Die Leber ist eines der wichtigsten Organe bei der Diagnose von Tumorerkrankun-gen [23, 1]. Sie ¨ubernimmt im menschlichen K ¨orper wichtige Aufgaben im Stoffwech-sel und sorgt f ¨ur den Abbau von N¨ahr- und Giftstoffen. Aus diesem Grund streuen zahlreiche prim¨are Tumorerkankungen wie z.B. Prostata-, Brust-, Darm- und Pancre-astumor im zeitlichen Krankheitsverlauf Metastasen in die Leber. Im Krankheitsver-lauf lassen sich somit strukturelle ¨Anderungen an der Leber sowie die Entstehung und
1 Medizinische Bildgebung
(a) Erste Darstellung einer Zelle (b) Fr ¨uhe Aufnahme der menschlichen Hand aufgenom-men von R ¨ontgen
(c) Erster MRI Scan eines Men-schen von Damadian
Abbildung 1:Uberblick ¨uber wichtige Entdeckungen der modernen medizinischen Bildge-¨ bung. (a) Der Physiker Robert Hooke entdeckte 1665 in seinem WerkMicrographia als erster Mensch mit Hilfe eines selbstgebauten Lichtmikroskops die zellul¨are Struktur von Pflanzen. Die Abbildung zeigt eine detailtreue Skizze der zellul¨aren Struktur von Kork, die Hooke mit seinem Lichtmikroskop untersuchte. (b) Will-helm Conrad R ¨ontgen entdeckte 1898 die nach ihm benannten R ¨ontgenstrahlen, die es erm ¨oglichten den menschlichen K ¨orper nicht-invasiv zu untersuchen. In der Abbildung ist eine der ersten Aufnahmen der menschlichen Hand, die von R ¨ontgen aufgenommen wurde, zu sehen. (c) Raymond Damadian entwickelte den ersten MRI-Scanner, der in der Lage war, Aufnahmen des menschlichen K ¨orpers anzufertigen. Die Abbildung zeigt den ersten MRI Scan eines Menschen aus dem Jahr 1977. Literaturquellen: [7, 10, 18, 22]
Ver¨anderung von Leberl¨asionen beobachten [24, 25, 5]. Die Leber selbst kann ebenfalls vom prim¨aren Leberkarzinom (Hepatocellulare Carcinoma HCC) befallen werden. He-patocellulare Carcinoma (HCC) ist nach Untersuchung von GloboCAN aus dem Jahr 2010 die sechsth¨aufigste Tumorerkrankung und die dritth¨aufigste Todesursache bei Tumorerkrankungen. HCC entsteht ¨ublicherweise in chronisch gesch¨adigten Lebern.
Ursachen f ¨ur die chronischen Lebersch¨adigungen k ¨onnen von Viruserkrankungen der Leber, z.B. Hepatitis B, ¨uberm¨aßigem Alkoholmissbrauch oder krankhaften Leberver-fettungen stammen. Im Krankheitsverlauf werden gesunde Leberzellen schrittweise zu HCC umgewandelt. Bei dieser molekularen Transformation werden auch makroskopi-sche Ver¨anderungen des Gewebes sichtbar. HCC f ¨uhrt zu einer h ¨oheren Zelldichte so-wie einer Arterialisierung der Gef¨aßversorgung. Diese makroskopischen Ver¨anderungen erlauben die Diagnose von HCC mittels nicht-invasiver Bildgebungsverfahren wie Com-putertomographie oder Magnetresonanztomographie [26, 5, 27, 28].
Einleitung
Abbildung 2 zeigt zwei typische Kontrastmittel-verst¨arkte CT-Aufnahmen der Leber mit Leberl¨asionen. Die Leberkarzinome lassen sich in der CT-Aufnahme mit Hilfe von Kontrastmittel durch einen niedrigeren Hounsfield Wert als den von gesunden Gewe-be Gewe-beobachten. Die Form, Gr ¨oße, Anzahl und der Kontrast der LeGewe-berl¨asionen unter-scheiden sich stark von Patient zu Patient und erschweren die automatische Muste-rerkennung. Weitere Strukturen innerhalb der Leber, wie Blutgef¨aße, Leberfalten oder Zysten k ¨onnen eine automatische Detektion und Segmentierung von Tumorgewebe be-hindern.
Unter der Therapie von prim¨aren Tumorerkankungen der Leber wie HCC werden die Leberl¨asionen ¨uber den zeitlichen Verlauf untersucht. Sofern sich Metastasen in der Leber gebildet haben beobachten Radiologen ebenfalls bei sekund¨aren Karzino-men wie Prostata-, Brust-, Darm- und Pankreastumor die zeitliche Ver¨anderung der Leberl¨asionen. Die Ver¨anderung der Leberl¨asionen hinsichtlich der Gr ¨oße, Anzahl und Textur unter Therapie geben dem Radiologen und Onkologen R ¨uckschl ¨usse ¨uber das Ansprechen des Patienten auf seine Therapie und Medikation [24, 25].
Im klinischen Alltag hat sich das Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RE-CIST) Verfahren zur Untersuchung des Behandlungserfolg von Tumorerkrankungen durchgesetzt. Im RECIST Verfahren soll der Radiologe pro Organ die zwei gr ¨oßten L¨asionen (Ziell¨asion) pro Organ detektieren und f ¨ur diese zwei L¨asionen (Ziell¨asion) den gr ¨oßten Durchmesser bestimmen. In einer Follow-Up-Untersuchung soll der Ra-diologe das Prozedere wiederholen. Der Vergleich zur Erstuntersuchung bestimmt den Behandlungserfolg. Falls der Durchmesser der Ziell¨asionen um mehr als 30% gefallen ist spricht man von einer partiellen Remission/R ¨uckbildung. Ist der Durchmesser der Ziell¨asion um mehr als 20% gestiegen wird von einer Krankheitsprogession gespro-chen. Wenn die Durchmesser der Ziell¨asionen keine Ver¨anderung aufweisen wird der Krankheitsverlauf als stabil angesehen [29, 24, 25].
Durch die Entwicklung neuer Algorithmen zur automatischen Segmentierung von Or-ganen und L¨asionen wird das RECIST-Verfahren von mehr und mehr Radiologen kri-tisch gesehen. Da im RECIST-Verfahren nur zwei Ziell¨asionen und von diesen nur die gr ¨oßten Durchmesser zur Bewertung des Behandlungserfolg ber ¨ucksichtigt werden, erhoffen sich Radiologen und Onkologen durch eine vollst¨andige Volumetrierung al-ler L¨asionen eine genauere Bestimmung des Behandlungserfolgs und somit bessere Therapien. Anschaulich l¨asst sich die Kritik an RECIST in Abbildung 2 ableiten. Nach RECIST w ¨urden nur jeweils zwei der sieben L¨asionen f ¨ur die Therapiebewertung in Betracht gezogen. Rothe et al. (2013) haben in ihrer Studie bereits den Vergleich zwi-schen vollst¨andiger Volumetrierung und RECIST zur Bestimmung des Behandlungser-folgs gezogen. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass die vielversprechenden Ergebnisse der vollst¨andigen Volumetrierung den Anstoß liefern sollten f ¨ur neue Kriterien zur Bewer-tung von Tumorerkrankungen basierend auf vollst¨andiger Volumetrierung. Gr ¨unde
2 Medizinische Bildanalyse
Abbildung 2:Kontrastmittel verst¨arkte Computertomographieaufnahmen der Leber und Le-berl¨asionen. Die Form, Gr ¨oße, Anzahl und der Kontrast der Leberl¨asionen unter-scheidet sich in beiden Aufnahmen. Die hohe Heterogenit¨at der Leberl¨asionen erschwert die automatische Detektion und Segmentierung. Literaturquelle: [5]
hierf ¨ur seien die geringere Subjektivit¨at der vollst¨andigen Volumetrierung im Vergleich zu RECIST [29, 30].