Anthropomorphes 4D-Phantom

Förderbeginn
Institution: Arbeitsgruppe Electronic & Embedded Systems Development Lab Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
Hauptantragsteller: Steffen Seeber
EKFS-Förderlinie: Translatorik
Image: Magnetresonanz-Positronen-Emissions-Tomographie

Die Zukunft der Strahlentherapie liegt in der dynamischen Anpassung des Zielvolumens während der Bestrahlung in Echtzeit (image guided radiation therapy). Aktuell werden Organbewegungen durch Prädiktion von Atemkurven per Gating (Unterbrechen der Bestrahlung, sobald sich das Zielgebiet aus dem Strahl entfernt) kompensiert. In der Radioonkologie setzen sich nun immer mehr adaptive Bestrahlungsmethoden durch, die die Dosis räumlich und zeitlich zielgenau applizieren. Störeinflüsse durch Bewegungen, Lagerungsunsicherheiten und Abhängigkeiten von gefüllten Organen (Blase, Rektum) werden erfasst, um die Dosisverteilung im Zielvolumen zu optimieren und die Strahlenbelastung der Risikostrukturen zu minimieren. Dies erfordert eine kontinuierliche Anpassung des vorberechneten Bestrahlungsfeldes an die reale Tumorform.

Zur Qualitätssicherung der einzelnen Arbeitsschritte der gesamten Strahlentherapiekette werden Phantome, die die Komplexität von Patientenbehandlungen widerspiegeln, eingesetzt. Ein Phantom, das die radiologische Interaktion im Körper simuliert, enthält mehrere Gewebe-Substitute. Spezielle Interaktions-Koeffizienten sind hierbei der lineare Abschwächungskoeffizient und das Bremsvermögen sowie Gewebekontraste für die Bildgebung, Bestrahlungsplanung und Dosimetrie.
 
Ziel des Projektes ist die Anwendung eines neuartigen anthropomorphen und dynamischen Phantoms zur schnelleren und effizienteren Qualitätssicherung der adaptiven Strahlentherapie. Das Phantom stellt anatomisch realistische Organe dar und imitiert reproduzierbare Bewegungen des Organverbundes. Es weist menschliche äquivalente röntgenologische Streu- und Absorptionseigenschaften auf und realisiert die 3-dimensionale Raumlageänderung des Zielvolumens. Dadurch kann die Dynamik des gesamten Bestrahlungssystems zur Strahlenbehandlung in Echtzeit verifiziert werden.
 
Das von den Projektleitern entwickelte Phantom dient zur Qualitätssicherung der bildgeführten adaptiven Strahlentherapie und ermöglicht einen effektiven End-To-End-Test der Strahlentherapie. Der Einsatz soll eine präzisere und gewebeschonendere Bestrahlung durch Minimierung der Sicherheitssäume mit weniger Nebenwirkungen und Neuerkrankungen für die Patientinnen und Patienten ermöglichen. Eine Optimierung der Applizierung der Bestrahlung und ein größerer Patientendurchsatz sind in der Praxis zu erwarten.