Research project

DFG GR 796/2-3: Simulation and visualization of brain shift using multimodal data

Mit Brain Shift bezeichnet man Veraenderungen des Gehirns in Lage und in Form, die waehrend eines neurochirurgischen Eingriffes stattfinden. Durch das Phaenomen verliert computergestuetzte intraoperative Neuronavigation an ihrer Genauigkeit, was eine Operation erheblich erschwert. Der Brain Shift kann mit einem intraoperativen Update des Systems kompensiert werden. Aus diesem Grund sollen im Rahmen der Forschungsarbeiten dieses Projektes zuverlaessige und robuste Verfahren entwickelt werden, die das Phaenomen mit hoher Praezision voraussehen lassen, um eine bessere Planung und Durchfuehrung einer Operation zu ermoeglichen.
Dazu soll ein realistisches, physikalisch basiertes Modell des auftretendes Effektes erstellt werden. In diesem Modell wird sowohl Poroesitaet des Hirngewebes, als auch seine Elastizitaet und Anisotropie beruecksichtigt. Es werden auch andere physischen Faktoren, wie Druck, Schwerkraft und Fluesse im Hirn, in das Modell integriert. Dafuer werden die aus der Kontinuumsmechanik stammenden Differentialgleichungen verwendet. Die Loesung der Gleichungen erfolgt mittels Finite Elementen Methoden, die auf ein hybrides, unstrukturiertes Volumengitter angewendet werden. Um die Effekte eines chirurgischen Eingriffes zu simulieren, wird auch Geweberesektion im entwickelten Modell realisiert.
Zusaetzlich, um eine Beschleunigung zu erzielen, werden die verwendeten Algorithmen an eine parallele Implementierung angepasst.
Die Untersuchungen sollen in enger Kooperation mit dem Neurozentrum an der Neurochirurgischen Klinik der Universitaet durchgefuehrt werden.

Project manager:
Prof. Dr. Günther Greiner, Prof. Dr. med. Rudolf Fahlbusch, PD Dr. Peter Hastreiter, Prof. Dr. med. Christopher Nimsky

Project participants:
Dr.-Ing. Grzegorz Soza, Kreckel, Stefanie

Keywords:
Brain Shift Simulation

Duration: 1.4.2004 - 31.3.2005

Sponsored by:
Deutsche Forschungsgemeinschaft

Mitwirkende Institutionen:
Lehrstuhl fuer Graphische Datenverarbeitung
Neurozentrum, Neurochirurgische Klinik

Publications

Soza, Grzegorz ; Grosso, Roberto ; Nimsky, Christopher ; Greiner, Günther ; Fahlbusch, Rudolf ; Hastreiter, Peter: Combined Simulation and Registration for the Determination of the Mechanical Properties of Brain Tissue. In: Dt. Gesell. Computer und Roboterassistierte Chirurgie (Ed.) : Proc. CURAC (CURAC (Dt. Gesell. Computer und Roboterassistierte Chirurgie) Munich, Germany 2004). 2004, pp ..

Soza, Grzegorz ; Grosso, Roberto ; Nimsky, Christopher ; Fahlbusch, Rudolf ; Greiner, Günther ; Hastreiter, Peter: Estimating Mechanical Brain Tissue Properties with Simulation and Registration. In: Barillot, Christian ; Haynor, David R. ; Hellier, Pierre (Ed.) : Proc. MICCAI (Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention Saint Malo, France 09.2004). Vol. 2. Saint Malo, France : Springer, 2004, pp 276-283. (Lecture Notes in Computer Science)

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: Comput Aided Surg 8 (2004), No. 5, pp 241-246

Merhof, Dorit ; Hastreiter, Peter ; Soza, Grzegorz ; Stamminger, Marc ; Nimsky, Christopher: Non-linear Integration of DTI-based Fiber Tracts into Standard 3D MR Data. In: Girod, Bernd ; Magnor, Marcus ; Seidel, Hans-Peter (Ed.) : Vision, Modeling and Visualization 2004 Proceedings (Vision, Modeling and Visualization 2004 Stanford, USA 16.11.-18.11.2004). Stanford : infix, 2004, pp 371-378. - ISBN 3-89838-058-0

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

Soza, Grzegorz ; Grosso, Roberto ; Nimsky, Christopher ; Hastreiter, Peter ; Fahlbusch, Rudolf ; Greiner, Günther: Determination of the Elasticity Parameters of Brain Tissue with Combined Simulation and Registration. In: Int J Medical Robotics and Computer Assisted Surgery 1 (2005), No. 3, pp 87-95

Soza, Grzegorz ; Grosso, Roberto ; Nimsky, Christopher ; Greiner, Günther ; Hastreiter, Peter: High Performance Implementation for the Simulation of Brain Deformation. In: Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik (Org.) : Proc. BVM (Bildverarbeitung für die Medizin). Berlin : Springer, 2005, pp 455-459.