Optimierung der Strahlparameter in der inversen Bestrahlungsplanung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die perkutane Strahlentherapie zählt zu den wichtigsten Therapieformen bei Krebserkrankungen. Bisher wurde der Einfluss der Einstrahlrichtungen auf die Qualität der Behandlungspläne in der Praxis vernachlässigt. Ein Hauptgrund ist das fehlen geeigneter Optimierungsansätze. Im durchgeführten Projekt wurden solche Ansätze sowohl für die konventionelle intensitätsmodulierte Strahlentherapie als auch für ein neueres, robotergestütztes System untersucht. Für die weit verbreitete konventionelle intensitätsmodulierte Strahlentherapie wurde beim Kooperationspartner am Klinikum rechts der Isar in München eine auf dem mathematischen Verfahren der linearen Optimierung basierende Planungssoftware (MIPART EQ) installiert. Mit diesem System können innerhalb weniger Minuten geeignete Strahlen berechnet werden. Die Möglichkeit, Strahlen von verschiedenen Positionen und mit beliebiger Richtung zu Erzeugen ist mit dem robotergestütztem CyberKnife System gegeben. Dadurch lässt sich der Bereich einer therapeutisch wirksamen Dosis besonders gut an die Tumorform anpassen. Gesundes Gewebe wird so weniger stark belastet. Voraussetzung ist jedoch die Auswahl geeigneter Strahlrichtungen. Um neue Methoden zur Strahlrichtungsoptimierung für das CyberKnife untersuchen zu können, wurde aufbauend auf den Erfahrungen aus der Entwicklung von MIPART eine Planungssoftware implementiert. Damit konnten die neuen Ansätze anhand realer Patientendaten und unter Verwendung realistischer Dosismodelle evaluiert werden. Ein Verfahren, bei dem das Optimierungsproblem mit einer Teilmenge aller möglichen Behandlungsstrahlen gelöst wird und der nicht genutzte Teil der Strahlen wiederholt durch neue Strahlen ersetzt wird, kann die Planqualität deutlich verbessern. Durch den Einsatz der linearen Optimierung bleibt die Planungszeit dabei überschaubar. Weitere Untersuchungen im Rahmen des durchgeführten Projektes haben gezeigt, dass ein neuartiges deterministisches Verfahren auf Basis der linearen Programmierung eine besondere Schonung von Risikoorganen erlaubt. Bereits mit im Vergleich zu anderen Verfahren sehr wenigen Strahlen (< 1000) lassen sich aufgrund der Strahlrichtungsoptimierung sehr gute Behandlungspläne erzeugen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Inverse Bestrahlungsplanung für intensitätsmodulierte Strahlenfelder mit Linearer Programmierung als Optimierungsmethode. Dissertation, Technische Universität München, 2003
M. Hilbig
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Beam placement for robotic radiosurgery. Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS 2004), Proceedings of the 18th International Congress and Exhibition, International Congress Series 1268, Elsevier 2004, Chicago, USA, June 2004
A. Schlaefer, P. Kneschaurek, A. Schweikard
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Fiducial-less respiration tracking in radiosurgery. In: Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention - MICCAI 2004, Saint Malo, France, 992 - 999, 2004
A. Schweikard, H. Shiomi, J. Fisseler, M. Dötter, K. Berlinger, H-B. Gehl, and J. Adler
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Lineare und Quadratische Optimierung in der Strahlentherapie. Dissertation. Technische Universität München, 2004
R. Hanne
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Radiochirurgie: Identifizierung effizienter Behandlungsstrahlen mittels autostereoskopischer Visualisierung. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie 2005, Berlin, 2005
A. Schlaefer, O. Blanck, H. Shiomi, A. Schweikard
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An interative beam placement approach for image guided robotic radiosurgery. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, CARS 2006 Proceedings of the 20th Int. Congress and Exhibition , Volume 1, Supplement 1, 226 - 228, Osaka, Japan, 2006
A. Schlaefer, O. Blanck, H. Shiomi, A. Schweikard
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Radiosurgery: identification of efficient treatment beams guided by autostereoscopic visualization. GMS CURAC 2006; 1:Doc14 (20061023), 2006
A. Schlaefer, O. Blanck, H. Shiomi, A. Schweikard
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Resampling: An Optimization Method for Inverse Planning in Robotic Radiosurgery. Medical Physics , Med. Phys. 33 (11), 4005, 2006
A. Schweikard, A. Schlaefer, J.R. Adler
