Simulations-basierte Brachytherapie-Planung für Oligometastasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die grundsätzliche Idee des Projektes war die Untersuchung, ob eine simulationsbasierte Planung für die Brachytherapie einen Vorteil bietet. Dazu sollte im Rahmen des Projektes die notwendige Hardware und Software entwickelt werden. Im Rahmen dieses Projektes wurde die Diffuse Domain Methode für die Simulation von Nadel-Gewebe-Interaktion entwickelt und veröffentlicht, die es ermöglicht, patienten-spezifische Simulation durchzuführen, ohne zuvor Meshes aus dem Gewebe zu generieren. Zur Segmentierung der Daten wird ein three-class U-Net genutzt, dessen Wahrscheinlichkeitsdichte maps direkt als Strukturmodell in der Simulation dienen. Die Unsicherheiten der Segmentierung werden durch die Breite des Phase Fieldes direkt in die Deformationssimulation übernommen. Der Ansatz kann direkt (ohne eine eigene Gittergenerierung) auf Voxeldaten eingesetzt werden, ist aber noch nicht echtzeitfähig. Hinsichtlich der Planung wurden Varianten von matching pursuit entwickelt, die um Größenordnungen schneller waren als konkurrierende Ansätze, da das Integer Programming Optimierungsproblem eine spährliche Lösung hat und damit effizient mit dem Ansatz aus compressed sensing optimiert werden konnte. Prinzipiell sind alle Komponenten für eine simulationsbasierte Planung mit Ende des Projektes fertiggestellt. Dadurch, dass wir im Projekt erhebliche Personalprobleme hatten, konnten nicht alle Punkte soweit abgeschlossen werden, dass dieses Tool nutzerfreundlich eingesetzt werden kann, auch ist die Echtzeitfähigkeit der Komponenten noch nicht realisiert und muss im Nachgang weiterentwickelt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017). A fast multitarget inverse treatment planning strategy optimizing dosimetric measures for high‐dose‐rate (HDR) brachytherapy. Medical physics, 44(9), 4452-4462
Guthier, C. V., Damato, A. L., Viswanathan, A. N., Hesser, J. W., & Cormack, R. A.
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(2020). Diffuse domain method for needle insertion simulations. International journal for numerical methods in biomedical engineering, 36(9), e3377
Jerg, K. I., Austermühl, R. P., Roth, K., Große Sundrup, J., Kanschat, G., Hesser, J. W., & Wittmayer, L.
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Feasibility of interstitial stepping-source electronic brachytherapy to locally inoperable tumors. J Contemp Brachytherapy. 2020 Oct;12(5):480-486
Ruder AM, Inghelram L, Schneider F, Sarria GR, Hesser J, Bludau F, Obertacke U, Wenz F, Abo-Madyan Y, Giordano FA
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Multiple direction needle-path planning and inverse dose optimization for robotic low-dose rate brachytherapy. Z Med Phys. 2022 May;32(2):173-187
Aumüller P, Rothfuss A, Polednik M, Abo-Madyan Y, Ehmann M, Giordano FA, Clausen S
