4D medical image computing for model-based analysis of respiratory-related tumor and organ motion.

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Project Details

Description

Atmungsbedingte Organbewegungen stellen eines der Hauptprobleme der Strahlentherapie thorakaler und abdominaler Tumoren dar. Räumlich-zeitliche Bilddaten, auch 4D-Bilddaten genannt, haben der Strahlentherapie die Möglichkeit eröffnet, die räumlich-zeitliche Bewegung und Verformung von Tumoren und inneren Organen während der Atmung zu erfassen. Durch die am Institut für Medizinische Informatik entwickelte Rekonstruktionsmethode können artefaktreduzierte 4D-CT–Bilddaten zu beliebigen, vorgegebene Phasen des Atemzyklus in hoher Qualität erzeugt werden. Auf der Grundlage dieser 4D-Bilddaten werden im Rahmen des Projektes Methoden zur Modellierung und Analyse der atmungsbedingten Tumor- und Organbewegungen entwickelt. Zur Modellierung der Atembewegungen verschiedener Patienten werden unter Verwendung optimierter nicht-linearer Registrierungsalgorithmen 3D-Bewegungsfelder geschätzt. Auf der Grundlage der ermittelten Bewegungsfelder und 3D-Trajektorien werden zeitlich-räumliche Bewegungsamplituden von Landmarken, Tumoren und Organen und deren Interpatientenvariabilität quantifiziert. Hierbei kommt der Analyse der Lungentumormobilität und der Abhängigkeiten der atmungsbedingten Tumor- und Organbewegungen eine besondere Bedeutung zu. Es werden bewegungsorientierte Sicherheitssäume für die Bestrahlungsplanung ermittelt und die Einflüsse der respiratorischen Bewegung auf die 3D-Dosisverteilung im Körper untersucht. Weiterhin soll geprüft werden, inwieweit die zeitliche Auflösung der gemessenen 4D-Bilddaten in der strahlentherapeutische Anwendung durch den Einsatz der zu entwickelnden strukturorientierten und modellbasierten 3D-Bildinterpolationsverfahren bei vorgegebenen Fehlergrenzen reduziert werden kann. Für die klinische Anwendung beispielsweise im Rahmen der atmungsgegateten Strahlentherapie werden Verfahren zur beschleunigten Segmentierung der 4D-CTBilddaten sowie zur verbesserten Analyse von Abhängigkeiten der Bewegung verschiedener Bildstrukturen unter Verwendung der 3D-Bewegungsfelder untersucht.
Statusfinished
Effective start/end date01.01.0831.12.14

UN Sustainable Development Goals

In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):

  • SDG 3 - Good Health and Well-being

Research Areas and Centers

  • Academic Focus: Biomedical Engineering

DFG Research Classification Scheme

  • 205-32 Medical Physics, Biomedical Engineering