Organe, wie die Blase, die Prostata oder das Rektum, zeichnen sich vor allem durch ihre weiche und flexible Struktur aus. Diese ist auch der Grund dafür, dass sie ihre äußere Form laufend verändern, dies geschieht vor allem in Abhängigkeit ihres aktuellen Füllstandes. Klinische Studien deuten darauf hin, dass diese Schwankungen den Erfolg von Strahlungstherapien für Patienten mit Prostatakrebs beeinflussen könnten. In der Praxis werden die täglichen Formveränderungen der zu behandelten Organe zwar durch simple Neuausrichtung der bestrahlten Region berücksichtigt, dennoch könnte eine detaillierte Analyse der exakten Schwankungen eine höhere Genauigkeit der Therapieplanung ermöglichen. Um die Therapieeffekte zu evaluieren, werden sogenannte Kohortenstudien durchgeführt, in welchen eben jene Formund Positionsschwankungen und ihre jeweiligen Effekte analysiert werden. Im Laufe dieser Arbeit präsentieren wir eine webbasierte Anwendung, welche in der Lage ist, einen medizinischen Datensatz der Beckenorgane von 24 Patienten mit Prostatakrebs über einen Verlauf von 13 Behandlungseinheiten zu analysieren. Wir verfolgten hierbei zwei Ziele: Einerseits versuchen wir, medizinische Experten bei der Durchführung von Kohortenstudien zu unterstützen und andererseits wollen wir Ärzten eine individuelle Strahlungstherapieplanung auf Patientenbasis ermöglichen. Unsere Anwendung ist in der Lage, große Datensätze von Organen zu verarbeiten, indem wir sie zuerst in einen niedrig-dimensionalen Raum transformieren, in welchem die Formschwankungen analysiert werden können. Dadurch können wir den Anwendern einen Überblick über den gesamten Datensatz zur Verfügung stellen. In einem nächsten Schritt können Teile des Datensatzes ausgewählt und detaillierter analysiert werden. So kann man zum Beispiel die exakten Formveränderungen der Organe von einzelnen Patienten oder Gruppen von Patienten zu untersuchen. Wir präsentieren die Anwendbarkeit unserer Methode anhand zahlreicher Szenarien und evaluieren ihren Erfolg durch Interviews mit zwei Fachexperten. Die Anwendung, die in dieser Arbeit präsentiert wird, kann als erster Schritt gesehen werden, Ärzte bei der Planung von Strahlungstherapieeinheiten zu unterstützen, welche auch die täglichen Formschwankungen von Organen berücksichtigen.
de
Pelvic organs such as the bladder, rectum or prostate have highly variable shapes that change over time, due to their soft and flexible tissue and varying filling. Recent clinical work suggests that these variations might affect the effectiveness of radiation therapy treatment in patients with prostate cancer. Although in clinical practice small correction steps are performed to re-align the treated region if the organs are shifted, a more in-depth understanding and modeling might prove beneficial for the adaptation of the employed treatment planning strategy. To evaluate the viability and to account for the variability in the population of certain treatment strategies, cohort studies are performed analyzing the shape and position variability of pelvic organs. In this thesis, we propose a web-based tool that is able to analyze a cohort of pelvic organs from 24 patients across 13 treatment instances. Hereby we have two goals: On the one hand, we want to support medical researchers analyzing large groups of patients for their shape variability and the possible correlations to side effects. On the other hand, we want to provide support for medical experts performing individual patient treatment planning. Our tool offers both the option to analyze a large cohort of different organ shapes, by first modeling them in a shape space and then analyzing the shape variations on a per-patient basis. While this first part aims at providing users with an overview of the data, we also give them the option to perform a detailed shape analysis, where we highlight the statistically aggregated shape of a patient or a specified group using a contour variability plot. Finally, we demonstrate several possible usage scenarios for our tool and perform an informal evaluation with two medical experts. Our tool is the first significant step in supporting medical experts in demonstrating the need for adaptation in radiation therapy treatments to account for shape variability.
