MEDIZINREPORT

Cinematic Rendering: Körperkino für das Tumorboard

Dtsch Arztebl 2017; 114(35-36): A-1594 / B-1351 / C-1321

Moser, Susanne Elisabeth

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Traditionelles (links) versus Cinematic Rendering (rechts): Schatteneffekte verdeutlichen die Abstände zwischen Schädelknochen und Blutgefäßen (oben). Umgebungslichtabdeckungseffekte verstärken den Plastizitätseindruck des Kortex (unten). Bildquelle: Stanford volume data archive/Siemens Healthineers
Traditionelles (links) versus Cinematic Rendering (rechts): Schatten­effekte verdeutlichen die Abstände zwischen Schädel­knochen und Blut­gefäßen (oben). Umgebungs­licht­abdeckung­seffekte verstärken den Plastizitäts­eindruck des Kortex (unten). Bildquelle: Stanford volume data archive/Siemens Healthineers

Der Kinofilm „Herr der Ringe“ und eine Tumorboard-Besprechung haben in Zukunft möglicherweise viel gemeinsam. Mit einer Evaluierungsstudie erprobt das Universitätsklinikum Erlangen die 3-D-Visualisierungstechnologie in der Chirurgie.

Pankreaskarzinome oder andere Oberbauchtumore sind eng mit Blutgefäßen und anderen zentralen Strukturen assoziiert. Ist eine operative Entfernung dieser Tumore möglich? Und wenn ja, wie? Fragen, die häufig ein interdisziplinär besetztes Tumorboard entscheidet. Die Fachärzte stützen sich dabei unter anderem auf die bildgebende präoperative Diagnostik der Radiologen. Die zweidimensionalen CT- oder MRT-Schnittdarstellungen kommen jedoch an ihre Grenzen, wenn es um die räumliche Lagebeziehung von Tumorgewebe, Gefäßen und gesundem Gewebe geht. Insbesondere der Verlauf der Blutgefäße bestimmt die für den betroffenen Patienten angemessene OP-Strategie.

Hilfe bei der präoperativen Entscheidungsfindung

Hier zählen bislang das Erfahrungswissen des Chirurgen sowie das Abtasten der Gefäßverzweigungen während der Operation. Mit einer auf chirurgische Belange zugeschnittenen Cinematic-Rendering-Lösung möchte die Chirurgische Klinik des Universitätsklinikums Erlangen eine Erweiterung der präoperativen Entscheidungsfindung erproben.

Ende Juli ist die Erlanger Evaluierungsstudie mit einem Prototyp der Cinematic-Rendering-Anwendung von Siemens Healthineers gestartet. Die an der Studie teilnehmenden Chirurgen vergleichen retrospektiv CT-Aufnahmen onkologischer Fälle mit den entsprechenden Cinematic-Rendering-Darstellungen. Sie gehen dabei der Frage nach, inwieweit Cinematic Rendering mit seiner fotorealistischen 3-D-Darstellung von Lagebeziehungen eine schnellere und optimalere OP-Planung erlaubt.

„Je nach Studienergebnis wäre in einem zweiten Schritt ein Einsatz während einer Operation überlegenswert“, erklärt Professor Dr. Robert Grützmann, Klinikdirektor Chirurgie am Universitätsklinikum Erlangen. Er sieht einen weiteren Nutzen der Technologie im Sinne einer Demokratisierung von Tumorboard-Besprechungen: „Dort könnten Ärzte verschiedener Fachrichtungen gleichermaßen einen Fall erfassen, wenn sie neben den CT- und MRT-Bildern die 3-D-Darstellungen zur Verfügung hätten. So wären potenziell objektivere, vertrauensvollere interdisziplinäre Therapieentscheidungen und damit eine effektivere chirurgische Planung möglich.“

Einfache Bedienbarkeit, schnelle Ergebnisanzeige

Bislang nutzten vor allem Radiologen aufwendiger zu bedienende Cinematic-Rendering-Anwendungen. Bei der neuen Prototypenentwicklung speziell für die Chirurgie berücksichtigte Siemens Healthineers die praktischen Anforderungen der Erlanger Ärzte. „Wichtig für die klinischen Arbeitsabläufe ist eine intuitive und einfache Bedienbarkeit, verbunden mit einer schnellen Ergebnisanzeige“, weiß Dr. Christian Krautz, Leiter der Evaluierungsstudie am Erlanger Universitätsklinikum. Mit wenigen Klicks kann er die 3-D-Darstellungen drehen, einzelne Strukturen hervorheben oder transparent in den Hintergrund treten lassen. Zu den weiteren chirurgietypischen Funktionen gehören verschiebbare selektive Schnittebenen, um die Lage der Gefäße relativ zum Tumor ohne das umgebende Gewebe zu zeigen. Bei einigen Eingriffen hilfreich sind ergänzende Hybridansichten aus Cinematic-Rendering- und 2-D-CT-/MRT-Aufnahmen.

In den Verästelungen der Lunge sind Metastasen eines Nierenzellkrebses zu erkennen. Foto: Panshi City Hospital, Jilin, China
In den Verästelungen der Lunge sind Metastasen eines Nierenzellkrebses zu erkennen. Foto: Panshi City Hospital, Jilin, China

Neben der OP-Planung zählen zu den weiteren Cinematic-Rendering-Einsatzmöglichkeiten die Patientenkommunikation – beispielsweise bei der OP-Aufklärung – oder die Ausbildung von medizinischem Personal. Als „Körperkino“ könnte Cinematic Rendering medizinische Zusammenhänge realitätsnah und verständlicher veranschaulichen – womit sich der Kreis zu seinen cineastischen Wurzeln schließt.

Das Erlanger Beispiel lässt ahnen, wohin die Zukunft bei bildgebenden Verfahren gehen könnte. Jenseits der klassischen Diagnostik sind sie dabei, andere Einsatzfelder wie die Therapiesimulation und -führung zu erobern. Am Horizont zeichnen sich weitere Anwendungen ab – von der Prävention bis zum Screening und zu anschließender Nachsorge. Dazu können die Geräte immer mehr verdichtete Daten erfassen und verarbeiten.

Aussagen über spezifische Gewebeeigenschaften

Ging es bislang um die simple Visualisierung einzelner Organe eines Patienten, entwickeln sich gerade quantitative Bildgebungsverfahren. Sie kombinieren Bildwerte – von 2-D bis 4-D – und weitere, beispielsweise physikalische Daten eines Menschen, um sie mit Informationen über andere Patienten aus großen Bilddatenbanken zu vergleichen. Die Schlagworte lauten „künstliche Intelligenz“ (KI) und „Radiomics“. KI-Technologien können automatisiert riesige Datenmengen extrahieren und analysieren. Ziel ist es, mit statistischen Methoden unter anderem Aussagen über spezifische Gewebeeigenschaften (radiologische Biomarker) und damit Krankheitsverläufe zu treffen. Weiter gedacht, ließen sich damit populationsbezogene Analysen durchführen, zum Beispiel zu bestimmten Krankheitsbildern. So könnte KI in der Bildgebung klinische Entscheidungen beeinflussen.

Schließlich erwarten die Marktforscher von Frost & Sullivan in den kommenden 10 Jahren eine Totalvernetzung bislang isoliert arbeitender Geräte und Datenbanken zu integrierten Plattformen (Ökosysteme) – über die Mauern eines Krankenhauses hinaus. Diese Aussichten erfordern einerseits Akzeptanz und neue Qualifikationen der Anwender, um die Fülle der neuen Möglichkeiten auszuschöpfen. Zum anderen geht es am Ende darum, ob sich die Mehrkosten durch ein Mehr an Nutzen rechnen.

Susanne Elisabeth Moser

Cinematic Rendering: technologischer Hintergrund

Cinematic Rendering – deutsch etwa: filmische Bildsynthese – beschreibt ein 3-D-Visualisierungsverfahren. Die Technologie stammt aus der Filmbranche, wo sie unter anderem digital animierte Figuren realitätsnah in von Menschen dargestellte Filmszenen integriert – beispielsweise „Gollum“ in „Herr der Ringe“. Aus konventionellen 2-D-CT- oder MRT-DICOM-Daten errechnet die Cinematic-Rendering-Software dreidimensionale Strukturen. Im Vergleich zu dem bekannten Volumetric-Rendering-Verfahren erhält der Nutzer mit Cinematic Rendering 3-D-Bilder in Fotoqualität (fotorealistisch). Dazu nutzt Cinematic Rendering die physikalischen Eigenschaften des Lichts. Anhand der Schattenbildung erzeugt die Software einen Tiefeneindruck und bildet so strukturelle Lagebeziehungen ab. Zudem berechnet sie die für die Formwahrnehmung wichtige Umgebungslichtabdeckung, was die Oberflächenplastizität verstärkt. Überdies simuliert die Software die Lichtpfadverfolgung – wie Lichtstrahlen an Strukturen reflektieren und streuen. Je mehr zufällige Lichtverläufe in den Algorithmus einfließen, umso geglätteter und damit fotorealistisch wirkt die 3-D-Darstellung.

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