ebenfalls die erzielten CT-Zahlen. Dies mag ebenfalls erklären, warum CT-Zahlen des gleichen Knötchens variieren können, wenn das Knötchen in verschiedenen Stellungen innerhalb des Abtastgerätes angeordnet ist.
3) Je nach Auslegung des Abtastgerätes werden die sich ändern Eigenschaften des Röntgenstrahles, wenn die Röntgenröhre altert, ebenfalls Fehler von Tag zu Tag in die Messung von CT-Zahlen einleiten.
4) Da das CT-Abtastgerät eine komplexe elektronische Maschine ist, verursachen Abweichungen in der Leistung jedes Bauteils sowie die Empfindlichkeit des Systems gegen Temperatur und Feuchtigkeit zeitliche Abweichungen, die sehr schwer zu kontrollieren sind0 All diese Faktoren erklären, warum es weitgehend unmöglich ist, die Erfahrungen, die mit einem Abtastgerät gemacht wurden, mit denjenigen von anderen in Verbindung zu setzen, die die CT-Zahlen von Lungenknötchen von verschiedenen unabhängigen Variablen abhängen. Afgrund dieser Abweichungen besteht der Bedarf nach einer einfachen Methode, um die CT-Dichte eines Lungenknötchens zu bestimmen, die auf alle Abtastgeräte anwendbar ist.
Soweit mehrere Variable die gemessenen CT-Zahlen eines Lungen- knötchans beeinflussen, ist es notwendig, ein standardisiertes Bezugsobjekt zu verwenden, mit dem die CT-Abtastungen von Patienten mit Lungenknötchen verglichen werden können, um zu bestimmen, ob das Lungenknötchen aufgrund seiner Dichte möglicherweise gutartig oder bösartig ist. Es gibt übliche Phantome in einer Anzahl von Variationen, von denen einige plastische Nachbildungen eines menschlichen Körpers oder spezifischer Teile davon sind, während andere aus echten menschlichen Knochen bestehen, die in Plastik eingegossen sind. Kürzlich eingeführte Phantome beinhalten eine Reihe von Bezugsmustern, die bekannte Anschwächungskoeffizienten haben und die von einem wässrigen Medium innerhalb eines Plastikgehäuses umgeben sind. Phantome, die verwendet werden, um System der Gomputer-Tomographie zu kalibrieren, sind gewöhnlich zylindrische Scheiben mit einem Durchmesser von 20 bis 40 cmeund einer Dicke von etwa 10 cm. Diese verfügbaren Phantome simulieren jedoch nicht den Brustkorb eines Patienten, in dem ein Knötchen vorhanden ist, so dass sie als standardisiertes Bezugsphantom für das besondere Problem eines Lungenknötchens verwendet werden könnten.
Demnach ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Phantom oder ein Bezugssystem anzubieten, mit dem die Dichte eines Lungenknötchens verglichen werden kann, wobei diese Dichte unabhaängig von den oben erwähnten variablen Faktoren bestimmt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung Obige und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erzielt, die ein Test-Phantom anbietet, um eine Computer-Tomographie von Knötchen in der Lunge eines menschlichen oder nicht menschlichen Wesens abzuschätzen und das eine Vorrchtung enthält, die einen 15 bis 40 mm dicken Querschnitt dieses Wesens simuliert, wobei die ein Gewebe simulierenden Teile dieser Vorrichtung aus Material hergestellt sind, das röntgenographische Dichten aufweist, die weitgehend identisch mit denjenigen der entsprechenden Gewebe in dem simulierten Querschnitt dieses Wesens sind, und das Lücken aufweist, die in Grösse und Form die Lungenkavitäten in diesem Querschnitt simulieren.
Dementsprechend weist dieses Phantom wenigsten eine Bezugsvorrichtung auf, die aus einem Material besteht, das eine vorgegebene röntgenographische Dichte aufweist, die ein Lungenknötchen simuliert.
Vorliegende Erfindung beinhaltet ebenfalls eine Systemanordnung für die Abschätzung eines Knötchens in der Lunge eines menschlichen oder nicht menschlichen Wesens durch Computer-Tomographie eines Querschnitts davon, der Lungengewebe beinhaltet, und die folgendes aufweist I) ein Computer-Tomographiesystem mit einer Strahlenquelle, einem Strahlendetektor und Mitteln für die Halterung und Positionierung dieses Wesens zwischen einer Strahlenquelle und diesem Detektor, um eine Computer-Tomographie zu ermöglichen; (11) Mittel für die Halterung und Positionierung des oben beschriebenen Test-Phantoms zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlendetektor, um so die J#rstellung einer Test-Computer-Tomographie zu ermöglichen, um dann die Dichte eines Knötchens in der Lunge dieses Wesens durch Vergleich der jeweiligen Computer#Tomographien zu bestimmen.
Vorliegende Erfindung bietet ebenfalls eine Methode für die Bestimmung der Art eines Lungenknötchens, nach der eine Computer-Tomographie eines Querschnittes eines menschlichen oder nicht. menschlichen Wesens, der Lungengewebe enthält, angefertigt wird und anschliessend eine zweite #omputer Tomographie des oben beschriebenen Test-Phantoms, welches den Querschnitt des Lebewesens simuliert und das ein Bezugsknötchen enthält, das grössenmassig, formmässig und stellungsmässig in der Lungenkavität das Knötchen im Querschnitt des Lebewesens simuliert, wonach die jeweiligen Tomographien verglichen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Test-Phantoms, das auf einer Halterung montiert ist.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des montierten Phantoms, das eine Bezugsvorrichtung enthält und in einem Abtastgerät für Computer-Tomographie angeordnet ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 aus Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Das erfindungsgemässe Test-Phantom enthält 15 bis 40 mm dicke und vorzugsweise etwa 20 mm dicke repräsentative Querschnitte des menschlichen Torsos. Eine Ausführungsart des Test-Phantoms enthält eine Annäherung eines Querschnitts des oberen Torsos oder Brustkorbes. Eine andere Ausführungsart enthält eine Annäherung des unteren Torsos oder Brustkorbes. Die Phantome bestehen aus Plastikmaterial verschiedener Zusammensetzung, das Gewebe wie schwammige Knochen, kortikale Knochen, Muskeln, Fett usw. simuliert, die man gewöhnlich in solchen Querschnitten findet. Die Querschnitte von Organen des Torsos sind in dem Querschnitt aus Plastik ebenfalls nachgebildet. Ausserdem sind ebenfalls eine oder mehrere ringförmige Vorrichtungen vorgesehen, de so angeordnet werden können, dass sie den äusseren Umfang des Test-Phantoms umfassen können und die aus einem Material bestehen, das die röntgenographische Dichte von Fettgewebe aufweist, und die eine Grösse und Form aufweisen, die die äusseren Schichten von Fettgewebe im Querschnitt des Lebewesens simulieren. Da die Eigenschaften des Röntgenstrahls, der das Lungenknötchen in Brustkorb erreicht, mit der Grösse des Patienten variiert, sind die Ringe vorgesehen, um den abschwächenden Eigenschaften der Brustkorbwand eines bestimmten Patienten näher zu kommen.
Es ist ebenfalls eine Reihe von spezifisch formulierten Plastikzylindern unterschiedlicher Gressen vorgesehen, um Lungenknötchen zu simulieren, mit denen die Dichte des Lungenknötchens verglichen wird. Die Dichte dieses Plastikmaterials wird so bestimmt, dass sie den Mindestwert darstellt, tber dem Lungenknötchen immer gutartig sind. Diese Knötchen können an jeder Stelle im Lungenbereich des Phantoms angeordnet werden, um der Stellung des Knötchens in der Lunge zu entsprechen.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Test-Phantoms 10, das mit Hilfe von Faserschleifen und in die Faserschleifen eingreifende Haken 11 auf der Halterung 12 montiert ist.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig, 1 gezeigten montierten Test-Phantoms angeordnet in einem System für Computer-Tomographie 14 für röntgenographische Abtastung.
Das System verläuft weitgehend vertikal und weist eine zylindrische horizontale Öffnung 15 auf, um den (nicht gezeigten) Patienten und das montierte Phantom 10 aufzunehmen.
Fig, 3 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1, die das Test-Phantom zeigt, das mit Hilfe von Faserschleifen und in die Faserschleifen eingreifenden Haken 11 an der Halterung 12 montiert ist. In dem Test-Phantom werden verschiedene Zusammensetzungen aus Plastikmaterial verwendet, um nach Grösse, Form und röntgenographischer Dichte das Fett.-gewebe 20, das Muskelgewebe 21, das kortikale Knochengewebe 22 und das schwammige Knochengewebe 23 des Querschnittes des unteren oder mittleren Torsos eines menschlichen Wesens zu simulieren. Das in Fig. 3 dargestellte besondere Knochengewebe ist dasjenige der Rippen, des Skapula, des Brustbeins und der Wirbel 24. Die Aorta wird mit der Bezugsnummer 25 bezeichnet und 26 bezeichnet den Querschnitt des Herzens.
Die Speiseröhre wird mit der Nummer 27 bezeichnet. Das Testknötchen 28 wird mittels der in die Faserschleifen eingreifenden Haken 11 in der Haltefläche 12 innerhalb der Lungenkavität des Phantoms 29 angeordnet.
Zusätzliche, Fettgewebe simulierende Ringe 30 können um den äusseren Umfang des Test-Phantoms mittels der an der Halterungsfläche 12 in die Faserschleifen eingreifende Haken 11 angeordnet werden, um äussere Schichten von Fettgewebe zu simulieren, so wie sie im Querschnitt des Patienten gebraucht werden, der eine Untersuchung unterzogen wird.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines nicht gehaltenen Test-Phantoms 40, das den Querschnitt des oberen Torsos eines menschlichen Wesens simuliert. Wieder werden Zusammensetzungen aus Plastkmaterial so gebildet und geformt, dass sie die Grösse, Form und röntgenographische Dichte von Fettgewebe 41, Muskelgewebe 42, kortikalem Knochengewebe 43 und schwammigem Knochengewebe 44 simulieren (die hier die Rippen in dem simulierten Querschnitt bezeichnen, ausgenommen die Wirbel 45, den Aortabogen 46, die Venenhöhle 47, die Luftröhre 48, die Speiseröhre 49, zusätzliche entfernbare Fettgeweberinge 50, das Testknötchen 51 und die Lungenkavitäten 52).
Die verschiedenen des Test-Phantoms, die Gewebe und Organe simulieren, werden vorzugsweise getrennt in handgemachten Styroporschaumformen gegossen, und zwar unter Verwendung von üblichen Plastkmaterialien und Plastikmischungen allein oder aus Verbund mit geeigneten inerten Füllmitteln, um die Grösse, die Form und röntgenographischen Dichten der verschiedenen Gewebe und Organe zu simulieren. Geeignete Plastikmaterialien enthalten Epoxyharze, Phenolharze, Polyolefine wie Polyäthylen, Polypropylen usw.
Die Plastikmaterialine werden vorzugsweise mit Füllmitteln wie Kalziumkarbonat oder anderen Plastikmaterialien in Form von Mikrokugeln oder Pulver vermischt, um die röntgenographische Dichte zu erhöhen. Die Verformung erfolgt gewöhnlich und optimal unter Vakuumbedingungen.
Geeignete Formulierungen für die Herstellung der verschiedenen Gewebe- und Organquerschnitte sind folgende: Es versteht sich, dass diese Formulierungen nur repräsentativ sind, und dass das Test-Phantom aus jedem Material hergestellt werden kann, das eine röntgenographische Dichte aufweist, die den besonderen Gewebe- oder Organquerschnitten entspricht, das es wiedergeben soll.
Ein typisches "Fett entsprechendes" Material enthält: Material Gewichtsanteile Araldit (Diglycidyl Äther von Bisphenol-A) 100,0 Jeffamin (Polyoxypropylen Amin) 39,9 BJ-930 (Mikrokugeln aus Phenolharz) 7,9 Carbowx (Polyäthylenglycol) 23,9 Ein typisches Muskeln entsprechendes Material enthält: Material Gewichtsanteile Araldit 100,0 Jeffamin 40,2 BJ-930 7,9 Carbowax 23,9 Kalziumkarbonat 23,9 Ein typisches ~schwammigen Knochen" entsprechendes" Material enthält: Material Gewichtsanteile Araldit 100,0 Jeffamin 40,8 BJ-930 2,0 Carbowax 20,4 Kalziumkarbonat 32,7 Ein typisches Material für die Herstellung von kortikalen Knochen entsprechendem" Gewebe ist folgendes: Material Gewichtsanteile Araldit. 100,0 Je ffamin 40,0 Kalziumkarbonat 140,0 Die ~standardisierten Bezugsknötchen" können aus der folgenden Zusammensetzung gebildet werden: Material Gewichtsanteile Araldit 100,0 Jeffamin Kalziumkarbonat 1,5 Das Phantom wird durch sukzessive Formung der oben genannten Formulierungen gebildet, die den verschiedenen anatomischen Teilen entsprechen, die die Querschnitte des Lebewesens bilden, das einer Untersuchung unterzogen wird. Der Herstellungsprozess erfordert verschiedene Schritte, die nachstehend beschrieben werden: Schritt 1: Eine Styporform mit hoher Dichte wird von Hand in der Form und Grösse der schwammigen Teile der Knochen geformt, die in dem betrachteten Querschnitt vorhanden sind.
Die Oberfläche der Form, die mit dem Plastikmaterial in Verbindung steht, wird mit einem geeigneten Lösungsmittel behandelt, zum Beispiel Silikonfett, Das Plastikmaterial, das eine Zusammensetzung aufweist, die die röntgenographische Dichte schwammiger Knochen wiedergibt, wird nach geeigneter Vorbereitung in die Gussform gegossen, d.h. sorgfältige Vermischung bei geeigneter Temperatur und unter Vakuum der verschiedenen Komponenten der Mischung. Die gegossenen Teile lässt man 18 Stunden bei Raumtemperatur und 3 Stunden bei 1400 Fahrenheit in einem elektrischen Ofen trocknen. Diese Teile werden dann zur Vorbereitung des nächsten Schrittes aus der Form gelöst.
Schritt 2: Jedes schwammige Knochenteil wird durch gründliches Waschen gereinigt. Jeder Gussfehler wird festgestellt.
und durch mechanische Mittel korrigiert. linse dicke Schicht einer Plastikmischung, die die Dichte der kortikalen Knochen wiedergibt, wird nach geeigneter Vorbereitung auf die Teile aufgetragen, die den schwammigen Knochen repräsentieren.
Gewöhnlicherweise werden zwei bis drei Plastikschichten benötigt, die dem kortikalen Knochen entsprechen, die jeweils zwischen jeder Schicht 24 Stunden bei Raumtemperatur gefolgt von drei Stunden im Ofen bei 1400 Fahrenheit nach der letzten Schicht trocknen müssen.
Schritt 3: Eine Styroporform hoher Dichte wird von Hand in der Form von Muskeistrukturen geformt, die in dem betrachteten Querschnitt vorhanden sind. Ein Lösemittel wird aufgetragen und die fertiggestellten Knochenteile werden dann in ihrer jeweiligen Lage in die Form eingelegt und mit Klebeband befestigt. Danach wird die Mischung aus Plastikmaterial, die die röntgenographische Dichte von Muskeln aufweist, wird dann in die Form gegossen. Die Verbindung zwischen dem Knochenteil und der neu gegossenen Plastikmischung erfolgt in einer Trockenzeit von 18 Stunden bei Raumtemperatur und 3 Stunden bei 1400 Fahrenheit.
Nach dem Lösen aus der Form wird das Phantom, das nun die Muskeln mit den darin eingebetteten Knochenteilen enthält, sorgfältig gereinigt und eventuelle Gussfehler werden korrigiert.
Schritt 4: Eine Styroporform hoher Dichte wird von Hand geschnitzt, um die Grösse und Form des Raumes zwischen der Aussenkontur des Körpers und den Grenzen der Lunge zu imitieren. Das Lösemittel wird aufgetragen und das im Schritt 3 geformte Teil wird in die Form eingelegt. Dann wird die Plastikmischung, die die röntgenographische Dichte von Fett aufweist, nach der oben beschriebenen Vorbereitung in die Form gegossen. Diese Plasilkinischung verbindet sich mit dem in Schritt 3 gefertigten Teil nach 18 Stunden Trocknen bei Raumtemperatur gefolgt von 3 Stunden im Ofen bei 1400 Fahrenheit.
Das Phantom, das nun alle Teile des betrachteten Querschnitts enthält, wird nun aus der Form gelöst, gereinigt und eventuelle Gussfehler werden korrigiert.
Schritt 5 Es werden mehrere Styroporformen hoher Dichte mit einer Aussenkontur angefertigt, die der Aussenkontur des nach Schritt 4 erhaltenen Phantoms entspricht, wobei ein Freiraum von 1, 2 und 3 cm zwischen dem Aussenrand des Phantoms aus Schritt 4 und der Gussform aus Schritt 5 verbleibt.
Die Oberflächen der Gussform und des Phantoms aus Schritt 4 werden mmt einem Lösemittel behandelt. Die Oberflächen des Phantoms aus Schritt 4 müssen sorgfältig vorbereitet werden, um eine Verbindung mit der Plastikmischung zu vermeiden, die in die Gussform gegossen wird. Die verw#endete Plastikmischung ist die gleiche wie in Schritt 4. Mit diesem letzten Schritt erhält man eine Reihe von lösbaren Ringen verschiedener Abmessungen, um die Abschwächungseigenschaften von Brustkörben verschiedener Grösse zu simulieren.
Schritt 6: Es wird eine Styroporform hoher Dichte mit zylindrischen Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,4 bis 6 cm angefertigt, die im Abstand von 2mm. angeordnet sind. Die Oberflächen der Gussform werden mit einem Lösemittel behandelt.
Die Plastikmischung, die die minimale röntgenographische Dichte aufweist, bei der ein Lungenknötchen als gutartig betrachtet werden kann, wird nach geeigneter Vorbereitung in die Gussform gegossen. Man lässt die Mischung 18 Stunden bei Raumtemperatur gefolgt von 3 Stunden im Ofen bei 1400 Fahrenheit trocknen. Nach dem Lösen aus der Form werden die Plastikstangen gereinigt und eventuelle Gussfehler werden mechanisch durch geeignete Bearbeitung korrigiert.
Schritt 7: Streifen von Klebeband werden an verschiedenen Teilen des Phantoms, das die Knötchen enthält, befestigt, damit die Teile des Phantoms auf einer Halterung in jeder gewünschten Lage oder Kombination befestigt werden können.
Die Phantomvorrichtung wird wie folgt eingesetzt: Der Patient wird zuerst nach einer Technik abgetastet, die dem besonderen Abtasgerät entspricht, und zwar mit einer Schnittdichte, die höchstens der Hälfte der Grosse des Knötchens des Patienten entspricht. Es werden mehrere Aufnahmen des Knötchens gemacht. Dann wird der Durchmesser des Knötchens des Patienten gemessen und ein als Bezug dienendes Testknötchen ausgewählt, das den gleichen Durchmesser aufweist. Dann wird der Phantomquerschnitt. ausgewählt, der dem Brustkorb des Patienten oder der Ebene des Lungenknötchens am testen entspricht (entweder der obere Torsoquerschnitt oder der untere oder mittlere Torsoquerschnitt)* Dann wird die Dicke der Brustkorbwand des Patienten gemessen und der Phantomquerschnitt wird mit der erforderlichen Anzahl von Fettringen versehen und das Ganze dann auf der Halterung montiert.
Das gewählte Testknötchen wird dann in der gleichen Stellung in der Lungenkavität des Phantoms angeordnet, wie das Knötchen in der Lunge des Patienten. Das montierte Phantom wird dann in: das OT-Abtastgerät in der gleichen Konfiguration und Anordnung wie der Patient eingesetzt. Das Phantom wird dann mit den gleichen technischen Faktoren (Kilovoltage, mA, Puls und Dauer sowie Schichtdicke) abgetastet, die auch für die Untersuchung des Patienten verwendet werden. Um eine Zeitverschiebung zu yermeiden, erfolgt die Abtastung des Phantoms vorzugsweise unmittelbar nach der Untersuchung des Patienten. Das Untersuchungsergebnis des Patienten, bei dem das Lungenknötchen die höchste Dichte aufweist, wird dann mit dem Untersuchungsergebnis des Phantoms verglichen.
Wenn das Lungenknötchen des Patienten eine höhere Dichte aufweist, als das Phantomknötchen, kann das Knötchen des Patienten als gutartig angesehen werden. Sollte das Knötchen des Patienten eine geringere Dichte aufweisen, als das Testknötchen, sollte dieses Knötchen genauer untersucht werden, da die Wahrscheinlichkeit, dass das Knötchen krebsartig ist, grösser ist.
Die Bestimmung, ob das PhantomknUtchen eine höhere oder niedrigere Dichte aufweist, als das Knötchen des Patienten, kann mit zwei verschiedenen Änalysemethoden erfolgen, 1. Methode - Numerische Analyse Bei den meisten konventionellen Abtastgeräten erhält man einen Zahlenausdruck, der einen Teil der Computer-Tomographie wiedergibt. Die Ausdrucke des Bereiches des Lungenknötchens des Patienten, wo die höchsten CT-Zahlen beobachtet werden, werden mit dem Ausdruck des Bereichs des Testknötchens des Phantoms verglichen. Die verwendete Methode der numerischen Analyse ist folgende: 1. Die gesamte Voxel-Zahl, die das Knötchen des Patienten repräsentiert, wird abgeschätzt. Zum Beispiel wird diese Zahl auf 100 geschätzt.
2. Dann werden 10 Prozent dieser Zahl bestimmt. Im vorliegenden Falle ist dies gleich 10.
3. -Dann#wird der der Mittelwert der 10 zusammenhängenden Voxels berechnet, die die höchsten CT-Zahlen aufweisen.
4. Ist dieser Mittelwert höher als die CT-Zahl des Voxeis mit dem höchsten Wert im Ausdruck des Testknötchens, so wird die Läsion als verkapselt betrachtet.
2. MEthode ; Visuelle Analyse Auf allen konventionellen CT-Abtastgeräten können Computer-Tomographien visuell -in-Form von CT-Zahlen in Abständen von 1 bis 4 Hounsfield-Einheiten (H) unter Verwendung eines sogenannten "elektronischen Fensters analysiert werden. Die Breite dieses Fensters wird so' schmall wie möglich gewählt und sollte nicht 4H überschreiten. Die Abtastung des Phantoms mit dem darin enthaltenen Testknötchen wird erst ausgebreitext rund das Fenster bis zu dem#Punkt bewegt, an dem das Testknötchen nicht mehr zu sehen ist, was bedeutet, dass alle das Testknötchen repräsentierenden CT-Zahlen unter der Höhe dieses Fensters liegen.
Dann wird die das Knötchen des Patienten darstellende Computer-Tomographie unter Verwendung der gleichen Fensterhöhe und Fensterweite wie oben aufgezeigt.
Wenn mehr als 10% der gesamten Zahl von Voxels, die das Knötchen des Patienten darstellen, immer noch sichtbar sind und wenn diese Voxeis zusammenhängend sind, kann die Läsion asl verkapselt betrachtet werden.
Bei Abtastgeräten, bei denen es möglich ist, zwei Tomographie: gleichzeitig darzustellen, kann die Analysemethode sehr vereinfacht werden, wenn man gleichzeitig das Bild des Patienten mit dem Lungenknötchen und das Bild des Phantoms mit dem Testknötchen darstellt. Durch Einstellen der Fensterhöhe auf eine sehr enge Fensterweite ist es einfach zu bestimmen, ob die Dichte des Knötchens des Patienten geringer oder höher als die Dichte des Testknötchens ist.
Es versteht sich, dass jede geeignete oder konventionelle Vorrichtung verwendet werden kann, um das Phantom auf einer passenden Halterung anzuordnen und zu befestigen. Vorzugsweise wird ein System mit Klebeband verwendet, um die Vorrichtung zu befestigen. Eine ebene Fläche des Phantoms, ein oder mehrere FQzttringe und eim oder mehrere Testknötchen werden mit einer Schicht Faserschleifen versehen. Die in das Phantom eingreifende Oberfläche der Halterung (die vorzugsweise flach ist) ist mit einer Schicht von in die Faserschleifen eingreifenden Haken versehen. Das mit zusätzlichen Fettringen und Testknötchen versehene Phantom kann dann in geeigneter Weise angeordnet und bewegt werden, indem nur die eingreifenden Flächen berührt werden. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass jede in eine Oberfläche eingreifende Vorrichtung verwendet werden kann, um das Phantom oder die Haltevorrichtung zu positionieren und zu befestigen.
Das erfindungsgemässe Test-Phantom bietet eine von Abtastgerät und Technik unabhängige Methode für die Abschätzung von Lungenknötchen gegenüber einem reproduzierbaren Standardwert, wie dies durch die nachstehenden nicht beschränkten Beispiele gezeigt wird: Beispiel 1 Eine 50 Jahre alte weisse Frau mit einer neu entdeckten 2,5 cm grossen Masse im oberen rechten Lungenflügel, die durch eine Routineuntersuchung im Röntgenbild entdeckt wurde, wurde wie folgt untersucht: Die Patientin wurde mit erhobenen Armen in ein OT-Abtastgerät gelegt. Der gesamte Brustbereich wurde mit 1 cm dicken Querschnitten untersucht, um die Möglichkeit irgend welcher anderer Läsionen im übrigen Brustbereich auszuschliessen.
Es wurde eine Reihe von 1,5 mm dicken Querschnitten bei 120 kVp mit 4,8 Sekunden Abtastzeit, 600 .mA und 2 Puls-Kode durch die Läsion in Abständen von 1,5 mm angefertigt. Dann wurde die Untersuchung der Patientin abgeschlossen.
Die Querschnitte der Patientin wurden untersucht und der besondere Querschnitt ausgewählt, der die höchsten CT-Zahlen des Knötchens aufwies. Das Knötchen befand sich im mittleren Bereich des Brustkorbes. Für den Vergleichstest wurde der mittlere Brustkorbbereich des Phantoms ausgewählt. Die Dicke der Brustwand der Patientin war identisch mit der des Phantoms. Deswegen waren in diesem Falle keine zusätzlichen Fettringe notwendig.
Die Grösse des Knötchens wurde mit 2,5 cm gemessen und es wurde ein Testknötchen ausgewählt, das einen Durchmesser von 2,6 cm aufwies. Die Halterung des Phantoms wurde auf der Platte des CT-Abtastgerätes montiert. Der mittlere Brustbereich des Phantoms wurde wurde auf seiner Halterung in einer Position angeordnet, die mit der des untersuchten Patienten identisch war.
Das ausgewählte Testknötchen wurde im Lungenbereich des Phantoms in der gleichen Position angeordnet, wie diejenige, die auf der Computer-Tomographie des Patienten festgestellt wurde. Das Phantom wurde dann in Stellung gebracht und es wurden einige 1,5 mm grosse Querschnitte des Phantoms mit dem darin angeordneten Testknötchen mit den gleichen technischen Faktoren hergestellt, wie diejenigen, die bei dem Patienten verwendet wurden.
Die Untersuchung des Phantoms erfolgte unmittelbar nach der Untersuchung des Patienten. Die vorher ausgewählte Abtastung des Patienten wurde dann gleichzeitig mit der Abtastung des Phantoms, die die höchste CT-Zahl aufwies, auf dem Abtastge rät dargestellt. Die Fensterbreite wurde auf 4 gesenkt und das Niveau des Fensters wurde nach oben bewegt. Bei 60 Hounsfield war das Knötchen des Patienten vollkommen verschwunden, was bedeutet, dass alle CT-Zahlen des Knötchens unter 60 H lagen. Das Testknötchen war immer noch sichtbar. Dies erlaubte die Schlussfolgerung, dass das Knötchen des Patienten eine geringere Dichte aufwies als das Testknötchen, was bedeutet, dass es bösartig war und mit aggressiveren Mitteln we-iterverfolgt werden sollte. Die Patientin wurde dann einer Operation unterzogen, die zeigte, dass die Läsion ein Krebs vom kleinzelligen Typ war.
Beispiel 2 Ein 55 Jahre alter Patient, der einen Blasenkrebs hatte, wurde einer Röntgenuntersuchung der Brust unterzogen, die ein 1,6 cm grosses Knötchen im rechten oberen Lungenlappen zeigte.
Es wurde eine komplette CT-Untersuchung der Brust mit 1 cm dicken Schnitten durchgeführt. Es zeigten sich keine weiteren Läsionen. Es wurde eine Reihe von 1,5 mm Schnitten durch das Knötchen bei 120 kVp, 4,8 Sekungen Abtastzeit, 600 mA und 2 Puis-Kode angefestigt.
Nach Prüfung des Abtastbildes des Patienten, wurde der Abtastbereich mit der höchsten CT-Zahl für das Knötchen ausgewählt.
Es wurde festgestellt, dass der obere Brustkorbbereich des Phantoms für diesen Fall am geeignetsten war. Eine Messung der Brustwanddicke zeigte, dass ein zusätzlicher Fettring von 1 cm Dicke notwendig war, um sich der Brustwanddicke des Patienten anzupassen. Es wurde ein Testknötchen mit einem Durchmesser von 1,6 cm ausgewählt.
Das Phantom wurde in identischer Stellung zu der des Patienten auf der Halterung angeordnet. Das Knötchen wurde innerhalb des rechten Lungenbereichs des Phantoms in einer Stellung angeordnet, die mit der des Knötchens des Patienten identisch war. Es wurden mehrere Abtastbilder mit einer Dicke von 1,5 mm und den gleichen technischen Faktoren mit dem Phantom unmittelbar nach der Untersuchung des Patienten angefertigt.
Die beiden Abtastbilder wurden nebeneinander dargestellt.
Die Fensterbreite betrug 4, das Niveau des Fensters wurde nach oben bewegt. Bei einer Fensterhöhe von 82 verschwand das Testknötchen des Phantoms komplett. Mehr als die Hälfte der Voxels des Knötchens des Patienten waren immer noch sichtbar, was bedeutete, dass mehr als die Hälfte der Voxels des Knötchens des Patienten eine höhere Dichte als das Testknötchen aufwies, was bedeutete, dass die Läsion gutartig war. Das Knötchen wurde später chirurgisch entfernt und erwies sich als ein Granulom, eine gutratige Läsion der Lunge, die keine Behandlung erfordert.

Claims

Patentansprüche = = = = = = = = = = = = = = = = Röntgenographisches Test-Phantom für die Beurteilung einer Computer-Tomographie von Knötchen in der Lunge eines Lebewesens, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß es eine Einrichtung enthält, welche einen 15 bis 40 mm dicken Querschnitt dieses Lebewesens simuliert, wobei die Gewebe simulierenden Teile dieser Einrichtung aus Materialien bestehen, die röntgenographische oder radiographische Dichten aufweist, welche weitgehend identisch mit denen des entsprechenden natürlichen Gewebes in dem simulierten Querschnitt dieses Lebewesens sind, und die Ausnehmungen (52) enthält, welche in Größe und Form die Lungenkavernen in diesem Querschnitt simulieren.
2. Test-Phantom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe simulierenden Materialien ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehen.
3. Test-Phantom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihm mindestens eine Bezugsvorrichtung zugeordnet ist, die aus einem Material mit vorbestimmter röntgenographischer oder radiographischer Dichte hergestellt ist und ein Lungenknötchen simuliert.
4. Test-Phantom nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lungenknötchen simulierende Vorrichtung in mindestens einer Lungenkavernen simulierenden Ausnehmung (52) angeordnet ist.
5. Test-Phantom nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens ein Lungenknötchen simulierende Vorrichtung wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht.
6. Test-Phantom nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine ringförmige Vorrichtung (50) vorgesehen ist, die das Test-Phantom (10) umschließen kann, aus Material mit röntgenographischer bzw. radiographischer Dichte von Fettgewebe besteht, und eine Größe und Form aufweist, daß sie eine äußere Schicht von Fettgewebe in dem Querschnitt des Lebewesens simuliert.
7. Test-Phantom nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Halterung aufweist, um es so anzuordnen, daß ein Computer-Tomographie durch einen Querschnitt des Phantoms (10) angefertigt werden kann.
8. Test-Phantom nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine Oberfläche an einer ebenen Fläche des Phantoms (10) aufweist, die so ausgelegt ist, daß sie das Phantom (10) an einer zweiten Oberfläche (11) eines Sockels (12) befestigt.
9. Test-Phantom nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche aus Faserschlaufen oder in diese Faserschlaufen eingreifende Haken besteht und die zweite Oberfläche (11) jeweils entgegengesetzt ausgebildet ist.
10. Test-Phantom nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in ein System für Computer-Tomographie (14), das eine Strahlenquelle, einen Strahlendetektor und Mittel zum Halten und Anordnen eines Lebewesens und alternativ des Test-Phantoms (10) zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlen-Detektor aufweist, um eine Computer-Tomographie erzeugen zu können.