Klinik für Strahlenheilkunde

Präzise Algorithmen sind bei der Bestrahlungsplanung in der HDR-Brachytherapie von hoher Bedeutung. Sie sorgen für die schonende Behandlung durch eine optimale Dosisverteilung am Patienten. Die effiziente Berechnung ermöglicht es, ein breiteres Spektrum an Behandlungsoptionen zu erstellen und dem Arzt zur Auswahl anzubieten.

Hybrid Inverse Treatment Planning Optimization (HIPO) wird u.a. in Oncentra® Prostate eingesetzt, einem weit verbreiteten Treatment Planning System (TPE). In diesem Projekt werden Methoden für den Einsatz mit HIPO entwickelt, um die Bestrahlungsplanung schneller durchzuführen und eine höhere Behandlungsqualität zu erreichen.

Umsetzung erfolgt mit Algorithmen, die auf der Centroidal Voronoi Tessellation (CVT) basieren. Die CVT wird z. B. in der Clusteranalyse oder für verlustbehaftete Kompressionsverfahren eingesetzt. Zahlreiche Vorgänge in der Natur lassen sich durch Modelle, die die CVT verwenden, beschreiben. Viele wissenschaftliche Arbeiten stehen heute zur Verfügung, die verschiedene Aspekte der CVT umfassend untersucht haben.

Für die optimierte Behandlungsplanung werden die benötigten Konturen der Prostata und umliegender Organe aus DICOM-RT-Datensätzen ausgelesen und auf eine zweidimensionale Fläche projiziert. Die CVT-basierten Algorithmen berechnen nun auf dieser Projektionsfläche die Katheterpositionen. HIPO ermittelt aus diesen initialen Katheterpositionen daraufhin die endgültigen Katheterpositionen. Eine erste Studie mit zehn klinischen Fällen zeigte die deutliche Verbesserung der Berechnungszeit bei gleichbleibend hoher Behandlungsqualität. Außerdem hat sich mit dem Einsatz der CVT der dosimetrische Index D98 der Prostata statistisch signifikant verbessert.

Das nächste Ziel dieses Projekt ist es, mit mathematischen Modellen basierend auf der CVT Tumorzellen mit einer möglichst hohen Wahrscheinlichkeit zu zerstören und die Belastungen für den Patienten dabei zu minimieren. Während man heute die Anzahl der benötigten Katheter aus Nomogrammen ermittelt, soll dies in Zukunft noch präziser auf Grundlage der Anatomie berechnet werden. Brachytherapeutische Bestrahlungsverfahren anderer Körperregionen als die der Prostata als auch der Einsatz bei der intraoperativen Bestrahlung sollen ebenso mit HIPO planbar werden. Dabei sollen auch nichtparallele Geometrien der Katheter unterstützt werden. Generative oder subtraktive Produktionsverfahren zur individuellen Anpassung der Applikatoren an den Patienten sollen einsetzbar werden.