In-Silico Modellierung von Tumorwachstum: Approximation des Tumormasseeffektes mittels Thin-Plate-Splines

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Modell zur Modellierung des Masseeffekts von primären Hirntumoren beschrieben. Die Progression des Tumors wird mittels einer deterministischen Reaktions-Diffusionsgleichung, welche auf einem hochauflösenden, regulären Gitter diskretisiert wird, modelliert. Für die Beschreibung der raumfordernden Wirkung des Tumors wird die resultierende Verteilung der Tumorzellkonzentration mit einem parametrischen Deformationsmodell gekoppelt.
Die Beschreibung der Gewebedeformation durch die Expansion des Tumors basiert auf einer Thin-Plate-Spline-Interpolationsstrategie. Die Verfolgung der raumzeitlichen Evolution der Isofläche des Tumorkernvolumens zwischen zwei Simulationsschritten mittels Landmarken wird zur Etablierung der räumlichen Korrespondenz genutzt. Um Deformationen von rigiden Strukturen, wie z. B. des Schädels, zu verhindern, werden starre Landmarken integriert. Durch eine Adaption der Landmarkenverteilung während des Tumorwachstums werden nachträglich neue Landmarken hinzugefügt.
Die vorliegende Arbeit stellt eine Machbarkeitsstudie dar. Erste qualitative Ergebnisse zeigen, dass das beschriebene Modell eine plausible Approximation der durch die Ausbreitung des Tumors hervorgerufenen, raumfordernden Wirkung ermöglicht.