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TM-US (S. Siebers)
TM-US (S. Siebers) (english)

Therapie-Monitoring: Entwicklung sonographischer Kontrollverfahren zur Überwachung der minimal- oder nichtinvasiv angewandten Thermotherapie

Motivation:

In den letzten Jahren wurde bei nicht operablen Tumoren der Leber verstärkt die Thermotherapie als alternative Behandlungsmöglichkeit angewandt. Bei der Thermotherapie wird das zu behandelnde Gewebevolumen auf über 60°C erhitzt, was zu einer gezielten thermischen Schädigung des betreffenden Gewebeareals durch Koagulation führt. Tumoren können so thermisch zerstört werden. Zum Einsatz kommen nichtinvasive Verfahren, die mit therapeutischem Ultraschall hoher Leistung (HIFU) oder Mikrowellen arbeiten, oder minimalinvasive Verfahren, die mit Laserlicht (LITT) oder hochfrequentem Wechselstrom (Radiofrequenzablation) arbeiten. Bei den beiden letztgenannten Verfahren werden nadelförmige Sonden, über die Energie in Form von Laserlicht bzw. hochfrequentem Wechselstrom in das Gewebe eingebracht wird, minimalinvasiv oder intraoperativ in den Tumor eingeführt.
Entscheidend für den Erfolg solcher Verfahren ist der Einsatz einer geeigneten Therapiekontrolle, mit der sichergestellt werden kann, dass das Zielvolumen im Gewebe, d.h. der Tumor, tatsächlich thermisch zerstört ist. Gefragt sind insbesondere Echtzeit-Verfahren, die eine Online-Kontrolle des Therapievorganges ermöglichen.

Therapy Monitoring: Development of modalities for ultrasound based thermal therapy monitoring


The Motivation:

Thermal therapy has been established as a non- or minimally invasive approach for the treatment of tumors alternative to surgical resection. Techniques used for thermal treatment include RF ablation, laser, therapeutic ultrasound and microwaves. During a thermal therapy tissue is heated locally up to above 60° C. Cancerous tissue can thus be destroyed by coagulation.
At present there are no suitable imaging modalities available for an accurate real-time monitoring of the coagulation process. Due to the general advantages of diagnostic ultrasound (non ionizing, real-time capability, cost efficiency, ease of handling) an ultrasound based monitoring system for thermal therapies is highly desired.
This work aims at developing such a system. Therefore several tissue characterizing imaging modalities will be combined in a new multimodal concept in a future approach. Amongst the proposed modalities are elastography to detect the coagulation zone which is stiffer than vital tissue, sonographic tissue characterization, which uses parameters from the spatial and spectral domain to classify different kinds of tissue, and the registration of temporal changes in the tissue structure by using correlation and displacement-tracking techniques.


Methode:

Durch die Vorgänge und Veränderungen im Gewebe während der Thermoablation ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, ultraschallbasierte Verfahren für eine Überwachung und Kontrolle der Therapie anzuwenden. Beispielsweise besitzt koaguliertes Gewebe eine höhere Festigkeit als intaktes Gewebe. Dieser Unterschied in der Gewebehärte kann mit der Echtzeit-Elastographie bzw. Vibrographie qualitativ visualisiert werden. Außerdem verändern sich während der Therapie die Eigenschaften des Gewebes in Bezug auf die Schallübertragung, beispielsweise die Dämpfung oder Schallgeschwindigkeit. Solche Veränderungen können mit sonohistologischen Verfahren sichtbar gemacht werden. Weiterhin existieren Ansätze, Verschiebungen und Ausdehnungen im Gewebe, die durch die Erwärmung zustande kommen, zu registrieren und für eine Überwachung von Thermotherapie-Verfahren nutzbar zu machen.
Die unterschiedlichen Modalitäten wurden in bisherigen Arbeiten in der Regel getrennt zur Charakterisierung des Koagulationsvorganges eingesetzt. Im Rahmen dieses Projektes sollen sie in einem multimodalen Konzept miteinander kombiniert werden

The Method:

During the therapeutic process two temperature ranges can roughly be differentiated: on the one hand the range below 60° C, in which no considerable structural changes of the tissue arise, on the other hand the range over 60° C, which leads to coagulation of the tissue and thus to thermal necrosis. Due to the physical processes in the tissue during thermal ablation procedures different possibilities of using ultrasound-based imaging methods for therapy monitoring and controlling can be proposed.
The coagulation zone caused by thermal ablation is much stiffer than the surrounding untreated tissue. This difference of tissue stiffness can be imaged qualitatively using elastography or vibrography.
The registration of displacements in successively acquired echo frames by means of correlation techniques reveals local changes in the temperature distribution and tissue structure.
Conventional tissue characterization (“sono-histology”), i.e. characterizing tissue using parameters from the spatial or spectral domain, can be useful in determining the degree of tissue coagulation.

Ziel:

Das Ziel dieses Projektes ist es, ein echtzeitfähiges und genaues Thermotherapie-Monitoring System zu entwickeln. Mit einem derartigen System soll einerseits sichergestellt werden, dass der Tumor während der Therapie vollständig zerstört wird, andererseits soll vermieden werden, unnötig gesundes Gewebe zu schädigen. Durch ein ultraschallbasiertes Monitoring-System kann die Anwendung von Thermotherapie-Verfahren genauer und sicherer gemacht werden.

The Target:

Thermal Therapy is an alternative and minimally invasive approach for the treatment of tumors. An ultrasonic monitoring system will significantly simplify the application of thermal therapy and will thus help to reduce the costs of this modality. Compared with other suggested procedures (CT and MRI) the ultrasound-based system is economical and simply manageable. Therefore an ultrasound-based system will find general approval.



 
 
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Letzte Änderung: 16.02.2005 | Ansprechpartner: Webmaster