Bildfusion unter Einbeziehung des Ultraschalls

Medizinische Bildfusion als Überlagerung oder Korrelation von Daten aus zwei verschiedenen Schnittbilduntersuchungen ist ein bekanntes Verfahren, das meist als Fusion von PET und SPECT mit den anatomischen Daten von CT oder MRT angewendet wird. PET/CT-Geräte stehen seit einigen Jahren zur Verfügung und haben breite Anwendung gefunden.

Die Herausforderung bei der Einbeziehung des Ultraschalls in die Bildfusionstechnik liegt teilweise im Fehlen eines DICOM-Standards für statische 3-D-Volumina, zum anderen aber auch in der Real-Time-Technik.an sich. Die Einbeziehung der Sonographie in die Bildüberlagerung würde zweifelsohne Vorteile bieten aufgrund der besseren Auflösung, der Untersuchung als Real-Time-Verfahren und der Möglichkeit von gezielten Biopsien.

Es gibt nur wenige Studien zur Bildfusion mit Ultraschall. Einige Studien haben sich mit der Darstellung der Prostata befasst. Die Verbindung von transrektaler Real-Time-Sonographie und CT war hilfreich für die Seed-Implantation [Steggerda M, et al. Med Phys 2005; 32: 2262-2270]. Die Kombination von MRT und transrektalem Ultraschall war sowohl für die Festlegung der Brachytherapie der Prostata [Reynier C, et al. Med Phys 2004; 31: 1568-1575] als auch für die stereotaktische Biopsie [Kaplan I, et al. Magnetic Resonance Imaging 2002; 20: 295-299] von Nutzen, da die Prostata besser dargestellt und das Volumen des Organs besser abgeschätzt werden konnte. Auch waren gezieltere Biopsien möglich.

Bei der Darstellung des Gefäßsystems erlaubte die Fusion von intravaskulärem Ultraschall mit zweidimensionaler Angiographie eine genaue Rekonstruktion der Gefäßanatomie [Cothren RM, et al. Int J Cardiac Imaging 2000; 16: 69-85]. In der Neurochirurgie wurde die Bildfusion mit einem Neuronavigationssystem an Modellen getestet [Schlaier JR, et al. Acta Neurochirurgica 2004; 146: 271-277]. Bei der Kombination von MRT und Sonographie in der ultraschallgesteuerten Neurochirurgie wurde ebenfalls eine verbesserte Darstellung von Tumoren erreicht [Lindseth F, et al. CARS 2001: 247-252].

Zur Zeit gelangen kommerzielle Ultraschallgeräte auf den Markt, die CT- oder MRT-Bilder und Ultraschall-Real-Time-Aufnahmen auf einem geteilten Bildschirm darstellen. Das Ultraschallsystem ist an einen magnetischen Sensor angeschlossen, der Informationen über die Lokalisation der abdominellen Ultraschallsonde überträgt. Die vorab gespeicherte CT-Untersuchung wird in Projektion auf das Ultraschallbild reformatiert. Wenn das Tracking-System funktioniert, sollte eine Voxel-zu-Voxel-Korrelation der CT- und der Ultraschallbilder resultieren.

Die Methode kann in verschiedenen Fällen nützlich sein. Es könnte zum Beispiel vorkommen, das eine pathologische Veränderung nur im CT oder MRT sichtbar ist und eine Biopsie oder Drainage erforderlich ist. Limitiert wird das Vorgehen durch die Tatsache, dass die Ziellinie für die Biopsie nur auf dem Ultraschallbild dargestellt wird. Wenn die bildgebenden Verfahren nebeneinander und nicht als Überlagerung präsentiert werden, könnte dies ein technisches Problem für die Nadelführung darstellen. Weitere mögliche Anwendungsbeispiele wären Abszesse mit Lufteinschlüssen (Abb. [1]) oder die Auswertung von Behandlungsergebnissen, wo ein On-screen-Vergleich zwischen der aktuellen Ultraschalluntersuchung und der vorangegangenen CT-Darstellung durchgeführt werden kann. Auch in der Ausbildung kann die Anwendung des Systems von Nutzen sein.

Links, Left

Rechts, Right

Leberabszess mit Lufteinschluss. Links: CT; rechts: US (EUB 8500, Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan).

Liver abscess containing air. Left: CT image. Right: US image (EUB 8500, Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan).

Image Fusion Involving Ultrasound

Medical image fusion, meaning overlaying or correlating data achieved from two cross-sectional imaging modalities, has already been described, usually in form of a fusion of PET or SPECT with the anatomical data of CT or MRI. PET/CT scanners have been available for some years and are gaining widespread use.

The challenge for image fusion involving ultrasound is in part the lack of a DICOM standard for static 3D-volumes and in part the real-time examination. No doubt there would be potential benefits by including ultrasound in the image fusion not least because of its better small part resolution, the real-time images and the readiness of guided biopsy.

There are only few available studies using image fusion with ultrasound. Some studies have dealt with prostatic imaging. The combination of real-time transrectal ultrasound and CT was useful in the assessment of seed implantation [Steggerda M, et al. Med Phys 2005; 32: 2262-2270], and the combination MRI and transrectal ultrasound was useful for determining brachytherapy of the prostate [Reynier C, et al. Med Phys 2004; 31: 1568-1575] and for stereotactic biopsy [Kaplan I, et al. Magnetic Resonance Imaging 2002; 20: 295-299], offering better visualisation of the prostate, a better estimation of the prostate volume and more precise biopsies.

In vascular imaging intravascular ultrasound fused with biplane angiography allowed an accurate reconstruction of the vessel's anatomy [Cothren RM, et al. Int J Cardiac Imaging 2000; 16: 69-85]. In neurosurgery, image fusion with a neuronavigation system has been tested on models [Schlaier JR, et al. Acta Neurochirurgica 2004; 146: 271-277], and when combining MRI and ultrasound in ultrasound guided neurosurgery a better visualisation of tumours has been found [Lindseth F, et al. CARS 2001: 247-252].

Currently entering the market are commercial ultrasound systems displaying a CT or MRI examination and real-time ultrasound simultaneously on a split screen. The ultrasound system is connected to a magnetic sensor transmitting information about the location of the abdominal ultrasound probe. Simultaneously, the pre-stored CT examination is reformatted in a projection to fit the ultrasound image. If the tracking system is appropriate there should be exact voxel-to-voxel correlation of the CT and ultrasound images.

The method could be useful in several cases. One example is where pathology is only visible on CT or MRI and biopsy or drainage is needed. One limitation is that the biopsy guideline will only be displayed on the ultrasound image, and if the imaging modalities are displayed side by side and not as an overlay this could prove a technical problem for needle guidance. Other potential useful examples could be in visualising abscesses containing air (Fig. [1]), or in the evaluation of treatment where one can compare on screen the present ultrasound examination to a previous CT examination. Also of potential benefit is the use of the system in education.

C. Ewertsen, H. S. Grossjohann, M. B. Nielsen, Copenhagen