Jürgen Salk Universitätsklinikum Ulm. Einsatzmöglichkeiten. Grundlagen der Virtuellen Simulation

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1 Grundlagen der Virtuellen Simulation Jürgen Salk Universitätsklinikum Ulm Was ist eine Virtuelle Simulation? Erzeugung Digital Rekonstruierter Röntgenbilder () Möglichkeiten zur Bildbearbeitung (Window-Level) Digital Composited Radiographs (DCR) Segmentierte /DCR 12. Deutscher MTA-Kongress März 2003 Grundlagen der Virtuellen Simulation Was ist eine Virtuelle Simulation? Erzeugung Digital Rekonstruierter Röntgenbilder () Möglichkeiten zur Bildbearbeitung (Window-Level) Digital Composited Radiographs (DCR) Segmentierte /DCR Was ist Virtuelle Simulation? Berechnung Digital Rekonstruierter Röntgenbilder () Die Virtuelle Simulation bei der Bestrahlungsplanung ersetzt die reale Simulatormaschine durch einen virtuellen Simulator, indem - anstelle des Patienten selbst - die CT Daten des Patienten verwendet werden. (aus: Computer Graphics Forum Volume 19, Issue 3, Collaborative Virtual Simulation Environment for Radiotherapy Treatment Planning, G. Sakas et al.) Fokus Fokus Fokus virtueller Film virtueller Film

2 CT axial CT Hounsfield Einheiten 3D-Rekonstr. Orthogonale Rekonstr. Das menschliche Auge kann ca. 32 Graustufen unterscheiden! CT Window - Level Window - Level 100% Grauwerte Absorption Window (Fensterbreite) Window (Fensterbreite) Level (Fenstermitte) Hounsfield-Einheiten 0% Level (Fenstermitte) Hounsfield-Einheiten Berechnung Digital Composited Radiographs (DCR) 100% Absorption Knochen-Fenster Weichteil-Fenster % Hounsfield-Einheiten

3 Digital Composited Radiographs (DCR) Berechnung DCR mit PTV, Feldgrenzen u. MLC 3D Treatment Planning and Verification (Step 1) AcQSim CT Images Contours Ref.-Point (=Marked IC) Treatment Plan (optional) CadPlan Dose Optimization BEV for adjustment of MLC Dose Calculation axial coronal sagittal 3D

4 3D Treatment Planning and Verification (Step 2) Digitally Reconstructed Radiographs () CadPlan Field Parameters Monitor Units MLC, etc. Isocenter Field Parameters VARiS Server AcQSim pa Beam Lateral Beam 3D Treatment Planning and Verification (Step 3) Isocenter Verification at Treatment Machine AcQSim /DCR /DCR VARiS Vision Server Film Digitally Reconstructed Radiograph Electronic Portal Image Bronchial Karzinom

5 Bronchial Karzinom Bronchial Karzinom Bronchial Karzinom Bronchial Karzinom Sagitale Rekonstruktion 3D Rekonstruktion MKS Inc. Conformal Field Projector Mamma Bestrahlung (unter Einschluß der regionalen Lymphknoten) Klinische Indikation: Mammakarzinom mit nachgewiesenem Befall der axillären LK Zielvolumen: Thoraxwand u. Brustdrüse Axilläre LK Supraklavikuäre LK Parasternale LK Aus: Bestrahlungsplanung, H. Sack u. N. Thesen

6 Mamma Bestrahlung mit parasternalen LK ( Hockey-Stick-Technik ) Mamma Bestrahlung mit parasternalen LN ( Hockey-Stick-Technik ) Klinische Indikationen Medulloblastome Ependymome Akute CNS Leukämie Multizentrische CNS Lymphome Klinisches Zielvolumen Gehirn Meningen Spinalkanal Risikoorgane Feldanordnung Coronale Ansicht Lateral opponierende Schädelfelder Thorakales pa Feld (BWS) Lumbales pa Feld (LWS) Augenlinsen Gesichtsstrukturen nach van Dyk et al. (aus Bestrahlungsplanung, H. Sack u. N. Thesen)

7 Feldanordnung Feldanordnung Laterale Ansicht Laterale Ansicht BWS Feld: Schädel-Felder: asymmetrische Halbfelder Kollimatorrotation 10.5 symmetrisches vertikales Feld 20 cm Feldlänge 37 cm 18.5 cm 18.5 cm IZ um 18.5 cm caudal verschoben FHA 100 cm 10.5 Aufnahme der Patientendaten Feldanordnung Lagerung und Maskenfixierung Laterale Ansicht 21 LWS Feld: asymmetrisches Feld craniale Feldgrenze 18.5 cm caudale Feldgrenze variabel IZ um 37.0(3) cm caudal verschoben Gantryrot. 21 (Tischrot. 90 ) FHA 100 cm Aufnahme der Patientendaten 18.5 cm Virtuelle Simulation der Bestrahlungsfelder Markierung des Referenzpunktes und CT Scan Schädelfelder mit Gesichtsblock DCR MPR

8 Virtuelle Simulation der Bestrahlungsfelder BWS Feld Virtuelle Simulation der Bestrahlungsfelder LWS Feld DCR MPR DCR MPR Dosisberechnung und Optimierung 3D Rekonstruktion mit 95% Isodose frontal latera l Interstitielle Brachytherapie (I-125 Seeds) Interstitielle Brachytherapie (I-125 Seeds) Pre-Planning DCR mit Prostata Prostatavolumen Anzahl der Seeds evtl. Kontraindikation DCR (ap) DCR (lat.)

9 Gegenüberstellung Zukunft: Multimodale Simulation??? konventionell virtuell Liegezeit d. Patienten Durchführung Patientenbewegung Feldanpassung Strahlgeometrie Bildbearbeitung Multiple Felddarstellung CT/MPR Multimodale Bildgebung min mit Patient ja Knochen limitiert limitiert nein nein nein min ohne Patient nein PTV/RO beliebig ja ja ja ja (im Prinzip) MRT Bild CT Bild Zukunft: Multimodale Simulation??? CT PET PET-CT