Nachhaltige Entwicklung des open-source Toolkits matRad für die Dosisberechnung und -optimierung in der Strahlentherapie

• Antragsteller: Dr. Niklas Wahl
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443188743

Bestrahlungsplanung in der Strahlentherapie ist ein durchgehend computergestützter Prozess, der meist durch kommerzielle oder hausintern entwickelte, geschlossene Systeme ermöglicht wird. Diese bedingen fehlenden Zugriff auf Quellcode sowie erschwerte Reproduzierbarkeit von Ergebnissen an verschiedenen Institutionen, wodurch Forschung an grundlegenden Algorithmen zur numerischen Optimierung und Simulation von Bestrahlungsplänen erschwert wird. Bisher lässt sich nur wenig Initiative erkennen dieser Entwicklung mit open-source Software entgegenzuwirken.In der Abteilung für Medizinische Physik in der Strahlentherapie am Deutschen Krebsforschungszentrum wurden in den letzten Jahren im Rahmen von Forschungsvorhaben diverse Algorithmen in matRad, einem open-source Toolkit für die Bestrahlungsplanung, gebündelt. Seit Beginn der Entwicklung 2015 erwies matRad sich nicht nur für interne und kollaborative Forschungsprojekte als nützlich, sondern auch für die Ausbildung und Wissenschaftskommunikation.Im vorgeschlagenen Projekt möchten wir matRad von einem Prototyp zu einer etablierten, vollwertigen Software entwickeln, um die bestehende Lücke an open-source Software für Dosisberechnung und Planoptimierung im Feld der computergestützten Medizinphysik zu füllen. Zur Erreichung dieses Ziels müssen hinreichende Maßnahmen zur Softwarenachhaltigkeit implementiert werden. Gleichzeitig muss eine wachsende Community zielführend unterstützt und aufgebaut werden.Um eine nachhaltige Umgebung für die Weiterentwicklung von matRad aufzubauen, beantragen wir Mittel für Personal zur Softwareentwicklung, für die benötigte Hard- und Softwareinfrastruktur und für die Organisation von zwei Crowdsourcing-Workshops zur kollaborativen Softwareentwicklung. Ein/e spezialisierter Entwickler/in kann die enstprechende Software- und Infrastrukturentwicklung professionell umsetzen, mit zusätzlicher Unterstützung durch erfahrene hausinterne Softwarespezialisten. Basierend auf dedizierter Infrastruktur für das Management von Softwareprojekten mit automatisierten Unit-tests und Builds, wird er/sie dann effizient den Code weiterentwickeln, interne sowie externe Beiträge managen sowie Forschungsprojekte unterstützen. Die geplanten Workshops dienen dabei der Einbeziehung der Community in die Softwaregestaltung sowie der praktischen Einführung potentieller Nutzer in matRad sowie der interaktiven Unterstützung bestehender Nutzer.Mit der Unterstützung der DFG kann matRad das erste nachhaltige Software Toolkit für reproduzierbare, tiefgreifende Forschung und Ausbildung in der Strahlentherapieplanung werden, ohne dabei den finanziellen und methodischen Nachteilen proprietärer medizinischer Software zu unterliegen. Mit angemessener Anschubfinanzierung wird matRad zu einer über das Deutsche Krebsforschungszentrum hinaus akzeptierten und weiterentwickelten Software heranwachsen, die auch nach der dreijährigen Förderperiode nachhaltig bestehen bleiben und weiterentwickelt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Simone Barthold-Bess; Dr. Ralf Floca