Intraoperative CT-Bildgebung zur nicht-linearen Registrierung multimodaler Daten

(RKA Förderpool, 2016-2018, Dr. Carl, Dr. Bopp. Prof. Nimsky)
 

Im Rahmen der Planung von Operationen am Gehirn macht sich die Neurochirurgie eine aufwändige präoperative multimodale bildgebende Diagnostik zu Nutze um sowohl die relevanten Zielgebiete (z.B. Tumor oder Stimulationsziele) also auch funktionell wichtige Strukturen (Faserbahnsysteme, Areale für Motorik und Sprache) oder weiterführende Informationen über den Metabolismus von Hirntumroen zu visualisieren. All diese Informationen werden intraoperativ mit Hilfe der Neuronavigation auf den Patienten „projiziert“, so dass diese dem Operateur während des Eingriffs zu jeder Zeit zur Verfügung stehen und in sein Blickfeld eingespiegelt werden.

Während des operativen Eingriffs am Gehirn verliert die Neuronavigation jedoch durch Fortschreiten der Tumorreduktion und dem sogenannten Brainshift, einer nicht-linearen Verformung des Gehirns, an Aktualität und vor allem Genauigkeit. Zur Resektionskontrolle und Einschätzung und/oder Kompensation des Brainshift können intraoperativ bildgebende Verfahren eingesetzt werden, vorzugsweise MRT und CT. Mit Hilfe der erneuten Bildgebung erfolgt über eine rigide Transformation der präoperativen auf die intraoperativen Daten ein Update der strukturellen Neuronavigation. Während strukturelle Bilddaten auch intraoperativ erhoben werden können, ist dies für fMRT oder MR-Spektroskopie nicht möglich, so dass für deren intraoperative Abbildung/Aktualisierung nur eine Transformation in Frage kommt. Die nicht-lineare Verformung des Gehirns durch Brainshift lässt sich jedoch nicht alleine mit einer rigiden Registrierung zufriedenstellend kompensieren, so dass hier nicht-lineare Registrierungsverfahren zum Einsatz kommen müssen. Nur so können funktionell relevante Strukturen und deren Lage adäquat auf die intraoperativen Bilddaten übertragen werden. In den kommerziell verfügbaren Navigationssystemen mit Anbindung intraoperativer Bildgebungsmethoden zum Update der Neuronavigation sind jedoch bislang nur rigide oder affine Registrierungsverfahren integriert. Nur durch eine möglichst genaue Abbildung aller operationsrelevanten Strukturen auch während des operativen Verlaufs kann ein hohes Resektionsausmaß bei maximaler Patientensicherheit erzielt und somit die Überlebenszeit und Lebensqualität der Patienten gesteigert werden.

In diesem Projekt soll nun ein neues Verfahren (nicht-lineare Registrierung) entwickelt werden, um eine bessere und präzise Kompensation des Brain-Shift in den Planungsdaten zu erzielen.

Links: präoperatives CT Bild mit Visualisierung des Tumors (gelb) mit verkalkten Anteilen (weißes Areal innerhalb des Tumors), rechts: intraoperatives CT Bild nach Tumorresektion mit Verlagerung des Hirnparenchyms und Verschiebung der verkalkten Anteile nach rigider Registrierung (=> unzureichende Kompensation)