Model-based registration, simulation and visualization of "brain shift" phenomena in neurosurgical interventions

• Applicant: Professor Dr. Günther Greiner
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2000 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5253720

Die Operationsplanung in der Neurochirurgie basiert weitgehend auf der Analyse präoperativer Bilddaten. Allerdings verändert sich das Gehirn in Lage und Form im Laufe des chirurgischen Eingriffs bis zu einigen Zentimetern nach Öffnen der Schädeldura und nach Resektion von Gewebe. Dieses Phänomen wird als "Brain Shift" bezeichnet und ist vom Operationszugang, der Art des Eingriffs und dem individuellen Patienten abhängig. Aus diesem Grund ist während der Operation eine entsprechende Korrektur der Navigation notwendig. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen Verfahren entwickelt werden, die eine zuverlässige Vorhersage des Brain Shift ermöglichen, um eine realistische Operationsplanung und -durchführung zu ermöglichen. Dazu werden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Zunächst wird mit einem Ansatz zur voxelbasierten Registrierung die nichtlineare Verformung zwischen prä- und intraoperativen Bilddaten ermittelt. Zur wesentlichen Beschleunigung der aufwendigen Berechnungen werden lokal adaptive Transformationen sowie spezielle Graphikhardware verwendet. Im Anschluß soll ein modellbasierter Ansatz zur Analyse von Gewebeverformung verfolgt werden. Es wird ein physikalisches Modell entworfen, das mit Differentialgleichungen die elasto-plastische Verformung beschreibt. Die numerische Lösung der Gleichung erfolgt durch einen Finite-Element-Ansatz auf einem unstrukturierten, adaptiven Gitter.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Dr. Rudolf Fahlbusch; Privatdozent Dr.-Ing. Peter Hastreiter; Professor Dr. Christopher Nimsky