Projekti / Programi
Računalniško podprta analiza medicinskih slik za načrtovanje zdravljenja s protonsko in radioterapijo
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T111 |
Tehnološke vede |
Upodabljanje, obdelava podob |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
analiza slik, obdelava slik, radioterapija, protonska terapija, rak, obsevanje raka, načrtovanje zdravljenja
Raziskovalci (16)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
53941 |
Žiga Bizjak |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
20 |
| 2. |
25528 |
dr. Miran Burmen |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
112 |
| 3. |
51911 |
Lara Dular |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2022 |
13 |
| 4. |
33446 |
dr. Bulat Ibragimov |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
45 |
| 5. |
51868 |
Marko Kokalj |
Onkologija |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
15 |
| 6. |
15678 |
dr. Boštjan Likar |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
381 |
| 7. |
34298 |
dr. Samo Mahnič-Kalamiza |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2021 |
78 |
| 8. |
38114 |
Domen Močnik |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2020 |
5 |
| 9. |
36457 |
dr. Peter Naglič |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
55 |
| 10. |
06857 |
dr. Franjo Pernuš |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
520 |
| 11. |
12531 |
dr. Primož Peterlin |
Onkologija |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
133 |
| 12. |
38481 |
Gaber Plavc |
Onkologija |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
32 |
| 13. |
14576 |
dr. Primož Strojan |
Onkologija |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
804 |
| 14. |
28465 |
dr. Žiga Špiclin |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
138 |
| 15. |
23404 |
dr. Tomaž Vrtovec |
Sistemi in kibernetika |
Vodja |
2019 - 2022 |
202 |
| 16. |
50679 |
mag. Yevhen Zelinskyi |
Sistemi in kibernetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2022 |
12 |
Organizacije (2)
Povzetek
Rak je v Sloveniji kot tudi širom po svetu velik problem javnega zdravstva ter sodi med ključne izzive sodobne družbe z vidika upravljanja z zdravjem ter kakovosti življenja. Poleg kirurških posegov in kemoterapije je zdravljenje z obsevanjem oz. radioterapija pomembna in razširjena tehnika zdravljenja raka. Za načrtovanje optimalne porazdelitve obsevalne doze je pomembno dobro poznavanje položaja in oblike tumorjev kot tudi okoliških kritičnih organov. V ta namen zajamemo tridimenzionalne (3D) slike bolnika, in sicer s slikovno tehniko računalniške tomografije (ang. computed tomography, CT) ali magnetne resonance (MR), natančno orisovanje tarčnih volumnov na zajetih slikah pa predstavlja osnovo za inverzno načrtovanje optimalne porazdelitve obsevalne doze. Naša raziskovalna hipoteza je ta, da je mogoče orisovanje tarčnih volumnov v področju glave in vratu izboljšati tako v CT kot tudi MR slikah ter izkoristiti združevanje informacij iz obeh slikovnih modalitet za namene zmanjševanja subjektivnosti in časovne zamudnosti ročnega orisovanja. V okviru predlaganega raziskovalnega projekta bomo zato stremeli k (1) pripravi zbirke CT in MR slik v področju glave in vratu z orisanimi kritičnimi organi, pri čemer bo orisovanje večkrat ponovilo več opazovalcev ob različnih časovnih trenutkih, (2) ovrednotenju tako pripravljene zbirke slik z vidika variabilnosti znotraj opazovalca (ang. intra-observer variability) ter med opazovalci (ang. inter-observer variability) za namene pridobivanja referenčnih orisov oz. mask, (3) načrtovanju in razvoju računalniško podprtih postopkov na osnovi sodobnih tehnologij za avtomatsko (samodejno) razgradnjo tarčnih volumnov na 3D CT in/ali MR slikah, ki se uporabljajo za načrtovanje radioterapije, in sicer za namene izboljšanja natančnosti in zanesljivosti pridobljenih rezultatov razgradnje ter hkratnemu zmanjšanju časovne zamudnosti in zahtevnosti ročnega orisovanja ter pregledovanja in popravljanja rezultatov, (4) načrtovanju in vzpostavljanju platforme za objektivno vrednotenje in primerjavo rezultatov razgradnje v okviru organizacije računskega izziva ter (5) raziskovanju možnosti uporabe razvite metodologije na sorodnih problemih iz področja načrtovanja radioterapije. Pričakujemo, da bodo rezultati predlaganega raziskovalnega projekta predstavljali preboj na pripadajočem raziskovalnem področju ter stimulirali nove smernice raziskav.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru predlaganega raziskovalnega projekta bomo razvili nove avtomatske postopke za računalniško-podprto obdelavo, analizo in kvantitativno vrednotenje 3D medicinskih slik za načrtovanje radioterapije, s poudarkom na metodah za razgradnjo medicinskih slik. Rezultati predlaganega raziskovalnega projekta bodo torej umeščeni v področje medicinskih tehnologij, saj bodo predstavljali uporabo znanj in veščin v obliki postopkov, ki bodo razviti za rešitev določenega problema v povezavi z zdravjem, torej lahko kot taki v splošnem izboljšajo kakovost življenja in splošno blagostanje posameznikov in družbe. Pomemben vidik izbranega raziskovalnega področja je ta, da so v Sloveniji poleg aktivnega zdravljenja raka z radioterapijo prisotne tudi raziskave in razvoj alternativnih in sodobnih oblik zdravljenja raka, kot sta na primer elektroporacija in protonska terapija. Za oba načina zdravljenja je načrtovanje v obliki orisovanja oz. razgradnje tarčnih volumnov pomemben del samega postopka, kar pomeni, da je tudi zajemanje in analiza medicinskih slik nepogrešljivo. Poleg tega, da je elektroporacija v Sloveniji že uveljavljena kot raziskovalno in aplikativno področje, je pomemben vidik tudi dejstvo, da Slovenija načrtuje investicijo v center za protonsko terapijo, pri čemer bo tej investiciji lahko le koristilo vse razpoložljivo znanje in izkušnje na področju zdravljenja z obsevanjem ter načrtovanja radioterapije. Čeprav se končni uspeh neke nove medicinske tehnologije meri predvsem preko njenega vpliva na klinično prakso, se ga lahko vrednoti tudi preko prispevkov k znanosti. Glede na dani predlog raziskovalnega projekta in pretekle raziskovalne projekte članov raziskovalne skupine ter glede na ugled raziskovalne skupine na področju obdelave in analize medicinskih slik ter zdravljenja z obsevanjem, ki se kaže v številnih objavah v visokokakovostnih znanstvenih revijah, pričakujemo, da bodo rezultati predlaganega raziskovalnega projekta ravno tako odmevni. Predvsem prispevki na področju tehniških in medicinskih ved bodo med zelo pomembnimi rezultati predlaganega raziskovalnega projekta. Nova spoznanja bodo prispevala k napredku na področju zdravljenja raka preko izboljšave načrtovanja radioterapije. Po drugi strani bodo spoznanja, povezana z načrtovanjem in razvojem avtomatskih postopkov za računalniško podprto analizo in kvantitativno vrednotenje 3D slik, ki se uporabljajo za načrtovanje radioterapije, prispevala k napredku na področjih biomedicinske tehnike, medicinskih slikovnih tehnologij in zdravljenja z obsevanjem. Ta nova spoznanja se bodo odražala v novih objavah, uporabi novih dognanj in metod ter prenosu in implementaciji znanj v domačih in tujih zdravstvenih institucijah in poslovnih okoljih. Vpliv rezultatov projekta na področjih medicine, biomedicinske tehnike in analize slik lahko tudi spodbudi razvoj ustreznih tehnologij za prenos v klinično okolje.
Pomen za razvoj Slovenije
Within the proposed research project, we will develop novel automated techniques that will be based on computer-assisted processing, analysis and quantitative evaluation of 3D medical images used for radiotherapy planning, with emphasis on methods for medical image segmentation. As such, the results of the proposed research project will fall into the category of medical technology, as they will represent application of knowledge and skills in the form of techniques that will be developed to solve a particular health problem, and can in general improve the quality of life and the general well-being of individuals and of the society. One important aspect of the chosen research field is that Slovenia is, besides actively conducting cancer treatment with radiotherapy, also involved in the research and development of alternative and emerging forms of cancer treatment, such as electroporation and proton therapy. For both treatments, planning in the form of target volume delineation/segmentation is an essential part of the procedure, therefore making the acquisition and analysis of medical images indispensable. Whereas electroporation is in Slovenia already established as a research and application field, an important aspect I that Slovenia is planning to invest into a center for proton therapy, and such an investment will only but benefit from the available knowledge and experience gained in the field of radiation oncology and radiotherapy planning. Although the ultimate success of a new medical technology is measured mostly by its impact on clinical practice, it can be also evaluated through its contributions to scientific knowledge. Based on the present research project proposal and past research activities of the research group members, and the reputation of the research team in the field of medical image processing and analysis as well as radiation oncology, which are all reflected in numerous publications in high ranked peer-reviewed scientific journals, it is expected that the impact of the proposed research project to scientific knowledge will be high. In particular, relevant contributions to engineering and medical sciences will be one of the important results of the proposed research project. New findings are expected to result in advances in cancer treatment through an improved radiotherapy planning. New findings related to the design and development of automated techniques for computer-assisted segmentation of 3D images used for radiotherapy planning are expected to result in advances in the fields of biomedical engineering, medical imaging and radiation oncology. These advances will be reflected in new publications, application of novel ideas and methods, and transfer and implementation of knowledge into national and foreign healthcare institutions and business communities. The impact in the fields of medicine, biomedical engineering and image analysis may also stimulate the development of adequate technologies that can be transferred to clinical environment.
