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GMDS 2013: 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS)

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie

01. - 05.09.2013, Lübeck

4D-Planung von Leberpunktionen unter Berücksichtigung der Atembewegung

Meeting Abstract

  • Tobias Hecht - Universität zu Lübeck, Institut für Medizinische Informatik, Lübeck, DE
  • Andre Mastmeyer - Universität zu Lübeck, Institut für Medizinische Informatik, Lübeck, DE
  • Dirk Fortmeier - Universität zu Lübeck, Institut für Medizinische Informatik, Lübeck, DE
  • Heinz Handels - Universität zu Lübeck, Institut für Medizinische Informatik, Lübeck, DE

GMDS 2013. 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. (GMDS). Lübeck, 01.-05.09.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocAbstr.193

doi: 10.3205/13gmds073, urn:nbn:de:0183-13gmds0736

Published: August 27, 2013

© 2013 Hecht et al.
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Text

Einleitung: Die Leber ist der zweithäufigste Ort für metastasierte Erkrankungen. In 80% der Fälle kommt kein chirurgischer Eingriff in Frage [1]. Eine Methode der Wahl ist dann die Nadelpunktion, beispielsweise für eine Biopsie oder Ablation. Nadelpunktionseingriffe müssen akkurat geplant werden, da eine minimale Anzahl von Punktionsversuchen sich positiv auf den Heilungsverlauf auswirkt [2]. Die Planung erfolgt bisher anhand von 3D-Bilddaten des Patienten, so dass keine Atmung oder sonstige Bewegungen berücksichtigt werden. Jedoch wird die Behandlung von Lebertumoren, die sich oft dicht unter der Lunge befinden, durch die Atembewegung stark beeinflusst. Die vorliegende Arbeit stellt ein innerhalb eines Softwarewerkzeuges implementiertes Konzept zur Untersuchung des Einflusses der Atmung auf die Planung von Nadelpfaden vor, welches die Ermittlung eines optimalen Punktionspfades unter Berücksichtigung der Atmung des Patienten ermöglicht. Hierbei wird mit Hilfe von segmentierten 4D-Daten eine Menge von Pfaden errechnet, welche in allen Atemphasen als mögliche Pfade in Frage kommen und anschließend unter Berücksichtigung aller Atemphasen bewertet werden.

Methoden: In unserem Ansatz wurde das Konzept von Baegert et al. [3] verwendet. Es werden sogenannte Ausschlusskriterien definiert. Jeder Pfad, der von mindestens einem dieser Ausschlusskriterien betroffen ist, wird aus der Menge der möglichen Pfade genommen, während die anderen Pfade mit Hilfe definierter Bewertungskriterien bewertet werden (Seitel et al. [4]). In einem 4D-Bilddatensatzes eines Patienten wird in jedem 3D-Bild die Nadelpfadplanung durchgeführt. Eine Atemphase wird als Referenzbild gewählt. Für jeden Pfad werden korrespondierende Pfade in allen Atemphasen ermittelt und mit dem Minimum der Bewertungen aller gefundenen korrespondierenden Pfade bewertet. Der optimale Pfad der 4D-Planung ist somit derjenige, der unter Berücksichtigung der Atmung des Patienten am besten bewertet ist. In der Evaluation wurden 4D-CT-Daten von 6 Patienten verwendet. Mit einer Atlas-basierten Segmentierungsmethode wurden Knochen, Lunge, Haut und Tumor segmentiert [5]. Am Beispiel dieser Patienten wurde die 4D-Planung mit der konventionellen 3D-Planung verglichen.

Ergebnisse: Bei allen Patienten haben die Pfade der 3D-Planung eine kleinere Trefferwahrscheinlichkeit als die Pfade der 4D-Planung. Bei 4 Patienten haben die Pfade der 4D-Planung eine Trefferwahrscheinlichkeit von 100%. Die Menge der Punktionspfade wurde durch die 4D-Planung verkleinert und dadurch Punktionspfade ausgeschlossen, welche bei der 3D-Planung für eine Punktion in Frage kämen. Bei der Betrachtung der minimalen Bewertung eines Pfades in der jeweils risikoreichsten Atemphase, kam heraus, dass die Pfade der 3D-Planung eine kleinere Bewertung haben als die Pfade der 4D-Planung.

Diskussion: Die 4D-Planung ist tendenziell besser als die 3D-Planung. Durch die Bewegung des Tumors werden mehr Pfade von Risikostrukturen verdeckt als bei der 3D-Planung. Die 4D-Planung ergibt im jeweils schlechtesten Fall eine bessere Bewertung als die 3D-Planung. Auch diese Beobachtung unterstützt die These der Verbesserung durch die 4D-Planung. Damit zeigen sich insgesamt viele Hinweise, dass durch die 4D-Planung von Nadelpfaden unter Berücksichtigung der Atembewegung des Patienten sich die Planung verbessert. Dieses Verfahren ist auf andere Organe übertragbar. Für weitere Evaluationen sollten reale Fälle mit nicht kugelförmigen Tumoren und detailliertere Segmentierungen, u.a. von Gefäßen, verwendet werden. Außerdem sollte die Planung für 4D-MR-Bilddaten ermöglicht werden.


Literatur

1.
Philippe L. Pereira. Actual role of radiofrequency ablation of liver metastases. Eur Radiol. 2007;17(8):2062–70.
2.
Nath S, Chen Z , Yue N, Trumpore S, Peschel R. Dosimetric effects of needle divergence in prostate seed implant using 125l and 103pd radioactive seeds. Med Phys. 2000;27(5):1058–66.
3.
Baegert C, Villard C, Schreck P, Soler L. Multi-criteria trajectory planning for hepatic radiofrequency ablation. In Proc MICCAI. 2007:676–84.
4.
Seitel A, Engel M, Sommer CM, Radeleff BA, Essert-Villard C, Baegert C, Fangerau M, Fritzsche KH, Yung K, Meinzer HP, Maier-Hein L. Computer-assisted trajectory planning for percutaneous needle insertions. Med Phys. 2011 Jun;38(6):3246-59.
5.
Hecht T, Mastmeyer A, Fortmeier D, Handels H. 4D-Planung von Nadelpfaden für Punktionseingriffe mit der Ray-Casting-Methode. In: Meinzer HP, Deserno TM, Handels H, Tolxdorff T, eds. Bildverarbeitung für die Medizin 2013, Informatik aktuell. Springer Berlin, Heidelberg; 2013. p. 9–14.