@misc{Tack, type = {Master Thesis}, author = {Tack, Alexander}, title = {Gruppenweise Registrierung zur robusten Bewegungsfeldsch{\"a}tzung in artefaktbehafteten 4D-CT-Bilddaten}, abstract = {Das Ziel der Strahlentherapie ist, eine m{\"o}glichst hohe Dosis in den Tumor zu applizieren und zeitgleich die Strahlenexposition des Normalgewebes zu minimieren. Insbesondere bei thorakalen und abdominalen Tumoren treten aufgrund der Atmung w{\"a}hrend der Bestrahlung große, komplexe und patientenspezifisch unterschiedliche Bewegungen der Gewebe auf. Um den Einfluss dieser Bewegung auf die i.d.R. statisch geplante Dosisverteilung abzusch{\"a}tzen, k{\"o}nnen unter Verwendung der nicht-linearen Bildregistrierung anhand von 3D-CT-Aufnahmen eines Atmungszyklus - also 4D-CT-Daten - zun{\"a}chst die Bewegungsfelder f{\"u}r die strahlentherapeutisch relevanten Strukturen, beispielsweise f{\"u}r die Lunge, berechnet werden. Diese Informationen bilden die Grundlage f{\"u}r sogenannte 4D-Dosisberechnungs- oder Dosisakkumulationsverfahren. Deren Genauigkeit h{\"a}ngt aber wesentlich von der Genauigkeit der Bewegungsfeldsch{\"a}tzung ab. Klassisch erfolgt die Berechnung der Bewegungsfelder mittels paarweiser Bildregistrierung, womit f{\"u}r die Berechnung des Bewegungsfeldes zwischen zwei Bildern im Allgemeinen eine sehr hohe Genauigkeit erreicht wird. Auch f{\"u}r CT-Bilder, die Bewegungsartefakte, wie beispielsweise doppelte oder unvollst{\"a}ndige Strukturen, enthalten, wird unter Verwendung der paarweisen Bildregistrierung im Kontext der Registrierung eine exakte Abbildung der anatomischen Strukturen zwischen den beiden Bildern erreicht. Dabei erfolgt aber eine physiologisch unplausible Anpassung der Felder an die Artefakte. Bei Verwendung der paarweisen Bildregistrierung m{\"u}ssen weiterhin f{\"u}r einen Atemzyklus die Voxel-Trajektorien aus Bewegungsfeldern zwischen mehreren dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt werden. Durch Bewegungsartefakte entsprechen diese Trajektorien dann teilweise keiner nat{\"u}rlichen Bewegung der anatomischen Strukturen. Diese Ungenauigkeit stellt in der klinischen Anwendung ein Problem dar; dies gilt umso mehr, wenn Bewegungsartefakte im Bereich eines Tumors vorliegen. Im Gegensatz zu der paarweisen Registrierung kann mit der gruppenweisen Registrierung das Problem der durch Bewegungsartefakte hervorgerufenen ungenauen Abbildung der physiologischen Gegebenheiten dadurch reduziert werden, dass im Registrierungsprozess Bildinformationen aller Bilder, also in diesem Kontext der CT-Daten zu unterschiedlichen Atemphasen, gleichzeitig genutzt werden. Es kann bereits im Registrierungsprozess eine zeitliche Glattheit der Voxel-Trajektorien gefordert werden. In dieser Arbeit wird eine Methode zur B-Spline-basierten zeitlich regularisierten gruppenweisen Registrierung entwickelt. Die Genauigkeit der entwickelten Methode wird f{\"u}r frei zug{\"a}ngliche klinische Datens{\"a}tze landmarkenbasiert evaluiert. Dabei wird mit dem Target Registration Error (TRE) die durchschnittliche dreidimensionale euklidische Distanz zwischen den korrespondierenden Landmarken nach Transformation der Landmarken bezeichnet. Eine Genauigkeit in der Gr{\"o}ßenordnung von aktuellen paarweisen Registrierungen verdeutlicht die Qualit{\"a}t des vorgestellten Registrierungs-Algorithmus. Anschließend werden die Vorteile der gruppenweisen Registrierung durch Experimente an einem Lungenphantom und an manipulierten, artefaktbehafteten klinischen 4D-CT-Bilddaten demonstriert. Dabei werden unter Verwendung der gruppenweisen Registrierung im Vergleich zu der paarweisen Registrierung glattere Trajektorien berechnet, die der realen Bewegung der anatomischen Strukturen st{\"a}rker entsprechen. F{\"u}r die Patientendaten wird außerdem anhand von automatisch detektierten Landmarken der TRE ausgewertet. Der TRE verschlechterte sich f{\"u}r die paarweise Bildregistrierung unter Vorliegen von Bewegungsartefakten von durchschnittlich 1,30 mm auf 3,94 mm. Auch hier zeigte sich f{\"u}r die gruppenweise Registrierung die Robustheit gegen{\"u}ber Bewegungsartefakten und der TRE verschlechterte sich nur geringf{\"u}gig von 1,45 mm auf 1,71 mm.}, language = {de} }