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Projekt
Untersuchung, Validierung und Optimierung elastischer Volume-to-Volume und Volume-to-Slice Registrierungsalgorithmen zur Visualisierung inverser Bestrahlungsplanungsdaten in MRT-Interventionssequenzen für die perkutane 192Ir-HDR-Brachytherapie von Lebertumoren
Antragsteller
Dr. Christian Wybranski
Fachliche Zuordnung
Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Förderung
Förderung von 2015 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286521709
Die mittels Magnetresonanztomographie (MRT) geführte 192Iridium-High-Dose-Rate-Brachytherapie (192Ir-HDR-BT) ermöglicht die präzise Destruktion irresektabler Lebertumoren. Im Rahmen der 192Ir-HDR-BT werden ein oder mehrere flexible, an der Spitze geschlossene, biokompatible Kunststoffkatheter (sog. Applikator(en)) durch die Haut (perkutan) im Tumorgewebe platziert. Aufgrund des steilen Dosisgradienten um die 192Ir-Strahlenquelle ist die optimale geometrische Konfiguration eines oder mehrerer Applikatoren entscheidend für die vollständige Verabreichung der für das Tumorgewebe errechneten Zieldosis bei gleichzeitig größtmöglicher Schonung angrenzender Risikostrukturen. Die inverse Bestrahlungsplanung ermöglicht die Rekonstruktion virtueller Applikatoren sowie die Konturierung der Ziel- und Risikostrukturen anhand qualitativ hochwertiger MRT Volumendatensätze, die am Vortag der Intervention akquiriert werden. Hierfür eignen sich insbesondere Gd-EOB-DTPA verstärkte T1-gewichtete, fettgesättigte 3D-Gradientenechosequenzen (T1w fs 3D-GRE). Die Bereitstellung / Visualisierung der im Rahmen der inversen Bestrahlungsplanung generierten Strukturinformationen, in dem am Interventionstag generierten MRT-Planungsvolumendatensatz bzw. in der zur Interventionsführung verwendeten MRT-Einzelschichtsequenz (Gd-EOB-DTPA verstärkte T1w fs 3D- bzw. 2D-GRE) würde die Effizienz und Sicherheit der 192Ir-HDR-BT steigern. Grundlage hierfür sind Bildverarbeitungsalgorithmen, mit denen die Strukturinformationen (insbesondere die vorab optimierten Applikatorpositionen) genau und robust auf 1. den Planungsvolumendatensatz und 2. hiervon ausgehend auf die zur Interventionsführung verwendete Einzelschichtsequenz transformiert werden können. Solche Algorithmen werden in der Bildverarbeitung Volume-to-Volume bzw. Volume-to-Slice Registrierungsalgorithmen genannt. Sie müssen die elastische Deformierung der Leber inkl. Ziel- und Risikostrukturen exakt ausgleichen und trotz Abweichungen der Bildakquisitionsparameter, des Signal- und Kontrast-Rauschverhaltens sowie reduziertem Informationsgehalt der Einzelschichtsequenz robuste Ergebnisse erzielen. Insbesondere für die Volume-to-Slice Registrierung von MRT-Datensätzen der Leber existieren bis dato keine robusten Ansätze. Im Rahmen des Projekts sollen unter Verwendung des Insight Segmentation and Registration Toolkits (ITK) elastische Registrierungsalgorithmen für MRT-Volumendatensätze sowie zur Interventionsführung verwendeten Einzelschichtsequenzen der Leber untersucht, validiert und ggf. optimiert werden. Dies beinhaltet die Definition der Mindestanforderung an Genauigkeit und Robustheit der Algorithmen, die Definition und ggf. Entwicklung geeigneter Abstandsmaße zur Validierung der Performance verschiedener Algorithmen und insbesondere auch die Spezifikation und Umsetzung einer Registrierungsstrategie für das Volume-to-Slice Szenario.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
