Multi-Modale Bildregistrierung von 3D-Ultraschall- und Magnetresonanztomographie-Daten für Anwendungen in der Neurochirurgie und Prostatakrebstherapie

• Antragsteller: Dr. Tassilo Klein
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241307562

Die moderne medizinische Diagnostik ist in der heutigen Zeit undenkbar ohne den Einsatz verschiedenster bildgebender Verfahren. Dabei kommen sowohl im der Rahmen der Diagnostik als auch zu unterschiedlichen Behandlungsphasen medizinischer Eingriffe, immer mehrere Bildmodalitäten zum Einsatz. Mittlerweile ist die Auswahl an gewöhnlichen Modalitäten sehr breit und reicht von Kernspin (MR), Computertomographie (CT), Ultraschall (US) bis hin zu Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Damit die verschiedenen Bilder zusammen verwendet werden können, müssen diese jedoch zueinander in räumliche Beziehung gesetzt werden. Der Prozess der räumlich korrekten Überlagerung von Bilddaten ist dabei auch als Registrierung bekannt. Bildregistrierung und insbesondere die multi-modale Bildregistrierung hat sich dabei zu einem wichtigen Forschungsgebiet entwickelt. Einer der Hauptgründe liegt dabei in der Tatsache begründet, dass medizinische Eingriffe von Haus aus multi-modaler Natur sind. So werden für Operationsplanungen prä-operative Bilddaten von Patienten aufgenommen. Jedoch werden diese Planungsdaten und das zugehörigen Bildmaterial im Laufe eines Eingriffs immer ungenauer, was auf Organ-Deformationen und Positionsveränderung zurückzuführen ist. Deshalb werden während eines Eingriffes auch immer intra-operativ Bilder aufgenommen um Information über den aktuellen Zustand zu erhalten. Jedoch unterscheidet sich i.d.R. das prä- und intra-operative Bildmaterial erheblich, da häufig verschiedene bildgebende Verfahren zum Einsatz kommen. Insbesondere bei Notfällen und unerwarteten Zwischenfällen kommen Systeme zum Einsatz die schnell eingesetzt werden können, sowie Echtzeitdaten liefern. Aus diesem Grund wird intra-operative gerne Ultraschall verwendet. Für Planungszwecke jedoch kommt auf Grund der Zuverlässigkeit und Blickwinkelunabhängigkeit i.d.R. CT und MR zum Einsatz. Schlußendlich können ausgehend von prä- und intra-operativen Daten mittels multi-modaler Registrierung die Deformation bestimmt und die Planungsdaten aktualisiert werden.Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen Methoden erarbeitet werden um 3D US zu korrespondierenden MR Bilddaten registrieren zu können. Die Registrierung dieser beiden Bildmodalitäten ist immer noch ein weitgehend ungelöstes Problem, was zum einen auf den Mangel an charakteristischen Features in Ultraschallbildern und zum anderen auf die verschiedenen physikalischen Grundlagen beider Verfahren zurückzuführen ist. Diesbezüglich soll versucht werden die Registrierung unter Anwendungen der Ultraschallrohdaten/Radiofrequenzdaten (RF) durchzuführen. Diese bieten aufgrund ihrer hohen Auflösung und der Tatsache, dass sie weitestgehend unverarbeitet sind, eine Reihe an Vorteilen für die Signalverarbeitung. Als Anwendungsgebiet für die multi-modale Registrierung sind hierbei primär neurochirurgische Eingriffe wie Biopsie und Tumorentfernung vorgesehen. Ferner sollen ähnliche Anwendungen im Bezug auf Prostata untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor William M. Wells III