Tumors located in the chest and abdomen are often treated by using percutaneous radiation therapy. When radiosurgical methods are applied to these tumors, it is necessary to take into account respiratory motion, which may cause the tumor to shift its position by 1 cm or more. Without compensation of this motion, it is unavoidable to enlarge the target volume by a safety margin. Thus, healthy tissue is also affected by radiation and therefore lower doses must be used to spare healthy tissue. This thesis describes a new concept, enabling a prediction of the position of the tumor at a certain time without using fiducial markers. The implantation of these markers means an encumbering operation for the patient and the medical staff. By matching periodically taken X-ray images to a computed volumetric deformation model, the respiratory state and thus the position of the target can be determined. As this registration cannot be performed in real-time, infrared emitters are attached to the patient's chest and abdomen to report information on the current state of respiration. The information of the sensor is correlated to the target location computed by the comparison between the X-ray image and the model. Thus, a complete correlation model between external and internal motion is acquired, without using any implanted fiducials. The main focus of this work lies on the process of creating the volumetric deformation model, which is based on corresponding anatomical landmarks selected in two volume scans, one taken during maximal inhalation one taken during maximal exhalation. A method for fully automatic detection of corresponding anatomical landmarks in volume scans taken at the two different respiratory states was developed. Furthermore, new techniques for labeling computed tomography images with respiratory states are introduced, enabling evaluation of the computed models. The suggested method for computing volumetric deformation models was evaluated on six patient data sets, five concerning the lung and one the liver. Surface distance measurements of the particular segmented organ of the scan to be deformed and the reference scan, as well as visual inspections on corresponding image slices, yielded high accuracy. Moreover, the feasibility of determining the respiratory state by comparison of an X-ray image to the model was successfully demonstrated by using digitally reconstructed radiographs.     «

Tumors located in the chest and abdomen are often treated by using percutaneous radiation therapy. When radiosurgical methods are applied to these tumors, it is necessary to take into account respiratory motion, which may cause the tumor to shift its position by 1 cm or more. Without compensation of this motion, it is unavoidable to enlarge the target volume by a safety margin. Thus, healthy tissue is also affected by radiation and therefore lower doses must be used to spare healthy tissue. This...     »

Tumore, die sich im Bereich der Brust und des Abdomens befinden, werden häufig mittels der perkutanen Strahlentherapie behandelt. Bei strahlenchirurgischen Eingriffen bezüglich dieser Tumore ist es wichtig, die durch die Atmung entstehende Bewegung zu berücksichtigen, die zu einer Tumorverschieblichkeit von mehr als 1 cm führen kann. Ohne den Ausgleich dieser Bewegung ist es unvermeidbar, das Zielvolumen um eine Sicherheitszone zu vergrößern. Infolgedessen wird auch gesundes Gewebe bestrahlt und so müssen niedrigere Strahlendosen verwendet werden um dieses gesunde Gewebe zu verschonen. Diese Arbeit beschreibt ein neues Konzept, das eine Vorhersage der Position des Tumors zu jedem beliebigen Zeitpunkt ermöglicht, ohne dabei implantierte künstliche Marker einzusetzen. Die Implantation dieser Marker bedeutet eine belastende Operation für den Patienten und das klinische Personal. Durch den Abgleich von periodisch aufgenommenen Röntgenbildern mit einem berechneten volumetrischen Deformationsmodell, kann der Atemzustand und damit die Zielposition bestimmt werden. Da diese Registrierung nicht in Echtzeit durchgeführt werden kann, werden Infrarot-Emitter an der Brust und am Bauch des Patienten angebracht, um Information über den momentanen Atemzustand zu erhalten. Die Information des Sensors wird zu der Position des Ziels korreliert, die durch den Vergleich zwischen Röntgenbild und Modell errechnet wurde. Folglich erhält man ein Korrelationsmodell zwischen externer und interner Bewegung ohne die Verwendung implantierter Marker. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Erstellung des volumetrischen Deformationsmodells, das auf korrespondierenden anatomischen Landmarken beruht, die in zwei Volumen-Scans selektiert wurden, wobei ein Scan bei maximal inhaliertem und einer bei maximal exhaliertem Atemzustand aufgenommen wurde. Es wurde eine Methode zur vollautomatischen Detektion korrespondierender anatomischer Landmarken in Volumen-Scans von unterschiedlichem Atemzustand entwickelt. Außerdem werden neue Techniken zur Gewinnung von Computertomographie-Bildern mit bekanntem Atemzustand vorgestellt, die eine Evaluierung der berechneten Modelle ermöglichen. Die vorgeschlagenen Methoden zur Berechnung von volumetrischen Verformungsmodellen wurden anhand von sechs Patientendatensätzen evaluiert, wobei fünf davon die Lunge und einer die Leber betreffen. Sowohl Abstandsmessungen zwischen den Oberflächen der betreffenden segmentierten Organe des zu verformenden und des Referenz-Scans, als auch die optische Kontrolle von korrespondierenden Schichtbildern zeigten die hohe Genauigkeit des Modells. Darüberhinaus wurde die Machbarkeit der Bestimmung des Atemzustandes durch den Abgleich eines Röntgenbildes mit dem Modell unter Verwendung von digital rekonstruierten Röntgenaufnahmen erfolgreich demonstriert.     «

Tumore, die sich im Bereich der Brust und des Abdomens befinden, werden häufig mittels der perkutanen Strahlentherapie behandelt. Bei strahlenchirurgischen Eingriffen bezüglich dieser Tumore ist es wichtig, die durch die Atmung entstehende Bewegung zu berücksichtigen, die zu einer Tumorverschieblichkeit von mehr als 1 cm führen kann. Ohne den Ausgleich dieser Bewegung ist es unvermeidbar, das Zielvolumen um eine Sicherheitszone zu vergrößern. Infolgedessen wird auch gesundes Gewebe bestrahlt und...     »