MDCK-MRP2 - Dkfz

Forschungsschwerpunkt B
Funktionelle und Strukturelle Genomforschung
Virtuelle Planung von Leberresektionen
M. Thorn, M. Schöbinger, T. Heimann, B. Yalcin,
C. Sonek, H.-P. Meinzer
In Zusammenarbeit mit: Prof. Dr. M. W. Büchler, Dr. P. Schemmer,
PD. Dr. W. Lamadé, PD Dr. W. Uhl, Dr. L. Fischer, Chirurgische
Universitätsklinik Heidelberg, Prof. Dr. G. Kauffmann, Dr. G.M.
Richter, L. Grenacher, Abt. Radiodiagnostik, Chirurgische
Universitätsklinik Heidelberg.
Ziel des Projektes ist die computer-unterstützte Planung
einer Teilentfernung (Resektion) der Leber und die Unterstützung
der Leber-Lebendspende. Hierdurch soll sowohl
die Auswahl der Patienten durch quantitative Angaben über
das geschätzte Operationsrisiko objektiviert werden als auch
die eigentliche Operation selbst unterstützt werden. Grundlage
für diese präoperative Analyse sind die in der Routine
aufgenommenen Computertomographie- (CT) bzw. Magnetresonanztomograhiedaten
(MR) [1, 2].
Die bei der Operation verfolgte Strategie hängt von der
genauen Lage des zu entfernenden Tumors bzw. des zu
spendenen Teilleber im Verhältnis zu den Gefäßbäumen
der Leber ab. Je nach Art der Aufnahme werden in diesem
Projekt der portale, beide venösen Gefäßbäume oder
zusätzlich die intrahepatischen Gallenwege analysiert [3].
Hierfür wurden seit Beginn des Projekts Grundlagen für
die quantitative und die qualitative Auswertung der Bilddaten
entwickelt. Zu den qualitativen Aspekten zählt die
dreidimensionale Visualisierung der Gefäßbaumstruktur, des
Tumors, seines Sicherheitsbestandes und der Leberhülle
sowie des Resektionsareals. Wichtige quantitative Größen
sind die Volumenmessungen der Leber und des Tumors
sowie die Abschätzung des nach der Operation verbliebenen
gesunden Lebervolumens bzw. des Spendevolumens
[4, 5].
Die Operationsstrategie wird am Bildschirm geplant und
anhand der aktualisierten Volumenschätzungen beurteilt.
Die Ergebnisse stehen dem Chirurgen intraoperativ über
einen Touch-Screen-Monitor oder eine Projektion zur Verfügung,
so dass während der Operation auf die dreidimensional
rekonstruierten CT/MR-Daten und die entsprechenden
Volumenauswertungen zugegriffen werden kann [6].
Der gesamte Arbeitsablauf wurde soweit optimiert, dass
die vollständige Integration in die klinische Routine, von
der Akquisition über die Aufbereitung der Daten und Präsentation
bei der präoperativen strategischen Planung des
Eingriffes bis hin zur intraoperativen Visualisierung der Ergebnisse,
erreicht wurde. Ausserdem wurden Studien zur Validierung
der Berechnungsergebnisse wie auch der Analyse
der Ver- und Entsorgungsgebiete der Leber durchgeführt
[7].
Die zukünftigen Entwicklungen zielen in Richtung der Erweiterung
und weiterführenden Evaluierung des entwikkelten
Systems. Dabei wird das System derart ausgebaut,
dass das Planungsangebot internetbasiert weiteren chirurgischen
Zentren zur Verfügung gestellt werden kann.
Daneben ist die Verwendung der Software zur Durchführung
von Studien zur Anatomie und Regenerationsfähigkeit
der Leber am Tiermodell geplant.
Publikationen (* = externer Koautor)
[1] Meinzer, H.-P., Thorn, M., Cárdenas, C.: Computerized planning
of liver surgery - an overview. Computers & Graphics 26/4
(2002) 569-576.
Abteilung B010
Medizinische und Biologische Informatik
[2] Meinzer, H.-P., Thorn, M., Vetter, M., Hassenpflug, P.,
Hastenteufel, M., Wolf, I.: Medical Imaging: examples of clinical
applications. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing
56 (2002) 311-325.
[3] *Fischer, L., Thorn, M., Chiu, P., *Grenacher, L., Meinzer, H.-
P., *Lamadé, W.: Virtuelle Operationsplanung in der
Leberchirurgie. Chir. Praxis 2003, 61: 459-466
[4] *Kremer, M., Thorn, M., Schmied, B.M., *Schemmer, P.,
Meinzer, H.-P., *Richter, G.M., *Uhl, W., *Buechler, M.W.,
Z’graggen, K.: 3D-Volumetrie in der Leberchirurgie: ein
zuverlaessiges Hilfsmittel? Transplantationsmedizin Supplement
(2003), S 26-27.
[5] Thorn, M., *Schemmer, P., Schöbinger, M., Schmidt, J., *Richter,
G.M., *Uhl, W., *Büchler, M.W., Meinzer, H.-P.:
Computergestützte Operationsplanung für die Leber-
Lebendspende. Z Gastroenterol 2003, 41:610.
[6] *Herfarth, C., *Lamadé, W., *Fischer, L., Chiu, P., Cárdenas,
C., Thorn, M., Vetter, M., *Grenacher, L., Meinzer, H.-P.: The effect
of virtual reality and training on liver operation planning.
Swiss Surg. 2002;8(2):67-73.
[7] *Fischer, L., Cárdenas, C., Thorn, M., Benner, A.,
*Grenacher, L., Vetter, M., Lehnert, T., Klar, E., Meinzer. H.-P.,
*Lamadé, W.: Limits of Couinaud’s liver segment classification: a
quantitative computer-based three-dimensional analysis. J
Comput Assist Tomogr. 2002 Nov-Dec;26(6):962-7.
Evaluation und Einsatz von interaktiven
Segmentierungsverfahren in der klinischen
Routine
I. Wolf, T. Böttger, T. Kunert, M. Nolden, T. Heimann,
I. Wegner, H.-P. Meinzer
In Zusammenarbeit mit: Prof. S. Hagl, Herzchirurgie, Chirurgische
Universitätsklinik, Heidelberg, Prof. J. Mühling, PD Dr. Dr. S.
Hassfeld, Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie mit Poliklinik,
Heidelberg
Im Rahmen des SFB 414 „Informationstechnik in der Medizin
- Rechner- und sensorgestützte Chirurgie“ stellt die Planung
von chirurgischen Eingriffen sowohl im Herz- als auch
im Kopfbereich eine wichtige Aufgabe dar. Dafür werden
im hier beschriebenen Teilprojekt Segmentierungsverfahren
für medizinische Bilddaten evaluiert und weiterentwickelt.
Automatische Segmentierungstechniken versagen häufig.
Aus diesem Grund ist es wichtig, dem Mediziner Werkzeuge
in die Hand zu geben, die es ihm ermöglichen, den
Segmentierungsprozess interaktiv zu beeinflussen. Eventuell
auftretende Fehlsegmentierungen sollen einfach und
schnell korrigiert werden können. Wichtigste Anforderung
an solche Werkzeuge ist die intuitive und vor allem effiziente
Bedienbarkeit. Unser Schwerpunkt liegt deshalb auf
der Realisierung und der Verbesserung der interaktiven Bedienbarkeit
solcher Segmentierungstools.
Die in der Vergangenheit implementierten Segmentierungsalgorithmen
wurden in ein gemeinsames PlugIn in das
CHILI (Tele-)Radiologiesystem integriert und befinden sich
somit in einer dem Radiologen vertrauten klinischen Arbeitsumgebung.
Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf
die einfache Erlernbarkeit und intuitive Bedienbarkeit der
einzelnen Tools gelegt. Um die Bedienbarkeit und Effizienz
solcher Werkzeuge objektiv beurteilen zu können, wurden
Evaluationswerkzeuge entwickelt. Mit diesen lässt sich
einerseits die Genauigkeit unterschiedlicher Segmentierungen
des gleichen Objektes evaluieren, andererseits kann
auch der Segmentierungsprozess als solcher evaluiert werden.
Es können beispielsweise Aussagen darüber getroffen
werden, welche Tools besonders häufig verwendet
werden oder wieviel Zeit zur Erstellung einer kompletten
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
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