Radiografie gestützte elastische Bildregistrierung in der adaptiven Protonentherapie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marco Riboldi
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455550444

Das Projekt konzentriert sich auf die Verwendung von spärlichen 2D-Protonenradiographien zur Implementierung adaptiver Behandlungsprotokolle in der Protonentherapie. Es hat sich gezeigt, dass die Behandlungsanpassung klinische Vorteile in der konventionellen Photonentherapie bietet, und es sind spezielle bildgebende Verfahren erforderlich, um diese Vorteile auf die Protonentherapie auszudehnen. Neue Aktivitäten sollen die bestehenden Lücken bei der Implementierung adaptiver Bestrahlung auf Basis von Protonenstrahlbildern schließen. Die in diesem Erneuerungsvorschlag geplanten Aktivitäten sollen die laufenden Forschungsanstrengungen zur Entwicklung klinischer Protonenbildungs-Erfassungssysteme ergänzen. Neben der Implementierung klinischer bildgebender Verfahren lassen sich die bestehenden Lücken wie folgt zusammenfassen: (1) Fehlen integrierter Methoden zur gleichzeitigen Berücksichtigung anatomischer Änderungsunsicherheiten im Protonenbereich in einem täglichen adaptiven Planszenario, (2) die Notwendigkeit einer Simulationsumgebung, in der Ungenauigkeiten bei der Anpassung mit Variationen der dosimetrischen Ergebnisse und (3) dem Fehlen genauer anthropomorpher Phantome für die experimentelle Validierung und Qualitätssicherung adaptiver Protokolle zusammenhängen. Der Vorschlag zielt auf die Nutzung des 2D-3D-Registrierungs-Frameworks und der experimentellen Phantom-Entwicklungsfähigkeiten ab, die im Rahmen des vorherigen Projektvorschlags entwickelt wurden. Das allgemeine wissenschaftliche Ziel des vorgeschlagenen Projekts wird durch die folgenden spezifischen Ziele erreicht: (i) Implementierung von Kalibrierverfeinerungsverfahren, die in den Registrierungsrahmen eingebettet sind, so dass anatomische Veränderungen und Protonenbereichsschwankungen gleichzeitig kompensiert werden können; (ii) die Auswirkungen dieser Veränderungen zu untersuchen und den Nutzen der adaptiven Protonentherapie zu quantifizieren, die von Protonenradigraphien angetrieben wird, und (iii) ein realistisches 4D-Thoraxphantom zu entwickeln und zu charakterisieren, das für die multimodale Bildgebung geeignet ist, zur zukünftigen experimentellen Überprüfung der adaptiven Protonentherapie. Die Erreichung dieser Ziele wird voraussichtlich experimentelle Studien für adaptive Protonentherapie auf der Grundlage von Protonenradiogrammen liefern, sobald die Technologie für zukünftige klinische Anwendungen entwickelt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen