Interactive Visualization for Assistance of Needle-Based Interventions
Christian Rieder · Publikationsdatenbank der Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer-Gesellschaft) · 2013
Nadelbasierte Interventionen stellen einen wichtigen Teil von Ablationstherapien zur Behandlung von Tumoren dar. Durch ihre einfache Handhabbarkeit, geringen Komplikationsraten und geringfügigen Kosten gelten sie in der klinischen Routine als alternative Therapien gegenüber der chirurgischen Resektion. Bis dato ist die Radiofrequenz Ablation (RFA) in der Leber die meist studierte und klinisch relevanteste Ablationstherapie. Allerdings ist das Erreichen von erfolgreichen Resultaten eine herausfordernde Aufgabe, welche von teilweise unbekannten Ursachen abhängig ist. Klinische Studien spiegeln diese Unsicherheit in hohen Rezidivraten wieder. Das Ziel dieser Dissertation ist die Erforschung von interaktiven Visualisierungsmethoden um Radiologen bei der Planung und Bewertung von nadelbasierten Interventionen, insbesondere der RFA, zu unterstützen. In dieser Arbeit wird ein Software-Workflow präsentiert, welcher den Radiologen bei der Planung von Interventionen in der klinischen Routine assistiert. Um den Radiologen mit räumlichen Information von pathologischen Strukturen zu unterstützen, sowie das Finden von Zugangswegen unter Berücksichtigung von Risikostrukturen zu erleichtern, werden 2D Slice- und 3D Volumenrendering Techniken vorgestellt. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist die schnelle Berechnung der Ablationszone unter Berücksichtigung der Kühleffekte von nahegelegenen Blutgefäßen, welche die Größe der Ablationszone reduzieren können. In diesem Verfahren werden gewichtete Distanzfelder verwendet, welches es erlauben die Ablationszone in Echtzeit auf der Grafikkarte zu berechnen. Um die Bewertung von nadelbasierten Interventionen wie die RFA zu unterstützen, wird in dieser Arbeit ein Workflow für die automatische Registrierung von CT-Bildern vorgestellt. Dieser erlaubt es eine rigide Registrierung, welche auf Segmentierungen von Tumor und Koagulation basiert, so genau wie erfahrene Mediziner, aber in kürzerer Zeit zu berechnen. Ein weiterer Beitrag ist eine neue Übersichtvisualisierung, welche auch als Interaktionswerkzeug zur Steuerung von 3D Volumenrendering bzw. von 2D Ansichten dient. Das Ziel dieser Methode ist die kombinierte Visualisierung der Tumoroberfläche sowie deren Distanz zur Koagulation, um den Radiologen bei der Bewertung des Therapieerfolgs zu unterstützen. Als Teil dieser Dissertation wird außerdem ein Prototyping-Framework zur Erstellung von interaktiven Volumenvisualisierungen entwickelt. Das Framework erlaubt es die Konfiguration des Volumenrenderings flexibel zu erweitern und dynamisch anzupassen. Hierfür ermöglicht eine dynamische Shaderpipeline, welche auf dem SuperShader Konzept basiert, dem Benutzer eigens angepasste Shaderprogramme zur Laufzeit des Systems hinzuzufügen.