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ReDeform - Registrierung deformierbarer Körper

ReDeform ist eine effiziente Erweiterung für die derzeitige Vorgehensweise in der Strahlentherapie bei der Bestrahlungsplanung von HNO-CT-Daten.

Die Planung einer solchen Therapie beruht derzeit auf der CT-Untersuchung zu Beginn der Behandlung. Diese Planung wird über den gesamten Therapiefortschritt unverändert beibehalten. Das Problem hierbei ist, dass mögliche Veränderungen des Patienten (z.B. Gewichtsverlust oder Verkleinerung des Tumors) aufgrund der Strahlenbelastung nicht berücksichtigt werden. Dies kann sich negativ auf den Erfolg der Therapie auswirken, da auf diese Weise gesunde Zellen ebenfalls beschädigt und/oder kanzerogenen Zellen verfehlt werden können.

Da die Erstellung eines neuen Behandlungsplans (manuelle Abgrenzung der relevanten Strukturen, wie den Tumor oder Organe welche nicht bestrahlt werden sollen) ziemlich zeitaufwendig ist, ist es wichtig festzustellen, ob eine Neuplanung überhaupt erforderlich ist. Darüber hinaus führt ein Vorschlag wie der gegebene Behandlungsplan anzupassen ist, zu deutlichen Aufwandseinsparungen.

Mit der Hilfe von ReDeform ist es möglich, Änderungen zwischen CT-Datensätzen von unterschiedlichen Behandlungszeitpunkten zu untersuchen.
Alle relevanten Datensätze werden aufeinander registriert und die berechnete Deformation überlagert dargestellt, sodass es für einen Experten einfach ist zwischen absoluten Volumenänderungen und volumenneutralen Verformungen (z.B. in der Position des Patienten) zu unterscheiden. Die Deformation selbst wird über Farbinformationen dargestellt, um eine klare  Unterscheidung zwischen großen und kleinen Veränderungen zu ermöglichen. Zusätzlich wird eine statistische Auswertung der Volumenänderungen der aus der Planung gegebenen Strukturen zur Verfügung gestellt. Des Weiteren kann die ursprünglich geplante Dosis ebenfalls auf den aktuelleren Datensatz transformiert werden. Dies bietet eine zusätzliche Information für einen Experten zur Beurteilung der Anwendbarkeit des ursprünglichen Behandlungsplans.

Die ursprünglich gekennzeichneten Strukturen werden auf die aktuellen CT-Daten transformiert und können als Vorschlag für notwendige Veränderungen am Behandlungsplan verwendet werden.
Trotz der Tatsache, dass für die Bewertung des aktuellen Bestrahlungsplans zusätzliche CT-Scans notwendig sind, sind die Auswirkungen dieser zusätzlichen Strahlenbelastung deutlich kleiner als das Risiko der Bestrahlung des falschen Gewebes.

ReDeform wurde von JOANNEUM RESEARCH DIGITAL unter Nutzung des "Insight Segmentation and Registration Toolkit" (ITK ), des "Visualization Toolkit" (VTK ), des "Medical Imaging Interaction Toolkit" (MITK ), der ?Grass roots DiCoM2" (GDCM2) und Qt 4 erstellt.?

Funktionalitäten:

  1. Hinzufügen eines neuen DICOM Message Exchange Server zur Datenübertragung und Übertragung der Daten zu diesem Server.
  2. Laden der Daten mittels eines PACS.
  3. Entfernung der Patienteninformation aus den Daten (Anonymisierung).
  4. Verwendung des Segmentierungstools zur automatischen Erkennung spezieller Strukturen oder manuellen Segmentierung einzelner Bereiche. Erzeugung neuer Konturobjekte aus solch einer Region Of Interest.
  5. Registrierung zweier Datensätze zur Generierung neuer Transformationsmatrixobjekten für die Dosis, die Konturen und die Studien.
    a) Simultane Visualisierung beider Datensätze.
    b) Manuelle Auswahl eines Volume Of Interest.
    c) Vorschlag für die Neuplanung.
    d) Summation der bereits verabreichten Dosis.
    e) Statistiken über Veränderungen einzelner Volumen.
  6. Visualisierung der Ergebnisse der Registrierung und Verwendung dieser zur Verformungsinterpretation.
    a) Darstellung des rigiden und des nicht-rigiden Deformationsfelds (verschiedene Varianten)
    b) Vergleich alter und neuer Konturobjekte
    c) Ansicht des neuen Dosisobjektes
    d) Visualisierung der Deformation
  7. Verwendung des Desformationsfeldes zur Erzeugung eines Transformationsvideos.
  8. Manuelle Punktauswahl in den CT Datensätzen und Speicherung dieser als Strukturobjekt.

Systemarchitektur

Weitere Informationen
1. Konformität mit der ISO 13485/ISO 62304
2. Konformität mit dem DICOM Standard
3. Einfache/Intuitive Handhabung
4. Integrierte Datenbank für die Benutzerverwaltung
5. Eingereichtes EU-Patent

Klinische Studie
1. Studie mit 20 Patienten
2. Dauer: Jänner 2012 - Juli 2012
3. Evaluierung der
a) Vorteile durch die Neuplanung (mit Fokus auf dosimetrische Daten)
b) Anwendbarkeit/Integration in den Klinikalltag
c) Funktionalitäten wir im Lastenheft definiert

Start & Ende des Projekts 09/2009 - 12/2011
Aufgrund unterschiedlicher Bedürfnisse gibt es aus Sicht der Experten konkrete Ideen für funktionelle Erweiterungen. Hierzu gibt es bereits Kooperationsgespräche mit interessierten Firmen in Frankreich und in Schweden.