Entwicklung eines Systems zur Bestrahlungsplanung von Augentumoren unter Berücksichtigung der Inhomogenitäten der Oberflächendosisverteilung der Strahlenquellen

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes Albrecht; Dr. Dirk Flühs
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528648187

Die Brachytherapie mit Ruthenium-106 Applikatoren gilt als effektive Methode zur erfolgreichen Behandlung okularer Tumoren. Das Oberflächendosisprofil der Applikatoren ist jedoch nicht homogen. Sogenannte Hot- und Cold-Spots erschweren die Planung und es fehlt ein System zur detaillierten Vermessung dieser Inhomogenitäten in der Klinik. Des Weiteren fehlt eine Software zur Unterstützung der Therapieplanung und zur Visualisierung der dreidimensionalen Dosisverteilung, um die Einhaltung der Tumorkontrollrate und den Einfluss auf die Risikostrukturen präzise abschätzen zu können. Im Rahmen dieses Projektes soll ein System zur Unterstützung der Therapieplanung für die Brachytherapie okularer Tumoren entstehen. Die Inhomogenitäten des Oberflächendosisprofils der Ruthenium-106 Augenapplikatoren sollen in die Planung einbezogen werden, um das Ziel der Einhaltung der Tumorkontrollrate bei gleichzeitig größtmöglichem Schutz der Risikostrukturen zu erreichen. Die Herausforderungen der Entwicklung dieses Systems sollen durch eine Kombination aus den Methodiken und der Expertise der Teilchenphysik mit den Erfahrungen in der klinischen Medizinphysik überwunden werden. Zur Messung des Oberflächendosisprofils der Applikatoren wird eine Apparatur entwickelt, welche in den klinischen Alltag integrierbar ist. Die Messungen erfolgen in Luft und die Art des Aufbaus verhindert durch einen integrierten Luftschacht vor dem Szintillator die Entstehung von Cherenkov-Strahlung. Die Positionierungsunsicherheiten vorheriger Systeme zur Messung des Oberflächendosisprofils werden minimiert. Es soll untersucht werden, inwiefern die vom Hersteller der Applikatoren angegebenen Messpunkte zur Repräsentation des Oberflächendosisprofils ausreichend ist. Parallel zur Entwicklung der Apparatur soll Software zur 3D-Therapieplanung für die Brachytherapie okularer Tumoren entstehen. Hierfür soll ein Modell entwickelt werden, in dem die Oberfläche des Applikators konzentrisch in einzelne Segmente unterteilt und die Standarddosisverteilung eines Segmentes berechnet wird. Über die Gewichtung der Segmente sollen Monte-Carlo Simulationen der Inhomogenitäten des Oberflächendosisprofils durchgeführt werden. Die Implementierung der mit der entwickelten Apparatur gemessenen Dosiswerte in die Software zur Therapieplanung soll ermöglicht werden. Des Weiteren soll über die Entwicklung neuronaler Netze die Generierung von Dosisprofilen ohne Monte-Carlo Simulationen möglich zu sein, um erste Auswirkungen auf die Risikostrukturen abschätzen zu können. Anschließend wird mit Hilfe weiterer neuronaler Netze die Möglichkeit zur Optimierung der Behandlung über die Variation der Positionierung und Ausrichtung des Applikators entwickelt. Mit dem Programm soll eine Visualisierung der resultierenden Dosisverteilungen der Brachytherapie in einem dreidimensionalen Augenmodell ermöglicht werden, sodass eine präzise Abschätzung des Therapieerfolges sowie der Herausforderungen erfolgen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen