Ein neues Software-System (RAMSES) zur Verarbeitung NMR-spektroskopischer Daten in der bildgebenden medizinischen Diagnostik

In der vorliegenden Arbeit solI die NMR-Spektroskopie als Anwen dung analysiert und beschrieben werden, mit dem Ziel, ein System zu schaffen, das NMR-spektroskopische Daten verarbeitet und diese in der medizinischen Diagnostik verwertbar macht. Die Arbeit solI einen Bei trag leisten, die Medizinische Diagnosefindung durch ein Verfahren zu erleichtern, das auf der Methode der kernmagnetischen Resonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) beruht. Ein kUrzlich an der RWTH Aachen ent wickeltes MeBverfahren [GERSONDE, FELSBERG, TOLXDORFF, RATZEL, STROBEL 1984, GERSONDE, FELSBERG, TOLXDORFF 1985, TOLXDORFF 1985], das eine Kombination aus Kernspinresonanz-Spektroskopie und Kernspinresonanz-To mographie ist, bildet dazu den Ausgangspunkt. Eine Analyse der Struktur der dabei anfallenden Daten zeigte, daB eine einfache Darstellung a1s Bild, wie es etwa bei Rontgen-Compu tertomogrammen Ublich ist, nicht ausreicht. FUr jeden Bildpunkt oder das entsprechende Volumenelement liegt namlich nicht nur eine GroB- etwa die Rontgenabsorption y - vor, sondern eine Anzahl von Funktionen fi der zeit, die eine Antwort auf statische und Uberlagerte hochfre quente Magnetfelder darstellen. Sie erlauben RUckschlUsse auf die mo lekulare zusammensetzung des Volumenelementes. Welcher Funktionswert oder welches Funktional zur Bilderzeugung ausgewahlt wird, hangt von der Zielsetzung abo Hier handelt es sich um medizinische Anwendungen mit der Zielsetzung einer durch Bildverarbeitung computerunterstUtzten Diagnosefindung.

Klappentext

In der vorliegenden Arbeit solI die NMR-Spektroskopie als Anwen­ dung analysiert und beschrieben werden, mit dem Ziel, ein System zu schaffen, das NMR-spektroskopische Daten verarbeitet und diese in der medizinischen Diagnostik verwertbar macht. Die Arbeit solI einen Bei­ trag leisten, die Medizinische Diagnosefindung durch ein Verfahren zu erleichtern, das auf der Methode der kernmagnetischen Resonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) beruht. Ein kUrzlich an der RWTH Aachen ent­ wickeltes MeBverfahren [GERSONDE, FELSBERG, TOLXDORFF, RATZEL, STROBEL 1984, GERSONDE, FELSBERG, TOLXDORFF 1985, TOLXDORFF 1985], das eine Kombination aus Kernspinresonanz-Spektroskopie und Kernspinresonanz-To­ mographie ist, bildet dazu den Ausgangspunkt. Eine Analyse der Struktur der dabei anfallenden Daten zeigte, daB eine einfache Darstellung a1s Bild, wie es etwa bei Rontgen-Compu­ tertomogrammen Ublich ist, nicht ausreicht. FUr jeden Bildpunkt oder das entsprechende Volumenelement liegt namlich nicht nur eine GroB- etwa die Rontgenabsorption y - vor, sondern eine Anzahl von Funktionen fi der zeit, die eine Antwort auf statische und Uberlagerte hochfre­ quente Magnetfelder darstellen. Sie erlauben RUckschlUsse auf die mo­ lekulare zusammensetzung des Volumenelementes. Welcher Funktionswert oder welches Funktional zur Bilderzeugung ausgewahlt wird, hangt von der Zielsetzung abo Hier handelt es sich um medizinische Anwendungen mit der Zielsetzung einer durch Bildverarbeitung computerunterstUtzten Diagnosefindung.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Anwendung der NMR-Spektroskopie in der Medizin.- 2.1 Die Aachener Methode.- 2.2 Anwendungsbeispiel.- 2.3 Physikalische Grundlagen der Kernresonanz.- 3. Problemstellung.- 3.1 Allgemeine Aufgabenstellung.- 3.2 Parameter-Selektion.- 3.3 Einordnung in die medizinische Diagnostik.- 3.4 Unterschiede zu traditionellen bildgebenden Verfahren.- 3.5 Datenstrukturelle Probleme.- 4. Lösungskonzept und Gesamtübersicht über das System RAMSES.- 4.1 Anforderungen an die Systemrealisierung und die Systemsteuerung.- 4.2 Systemrealisierung.- 5. Die Methoden des Subsystems EVALUATE zur Berechnung der Relaxationszeiten T1 und T2.- 5.1 Glättungsverfahren.- 5.2 Auswertemethode 1: Semilogarithmische Linearisierung.- 5.3 Auswertemethode 2: Entwicklung nach Eigenfunktionen einer Integralgleichung.- 5.4 Auswertemethode 3: Kombination von semilogarithmischer Linearisierung und Entwicklung nach Eigenfunktionen einer Integralgleichung.- 5.5 Das EVALUATION-Subsystem INVITRO.- 6. Die Methode des Subsystems GENERATE.- 6.1 Begriffe und Definitionen der Bilderzeugung.- 6.2 Die darstellbaren Funktionen.- 6.3 Bilder der Magnetisierung (Echobilder).- 6.4 Parameter-selektive Bilder.- 6.5 Bilderzeugung durch Überlagerungstechnik von Magnetisierungsbildern und parameter-selektiven Bildern.- 7. Die Methoden des Subsystems SELECT.- 7.1 Systemsteuerung im Subsystem SELECT.- 7.2 Die Selektionssteuerparameter der Bildschirmmaske.- 7.3 Plausibilitätskontrolle.- 8. Die Darstellungsmöglichkeiten des Subsystems DISPLAY.- 8.1 Auswertungsbegleitende Darstellungen.- 8.2 Graphische Darstellung von Rasterbildinformationen.- 8.3 Darstellung der Ergebnisse.- 9. Die Methoden des Subsystems IMAGEPROCESSING.- 9.1 Die Kombination von Bildern.- 9.2 Verfahren der Bildverbesserung.- 10. Das RAMSES-SubsystemINFORMATION.- 10.1 Aufbau des Subsystems INFORMATION.- 10.2 Steuerung des Subsystems INFORMATION.- 11. Ein Beispiel aus der medizinischen Anwendung.- Farbbildanhang.