Katheterpfade für die Brachytherapie bestmöglich präzisieren

Brachytherapie

Katheterpfade bestmöglich präzisieren

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In der Schablone (links) sind die Katheter-IDs vermerkt; im zweiten Bild (mitte links) sind die Tumorläsion gelb gekennzeichnet; Bild 3 (mitte rechts) zeigt die Anordnung der Katheter, die in der Bildgebund kontrolliert werden; wo Katheter mit bestimmter ID angeordnet ist, zeigt auch die SI-Rückverfolgung (Bild rechts) (Bild: Mastmeyer et al.)
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Medizinische Informatiker entwickeln eine Goldstandardmethode für die bildgestützte intraoperative Behandlung bei Gebärmutterhals- und Prostatakrebs.

Brachytherapie ist eine Form der Strahlentherapie, bei der eine umschlossene radioaktive Strahlenquelle innerhalb oder in unmittelbarer Nähe des zu bestrahlenden Gebietes im Körper platziert wird. Im Rahmen des vom Institut für Medizinische Informatik der Universität zu Lübeck und der US-amerikanischen Harvard Medical School durchgeführten Projektes „Needle Finder“ werden Methoden für die hochgenaue und präzise Segmentierung der Katheterpfade entwickelt. Sie ermöglichen es, während der Operation im MRT-Bild die Pfade, auf denen der Tumor getroffen wird, den Öffnungen einer so genannten Syed-Neblett-Schablone zuzuordnen. Dies ist wichtig, um die durch die Schablone und die anliegenden Pfade eingeführten Strahlenquellen so einzustellen, dass eine fehlerlose Dosierung erfolgt. Das Deponieren der Strahler geschieht intraoperativ, bildgestützt, den Tumor sehend und gegebenenfalls unter mehrfacher Nutzung der angelegten Katheterpfade.

Weniger dunkel-diffuse Katheterartefakte

Die Forschungsarbeit berücksichtigt die besonders schwierige dunkel-diffuse Darstellung der Katheterartefakte in MRT-Bilddaten und stellt zuverlässige Segmentierungs- und Identifikationsansätze bereit. Die Segmentierungsalgorithmen basieren erstens auf speziellen lokalen Bildfiltern für die dunkel-diffusen Katheterartefakte; zweitens auf einem mechanischen Kathetermodell, welches den wahrscheinlichen Katheterpfad mithilfe der wirkenden Kräfte zur Schablone zurückverfolgt, und drittens auf dem logischen Ausschließen nicht plausibler gruppenweiser Katheterpfadkonfigurationen (Überschneidungen). Die dunkel-diffusen Katheterartefakte befinden sich in einem Grauwertespektrum, das im Gegensatz zur leicht diskriminierbaren, hellen Darstellung in CT-Aufnahmen zu Verwechslungen mit anderen Bildstrukturen führen kann.

Hohe Identifikationsrate

Die umfangreiche Evaluation wurde auf 762 vorher segmentierten Referenztrajektorien aus einer umfangreichen Population mit 54 intraoperativen 3D-MRT-Patientendatensätzen ausgewertet.

Die erreichte Fehlergüte setzt aktuell den Goldstandard auf dem Arbeitsgebiet der bildgestützten Therapie. Es wurde die quantitative Bewertung der Genauigkeit und Robustheit vorgenommen: Im Vergleich zu expertensegmentierten Goldstandard-Kathetern ergeben sich bei 93 % möglicher Identifikationsrate eine niedriger Maximalabstand von 1,49 mm (Hausdorff-Metrik) und Präzisionsfehler von 0,29 mm.

https://doi.org/10.1016/j.media.2017.06.011

www.slicer.org/

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