Metallartefaktreduktion (MAR) in der bildgestützten Strahlentherapie (IGRT)

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Kachelrieß
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250538804

In der röntgenbasierten Computertomographie (CT) kommt es bei einer Vielzahl von Anwendungen zur Abbildung von metallischen Objekten, wie beispielsweise Prothesen, Zahnfüllungen, Fixierungen und Markern. Dabei entstehen Metallartefakte, die die Diagnose des CT-Bildes erschweren oder die quantitative Aussagen, wie beispielsweise eine Bestrahlungsplanung, verfälschen. Das Aussehen und die Stärke der Metallartefakte hängen beispielsweise von der Art, Größe, Dichte, Lage und Orientierung des Metalls und von den Scanparametern des CT-Systems ab. Aber auch weitere Faktoren, z.B. ob das Metall während der Aufnahme einer Bewegung unterworfen war, spielen eine entscheidende, aber bisher nicht beachtete Rolle. Insbesondere in der bildgestützten Strahlentherapie (IGRT) die die CT-Daten bei freier Patientenatmung akquiriert und die zudem artefaktanfällige Flachdetektoren zur Datenaufnahme nutzt, sind die durch bewegte Metallimplantate entstehenden Artefakte problematisch und mit derzeitigen Verfahren nicht zu beheben. Es sind bereits zahlreiche Methoden zur Metallartefaktreduktion (MAR) bekannt. Einige ersetzen die durch das Metall gehenden Messwerte durch interpolierte Werte. Andere reduzieren die Artefakte indem sie die zugrundeliegenden physikalischen Effekte modellieren und dann korrigieren. In den meisten Fällen hat die MAR die Verbesserung diagnostischer CT-Bilder zum Ziel. Weitaus weniger Verfahren sind für Flachdetektor-basierte CT (FDCT) entwickelt und optimiert wurden, obwohl gerade dort die Metallartefaktproblematik aufgrund höherer Streuanteile zu extremen Artefakten führen kann. Dedizierte MAR-Verfahren für die (ebenfalls auf Flachdetektordaten basierende) IGRT sind bis auf ein manuelles Verfahren nicht bekannt obwohl gerade dort spezielle Anforderungen erfüllt werden müssen, um den Bestrahlungsplan an die am jeweiligen Bestrahlungstag aktuelle Patientensituation adaptieren zu können. Zum einen wird eine hohe Bildqualität zur Abgrenzung von Tumoren gefordert. Im Bereich der Prostata zum Beispiel können umliegende Hüftendoprothesen Metallartefakte erzeugen, die sich in das Zielvolumen erstrecken und somit eine Adaption unmöglich machen. In vielen Fällen werden Tumoren mit metallischen Markern gekennzeichnet, die wiederum Metallartefakte erzeugen. Zum anderen werden die FDCT-Aufnahmen bei freier Patientenatmung durchgeführt, um 4D-Volumina errechnen zu können. Leider verstärken sich aufgrund der Bewegung diese Metallartefakte und eine für Korrekturverfahren nötige Segmentierung der Implantate wird unmöglich.In dem Projekt soll ein dediziertes MAR-Verfahren für die bildgestützte Strahlentherapie entwickelt werden. Wir wollen einerseits die flachdetektorspezifischen Eigenschaften der Daten berücksichtigen und andererseits durch ein zu entwickelndes Bewegungskompensationsverfahren ermöglichen, MAR auch auf bewegte Metallimplantate anzuwenden. Die Machbarkeit soll an Simulationen, an Phantommessungen, sowie an Patientendaten nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen