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Fortschritte in der bildgesteuerten Bronchoskopie
Ein engagiertes Forschungsteam des Forschungscampus STIMULATE hat in Zusammenarbeit mit den Partnern Siemens Healthineers, CHI Memorial Rees Skillern Cancer Institute (Chattanooga, USA) und Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der bildgesteuerten Bronchoskopie erzielt.
Bei einer Bronchoskopie wird ein flexibles Endoskop (Bronchoskop) durch den Mund oder die Nase in die Atemwege eingeführt, um die Luftröhre, die Bronchien und die Lunge zu untersuchen. Dieses Verfahren wird häufig durchgeführt, um verschiedene Atemwegserkrankungen wie Infektionen, Tumore, Lungenentzündungen oder andere Lungenkrankheiten zu diagnostizieren. Spezielle Bildgebende Verfahren wie die Cone-Beam-Computertomographie (CBCT) liefern bei der bildgesteuerten Bronchoskopie detaillierte Informationen und ermöglichen eine präzise Navigation durch die Atemwege.
Herkömmliche bildgesteuerte Bronchoskopieverfahren hatten lange Zeit mit Herausforderungen zu kämpfen, die sich aus den Beschränkungen dieser Bildgebungsverfahren ergaben. Dazu gehören die Überlagerung der verschiedenen Brustkorbstrukturen in einem 2D-Bild bei der projektiven Radiographie sowie die hohe Strahlendosis und der große Platzbedarf der CBCT. Mit dem Aufkommen des speziellen bildgebenden Verfahrens der digitalen Tomosynthese (DTS) ist jedoch eine vielversprechende Alternative für die Steuerung von Bronchoskopieverfahren entstanden, die einige der Vorteile der Radiographie und des CBCT vereint. Das Forschungsteam um die Doktorandin Fatima Saad hat einen verformbaren Algorithmus zur Registrierung von CT- und DTS-Bildern entwickelt, um die Genauigkeit und Effizienz von DTS-gesteuerten Bronchoskopieverfahren zu verbessern. Zum ersten Mal wurden präoperative CT-Scans, die vor dem Eingriff durchgeführt wurden, korrekt mit intraoperativen DTS-Scans, die während des Eingriffs durchgeführt wurden, abgeglichen. Der neue Algorithmus stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der bildgesteuerten Bronchoskopie dar und ebnet den Weg für eine verbesserte CT-gestützte intraoperative DTS-Bildgebung bei bildgesteuerten Bronchoskopieverfahren.
Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Computers in Biology and Medicine veröffentlicht. Weitere Informationen über diese Forschung und ihre Auswirkungen auf bildgesteuerte Bronchoskopieverfahren finden Sie hier.
Bild: Präoperatives CT-Bild nach der Registrierung (links) und das entsprechende intraoperative CBCT-Bild, das als Basis für die Registrierung dient (rechts). Die vergrößerten, gelb hervorgehobenen Regionen zeigen die Zielläsion der Lunge.
Image: Preoperative CT image after registration (left) and the corresponding intraoperative CBCT image which serves as the ground truth for the registration (right). The enlarged regions highlighted in yellow show the target lung lesion.
Advances in image-guided bronchoscopy
During a bronchoscopy, a flexible endoscope (bronchoscope) is inserted into the airways through the mouth or nose to examine the trachea, bronchi and lungs. This procedure is often performed to diagnose various respiratory diseases, such as infections, tumors, pneumonia or other lung diseases. Imaging techniques, such as cone-beam computed tomography (CBCT), provide detailed information during image-guided bronchoscopy and enable precise navigation through the airways.
Traditional image-guided bronchoscopy procedures have long struggled with challenges arising from the limitations of conventional imaging techniques, including the superimposition of the different chest structures in a 2D image in projective radiography, and the high radiation dose and large space requirements of CBCT. However, with the advent of the specialized imaging technique of digital tomosynthesis (DTS), a promising alternative for guiding bronchoscopy procedures has emerged that combines some of the advantages of radiography and CBCT. The research team led by PhD student Fatima Saad has developed a deformable CT-to-DTS image registration algorithm to improve the accuracy and efficiency of DTS-guided bronchoscopy procedures. For the first time, preoperative CT scans performed before the procedure were correctly aligned with intraoperative DTS scans performed during the procedure. The new algorithm represents a significant advance in the field of image-guided bronchoscopy and paves the way for improved CT-aided intraoperative DTS imaging during image-guided bronchoscopy procedures.
The research results were recently published in the renowned journal Computers in Biology and Medicine. More information about this research and its implications for image-guided bronchoscopy procedures can be found here.