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DFG GR 796/2-1,2: Modellbasierte Registrierung zur Simulation und Visualisierung von ,,Brain Shift`` Phänomenen bei neurochirurgischen EingriffenMit brain shift bezeichnet man Veränderungen des Gehirns in Lage und Form, die während eines neurochirurgischen Eingriffes stattfinden.
Durch dieses Phänomen verliert computergestützte intraoperative
Neuronavigation an Genauigkeit. Der brain shift kann mit intraoperativ
erstellten Aufnahmen kompensiert werden. Jedoch gehen dabei
sämtliche zusätzlichen präoperativen Informationen, wie zum Beispiel
funktionelle Daten, verloren. Aus diesem Grund sollen im Rahmen der
Forschungsarbeiten dieses Projektes zuverlässige und robuste
Verfahren entwickelt werden, die das Phänomen mit hoher Präzision
voraussehen lassen, um nicht nur eine bessere Planung, sondern auch
deren Umsetzung während einer Operation zu ermöglichen. In diesem
Zusammenhang sollen alle präoperativen Informationen und
intraoperativ verfügbaren Daten berücksichtigt werden. Dazu sind zunächst mit Hilfe von adaptiver Berechnung auf
hierarchischen Datenstrukturen eine voxelbasierte, stückweise lineare
Registrierung des prä- und intraoperativen Datensatzes implementiert
worden. Darüber hinaus wurde zur Beschleunigung moderne
3D-Graphik-Hardware eingesetzt. In der zweiten Phase des Projektes wurde zur Analyse der Effekte, die
durch das brain shift Phänomen hervorgerufen werden, ein
realistisches, physikalisch basiertes Simulationsmodell erstellt. Darin sind sowohl die Porösität des Hirngewebes und die
dadurch bedingten Flüssigkeitsverlagerungen, als auch seine
Elastizität berücksichtigt worden. Dabei wurde eine Technik entwickelt, die eine Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Hirngewebes ermöglicht. Dafür wurden die Erkenntnisse aus dem Registrierungsbereich eingesetzt. Zusätzlich wurden auch
andere physikalische Faktoren, wie Druck und Schwerkraft integriert.
Zur mathematischen Beschreibung wurden die aus der
Kontinuumsmechanik stammenden Differentialgleichungen verwendet.
Ihre Lösung erfolgte mittels der Finite Elemente Methode, die auf ein
hybrides, unstrukturiertes Volumengitter angewendet wurde.
Die Evaluierung und Analyse der entwickelten Verfahren erfolgt
abschließend mit Methoden der interaktiven direkten
Volumenvisualisierung. Auf diese Weise wird eine wesentliche
Unterstützung bei Planungen eines chirurgischen Eingriffs erzielt. Die Untersuchungen werden in enger Kooperation des Lehrstuhls für
Graphische Datenverarbeitung und der Neurochirurgischen Klinik am
Neurozentrum des Kopfklinikums der Universität Erlangen-Nürnberg
durchgeführt. | Project manager: Prof. Dr. Günther Greiner, Prof. Dr. med. Rudolf Fahlbusch, PD Dr. Peter Hastreiter, Prof. Dr. med. Christopher Nimsky
Project participants: Prof. Dr. Günther Greiner, Prof. Dr. med. Rudolf Fahlbusch, PD Dr.-Ing. Peter Hastreiter, Prof. Dr. med. Christopher Nimsky, Dr.-Ing. Grzegorz Soza, Kreckel, Stefanie
Keywords: brain shift; Registrierung; Visualisierung; Simulation
Duration: 1.7.2000 - 31.3.2004
Sponsored by: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Mitwirkende Institutionen: Neurozentrum des Kopfklinikums der Universität Erlangen-Nürnberg
Contact: Soza, Grzegorz
| Publications |
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Rezk-Salama, Christof ; Hastreiter, Peter ; Greiner, Günther ; Ertl, Thomas: Non-linear Registration of Pre- and Intraoperative Volume Data Based On Piecewise Linear Transformation. In: Girod, Bernd ; Niemann, Heinrich ; H.-P. Seidel (Ed.) : Proceedings Vision, Modelling, and Visualization (VMV), 1999 (Vision, Modelling, and Visualization (VMV), 1999 Erlangen). Berlin : Akademische Verlagsgesellschaft, 1999, pp 100-110. | Rezk-Salama, Christof ; Scheuering, Michael ; Soza, Grzegorz ; Greiner, Günther: Fast Volumetric Deformation On General Purpose Hardware. In: Gunter Knittel ; Hanspeter Pfister (Ed.) : Graphics Hardware 2001 (ACM SIGGRAPH/Eurographics Workshop on Graphics Hardware Los Angeles 12-13. August 2001). New York : ACM, 2001, pp 17-24. - ISBN 1-58113-407-X | Hastreiter, Peter ; Klaus Engel ; Soza, Grzegorz ; Bauer, Michael ; Wolf, Matthias ; Ganslandt, Oliver ; Fahlbusch, Rudolf ; Greiner, Günther ; Ertl, Thomas ; Nimsky, Christopher: Remote Analysis for Brain Shift Compensation. In: Niessen ; Viergever (Ed.) : Proc. MICCAI 2001 (MICCAI Utrecht, Holland 2001). Utrecht : Springer, 2001, pp 1248-1249. | Soza, Grzegorz ; Hastreiter, Peter ; Bauer, Michael ; Rezk-Salama, Christof ; Nimsky, Christopher ; Greiner, Günther: Intraoperative Registration on Standard PC Graphics Hardware. In: Meiler ; Lehmann (Ed.) : Proc. BVM 2002 (Bildverarbeitung für die Medizin Leipzig 2002). Leipzig : Springer, 2002, pp 334-337. | Soza, Grzegorz ; Bauer, Michael ; Hastreiter, Peter ; Nimsky, Christopher ; Greiner, Günther: Non-Rigid Registration with Use of Hardware-Based 3D Bezier Functions. In: Dohi ; Kikinis (Ed.) : Proc. MICCAI 2002 (MICCAI Tokyo 2002). Tokyo : Springer, 2002, pp 549-556. | Soza, Grzegorz ; Grosso, Roberto ; Hastreiter, Peter ; Labsik, Ulf ; Nimsky, Christopher ; Fahlbusch, Rudolf ; Greiner, Günther: Fast and Adaptive Finite Element Approach for Modeling Brain Shift. In: Dt. Gesell. Computer und Roboterassistierte Chirurgie (Org.) : Proc. CURAC (CURAC (Dt. Gesell. Computer und Roboterassistierte Chirurgie) Erlangen 2003). 2003, pp .. | Soza, Grzegorz ; Hastreiter, Peter ; Vega Higuera, Fernando ; Rezk-Salama, Christof ; Bauer, Michael ; Nimsky, Christopher ; Greiner, Günther: Non-linear Intraoperative Correction of Brain Shift with 1.5 T Data. In: Meiler ; Saupe ; Krugell ; Handels ; Lehmann (Ed.) : Proc. BVM (Bildverarbeitung für die Medizin Erlangen 2003). 2003, pp 21-25. | Hastreiter, Peter ; Engel, Klaus ; Soza, Grzegorz ; Wolf, Matthias ; Ganslandt, Oliver ; Fahlbusch, Rudolf ; Greiner, Günther: Remote Computing Environment Compensating for Brain Shift. In: Computer Assisted Surgery (2004) | Hastreiter, Peter ; Rezk-Salama, Christof ; Soza, Grzegorz ; Greiner, Günther ; Fahlbusch, Rudolf ; Ganslandt, Oliver ; Nimsky, Christopher: Strategies for Brain Shift Evaluation. In: Medical Image Analysis 8 (2004), No. 4, pp 447-464 |
Institution: Chair of Computer Science 9 (Computer Graphics)
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