MDCK-MRP2 - Dkfz

Forschungsschwerpunkt E
Innovative Krebsdiagnostik und -therapie
Therapieplanung - Entwicklung (E0403)
R. Bendl, C. Frühling, S. Handlos, G. Lechsel,
U. Malsch, A. Littmann, A. Lüttgau, T. Neff, A. Rau
In Zusammenarbeit mit: Dr. S. Barthold-Beß, PD Dr. J. Debus, Dr.
B. Didinger, Dr. J. Doll, Prof. Dr. G. Hartmann, A. Höss, PD Dr. O.
Jäkel, PD Dr. U. Oelfke, Dr. C. Thilmann, DKFZ; Prof. Dr. V.
Sturm, Dr. K. Luyken, Dr. H. Treuer, Klinik für stereotaktische und
funktionelle Neurochirurgie, Universität Köln; Prof. Dr. J. F. Bille,
Institut für Angewandte Physik, Universität Heidelberg; Dr. H.
Fuchs, Dr. H. Kluge, Dr. C. Rethfeld, Hahn-Meitner-Institut, Berlin
; Dr. Nausner, Dr. Bechrakis, Universitätsklinikum Benjamin-
Franklin, Berlin; K. Welte, H. Rath, Stryker-Leibinger, Freiburg;
Dr. M.A. Keller-Reichenbecher, Dr. M. Götz, Dr. S. Fischer, MRC
Systems, Heidelberg; PD Dr. K.H. Küfer, Dr. R Rösch, ITWM
Kaiserslautern
Die Aufgabe der Arbeitsgruppe „Therapieplanung - Entwicklung“
ist die Entwicklung und Implementierung von
computergestützten Werkzeugen, die die Planung, Simulation
und Evaluation minimal- und nicht-invasiver Behandungstechniken
in der Onkologie verbessern können. Ärzte
und Therapeuten sollen damit in die Lage versetzt werden,
ihre Behandlungsstrategie prä-therapeutisch zu testen
und zu optimieren. Es besteht kein Zweifel, dass eine
prä-therapeutische Optimierung das Behandlungsergebnis
verbessern kann: bessere lokale Tumorkontrolle, geringere
Nebenwirkungen, eine Verringerung der Operationszeiten
bei chirurgischen Eingriffen und schließlich eine
schnellere Wiederherstellung des Patienten führen auch
zu einer Reduktion der Behandlungskosten. Aufgrund der
engen Kooperation von Ärzten, Physikern und Informatikern
ist unser Forschungsschwerpunkt eine ideale Umgebung
um computergestützte Planungs- und Simulationsmethoden
mit klinischer Relevanz zu entwickeln. Dabei sollen
die Entwicklungen so weit geführt werden, dass ihre Vorteile
direkt in einer verbesserten Patientenbehandlung demonstriert
werden können.
Die Hauptaktivitäten der Arbeitsgruppe konzentrierten sich
auf Methoden für die dreidimensionale tumorkonforme
Strahlentherapieplanung. Da viele Methoden auch sinnvoll
zur Planung und Simulation anderer Behandlungskonzepte
eingesetzt werden könnten, versuchen wir die entwickelten
Konzepte zu verallgemeinern, so dass sie auch für andere
therapeutische Ansätze nutzbar werden.
Die derzeitigen Arbeitsgebiete umfassen alle Schritte der
Therapieplanung, die durch computergestützte Werkzeuge
verbessert werden können. Von besonderer Bedeutung
sind die Bildverarbeitung und die Registrierung multi-modaler
Bildsequenzen, Segmentierung,dreidimensionale
Modellierung, und visuelle
Präsentation anatomischer
Strukturen, visuelle Simulation
der Behandlungskonzepte,
Präsentierung der
Ergebnisse numerischer
Simulationsergebnisse und
Entwicklung geeigneter
Evaluierungswerkzeuge,
wissensbasierte Systeme zur
Unterstützung der Therapieplanung
sowie Werkzeuge
zum Therapiemonitoring. Die
bisherigen Aktivitäten gliedern
sich in sechs Projekte:
Abteilung E040
Medizinische Physik in der Strahlentherapie
1. Registrierung multi-modaler Bildsequenzen, Segmentierung
und Repräsentation anatomischer Strukturen
2. VIRTUOS - VIRTUal RadiOtherapy Simulator
3. TAPIR - Wissensbasierte Strahlentherapieplanung
4. IRIS – Internet based Radiotherapy Information System
5. OCTOPUS - Planungssystem für die Protonentherapie
von Augentumoren
6. STELA - STereotaktische LAser-Neurochirurgie
Die künftigen Vorhaben lassen sich in zwei Teilziele unterteilen.
Das Erste ist die kontinuierliche Weiterentwicklung
der existierenden Planungsprogramme für die Strahlentherapie
zur Unterstützung der klinischen Kooperationseinheit
„Strahlentherapeutische Onkologie“ (PD Dr. Debus, E050),
um es dieser Gruppe zu ermöglichen, ihre wissenschaftliche
Arbeit fortzusetzen und auszudehnen [1]. Dazu wird
ein zuverlässiges Planungssystem benötigt, das es erlaubt,
neue Funktionalitäten bei Bedarf schnell zu integrieren.
Neben den Aktivitäten 1, 2 und 3 gehört dazu auch die
Weiterentwicklung des Systems für die Anwendung innerhalb
des Schwerionen-Therapieprojekts (Dr. Jäkel, GSI/
DA-Projekt E0409).
Aktivität 1 gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung, da
hierbei Methoden entwickelt werden, die es erlauben sollen,
zeitliche Lage-, Größen- und Formveränderungen von
Zielvolumen und Risikoorganen adäquat zu berücksichtigen.
Solche Veränderungen müssen bisher durch ausreichend
große Sicherheitsbereiche kompensiert werden. Mit dem
Konzept der adaptiven Strahlentherapie will man in Zukunft
versuchen, diese Veränderungen möglichst vor jeder
Dosisfraktion mit Hilfe von Verifikationsaufnahmen zu
detektieren und durch eine Modifikation der Behandlungsparameter
zu kompensieren. Eine wichtige Voraussetzung
sind schnelle Segmentierungsalgorithmen und elastische
Registrierungsverfahren, die es erlauben, Veränderungen
der individuellen Patientenanatomie automatisiert zu erkennen
[2, 3].
In Aktivität 3 wurde ein neuer Ansatz entwickelt, der nicht
nur die Generierung von dreidimensionalen Behandlungsplänen
erheblich beschleunigen kann, sondern es auch
erlaubt, Behandlungsstrategien systematisch zu sammeln
und auszutauschen. Gemeinsam mit Aktivität 4 wurden
Methoden entwickelt, die eine einfachere Verbreitung
anerkannter Behandlungskonzepte über das Internet er-
Abb.:
IRIS – Internet-based Radiotherapy Information System
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
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