Robotisierte Ultraschall-gestützte Bildgebung zur Echtzeit-Bewegungskompensation in der Strahlentherapie (RobUST), Phase II

• Antragsteller: Professor Dr. Floris Ernst; Professor Dr.-Ing. Alexander Schlaefer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288979502

Im Projekt wird die Möglichkeit zum kooperativen Einsatz zweier Robotersysteme in der Strahlentherapie untersucht. Im klinischen Einsatz zeichnet sich das auf einem Roboter basierende CyberKnife-System durch besonders viele Freiheitsgrade bei der räumlichen Strahlanordnung und die Möglichkeit des Ausgleichs von Atembewegungen durch synchrone Strahlbewegungen aus. Dadurch lassen sich präzise hochfokussierte Dosisverteilungen erreichen. Bisher erfolgt jedoch die Schätzung der Atembewegungen anhand extern messbarer Surrogatsignale. Ziel der zweiten Phase des Projektes ist es, die Echtzeit-Lageverfolgung des Zielgebietes mittels Ultraschall weiter zu untersuchen, so dass auf Surrogatsignale verzichtet und auch atemunabhängige Bewegungen und Deformationen, beispielsweise durch die Darmtätigkeit, schnell erkannt werden können. In der ersten Projektphase wurden Grundlagen der sicheren Ultraschallsondenplatzierung mittels Roboter geschaffen und es konnte gezeigt werden, dass die Integration des ultraschallführenden Roboters in den Bestrahlungsablauf auch in Hinblick auf Planqualität und Bestrahlungszeit möglich ist. Wesentliches Ziel des Projekts "RobUST II" ist es nun, auf Basis der Vorarbeiten der ersten Antragsphase zu untersuchen, inwieweit robotergestützter Ultraschall über die Dauer einer Bestrahlungsfraktion hinweg das Zielgebiet kontinuierlich in Bilddaten hoher Qualität darstellen kann, ob und wie sich Bewegungen und Deformationen der Strukturen hinreichend schnell erkennen lassen und wie die Behandlungsparameter in Echtzeit an erkannte Veränderungen adaptiert werden können.Daraus motiviert umfasst das Projekt drei Forschungsbereiche: die schnelle Ultraschall-Bildverarbeitung, die sichere Robotersteuerung und die echtzeit-adaptive Behandlungsplanung. Während jeder dieser Forschungsbereiche sehr spezifische Fachkenntnisse und Fähigkeiten erfordert, ist das endgültige Projektziel ihre Integration in einen optimierten Workflow und die experimentelle Bewertung des gesamten Systems in Hinblick auf das Ziel einer bewegungskompensierten und an intra-fraktionelle Geometrieänderungen angepassten Bestrahlung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen