Entwicklung und Anwendung automatischer Bildverarbeitungsmethoden zur Kontrolle der Bestrahlungsplanung von Augentumoren und Realisierung eines sicheren Datentransfers

Abstract

Die Planung der Bestrahlung intraokularer Tumoren mittels Protonen erfordert ein dreidimensionales Modell des Patientenauges. Das Modell basiert auf Messdaten, die aus Ultraschallaufnahmen und Fundusphotographien gewonnen und während des Aufnähens der Tantal-Clips auf die Sklera des erkrankten Auges gemessen werden. Die Tantal-Clips spielen eine zentrale Rolle bei der Modellierung des Tumors und dienen zur präzisen Positionierung des Patienten während der Bestrahlung. Durch die Verwendung von hochauflösenden Computertomografie (CT) Aufnahmen kann das Augenmodell verifiziert werden. Dies erfordert eine zeitaufwendige manuelle Prozedur und ist nicht in der Planungssoftware implementiert. Der Zeitaufwand für die Verifizierung des Augenmodells konnte durch die Anwendung von automatischen Bildverarbeitungsmethoden reduziert werden. Um diesen Kontrollschritt zu automatisieren, wurde ein 3-D Segmentierungsalgorithmus entwickelt. Hiermit ist die automatische Bestimmung der Clippositionen, die Berechnung der Clipdistanzen und Distanzmessungen im Datensatz möglich. Des Weiteren ist es mit der Software möglich die CT-Daten mit dem Augenmodell zu überlagern. Das Verfahren wurde mittels Phantommessungen evaluiert und bei mehr als 500 Patienten eingesetzt. Die Automatisierung des Verfahrens führte zu einer erheblichen Beschleunigung der Planungsprozedur gegenüber dem herkömmlichen Verfahren mit CT-Filmen. Die CT-Daten werden am Hahn-Meitner-Institut (HMI) Berlin für die Planung und Durchführung der Therapie benötigt. Für den sicheren Transfer der Daten von der Charité - Universitätsmedizin Berlin (Campus Benjamin Franklin) zum HMI über das Internet wurde ein Konzept entwickelt. Die Software verschlüsselt die Daten mit dem Public-Key-Verfahren und transferiert sie dann mit dem File Transfer Protocol (FTP) auf einen für das HMI zugänglichen Server.

The planning of proton beam irradiation of intraocular tumors typically requires a 3-dimensional model of the patient’s eye based on measurements taken with ultrasound, fundus photography and during surgery. Tantalum marker clips sutured to the diseased eye’s sclera play a central role in tumor modeling and, during irradiation, in the precise positioning of the patient. Modern high-resolution computed tomography (CT) images may help during the eye modeling. A verification of the eye model with CT data normally entails a time-consuming procedure since this step is not implemented in the standard planning software. The time-consuming procedure of verifying the eye model can be shortened by using automated image processing. To enable such a quality control procedure, a software has been developed that allows the superposition of CT data and eye model, the automatic determination of clip positions, and the calculation of clip-to-clip distances and distance measurements using the CT data. A 3-D segmentation algorithm was developed to automatically segment the volumes of each clip in the CT datasets. The volume center points are used to define the clip positions and to determine the distances between the clips. The process was evaluated using phantom measurements and subsequently applied to more than 500 patients. The planning process was substantially faster than the conventional comparison method using CT film printouts. The Hahn-Meitner- Institut (HMI) Berlin needs the CT data for planning and conducting the therapy. A concept has been developed to transfer the data securely from Charité - Universitätsmedizin Berlin (Campus Benjamin Franklin) to HMI via the internet. The software encrypts the data using the public-key method and subsequently transfers the data using the file transfer protocol (FTP) to a server which can be accessed by the HMI.