Brachytherapie ist eine Form der Strahlentherapie, bei der eine umschlossene radioaktive Strahlenquelle innerhalb oder in unmittelbarer Nähe des zu bestrahlenden Gebietes im Körper platziert wird. Im Rahmen des von der Universität zu Lübeck und an der Harvard Medical School geförderten Projektes „NeedleFinder“* werden Methoden für die hochgenaue und präzise Segmentierung der Katheterpfade entwickelt.
Sie ermöglichen es, während der Operation im MRT-Bild die den Tumor treffenden Pfade den Öffnungen einer Syed-Neblett-Schablone zuzuordnen (Abb. 1). Dies ist für die fehlerlose Dosierung der durch die Schablone und die anliegenden Pfade eingeführten Strahlenquellen von zentraler Bedeutung (Abb. 2). Die Deponierung der Strahler geschieht intraoperativ, bildgestützt, den Tumor sehend (Abb. 3) und gegebenenfalls unter mehrfacher Nutzung der angelegten Katheterpfade.
Aktueller Goldstandard
Abb. 1 – 4: (1.) Gyn-Syed-Neblett-Schablone mit Katheter-IDs 1, 2 und 3. Katheter werden eingeführt – (2.) Syed-Neblett-Schablone mit drei Kathetern und Tumorläsion (gelb): Die Dosisapplikation soll intern im Patienten optimal im Tumor deponiert werden – (3.) Bildkontrolle, intraoperative axiale Schicht: Welcher Katheter gehört zu welcher ID? – (4.) SI-Rückverfolgung ergibt IDs; Strahler korrekt lokal anwenden © Universität zu LübeckIm Projektkontext stellt die bei „Medical Image Analysis“ veröffentlichte Arbeit (Impact-Faktor 5,012) der Allgemeinheit unter Berücksichtigung der besonders schwierigen dunkel-diffusen Darstellung der Katheterartefakte in MRT-Bilddaten (Abb. 3) nunmehr zuverlässige Segmentierungs- und Identifikationsansätze zur Verfügung.
Die Segmentierungsalgorithmen basieren auf (1) speziellen lokalen Bildfiltern für die dunkel-diffusen Katheterartefakte, (2) auf einem mechanischen Kathetermodell, welches den wahrscheinlichen Katheterpfad mithilfe der wirkenden Kräfte zur Schablone zurückverfolgt, und (3) logischem Ausschließen nicht plausibler gruppenweiser Katheterpfadkonfigurationen (Überschneidungen).
Die dunkel-diffusen Katheterartefakte befinden sich in einem Grauwertespektrum, das im Gegensatz zur leicht diskriminierbaren, hellen Darstellung in CT-Aufnahmen zu Verwechslungen mit anderen Bildstrukturen führen kann. Die umfangreiche Evaluation wurde auf 762 vorher segmentierten Referenztrajektorien (Abb. 3, 4, türkis-farbene Pfade) aus einer umfangreichen Population mit 54 intraoperativen 3D-MRT-Patientendatensätzen ausgewertet.
Die erreichte Fehlergüte setzt aktuell den Goldstandard auf dem Arbeitsgebiet der bildgestützten Therapie. Es wurde die quantitative Bewertung der Genauigkeit und Robustheit vorgenommen: Im Vergleich zu expertensegmentierten Goldstandard-Kathetern ergeben sich bei 93 Prozent möglicher Identifikationsrate eine niedriger Maximalabstand 1,49 Millimeter (Hausdorff-Metrik) und exzellente Präzisionsfehler von 0,29 Millimeter (Abb. 3, 4, grüne Pfade).
Quelle: Universität zu Lübeck
* National Center for Image Guided Therapy, P41EB015898
** The Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention Society
Publikation: Tina Kapur et al.; Accurate Model-based Segmentation of Gynecologic Brachytherapy Catheter Collections in MRI-images; Medical Image Analysis, 2017; doi: 10.1016/j.media.2017.06.011
