Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optimierte Planung für Lebertumor-Therapie

24.08.2017

Algorithmen von Fraunhofer MEVIS verbessern den Einsatz von strahlenden Mikrokugeln in der Krebsbehandlung.

Die Radioembolisation ist eine Therapie bei Lebertumoren, die sich weder operieren noch mit Chemotherapie erfolgreich behandeln lassen. Wichtig für ihren Erfolg ist eine möglichst fundierte Planung der Behandlung. Mit dem Projekt SIRTOP arbeitet das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen daran, die Therapieplanung mit Hilfe ausgefeilter Computeralgorithmen schneller und genauer zu machen. Erste Ergebnisse stellt das Forscherteam nun auf mehreren Konferenzen vor.


© Foto Fraunhofer MEVIS

Dosimetrie für die selektive interne Radiotherapie der Leber.

Bei der Radioembolisation – auch selektive interne Radio-Therapie (SIRT) genannt – werden per Katheter winzige Glas- oder Kunstharzkügelchen in die Arterien der Leber injiziert. Sie enthalten Yttrium-90, eine radioaktive Substanz, die nur wenige Millimeter weit, aber intensiv ins Gewebe strahlt.

Da Krebsgeschwüre in der Regel stärker arteriell durchblutet werden als gesundes Gewebe, reichern sich die strahlenden Kügelchen vor allem im Tumor an. Da Yttrium-90 eine Halbwertszeit von 64 Stunden besitzt, behalten die Kügelchen ihre strahlende Wirkung über mehrere Tage.

Gleichzeitig verstopfen sie die tumorversorgenden Kapillargefäße und schnüren das Geschwür dadurch von der Blut- und Nährstoffzufuhr ab. Beide Effekte zusammen – Bestrahlung und Mangelversorgung – sorgen dafür, dass der Tumor nicht mehr wächst bzw. sogar deutlich schrumpft.

Eine wichtige Voraussetzung für die Radioembolisation ist die sorgfältige Planung der Behandlung: Um die Tumoren maximal zu schädigen, sollten sie eine möglichst hohe Strahlendosis in Form der Mikrokügelchen erreichen.

Gleichzeitig soll das gesunde Lebergewebe möglichst unbeschadet bleiben. Um die Mediziner bei der Therapieplanung zu unterstützen, entwickelt Fraunhofer MEVIS im Projekt SIRTOP (Optimization of Selective Internal Radiation Therapy in the Liver) neue Software-Werkzeuge, die unter anderem auf selbstlernenden Algorithmen basieren.

Als Grundlage für die Planung fungieren Aufnahmen aus dem Computertomographen (CT) und dem Magnetresonanztomographen (MRT). Anhand dieser radiologischen Bilder lässt sich bestimmen, welches Volumen die Leber eines Patienten besitzt, wie viele Tumoren es gibt, ihre Größe und wo sie sich im Organ befinden – wichtige Basisinformationen, um herauszufinden, wie viele radioaktive Kügelchen man am besten injiziert.

Bislang schätzen medizinische Fachkräfte diese sogenannte Tumorlast ab – das Verhältnis von Tumorvolumen zum gesamten Lebervolumen. Diese Abschätzung mehrerer Läsionen ist aber zeitintensiv und kann 15 Minuten oder mehr in Anspruch nehmen. „Wir haben eine Methode entwickelt, die diese Aufgabe mithilfe von Deep Learning-Verfahren automatisch erledigt“, sagt Projektleiterin Andrea Schenk. „Statt 15 bis 30 Minuten benötigt unser Verfahren bei vergleichbarer Genauigkeit im Durchschnitt keine drei Minuten.“

Ihre Leistungsfähigkeit konnten die selbstlernenden Algorithmen nun bei zwei internationalen Wettbewerben unter Beweis stellen, die anlässlich zweier Fachkonferenzen ausgetragen wurden: Beim „International Symposium on Biomedical Imaging“ (ISBI 2017) im April im australischen Melbourne belegte der MEVIS-Algorithmus unter 14 Teilnehmern einen zweiten Platz.

Und im Vorfeld der “Medical Image Computing and Computer Assisted Interventions Conference” (MICCAI 2017), die Mitte September im kanadischen Quebec stattfindet, wurde das Team unter 24 teilnehmenden Gruppen Dritter. Bei beiden Wettbewerben ging es darum, auf der Basis vorgegebener CT-Datensätze möglichst genau die Ausmaße von Tumoren innerhalb der Leber zu identifizieren.

Neben der Entwicklung von Algorithmen zur Tumorlast-Bestimmung geht es bei SIRTOP um einen weiteren Aspekt der Therapieplanung – das Ermitteln der optimalen Strahlendosis für einen Patienten. In der Praxis nutzen die Ärzte dafür oftmals eine recht einfache Methode, bei der sie die Werte für die Tumorlast mit der Körpergröße und dem Gewicht des Patienten korrelieren.

Die MEVIS-Forscher arbeiten an einem genaueren Ansatz: Ihr Computermodell analysiert das Arteriensystem der Leber und ermittelt, welche Gefäße welche Tumoren versorgen. „Platziert man in genau diese Arterien oder deren Zusammenflüssen den Katheter zur Injektion der Kügelchen, lässt sich eine höhere Strahlendosis an den Tumor bringen“, erläutert Schenk.

„Dadurch könnte man ihn zielgerichteter schädigen, ohne das gesunde Gewebe stärker zu belasten.“ Das neue Modell trifft dabei nicht nur globale Aussagen für die Dosisverteilung in der gesamten Leber, sondern ermöglicht auch die Betrachtung der Dosis in verschiedenen Gebieten der Leber.

Ihre Zwischenergebnisse stellen die MEVIS-Experten am 12. September auf der „Jahrestagung der Biomedizinischen Technik und Dreiländertagung der Medizinischen Physik“ (BMT 2017) in Dresden und auf der Jahrestagung der „Cardiovascular and Interventional Radiological Society of Europe“ (CIRSE 2017) vor, die vom 16.-20. September in Kopenhagen stattfindet.

Als nächstes stehen weitere Evaluierungen der Methoden an, bei der die Forscher derzeitig auf Daten aus Dresden und aus Yokohama zurückgreifen. „Spätestens zum Projektende im Herbst 2018 wird ein Werkzeug bereitstehen, das die Behandlungsplanung wesentlich verbessert“, sagt Andrea Schenk. In klinischen Studien soll im Anschluss die Auswirkung auf den Therapieerfolg belegt werden.

Weitere Informationen:

https://www.mevis.fraunhofer.de/

Bianka Hofmann | Fraunhofer MEVIS
Weitere Informationen:
https://www.mevis.fraunhofer.de/de/press-and-scicom/press-release/2017/optimizing-therapy-planning-for-cancers-of-the-liver.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Radar statt Stethoskop?
07.08.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Prostatakrebs kann per Ultraschall mit künstlicher Intelligenz besonders effektiv erkannt werden
27.07.2018 | Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt

20.08.2018 | Physik Astronomie

1,6 Millionen Euro für den Aufbau einer Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

20.08.2018 | Förderungen Preise

IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics