Fachbereich Mathematik - GSI

2 Optimierung der Dosis in der
Schwerionentherapie
Dieses Kapitel widmet sich der Optimierung der Dosis in der Schwerionentherapie.
Als erstes wird die Bestrahlungsplanungssoftware, die an der GSI entwickelt und
für die Kohlenstofftherapie verwendet wurde, vorgestellt. In Abschnitt 2.2 werden
Details zur Berechnung der Dosis geschildert. Abschnitt 2.3 geht ausführlich auf
die mathematische Formulierung des Optimierungsproblems ein. Die theoretische
Betrachtung und Lösung des Optimierungsproblems ist Schwerpunkt dieser Master-
Thesis. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels wird gezeigt, wie eine optimierte Dosisverteilung
experimentell nachgewiesen werden kann.
2.1 Bestrahlungsplanung mit TRiP
Das Rasterscan-Verfahren erfordert eine präzise Vorberechnung mehrerer zehntausend
Strahlpositionen, Strahlenergien und Teilchenzahlen, um die vom Arzt vorgeschriebene
Dosisverteilung zu erreichen. Hierzu dient die Bestrahlungsplanungssoftware
Treatment Planning for Particles (TRiP) [K + 00, J + 01]. Sie wurde an der GSI
für die intensitätsmodulierte Schwerionentherapie, in der Programmiersprache C,
entwickelt. Des Weiteren wird TRiP auch zu Forschungszwecken eingesetzt. An der
GSI ist TRiP selbst Forschungsgegenstand und wird stets weiterentwickelt.
Bei der Erstellung eines Bestrahlungsplanes führt TRiP im wesentlichen vier Schritte
aus:
1. Die modifizierten CT-Daten des Patienten werden eingelesen.
2. Im Target wird ein dreidimensionales Rastergitter generiert.
3. Optimierung der Dosis. Dabei werden für jeden Rasterpunkt Teilchenfluenzen
bestimmt, aus denen eine optimale Dosisverteilung resultiert.
4. Eine Kontrolldatei für den Rasterscanner wird erstellt.
Der genauere Ablauf der ersten drei Schritte wird im folgenden beschrieben.
Die Auflösung eines CT’s ist 3mm in z-Richtung (Tiefe) und 1mm in x- bzw. y-
Richtung. Eine solche Volumeneinheit wird Voxel (Volumenpixel) genannt und kann
als Bildpunkt interpretiert werden. Bei der Dosisberechnung und -optimierung wird
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