Räumliche Visualisierung und Analyse von Echtzeit-MR-Thermometrie-Daten mittels inverser thermischer Modellierung für die hocheffiziente Ablation von Lebertumoren

• Antragsteller: Professor Dr. Max Seidensticker
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545527079

Oligometastatische Lebererkrankungen und das hepatozelluläre Karzinom sind komplexe onkologische Herausforderungen, die die Erforschung maßgeschneiderter Behandlungsstrategien erfordern. Lokale, insbesondere thermische, Ablationsverfahren spielen als minimalinvasive interventionelle Strategien eine entscheidende Rolle. Die Leitlinien für verschiedene Tumorentitäten empfehlen je nach Anzahl und Größe der Läsionen die thermische Ablation als Erstlinienbehandlung. Die interventionelle Magnetresonanztomographie (MRT) kann einen umfassenden Ansatz für die Behandlung von Lebertumoren durch Mikrowellenablation (MWA) bieten. Ein Alleinstellungsmerkmal dieser Modalität ist die Möglichkeit, die Energiezufuhr mit MRT-basiertem Temperatur-Mapping nichtinvasiv in Echtzeit zu überwachen und visualisieren. Das Projekt SMART-HEAT möchte durch die Kombination von experimentellem MRT-basiertem Temperatur-Mapping und einem inversen Modellierungsansatz wichtige Innovationen für die klinische Praxis der MWA in der Leber zu liefern. Die beiden Hauptziele sind: (1) Verbesserung der präinterventionellen Planung der thermischen Ablationstherapie und Optimierung der Geräteeinstellungen durch die personalisierte Modellierung des Temperaturfeldes. (2) Verbesserung der Verlässlichkeit der Online-Überwachung während der Ablation und Vorhersage der Läsionsgröße durch verbesserte Echtzeit-Sub-Voxel-Visualisierung des Temperaturfeldes. Hierzu wird ein methodischer Rahmen für die optimierte Datenerfassung, numerische Modellreduktion und Modellierung von Wärmequellen in Echtzeit entwickelt. Die Innovation hat das Potenzial, das MWA-Verfahren zu transformieren, indem sie die räumliche und zeitliche Verteilung von Wärmequellen im Gewebe bei moderaten (<100°C) oder leistungsstarken MWA-Einstellungen (>100°C) identifiziert. Zunächst werden die Methoden in vitro an Testphantomen und anschließend in vivo an großen Tieren während der MWA getestet. Dabei wird die Temperaturpräzision und -genauigkeit sowie die akkumulierte thermische Dosis als Prädiktor für Ablationsvolumina evaluiert. Schließlich wird die neue Methode der inversen thermischen Modellierung in die reale klinische Umgebung übertragen und so ein Instrument entwickelt, das die Kriterien der Patientensicherheit erfüllt und den technologischen, ergonomischen und rechtlichen Anforderungen gerecht wird. Das multidisziplinäre Projekt SMART-HEAT wird von Teams in München und Bordeaux durchgeführt, die sich in den Bereichen interventionelle Radiologie, MRT-Thermometrie und inverser thermischer Modellierung ergänzen. Ziel von SMART-HEAT ist es, einen objektiven therapeutischen Endpunkt mittels quantitativen, schnellen Temperatur-Mappings zu schaffen. Durch eine bessere Läsionsabdeckung innerhalb der Ablationszone und die Verringerung des Risikos hitzebedingter Komplikationen soll SMART-HEAT die lokale Tumorkontrolle sowie die Sicherheit des Verfahrens verbessern und die Grenzen der thermischen Ablation von Lebertumoren erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean Battaglia; Dr. Valéry Ozenne
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Olaf Dietrich