Programmreport 2012 - DORIS - Bundesamt für Strahlenschutz

Ergebnisse
TB 04
trennten Arbeitsgängen gescannt werden musste, was wiederum zu einem beträchtlichen Aufwand bei der
Zusammenführung dieser einzelnen Bilddatensätze zu einem Gesamtvolumen führte.
4.1.4 Datenverarbeitung
Die Rohversion der hochauflösenden CT-Teilscans wies eine Größe von jeweils ca. 2 - 8 GB auf. Der Kombination
mehrerer Teilscans zu einem Gesamtdatensatz und dessen Anzeige bzw. Verarbeitung auf einem
Standard-Computersystem musste daher eine Datenreduktion vorausgehen.
Eine Datenreduktion wurde beim Lungenphantom erreicht durch
- Zuschnitt der Schichtbilder auf die maximale Abmessung der Präparate,
- Entfernen von randständigen Schichten, die keinen Teil des Präparats enthielten,
- Verrechnung überlappender und Artefakt-armer Bereiche aneinander angrenzender Teilscans mit gleitendem
Übergang durch gewichtete Mittelung.
Insgesamt erreichten diese Maßnahmen eine Reduktion des Datenvolumens von 22 GB auf 6,6 GB unter Erhalt
der Auflösung in Raum und Pixelwerten.
Für die spätere Simulation von Organdosen muss die Zugehörigkeit eines Voxels zu einem bestimmten Gewebetyp
bzw. Organ festgelegt werden, d. h. die Daten segmentiert werden. Die in CT-Daten visualisierten
Schwächungskoeffizienten des durchstrahlten Materials können aber nicht immer eineindeutig in Gewebezugehörigkeiten
umgerechnet werden. Die hohe Anzahl an Voxeln in den neuen Datensätzen machte jedoch
eine manuelle Segmentierung praktisch unmöglich, so dass Lösungen für eine zumindest teilautomatische
Behandlung der Daten gefunden werden mussten.
Die erste Schwierigkeit hierbei stellte die Abtrennung des eigentlichen Lungengewebes von dem Zellstoff-Material
dar, das zur Halterung des Präparats eingesetzt wurde. Weil es in direktem Kontakt mit dem Gewebe
lag und seine Pixelwertebereiche sich an vielen Stellen mit denen des Gewebes überdeckten, war eine Unterscheidung
mit einem Schwellwert nicht möglich. Einfache Erosionsverfahren scheiterten am Verlust von
Strukturen im Phantom. Das Problem wurde letztendlich gelöst, indem für jede Schicht eine Serie von manuell
an den Phantomrändern gesetzten Punkten zu einem geschlossenen Spline verbunden und daraus eine binäre
Maske erzeugt wurde. Das Multiplizieren dieser Maske mit den Bilddaten setzte dann die Pixel außerhalb
des Phantoms auf Null.
Mangels einer hinreichend allgemeinen und zuverlässigen Methode der Gewebetypsegmentierung wurde
letztendlich entschieden, die Pixelwerte im Phantom in 20 kontrasterhaltende Bereiche einzuteilen und diesen
für die Simulation im Voxelmodell jeweils eine eigene Dichte und Elementmischung zuzuweisen.
Das Vorgehen bei der Datenreduktion des aus 9 Teilscans und insgesamt 13,4 GB bestehenden Mamma-
Datensatzes folgte im Prinzip dem Ablauf beim Lungendatensatz. Für die jeweils drei Teilscans eines physischen
Phantomteils wurden die rekonstruierten Schichten zugeschnitten, Schichten ohne Phantomanteil entfernt
und die Überlappbereiche von zwei, für einige Schichten auch drei Teilscans gewichtet gemittelt. Wie bei
der Verarbeitung der Lungendaten war auch in diesem Fall eine Skalierung der Grauwerte nötig, um die
Teilscans zur Deckung zu bringen.
Die nach mehreren Arbeitsschritten vorliegenden drei Datensätze für die Phantomteile waren zusammen nur
noch 2,85 GB groß bei einer Voxelabmessung von ca. 95,4 µm 3 .
Um aus dem nach der weitgehend informationsverlustfreien Datenreduktion zur Verfügung stehenden dreiteiligen
Datensatz ein für Bildgebung und Dosimetrie verwendbares Voxelphantom zu erstellen, verblieben zwei
wesentliche Herausforderungen, die zum Ende der Projektlaufzeit noch teilweise ungelöst sind. Zum einen
war dies die Segmentierung der Daten in Gewebetypen, zum anderen mussten die drei Datensätze der physisch
getrennten Teile des Mammapräparats wieder zusammengesetzt werden.
Die drei Datensätze ließen durch ihre innere Struktur sowie die unterschiedlichen Hautgewebedicken eine Zuordnung
der im Originalpräparat angrenzenden Schnittkanten zu. Es war auch möglich, die Schichten so zu
rotieren, dass jeweils zwei Scans zu den Schichtbildrändern parallele Kanten aufwiesen. Eine leichte Verformung
der Präparatteile durch die Transporte und Scans führte jedoch dazu, dass die Kanten nicht mehr genau
zueinander passten.
Wie beim Lungenphantom war die Zuordnung von Pixelwerten zu Gewebetypen nicht eineindeutig möglich.
Die in den Bilddaten vorhandenen Kontraste ließen zwar eine Abtrennung des Fettgewebes vom Rest des
Präparats zu, aber Gefäßwände, Drüsen und Hautschichten wiesen jeweils einen breiten Bereich höherer Pixelwerte
auf, der vor allem bei kleinen Details stellenweise fast übergangslos aus dem Fettgewebe hervorzugehen
scheint. Bei näherer Betrachtung war selbst die bei der Lunge verwendete Lösung einer Einteilung der
42 Ergebnisse der abgeschlossenen Forschungsvorhaben im Jahr 2012 - TB 04