Computerunterstützte Planung und Risikoanalyse für die Chirurgie von Lungentumoren
Final Report Abstract
In dem Projekt „Computerunterstützte Planung und Risikoanalyse für die Chirurgie von Lungentumoren“ wurden Methoden zur Segmentierung, Quantifizierung und Visualisierung anatomischer Strukturen der menschlichen Lunge und ihrer Pathologien basierend auf Computertomographie-Bildern entwickelt, die Thoraxchirurgen bei der Planung von Operationen unterstützen. Der klinische Schwerpunkt lag auf onkologischen Fällen. Die wesentlichen klinischen Anwendungsfelder waren Operationsplanung bei zentralen Lungentumoren, Risiko-Analyse für die Resektion von Lungensegmenten, Lungenlappen-spezifische Metastasen- Visualisierung sowie Lungenlappen- und Lungensegment-bezogene Parenchym-Quantifizierung. Methodische Schwerpunkte waren die Bestimmung der Lungensegmente verbunden mit Quantifizierungen zur Risiko-Abschätzung für Segmentresektionen, die lappenbezogene Visualisierung von Metastasen, die Generierung einer Report-Funktionalität für Verlaufsuntersuchungen bei Metastasen-Patienten sowie die Entwicklung eines interaktiven Ansatzes zur Segmentierung der Blutgefäße der Lunge. Der Schwerpunkt der Entwicklung von grundlegenden Methoden zur Analyse computertomographischer Aufnahmen der menschlichen Lunge lag auf der Weiterentwicklung und Verbesserung einer aus Vorarbeiten existierenden Methode zur Bestimmung der Lungensegmente. Für die getrennte Segmentierung der Blutgefäße der Lunge, Pulmonalarterie und Pulmonalvene, wurde eine im Institut entwickelte Methode zur Segmentierung und Gefäßtrennung von Blutgefäßen im Gehirn verwendet. Für die Beurteilung der segmentierten anatomischen Strukturen und Pathologien wurde den Thoraxchirurgen eine Funktionalität zur schnellen, interaktiven Auswahl der für die Beurteilung der jeweiligen patientenindividuellen Fragestellung benötigten Strukturen zur Verfügung gestellt. Eine Überlagerung von SPECT- und CT-Daten bzw. von PET- und CT-Daten wurde exemplarisch an einzelnen Fällen durchgeführt. Zur Planungsunterstützung von Lungenresektionen bei Bronchialkarzinom wurden Methoden zur Risiko-Analyse für Segmentresektionseingriffe entwickelt. Für die Entscheidungsunterstützung bzgl. der Operabilität von Patienten kamen Methoden zur lappenspezifischen Parenchymquantifizierung zum Einsatz. Bei der 3D-Visualisierung wurde durch differenzierte struktur-spezifische Farb- und Transparenz-Auswahlen eine übersichtliche Darstellung der komplexen patienten-individuellen Situation erzielt. Zum erleichterten Auffinden von im CT detektierten Metastasen wurden 3D-Übersichts-Darstellungen mit einer Lappen-bezogenen Färbung der Metastasen in den Lungen entwickelt, die ergänzt um die optionale Einblendung von Blutgefäßen und Bronchialbaum auf einen Blick die schnelle Orientierung über die Lage der Metastasen ermöglicht. Die entwickelten Methoden wurden in Forschungs-Prototypen (Explorer) integriert, die in den Kliniken thoraxchirurgischer Kooperationspartner eingesetzt und erprobt und im Hinblick auf ihren klinischen Nutzen mit thoraxchirurgischen Partnern evaluiert wurden. Projektergebnisse wurden ferner im Rahmen eines Workshops mit thoraxchirurgischen Partnern diskutiert und bewertet.
Publications
- CT- based patient individual anatomical modeling of the lung and its impact on thoracic surgery. World Congress on Medical Physics, 2009, München, IFMBE Proceedings, vol. 25, 1592-1595 (2010)
Stoecker C., Bornemann L., Dicken V., Krass S., Kuhnigk J., Zidowitz S., Peitgen H.
- Dreidimensionale Rekonstruktion von zentralen Lungentumoren basierend auf CT-Daten - Erste klinische Erfahrungen. Der Chirurg, vol. 81, 833-840 (2010)
Limmer S., Dicken V., Kujath P., Krass S., Stoecker C., Wendt N., Unger L., Hoffmann M., Vogt F., Kleemann M., Bruch H., Peitgen H.
- Interaktive Reports für die Planung von Lungentumoren, Mensch und Computer 2011, Chemnitz, 131-140 (2011)
Birr S., Dicken V., Geisler B., Mühler K., Preim B., Stöcker C.
- Lung Segment Geometry Study: Simulation of Largest Possible Tumours That Fit into Bronchopulmonary Segments. The Thoracic and Cardiovascular Surgeon, vol. 60, 93-100 (2012)
Welter S., Stöcker C., Dicken V., Kühl H., Krass S., Stamatis, G.
(See online at https://doi.org/10.1055/s-0030-1271009) - Determination of lung segments in computed tomography images using the Euclidean distance to the pulmonary artery. Medical Physics, vol. 40, 091912 (2013)
Stoecker C., Welter S., Moltz J., Lassen B., Kuhnigk J.-M., Krass S., Peitgen H.-O.
(See online at https://doi.org/10.1118/1.4818017)
