Schritthaltende markerlose Lageverfolgung und 4D Behandlungsplanung in der Strahlentherapie

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Achim Schweikard
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2001 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5350282

Die genaue Lagebestimmung und -verfolgung eines Tumors während einer Bestrahlung stellen nach wie vor ein offenes Problem in der Strahlentherapie dar. Bekannte Verfahren basieren auf der approximativen Lagebestimmung eines Zielgebietes während der Behandlung auf der Basis zeitlich vorgehender Patientendaten (z.B. CT-Aufnahmen). Tumoren im Körperstammbereich bewegen sich jedoch aufgrund von Atmung und Herzschlag, so dass eine statische Bestrahlung zwangsläufig zu inakzeptablen Ergebnisse führt. Im Rahmen des beantragten Projektes soll der folgende neuartige Ansatz weiterentwickelt und realisiert werden: In einer prätherapeutischen Initialisierungsphase ist zunächst die genaue Korrelation zwischen der atmungs- und/oder pulsationsabhängigen Bewegung des betrachteten Zielvolumens und eines extern messbaren Signals zu ermitteln. Während der Behandlung soll eine fortlaufende Echtzeitmessung der externen Daten sowie deren Abgleich mit der zuvor berechneten Korrelation dazu genutzt werden, eine hochgenaue und insbesondere schritthaltende Berechnung der Lage des Zielvolumens zu erreichen. Im allgemeinen ist die Bewegungsdynamik durch Atmung und Pulsation jedoch zu hoch für eine schritthaltende Nachführung therapeutischer Instrumente (z.B. roboter-geführter Therapiestrahl). Aufgrund der Periodizität von Atmung und Pulsation ist es jedoch möglich, Verzögerungen bei der Nachführung des Therapiestrahls durch eine geeignete schritthaltende Prädiktion auszugleichen. Kern des Projektes ist die Entwicklung grundlegender Verfahren zur Lagebestimmung und -verfolgung durch Sensorkorrelation gekoppelt mit schritthaltender Prädiktion. Es ist u.a. beabsichtigt, die einzelnen Verfahren in einer Entwicklungsumgebung zusammenzuführen, um dadurch eine Wiederverwendbarkeit durch andere Arbeitsgruppen zu vereinfachen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1124: Medical Navigation and Robotics
• Participating Persons: Professor Dr. Alexander Muacevic; Professor Dr. Uwe Oelfke; Professor Dr. Wolfgang Schlegel; Privatdozent Dr. Berndt Wowra