Stipendiaten 2010

Alfred Michael Franz

Alfred Michael Franz

Projekttitel: Ein Navigationssystem für die
minimalinvasive Tumorbehandlung
Hochschule: Universität Heidelberg und Hochschule Heilbronn
Studiengang: Medizinische Informatik

Kurzbeschreibung

"Ein Navigationssystem für die minimalinvasive Tumorbehandlung"

Motivation

Krebs wird nach Meinung von Experten in etwa zehn Jahren die häufigste Todesursache in Deutschland sein. Neue Möglichkeiten der Behandlung sind daher Gegenstand der Forschung. Im Bereich der Therapie von Tumoren im Weichgewebe, wie beispielsweise der Leber, bieten neue minimal-invasive Verfahren eine schonende Möglichkeit der Behandlung. Solch ein Verfahren ist z.B. die Radiofrequenzablation (RFA), bei der ein nadelförmiges Instrument in krankhaftes Gewebe eingeführt und der Tumor durch lokale Temperaturveränderungen zerstört wird. Eine große Herausforderung ist dabei die Platzierung des Instruments, insbesondere da sich die Zielstruktur während des Eingriffs aufgrund der Atmung bewegt.

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Radiofrequenzablation. Die Spitze der RFA-Nadel wird im Tumor platziert und das umliegende Gewebe durch Erhitzen zerstört.
Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Radiofrequenzablation. Die Spitze der RFA-Nadel wird im Tumor platziert und das umliegende Gewebe durch Erhitzen zerstört.

Vorarbeiten

Am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg wird in der Abteilung Medizinische und Biologische Informatik von Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer im Rahmen des Graduiertenkollegs 1126: Intelligente Chirurgie an neuen Verfahren zur Krebsbehandlung geforscht. Die Wissenschaftlerin Dr. Lena Maier-Hein entwickelte dort ein computergestütztes Navigationssystem für Ärzte. Dieses System ermöglicht eine genaue Platzierung von nadelförmigen Instrumenten, wie bei der Radiofrequenzablation nötig. Es arbeitet dabei mit kamerabasierter Lokalisation (optisches Tracking) der Instrumente. Ein Nachteil dieser Methode ist die nötige freie Sichtlinie zwischen Trackingsystem und Instrument, welche die Handhabbarkeit des Systems erschwert.

Abbildung 2: Dreidimensionale Darstellung einer navigierten Leberpunktion.
Abbildung 2: Dreidimensionale Darstellung einer navigierten Leberpunktion.
Abbildung 3: Das am DKFZ entwickelte Navigationssystem im Einsatz
Abbildung 3: Das am DKFZ entwickelte Navigationssystem im Einsatz

Das Forschungsprojekt

Im Rahmen des Forschungsprojekts soll das System durch Einsatz eines auf Elektromagnetismus basiertem Trackingsystems weiterentwickelt werden. Bei dieser Art von Tracking ist keine freie Sichtlinie zum Instrument nötig, und es ergeben sich weitere Vorteile, wie Verringerung der Nadeldicke des Instruments und somit der Invasivität des Eingriffs. Durch die Integration dieses Trackingsystems soll das Navigationssystem verbessert und die Voraussetzungen für einen klinischen Einsatz geschaffen werden.

Abbildung 4: Funktionsprinzip des eltromagnetischen Trackingsystems. Das System kann die Position des Sensors in der Nadelspitze eines Instruments über das elektromagnetische Feld bestimmen. Das Trackingvolumen ist dabei der Bereich in dem die Position des Instruments sicher bestimmt werden kann, das Instrument muss sich also während des Eingriffs im Trackingvolumen befinden.
Abbildung 4: Funktionsprinzip des eltromagnetischen Trackingsystems. Das System kann die Position des Sensors in der Nadelspitze eines Instruments über das elektromagnetische Feld bestimmen. Das Trackingvolumen ist dabei der Bereich in dem die Position des Instruments sicher bestimmt werden kann, das Instrument muss sich also während des Eingriffs im Trackingvolumen befinden.

Die im Rahmen des Projekts entwickelte Software fließt in das Open-Source-Projekt The Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK, www.mitk.org) ein, das frei im Netz verfügbar ist.

Abbildung 5: Screenshot der Open-Source-Software MITK
Abbildung 5: Screenshot der Open-Source-Software MITK