Unsicherheiten in der Hochpräzisionstherapie: Einfluss von Deformationsberechnungsverfahren und Segmentierungsvariationen auf die akkumulierte Dosisverteilung

• Antragstellerinnen: Dr. Kristina Giske; Dr. Eva Maria Stoiber
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252959556

In der Strahlentherapie haben technische Entwicklungen der letzten Jahre zu immer präziseren Dosisapplikationsformen geführt, so dass man bei modernen Verfahren auch von Hochpräzisionstherapien spricht. Das bedeutet, dass man die physikalische Dosis tumorkonform in definierten Zielvolumina applizieren und dabei eine bestmögliche Schonung der umliegenden Risikoorgane gewährleisten kann.Viele Entwicklungen waren nötig, um einzelne Aspekte der Therapie zu präzisieren: Dosisberechnungs- und -optimierungsverfahren ermöglichten die computergestützte Planung von komplexen Bestrahlungsplänen, die auch konvexe und irregulär geformte Zielvolumina tumorkonform abzudecken erlauben; Die Fusionierung von Bildgebungstechniken mit den Bestrahlungsgeräten ermöglichte es Positionierungsunsicherheiten zu reduzieren und Anatomieänderungen unter der Radiotherapie sichtbar zu machen; Bildverarbeitungsmethoden helfen heute dabei Zielvolumina und Risikoorgane zu jedem Zeitpunkt der voranschreitenden Behandlung zu relokalisieren und sie ermöglichen den Bestrahlungsplan präzise an die zeitlichen Veränderungen anzupassen.Doch die Strahlentherapiekette ist durch den Einsatz dieser Verfahren komplexer geworden. Auch wenn die jeweiligen Einzelschritte nur mit geringen Unsicherheiten behaftet sind, so akkumulieren sich diese im iterativen Einsatz der Methoden im Therapieverlauf.Um eine Bewertung der Qualität des gesamten Therapieverlaufs vornehmen zu können oder sinnvoll in den Therapieablauf, z.B. durch verschiedene Korrekturstrategien, eingreifen zu können, muss man diese akkumulierten Unsicherheiten mit betrachten. Deshalb ist es wichtig den gesamten Therapieverlauf zu simulieren und die auftretenden Unsicherheiten mit zu berechnen.Das ist heutzutage immer noch eine Herausforderung. Gerade die Bestimmung sich zeitlich verändernder Verformungen mittels elastischer Bildregistrierungsverfahren ist schwer zu validieren: verschiedene Verfahren liefern abweichende Lösungen für gleiche Inputbilder und sind unterschiedlich gut für verschiedene Aufgaben geeignet. Die vorhandenen Unsicherheiten werden sich zwangsweise in denen der akkumulierten Dosisverteilung wiederspiegeln.Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, verbreitete Bildregistrierungsverfahren in ein Bestrahlungsplanungssystem zu integrieren und mithilfe eines neu zu entwickelnden virtuellen Patienten sowie bisher genutzter Evaluierungsmethoden diese Verfahren auf ihre Unsicherheiten in Bezug auf die Dosisverteilung zu untersuchen. Das wird es ermöglichen die am besten geeignetsten Verfahren für den Einsatz in der Strahlentherapie zu identifizieren und die Fehlerfortpflanzung auf die akkumulierte Dosisverteilung vorzunehmen. Damit können dann z.B. konkurrierende adaptive Korrekturstrategien miteinander verglichen werden oder der Dosisspielraum bei der Planung einer Re-Bestrahlung von vorbelasteten Patienten besser bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen