Klinik für Strahlenheilkunde

Fortgeschrittene Bildverarbeitung zur Berücksichtigung der Organbewegung auf die Dosis für Risikoorgane

In der modernen Strahlentherapie können durch technische Erneuerungen immer mehr Tumor-Patienten stereotaktisch bestrahlt werden. Bei dieser Art der Bestrahlung wird der Tumor mit einer möglichst hohen Dosis abgedeckt, während das umliegende gesunde Gewebe durch einen hohen Dosis-Gradienten bestmöglich geschont wird. Die hohen Dosen bergen jedoch das Risiko einer Toxizität des gesunden Gewebes, sollte die Dosis am Tumorrand nicht steil genug abfallen.

Um dies zu verhindern ist höchste Präzision in allen Arbeitsschritten der Bestrahlung notwendig. Ein immer gegebener Unsicherheitsfaktor, der Bestrahlung, als auch die vorangehende Bildgebung beeinflusst, ist die Bewegung der Organe durch die Atmung des Patienten. Während der Bestrahlung, können durch die Bewegung, Teile des Tumors aus und gesundes Gewebe in den Hochdosisbereich gelangen. Atem induzierte Ungenauigkeiten während der Bildgebung können mehrere Arbeitsschritte der Therapie betreffen. Wird die Atembewegung nicht berücksichtigt, kann es zu einer falschen Darstellung von Strukturen kommen. Dies kann zu einer zu großen oder kleinen Festlegung des Zielvolumens und der zu schonenden Strukturen führen.

Des Weiteren kann durch veränderte Grauwerte des CTs die Dosisberechnung gestört werden, weil die Grauwerte verwendet werden, um die Abschwächung des Strahls während der Bestrahlung zu berechnen. Eine Möglichkeit der Ungenauigkeit in der Bildgebung entgegenzuwirken ist die ”getaktete” Bildgebung. Hierbei wird nicht ein 3D Bilddatensatz erzeugt, sondern ein 4D Datensatz (bestehend aus mehreren 3D Bildern), der die Atembewegung zeigt. Im 4D Datensatz sind die Grenzen der einzelnen Strukturen klarer zu sehen und eine Abschätzung der Bewegungsamplitude ist möglich. 

Der derzeitige klinische Standard ist es, für die Dosisberechnung und das Einzeichnen der Risikoorgane das Durchschnitts-CT des 4D Datensates zu verwenden und nur für das Zielvolumen die einzelnen Zeitschritte zur besseren Bewegungsabschätzung zu Hilfe zu nehmen. Der Hauptgrund hierfür liegt in der Menge der Daten und dass das Einbeziehen der 4D Daten in alle Arbeitsschritte zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde. Dies birgt die Gefahren, dass die Bewegungsamplitude der Risikoorgane nicht korrekt abgeschätzt werden kann und dass es durch die gemittelten Grauwerte zu Ungenauigkeiten in der Dosisberechnung kommt.

In Zuge dieser Doktorarbeit werden folgende Forschungsschwerpunkte behandelt:

• automatische Segmentierung von Risikoorganen und Zielvolumina für die Strahlentherapie
• Messen der durch die Atmung induzierten Bewegung durch deformierbare Registrierung
• Vergleich zwischen 3D und 4D Dosis-Berechnungen

Es gibt immer etwas zu tun. Wer Interesse an einem Praktikum oder einer Masterarbeit hat, kann sich gerne unter tobias.fechter@uniklinik-freiburg.de melden.