FUNGO/KWF-werkgemeenschap 'Beeld- en signaalvormende technieken in de geneeskunde'

Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1986;130:1338-43
Download PDF

Vergadering gehouden op 28 november 1985 te Amsterdam

C.J.G.Bakker (Utrecht), Contrast en contrastoptimalisering bij nucleaire magnetische resonantie

Het contrast in een met nucleaire magnetische resonantie (NMR) verkregen afbeelding wordt bepaald door:

– het in het object aanwezige, zg. intrinsieke, contrast;

– de contrastoverdracht in het beeldvormende systeem, in casu de NMR-scanner;

– de wijze waarop de digitale beeldinformatie wordt gerepresenteerd;

– de beoordeling door de waarnemer (subjectief contrast). De determinanten van het beeldcontrast werden kort besproken. Vervolgens werd uitgebreider ingegaan op het tweede aspect: de contrastoverdracht in een NMR-scanner. Deze hangt o.a. af van de toegepaste excitatie- en detectietechnieken, alsmede van de ruiseigenschappen van het systeem. De keuze van de hiermee samenhangende instrumentele eigenschappen bepaalt hoe sterk de verschillende objectkenmerken in de afbeelding tot uitdrukking zullen komen. Bij geschikte keuze van instrumentele eigenschappen is het bijvoorbeeld mogelijk met de relaxatietijden T1 of T2 een gedomineerde afbeelding te produceren, of een afbeelding waarin de chemische verschuiving als belangrijkste determinant optreedt, etc. Door van een objectsnede een serie verschillende afbeeldingen te maken, is het bovendien mogelijk zuivere parametrische beelden van die objectsnede te verkrijgen. Getoond werd hoe deze afbeeldingen kunnen dienen als uitgangspunt voor simulatie-onderzoekingen waarin wordt onderzocht hoe bepaalde weefselafwijkingen met optimaal contrast kunnen worden afgebeeld.

P.E.Sijens, W.M.M.J.Bovée, D.Seijkens, P.Koole en G.Los (Utrecht), Onderzoek met fosfor-nucleaire magnetische resonantie naar de reactie van tumoren op radiotherapie en hyperthermie

Lokaliserende fosfor (31P)-nucleaire magnetische resonantie (NMR)-spectroscopie kan informatie verschaffen omtrent de cellulaire fosfaatverbindingen die betrokken zijn bij de stofwisseling van tumoren. Het in vivo-NMR-spectrum van de meeste tumoren bestaat uit 8 resonanties. Vergeleken met andere weefsels vertonen de 31P-NMR-spectra van tumoren hoge niveaus aan fosfomonoësters en anorganisch fosfaat (Pi). Naarmate tumoren groeien, worden ze slechter van bloed voorzien en dientengevolge meer hypoxisch en necrotisch, wat resulteert in daling van de ATP-concentratie ten gunste van de concentratie aan Pi (figuur).

De beste perspectieven voor de 31P-NMR in de oncologie ziet men in het op niet-invasieve wijze volgen van de reactie van tumoren op therapie. Zo werd door ons het effect onderzocht van behandeling met 10 en 20 Gy gamma-straling op de stofwisseling van mammacarcinoom NU-82, een onderhuids aan DBA-2-muizen geënte tumor. Gedurende de eerste 8 uur na een dosis van 10 Gy bleek de verhouding ATPPi tot een niveau van 120 (SEM 15) van de uitgangswaarde toe te nemen. Deze stijging werd gevolgd door een daling van de verhouding tot 74 (12) na 47 uur. Gedurende de tijd van waarneming vertoonden bestraalde tumoren geen veranderingen in volume en intracellulaire pH. Histologisch werd aangetoond dat door straling geïnduceerde necrose grotendeels verantwoordelijk is voor de waargenomen spectrale veranderingen. De spectroscopische reactie van dezelfde tumor op lokale hyperthermie is na een niet-extreme dosis van 15 min 45°C zeer ingrijpend. De daling van de verhouding ATPPi die dan optreedt, tot 12 (6) na 18 uur, wordt, in tegenstelling tot de reactie op radiotherapie, bij deze tumor niet door het afsterven van cellen veroorzaakt. Na soortgelijke behandeling (radiotherapie, hyperthermie) van spierweefsel traden daarin slechts geringe spectrale veranderingen op.

H.K.Wijrdeman en C.J.G.Bakker (Utrecht), Toepassing van nucleaire magnetische resonantie-beeldvorming in de radiotherapie

Nucleaire magnetische resonantie-beeldvorming (MRI) heeft zich ontwikkeld tot een afbeeldingsmodaliteit met een brede scala van mogelijkheden. Ook voor de radiotherapie is er een aantal toepassingsmogelijkheden: (a) tumorlokalisatie, (b) ‘treatment planning’ en (c) weefselkarakterisering.

Ad a: het vastleggen van de tumoruitbreiding ten opzichte van de omgevende structuren is van groot belang in de radiotherapie. Het hoge weke-delencontrast van MRI maakt het mogelijk te differentiëren tussen tumor en niet-afwijkend weefsel. Met MRI kan men door transversale, sagittale, coronale maar ook willekeurig georiënteerde doorsneden het tumorvolume driedimensionaal vastleggen. Tumorregressie tijdens en na behandeling kan op deze manier worden afgebeeld.

Ad b: de gegevens van de driedimensionale afbeeldingen kunnen gebruikt worden voor een behandelingsplan. De optimale dosisverdeling kan worden gezocht, waarbij de tumor een adequate dosis ontvangt en de omgevende structuren niet te veel worden belast.

Ad c: op grond van de protondichtheid en de relaxatietijden T1 en T2 kan weefselkarakterisering worden uitgevoerd. Er bestaat echter wel een overlap tussen verschillende afwijkingen. Voor de radiotherapie ligt het belang in het volgen van de tumor door vergelijking van de grootheden voor en na de bestraling. Op een niet-invasieve manier kan mogelijk gedifferentiëerd worden tussen fibrosering en eventueel optredend recidief.

W.Bovée, R.Chamuleau, J.Creyghton, N.Deutz en A.de Graaf (Delft), Kernspinafbeelding in Delft: in vivo-spectroscopie

Onderzoek wordt gedaan naar: (1) het ontwikkelen van methoden en apparatuur op het gebied van kernspinafbeelding en spectroscopie en (2) evaluatie en toepassing van het onder (1) genoemde in samenwerking met o.a. de academische ziekenhuizen van de universiteiten van Amsterdam (AMC) en Utrecht. Op het gebied van de spectroscopie wordt o.a. onderzoek verricht naar: (a) lokalisatie via oppervlaktespoelen en via de zogenaamde chemische verschuivingsspinafbeelding; (b) proton-NMR in combinatie met onderdrukking van het watersignaal. Met proton- en fosfor-NMR bij proefdieren worden hersenischemie en het levercoma bestudeerd; ook tumorrespons op therapie wordt bestudeerd (zie de bijdrage van P.Sijens et al.).

Er werden enige resultaten gegeven van onderzoek met 31P-NMR naar de invloed van nimodipine op het verloop van hersenischemie en naar de veranderingen in het energiemetabolisme van de hersenen tijdens de ontwikkeling van een levercoma. Ook werden enige protonspectra van hersenen en tumoren getoond. Ten slotte kwamen enige resultaten op het gebied van chemische verschuivingsspinafbeelding aan de orde.

B.M.ter Haar Romeny (Utrecht), Recente ontwikkelingen in de adaptieve histogram-equalisatie

Bij veel digitaal verkregen beelden is het dynamisch bereik van de verkregen intensiteiten zo groot, dat het oog de verschillende stappen in de grijswaarden niet meer goed kan onderscheiden. Bijvoorbeeld bij computertomografie (CT) kunnen de pixelwaarden (uitgedrukt in Hounsfield units) waarden aannemen van – 1000 (lucht) tot 3000 (zeer dens bot), terwijl het oog in staat is 100-140 grijswaarden te onderscheiden. Eén van de oplossingen is het bekijken van deze beelden met meerdere venster-instellingen (‘window-settings’), meestal interactief. Hierbij wordt slechts een gedeelte van het beeld optimaal afgebeeld.

Bij adaptieve histogram-equalisatie (AHE) wordt het contrast ter plaatse bepaald uit het histogram van de onmiddellijke contextuele omgeving van het punt. In een beeld van 2562 is een contextueel gebied van 322 pixels een goede keus gebleken. Door Pizer et al. (1984) is gevonden dat bilineaire interpolatie tussen de centra van de contextuele gebieden hetzelfde resultaat oplevert als de berekening per pixel, wat tot grote rekentijdbesparing leidt. Met AHE zijn nu gelijktijdig alle structuren in één beeld zichtbaar, ongeacht hun dynamisch bereik. In homogene gebieden (bijv. bij CT van de lever) levert de daar optredende grote contrastversterking echter een sterke piek in het histogram. Door de hoogte van het histogram te beperken (‘clipping’), en de overblijvende pixels lineair te redistribueren over alle bins over de intensiteitsschaal, kan het contrast selectief in homogene gebieden beperkt worden (‘contrast limited adaptive histogram equalization’, CLAHE). Een ‘receiver operating characteristic’ (ROC)-onderzoek naar het effect van CLAHE op de zichtbaarheid van levertumoren in CT-scans leverde een gelijke detectiekans met en zonder CLAHE, wat betekent dat beelden bewerkt met CLAHE in principe dezelfde diagnostische waarde hebben als gevensterde beelden, met als extra voordeel de beschikbaarheid van de volledige context in het beeld. CLAHE kan in principe tot filmbesparing leiden (geen afdrukken meer bij meerdere ‘windows’). Het berekenen van een CLAHE voor een beeld van 256 x 256 pixels duurt nu 22 s op een standaard 16 bit minicomputer zonder ‘array processor’. Dit is acceptabel. CLAHE leidt tot verbetering bij beelden van alle modaliteiten (CT, digitale subtractie-angiografie, NMR en Digital Röntgen). Voor optimaal gebruik is koppeling aan een perceptief lineaire schaal een vereiste.

R.M.Heethaar, H.Stegehuis en T.van der Werf (Utrecht, Nijmegen), Bepaling van weefseldoorstroming met densitometrische technieken

Doel van het onderzoek is het verkrijgen van kwantitatieve informatie over:

– bloedstroming door arteriën en venen;

– regionale perfusie(verschillen) in organen in normale en pathologische situaties.

Vooralsnog zijn onderzoekingen uitgevoerd aan de hartspier. Uitgegaan wordt van röntgencontrastopnamen van het hart, na selectieve injectie van contrastvloeistof. Voor, tijdens en na injectie worden filmopnamen gemaakt met een frequentie van 25 beeldens. Het hart wordt kunstmatig gestimuleerd, via een catheter in het rechter atrium met een frequentie, die enkele slagen hoger is dan de sinusfrequentie. Het stimulatie-interval is een geheel veelvoud van 40 ms, zodat hartslag en filmfrequentie volkomen op elkaar zijn afgestemd. Daarmee wordt het mogelijk beelden met en zonder contrastvloeistof te selecteren uit precies overeenkomende fasen van de hartcyclus. Deze corresponderende beelden worden vervolgens met een camera en een AD-converter gedigitaliseerd en in het geheugen van een beeldverwerkend systeem opgeslagen, waarna digitale subtractie met succes kan worden toegepast. Tijdens de röntgenopnamen ademt de patiënt niet om bewegingsartefacten door de ademhaling tegen te gaan. Met het beeldverwerkende systeem kan in het gedigitaliseerde beeld een gebiedje van willekeurige grootte of positie gekozen worden, waarbinnen de totale zwarting berekend kan worden.

Uit het verloop van de zwarting van de film, door de contrastmiddelpassage, in deze speciaal gekozen gebieden, bijv. over de coronairvaten of gebieden die van bloed worden voorzien door een gestenoseerde arterie werd een indruk verkregen van de perfusieverbetering bij 10 patiënten voor en na percutane transluminale coronairangioplastiek (PTCA). Vooral de tijd voor het bereiken van de maximale absorptie neemt na PTCA sterk af. Kwantitatieve informatie over de feitelijke hoeveelheid contrastmiddel werd verkregen door kalibratie met speciaal voor dit doel geconstrueerde en meegefilmde jodiumhoudende wiggen van kunststof.

M.A.O.Thijssen en J.H.J.Ruijs (Nijmegen), ‘Dual energy computerised tomography’

Bij de huidige CT-scanners wordt de doorsnede van de patiënt gereconstrueerd met gegevens, die verkregen zijn met een vast spectrum röntgenstraling. Dit levert een afbeelding, waarin de morfologie een hoofdrol speelt en die een voldoende nauwkeurige representatie van het lichaam is. De getallen die door de computer voor de verschillende weefsels berekend zijn – de zgn. Hounsfield- of CT-waarden – variëren echter met de positie van het weefsel in het lichaam, de dikte van de patiënt, de plaats van de patiënt in het meetvlak van de scanner en de toestand van die scanner zelf. De belangrijkste reden daarvan is, dat de straling van samenstelling verandert als ze de patiënt passeert: de opharding. Dit maakte het tot nu toe niet goed mogelijk veranderingen van het weefsel in de loop van de tijd te constateren of het type weefsel vast te stellen binnen het lichaam aan de hand van CT-waarden.

De vraag naar een grotere nauwkeurigheid van de CT-getallen, zodat de reactie van een patiënt op de behandeling gevolgd kan worden, komt vooral door het vroegtijdig willen opsporen en behandelen van patiënten met osteoporose. Hetzelfde geldt voor de behandeling van hemochromatose en de jodiumtherapie van de schildklier waar resp. de concentraties ijzer en jodium moeten worden vastgesteld. Nu bestaat sinds enige tijd op onze Somatom DR3 CT-scanner de mogelijkheid in een klinisch bruikbare tijd – gemiddeld 1 minuut per scan- de nauwkeurigheid van de CT-getallen sterk te verbeteren: de ‘dual energy’ CT(DECT)-scanning‘). Met twee verschillende spectra (afwisselend 125 en 85 kV) worden projecties van de patiënt in verschillende richtingen gemaakt, waardoor het mogelijk wordt de absorptie van straling door de patiënt te scheiden in een aandeel van weefsel met een hoog resp. laag effectief atoomnummer. Deze bijdragen kunnen elk afzonderlijk in een afbeelding worden ongezet, waardoor informatie verkregen wordt over de samenstelling van het weefsel. Tevens kan uit deze meting worden berekend hoe de absorptie geweest zou zijn als niet met een spectrumröntgenstraling gescand zou zijn, maar met een monochromatische bundel. De effecten van de bovengenoemde opharding van de straling worden daarmee weggewerkt en het resultaat is een veel nauwkeuriger berekening van de absorptiewaarden in het lichaam, waardoor de resultaten van een therapie vroegtijdig kunnen worden vastgesteld, zodat eerder besloten kan worden de therapie te stoppen dan wel voort te zetten. Verdere klinische en fysische ontwikkeling van deze techniek is dringend gewenst.

L.J.Th.O.van Erning, F.M.J.Heystraten en K.van Leeuwen (Nijmegen), Mogelijkheden en problemen bij toepassing van computertomografie in cardiologie

Bij computertomografie bewegen de bron en de detector-array ten opzichte van het object bij een scanner van de derde generatie. Tijdens de scanbeweging worden er een aantal projecties van het object gemaakt. Het is daarom van belang dat het object zich tijdens het maken van de scan niet beweegt. Een scan van de borstkas ter hoogte van het hart laat een scherpe afbeelding van de thorax zien en een uitgesmeerde ‘gemiddelde’ afbeelding van het hart. Om een ‘stilstaande’ afbeelding van het hart te maken is een momentopname noodzakelijk. Hiertoe worden uit de vele projecties die tijdens een scan worden gemaakt, alleen de projecties geselecteerd die op een bepaald moment in de hartslag gemaakt zijn. Voor de bepaling van deze tijdsmomenten wordt het ECG-signaal tijdens het scannen geregistreerd en bij de zg. ruwe data opgeslagen. Omdat niet alle projecties van een enkele scan gebruikt worden, is het noodzakelijk voor het bereiken van de gewenste beeldkwaliteit meerdere scans te maken waaruit bepaalde projecties worden gebruikt voor de beeldreconstructie van het ‘stilstaande’ hart. Het maken van meerdere scans heeft echter het nadeel dat de tussentijdse ademhaling aanleiding geeft tot verschillende posities van de thorax, met als gevolg verplaatsingen van het hart, die niet gerelateerd zijn aan het ECG. In de methode die in Nijmegen wordt toegepast is ‘prospective gating’ gebruikt. Dit houdt in dat elke volgende scan wordt gemaakt op een tijdsmoment, dat zo gunstig mogelijk ligt voor het verkrijgen van nog ontbrekende projecties. Doordat het reconstructietijdstip binnen een RR-interval vrij kan worden gekozen, is het mogelijk een reeks plaatjes te maken van eind-diastolische tot eindsystolische fase. Door het aangeven van contouren die de atria en (of) de ventrikels begrenzen, kunnen voor elke hartfase bepaalde afstanden en oppervlakten worden berekend. Door bepaalde modellen van de hartvorm te kiezen, zoals ellipsoïde en kegelvormen, kunnen slagvolume, ejectiefractie, wandbeweeglijkheid en het tijdsverloop van deze grootheden binnen het RR-interval worden weergegeven.

G.W.M.Visser, O.Zwaagstra, G.C.M.Gorree, P.Moonen, J.D.M.Herscheid en A.Hoekstra (Amsterdam), Synthese en tumorlokaliserende eigenschappen van( 18F)-5-fluorocytosine-arabinoside en (18F)-5-fluorocyclocytidine

Cytarabine (Ara-C) (1) is tot nu toe de meest succesvolle antimetaboliet ooit gesynthetiseerd. Het middel bezit antivirale en immunosuppressieve activiteit en wordt gebruikt als cytostaticum bij acute myeloblastenleukemie (AML). De effectiviteit van cytarabine blijkt af te hangen van de snelheid van de opname ervan in de cel en de intracellulaire fosforylering ervan; anders wordt cytarabine door cytidinedeaminase (CDA) snel omgezet in het biologische inactieve en metabolisch inerte Ara-U. Om die reden wordt getracht de biologische levensduur van cytarabine te verlengen door enerzijds een CDA-remmer zoals tetrahydro-uridine toe te voegen of anderzijds gebruik te maken van cyclocytidine (3), een precursor van cytarabine.

In een onderzoek van het Radio-Nucliden-Centrum van de Vrije Universiteit te Amsterdam waarbij cytostatica gelabeld worden met 18F ten einde ze te kunnen gebruiken als testcytostatica ten behoeve van chemotherapieplanning bij patiënten, hebben wij (18F)-5-fluorocytosine-arabinoside (2) en (18F)-5-fluorocyclocytidine (4) gesynthetiseerd en hun in vivo-distributie bepaald in goudhamsters met voor cytarabine gevoelige Greene-melanoma.

Verbinding 4 gaf geen interessante resultaten te zien; voor verbinding 2 werd evenwel na 4 uur een tumorbloed- en tumorspier-verhouding van respectievelijk 13 en 11 gevonden, waarbij opgemerkt mag worden dat de opname in de tumor uitgedrukt in cpmgram weefsel dat van andere organen in ruime mate overschreed. Op grond hiervan mag gesteld worden dat het nieuwe radiofarmacon 2 een zekere potentie als tumorlokaliserend agens bezit.

J.van der Plas, A.van Langevelde en E.K.J.Pauwels (Leiden), Het gemerkte 5-jood-2-thiouracil: een mogelijk radiofarmacon voor melanoomtherapie

De mogelijkheden om melanomen te behandelen door endoirradiatie van met radioactief jodium gemerkt 5-jood-2-thiouracil (125I-ITU) werden onderzocht in melanoomcelkweek en in Syrische goudhamsters geïmplanteerd met een Greene-melanoom. Celkweekstudies met melanoomcellen toonden aan dat 125I-ITU ingebouwd wordt in nieuw gesynthetiseerd melanine. Deze inbouw bleek geheel tyrosinase-afhankelijk en kon worden gestimuleerd door 1 mmol theofylline, door 0,1 µmol 4-norleucine,7-D-fenylalanine-?-MSH (nor-MSH) en door 0,1 µmol cytarabine (Ara-C). Cytarabine remt in deze concentratie de celgroei voor 30. In hamsters met een melanoom wordt 125I-ITU in de tumor vastgehouden (verhouding opname na 24 uur: tumorhuid 6,2, tumorbloed 4). De opname als percentage van de dosis per g dier per g tumor is ca. 100; van deze 100 is 90 niet extraheerbaar met trichloorazijnzuur, de radioactiviteit wordt niet ingebouwd in DNA.

Indien hamsters werden voorbehandeld met theofylline of nor-MSH door herhaalde intraperitoneale injecties, had dit geen effect op de ITU-opname in organen en tumor. Toediening van nor-MSH door middel van een osmotische pomp, geïmplanteerd in de buikholte (1 µguur gedurende 30 uur), verdubbelde de opname en inbouw van ITU in de tumor. Ook toediening van cytarabine (5 mg i.p. dagelijks gedurende 4 dagen) verhoogde de ITU-inbouw in de tumor.

Voorbehandeling van het tumordragende dier met geschikte farmaca kan de inbouw van 125I- of 131I-ITU in de tumor verhogen en daardoor wellicht een dusdanige hoeveelheid radioactiviteit in de tumor brengen dat een therapeutisch effect mogelijk wordt.

A.Zwijnenburg (Amsterdam), ‘Dual isotope’ emissietomografie van de long

Een goede gaswisselingsfunctie van de long is in hoge mate afhankelijk van een goede regionale matching van ventilatie en perfusie. Regionale mismatching komt voor bij diverse vormen van algemene longaandoeningen, maar kan ook iatrogeen ontstaan, vooral bij therapieën die in de oncologie gebruikt worden.

Een methode werd ontwikkeld waarbij met scintigrafische technieken de driedimensionale verdeling van ventilatie en perfusie zichtbaar werd gemaakt. Uit de analyse van die beelden werden continue verdelingen van ventilatie-perfusie-verhoudingen gereconstrueerd. Er werd gebruik gemaakt van ‘dual isotope’ single photon emission computed tomography, waarbij gelijktijdig de activiteitsverdelingen van geïnhaleerd 81mKr-gas en van intraveneus toegediende 99mTc-microsferen tomografisch werden geregistreerd. Uit de tomografische beelden werden transaxiale doorsneden gereconstrueerd en daaruit werd de longcontour gedetecteerd. Het totale longvolume binnen de contour bleek goed te correleren met de functionele residuale capaciteit, gemeten met de heliumverdunningsmethode (r = 0,94). Vervolgens werden per doorsnede ventilatie, perfusie en verhouding tussen ventilatie en perfusie berekend, nadat de 81mKr-activiteit was gecorrigeerd voor regionale verschillen in specifieke ventilatie.

Bij 11 normale proefpersonen bleek gemiddeld 91 van het longvolume een ventilatie-perfusie-verhouding tussen 0,8 en 1,2 te hebben, wat overeenkomt met gegevens uit de literatuur.1 Omdat bij deze berekening eventuele ongelijkmatigheid hierin kan worden gemaskeerd, werden ventilatie, perfusie en ventilatie-perfusie-verdelingen ook per voxel berekend. Deze tonen grote overeenkomst met de verdelingen die West verkrijgt met zijn ‘multiple inert gas elimination technique’.1 Met deze methode wordt nu onderzoek gedaan naar het ontstaan van beschadiging van de long bij mantelveld- en schampveldbestraling en bij behandeling met chemotherapeutica die toxisch zijn voor de longen. Daarnaast zal bestudeerd worden hoe de ventilatie-perfusie-verdelingen zich gedragen bij de diverse vormen van algemene longaandoeningen.

J.W.van Giessen en M.A.Viergever (Delft), Longitudinale emissietomografie van de schildklier

Longitudinale emissietomografie beoogt uit tweedimensionale projecties een driedimensionale afbeelding te reconstrueren van een orgaan in het menselijk lichaam, in dit geval de schildklier. Zodoende kunnen afwijkingen (bijv. carcinogeen weefsel of hyperthyreoïdie) opgespoord worden. Om projecties te verkrijgen wordt een radioactief gelabelde stof (123I) ingespoten die specifiek is voor de schildklier. Deze gaat hierdoor gamma-quanta afgeven die, na passage door een apertuur, worden gedetecteerd op een Anger-camera. Wij zullen twee vormen van longitudinale tomografie, gebaseerd op verschillende aperturen, bespreken.

– ‘Seven pinhole’-tomografie. De seven pinhole-collimator, bekend uit de nucleaire cardiologie, is een loden plaat met zeven gaten, waarvan er zes symmetrisch om het centrale gat heen liggen. De zes perifere gaten convergeren naar binnen, waardoor zeven projecties uit verschillende hoeken worden verkregen. Door loden septa wordt het overlappen van de projecties op de detector tegengegaan. De optimale geometrie voor het afbeelden van de schildklier verschilt van die voor hartonderzoek: de gaten hebben een kleinere diameter en de collimator detectorafstand is kleiner, wat een betere resolutie oplevert.

– Tijd-gecodeerde tomografie. De tijd-gecodeerde apertuur bestaat uit twee tegen elkaar liggende platen. Eén hiervan bevat een gatenpatroon van 131 rijen en 11 kolommen. De andere plaat heeft een vierkante opening die een 11 x 11 gatenrooster vrijlaat. Na elke data-acquisitie-interval (ongeveer 5 s) wordt de eerste plaat één rij verschoven, zodat 121 projecties ontstaan. Tijdens elke meting staan 40 van de 121 gaten die voor de vierkante opening liggen, open. Per meting is het patroon van open gaten steeds anders, en wel zodanig dat elke positie van het 11 x 11 rooster een gepiekte autocorrelatiefunctie heeft. Hierdoor wordt een goede signaalruisverhouding bewerkstelligd.

A.M.J.Paans, Th.Elsinga, J.M.Bolster en W.Vaalburg (Groningen), Met koolstof-11 gemerkte aminozuren voor metabolisch onderzoek met positron-emissietomografie

De volgende met koolstof-II gemerkte aminozuren zijn door ons gesynthetiseerd: DOPA, tyrosine, fenylalanine, lysine, proline en ornithine. Omdat tyrosine een essentieel aminozuur is, behalve voor de lever, met een kleine vrije pool in plasmaweefsel en het een hoge turnoversnelheid heeft, is dit aminozuur geselecteerd om de eiwitsynthesesnelheid in tumoren te meten. Een vier-compartimentenmodel dient als mathematische beschrijving van de biochemische grootheden. In dit model wordt de eiwitturnover in weefsel bepaald door de snelheid van de aminozuuroverdracht van bloed naar weefsel en de specifieke activiteit in de intracellulaire vrije aminozuurpool.

Daar metingen van de radioactieve stoffen met positronemissietomografie (PET) geen onderscheid maken tussen eiwitgebonden, intracellulair vrij aminozuur en doorbloeding is dit model eerst getest met koolstof-14 gemerkt tyrosine in een diermodel. Uit metingen aan dit diermodel kan worden geconcludeerd dat ongeveer 2 min na injectie de vrije tyrosineradioactiviteit in het plasma vrijwel constant wordt en dat de totale doorbloeding toeneemt ten gevolge van de inbouw van tyrosine in de eiwitten in het bloed. Ook bleek dat 15 min na infectie de vrije tyrosineradioactiviteit vrijwel constant is in de lever en in spier- en tumorweefsel. Uit PET-opnamen gemaakt met de D-en de L-isomeer van tyrosine is vastgesteld dat alleen de L-isomeer gebruikt kan worden als tracer om de eiwitsynthesesnelheid te meten. Tegelijk met deze diermodelstudies is een klinische evaluatie gestart met koolstof-II gemerkt D-, L- en L-(1-11C)-tyrosine. Hiertoe wordt circa 10 min na toediening van 1 mCi een opname gemaakt met een van beide beschikbare roterende PET-systemen.

N.Karssemeijer en E.G.J.Eijkman (Nijmegen), Een beeldbeschrijving voor het evalueren van diagnostische kenmerken in scintigrammen van het myocard

Een complete beschrijving van een klasse van medische beelden kan gegeven worden door een aantal kenmerken die de mogelijke afwijkingen in de gemeenschappelijke structuur van de beelden bepalen. Een dergelijke beeldbeschrijving kan inzicht geven in de wijze waarop een afwijking zich in het beeld kan manifesteren.

Voor myocard-scintigrammen is een dergelijke beeldrepresentatie uitgewerkt. Deze beelden geven het linker ventrikel weer na injectie van radioactief thallium. Na schaling naar grootte werd de ventrikelwand opgedeeld in 15 segmenten. De radiale intensiteitsverdeling in ieder segment werd vervolgens beschreven door drie kenmerken, de maximale intensiteit, de wanddikte en de ventrikelvorm, en door de activiteit midden in het ventrikel. Door willekeurige myocard-scintigrammen vanuit de drie gemeten kenmerken te reconstrueren, is aangetoond dat de beschrijving voldoet.

Een set van 20 normale en 20 afwijkende beelden werd gebruikt om het belang van de gedefinieerde kenmerken voor de diagnostiek te onderzoeken. Door verwisseling van de vorm van de normale en de afwijkende beelden en daarna van de wanddikte, werden 80 nieuwe beelden verkregen. Aan vier deskundigen en zes onervaren proefpersonen werd gevraagd de beelden te beoordelen en het effect van de veranderingen werd bestudeerd. Alleen bij deskundigen werd een duidelijke vermindering in het vaststellen van afwijkingen gevonden. Hun resultaten voor de onveranderde beelden waren echter gemiddeld nauwelijks beter dan die van de onervaren proefpersonen, die de beelden blijkbaar alleen op het maximale-intensiteitspatroon in de ventrikelwand beoordeelden. Wanneer geen vergelijking wordt gemaakt tussen opnamen bij rust en inspanning zijn wanddikte en ventrikelvorm dus weinig informatieve beeldkenmerken.

J.C.Somer (Maastricht), De relatie tussen laterale-resolutieverbetering door tweedimensionale deconvolutie en spatiale invariantie

De ‘real time’-echografie heeft de diagnostische waarde van de ultrageluidsdiagnostiek een grote stap vooruit gebracht. Dit geldt ook voor ‘stationaire’ structuren zoals de buikorganen. Voor cardiologische toepassingen is real-time echter noodzaak, met als extra vereiste een voldoende hoge beeldherhalingsfrequentie om de soms zeer snelle bewegingen goed te kunnen ‘bemonsteren’. Daar komt nog bij de beperking van een kleine apertuur, nodig om door de intercostale ruimten te kunnen stralen. Voor een hoge laterale resolutie dient de apertuur juist groot te zijn, uitgedrukt in aantal golflengten. Het ligt voor de hand om hier, ter verbetering van vooral de laterale resolutie, te denken aan deconvolutietechnieken. Juist voor het hart is een zeer hoge verwerkingssnelheid van zeer vele hoeveelheden gegevens vereist. Op grond van deze overwegingen is onderzocht of met optische deconvolutietechnieken de gewenste resultaten te bereiken zijn.

Het onderzoek heeft tot het inzicht geleid dat de maatregelen ter verkrijging van de zo gewenste spatiale invariantie, nodig om met één filter het gehele beeld te kunnen deconvolueren, tot een grote versmalling van het spectrum in laterale richting leiden. Dit heeft tot gevolg dat juist in laterale richting niet of nauwelijks winst te behalen valt. Zonder deze maatregelen is het beeld zeer spatieel variant, doch de impuls-responsie heeft een breed spatieel spectrum en de laterale-resolutieverbetering is dan zeer aanzienlijk. In het laatste geval zou een groot aantal filters nodig zijn om het hele veld te deconvolueren, Dit lijkt een ernstige complicatie van deze methode.

R.L.Romijn, B.J.Oosterveld en J.M.Thijssen (Nijmegen), Fysische weefselmodellen in de akoesto-spectrografie

Een eendimensionaal weefselmodel wordt gepresenteerd, dat een beschrijving geeft van de voortplanting en verzwakking van een radiofrequent ultrageluidspuls-echosignaal. Het model bestaat uit een homogeen medium, waarin de verzwakking van het signaal een lineaire functie is van zijn frequentie, met daarin opgenomen een isotrope, homogene maar at random verdeelde ‘wolk’ van puntvormige verstrooiers. Op grond van het causaliteitsprincipe kan een dispersierelatie tussen verzwakking (absorptie) en snelheid in het medium worden afgeleid. Het is nu mogelijk voor dit weefselmodel een analytische overdrachtsfunctie te geven, zodat een volledige fysische beschrijving voor dit model bereikt is. Met deze functie en een overdrachtsfunctie van de transducer kan een radiofrequent echosignaal gesimuleerd worden. De overdrachtsfunctie van een transducer wordt, zoals gebruikelijk, benaderd met de Gauss-verdelingsfunctie. De resultaten van simulaties met dit causale weefselmodel zullen worden vergeleken met die verkregen met eenvoudiger modellen. Het belang van de modelstudies voor het bepalen van systematische afwijkingen en betrouwbaarheid van de schatting van de frequentie-afhankelijke verzwakking in weefsel wordt toegelicht.

B.J.Oosterveld, R.L Romijn en J.M.Thijssen (Nijmegen), Nieuwe echografische beelden: ‘phase gradient imaging’

Conventionele ultrageluids-B-mode-apparatuur maakt gebruik van amplitude-demodulatie-technieken, die van de puls-echosignalen een echo-amplitude-weergavebeeld produceren. Slechts een deel van de informatie (nl. de amplitude), die in het radiofrequente (RF-)signaal aanwezig is, wordt aldus in de B-mode-plaatjes afgebeeld. Onlangs is melding gemaakt van pogingen om de additionele informatie in het RF-signaal, namelijk de fase-informatie, te presenteren in een tweedimensionaal beeld.1 Daarbij wordt gebruik gemaakt van frequentiedemodulatie-technieken. In de daarmee geproduceerde FM-afbeeldingen wordt de instantané-signaalfrequentie tweedimensionaal afgebeeld.

Onlangs hebben wij door middel van computersimulaties van echosignalen afkomstig van een weefselmodel, de invloed op B-mode-scans onderzocht van de bundeldiffractie en van de dichtheid van ultrageluidsverstrooiende inhomogeniteiten.2 Daarbij werd gebruik gemaakt van statistische beeldanalysetechnieken van eerste en tweede orde. Een zelfde onderzoek werd nu gedaan voor FM-afbeeldingen. De voorlopige resultaten en conclusies werden gepresenteerd.

M.van Herk (Amsterdam), Een beelddetector voor verificatie bij radiotherapie

Bij radiotherapie is het belangrijk dat gedurende meerdere bestralingszittingen de bestralingsbundel nauwkeurig ingesteld wordt. Om deze instelling te controleren, wordt o.a. met de behandelende straling een doorlichting van de patiënt gemaakt. Thans gebeurt dit met een fotografische film-schermcombinatie. Onderzoek is verricht naar het vervangen van de fotografische film door een elektronische detector.

Een prototype van een beelddetector voor het maken van verificatieopnamen bij megavoltbestralingen is ontworpen en geconstrueerd. De detector bestaat uit een matrix van met vloeistof gevulde ionisatiekamertjes. De ionisatiestroom van de kamertjes wordt rij voor rij gemeten. Het selecteren van een rij ionisatiekamertjes gebeurt door het schakelen van de polarisatiespanning, zodat de detector geen bewegende delen bevat. De afmetingen van de ionisatiekamertjes zijn 2,5 x 2,5 x 1 mm, hoewel ook kleinere of grotere ionisatiekamertjes mogelijk zijn. Veel aandacht is besteed aan de aan de aanstuur- en uitleeselektronica om de opnametijd van een beeld zo kort mogelijk te krijgen. Thans is het mogelijk om een beeld van 32 x 32 punten (7,5 x 7,5 mm) in 1,5 seconde op te nemen. Door gebruik van een snel microprocessorsysteem hopen we de opnametijd nog aanzienlijk te verkorten, zodat het ook mogelijk wordt om voor een groter detectorsysteem een aanvaardbare opnametijd te verkrijgen.

Op het ogenblik wordt gewerkt aan de constructie van een beelddetector met 128 x 128 ionisatiekamertjes met een gevoelig oppervlak van 32 x 32 cm. Onderdelen van deze detector zijn reeds klaar en getest. Dit prototype zal gebruikt worden om klinische ervaring mee op te doen.

J.P.J.de Valk, K.Bijl, H.Didden, A.D.A.Massar en A.R.Bakker (Leiden), Een ‘picture archiving and communication system’, anno 1985

In 1984 werd door de Stichting BAZIS het ‘image-information systeem’-project gestart ten einde een werkend prototype van een ‘picture archiving and comunication system’ (PACS) te realiseren in 5-10 jaar, voor gebruik in de deelnemende ziekenhuizen. Als belangrijkste methode van onderzoek in deze eerste fase wordt computersimulatie toegepast, waarvan het nut in een pilotstudie reeds is aangetoond. De informatie over beeldgebruik binnen het ziekenhuis, vooral in de radiologie, wordt door middel van vragenlijsten en een gerichte activiteitenstudie verzameld. Het uiteindelijke doel hiervan is tweeledig: de bestudering van afbeeldingsprocedures en verdere beeldbehandeling ten einde een PACS te specificeren en de opzet van prototype-experimenten in een medische context.

Literatuur
  1. West JB. Ventilation perfusion relationships, state of theart. Am Rev Respir Dis 1977; 116: 919-43.

  2. Ferrari LA, Sankar PV, Fink M, Shin SB, Chandler P. Useof signal phase in medical ultrasound. Acta Electronica 1984; 26:111-20.

  3. Oosterveld BJ, Thijssen JM, Verhoef WA. Texture ofB-mode echograms. 3-D simulations and experiments of the effects ofdiffraction and scatterer density. Ultrasonic Imaging 1985; 7:142-60.

Auteursinformatie

FUNGOKWF-Werkgemeenschap ‘Beeld- en signaalvormende technieken in de Geneeskunde’, pa Sint Radboudziekenhuis, Instituut voor Oogheelkunde, Postbus 9101, 6500 HB Nijmegen.

Dr.ir.J.M.Thijssen, voorzitter.

Gerelateerde artikelen

Reacties