Medizinphysikalische Forschung

In der konformalen Strahlentherapie erfolgen die Festlegung der Zielvolumina und Risikoorgane in einem Satz von Scans eines Computertomographen. Zur Dosisberechnung im Bestrahlungsplanungssystem werden die mit dem CT übermittelten Hounsfield-Einheiten (HU) in Elektronen- und Massendichte umgerechnet. Da die Housfield-Einheiten von den Scan-Parametern des Computertomographen abhängen, soll deren Einfluß auf die Dosisberechnung eines Bestrahlungsplanungssystems quantifiziert werden.

Das medizinische Electronic Portal Imaging Device (EPID) wird zur Verifikation der Patientenlagerung und für Feldkontrollaufnahmen genutzt.

Um höchste Bildqualität zu gewährleisten ist eine ständige Qualitätskontrolle notwendig. Dazu wird das EPID QC Phantom^® von PTW mit zugehöriger Software eingesetzt. In einer Langzeitbeobachtung wird die Qualität des EPID untersucht.

Aufgrund seiner hohen Ortauflösung und der Möglichkeit der digitalen Bildverarbeitung kann das EPID für Dosismessungen eingesetzt werden. Der Einsatz des EPID zur Kontrolle der Fluenz in intensitätsmodulierten Strahlenfeldern wird untersucht.

In den vergangenen 20 Jahren hat die Informationstechnologie rasante Fortschritte gemacht, sodass  Computer- und Netzwerktechnologien aus der heutigen Arbeitswelt nicht mehr wegzudenken sind. Auch in der Medizin hat in den vergangenen Jahren der Computer Einzug gehalten, um die Effizienz zu steigern und Arbeitsabläufe zu optimieren. Diagnostische Geräte werden vernetzt, die Patientenakte in Papierform wird durch ihr elektronisches Pendant ersetzt und alle Arten von Informationssystemen werden eingeführt. Dabei ist auf die erhöhten Anforderungen an Datenschutz und Datensicherheit Rücksicht zu nehmen. Für speziellere Fachgebiete, wie zum Beispiel die Radioonkologie, existieren jedoch kaum Systeme, die den besonderen Anforderungen dieser Bereiche gerecht werden.

Als Lösung für dieses Problem wird im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass mit dem Einsatz von Web-Technologien ein Informationssystem geschaffen werden kann, das den Arbeitsablauf in einer strahlentherapeutischen Einrichtung unterstützt und effizienter gestalten kann.

Die Analyse der Prozesse in einer strahlentherapeutischen Einrichtung ergibt, dass es sich um hoch strukturierte Abläufe mit großer Häufigkeit handelt. Diese Art der Arbeitsabläufe kann durch ein Informatonssystem ideal unterstützt werden. Es wurde ein Systemkonzept entwickelt, dass die Anforderungen an die Unterstützung des Workflows und die Qualitätssicherung erfüllen kann.

Das Ergebnis ist ein Web-Portal, das neben den Grundfunktionen, wie zum Beispiel das Dokumentenmanagement, Anwendungsmodule für alle Bereiche einer strahlentherapeutischen Einrichtung zur Verfügung stellt. Unter anderem wurden Module für die Patientenverwaltung, die Bestrahlungsplanung, die Qualitätssicherung und den Strahlenschutz implementiert.

Der praktische Einsatz des Prototypen dieses Portalsystems in der Klinik für Strahlentherapie und Onkologie im Zentrum der Radiologie des Klinikums der Johann Wolfgang Goethe-Universität hat gezeigt, dass webbasierte Informationssysteme das Potential haben, die Lücke für die Strahlentherapie erfolgreich zu schließen. Durch die Flexibilität dieses Systemkonzepts kann es jederzeit erweitert und auf andere Anwendungsbereiche angepasst werden.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Einführung einer zentralen internetbasierten Erfassung von Daten für die Gerätestatistik von Linear-Beschleunigern. Durch die Optimierung der Schnittstelle zwischen Geräteanwender und Gerätehersteller wird eine Verbesserung der Geräteverfügbarkeit erreicht.

Die heutigen Internettechnologien bieten hervorragende Möglichkeiten zur zentralen Erfassung von beliebigen Daten. Der Nutzer einer solchen Schnittstelle benötigt lediglich einen Internetanschluss und einen Internetbrowser wie z.B. den Microsoft Internet Explorer oder Netscape Navigator. Diese Software ist heute unabhängig vom Betriebssystem auf jedem Rechner vorhanden.

Die zentral erhobenen Daten über außergewöhnliche Abschaltungen, Ereignisse und Beschleunigerausfälle ermöglichen dem Service des Geräteherstellers zeitnah zu reagieren, evtl. sogar bevor sich kleinere Fehler in einem länger dauernden Ausfall manifestieren. Diese „antizipierende Planung“ von Serviceleistungen führt zwangsläufig zu einer Verbesserung der Geräteverfügbarkeit.

In den vergangenen Jahren hat sich die Ganzkörperbestrahlung mit hochenergetischen Photonen­strahlung als ergänzende konditionierende Maßnahme zur Chemotherapie vor Knochenmark­transplantationen etabliert. Die Bestrahlung hat primär die therapeutische Auf­gabe der Immunsuppression des Patienten zur Vorbeugung einer Abstoßungsreaktion. Der sekundäre Effekt ist die Schaffung von Raum für das Transplantat im Knochenmarkstroma. Das Verfahren der Translations-Ganzkörper­bestrahlung hat sich in diesem Zusammenhang als besonders geeignet herausgestellt. Eine motorisch verfahrbare Liege bewegt den Patienten durch ein Bestrahlungsfeld. Bei für alle Patienten gleicher Feldgeometrie steht als Freiheitsgrad zur Anpassung der Dosis am Referenzpunkt die Translations­geschwindigkeit der Patientenliege zur Verfügung. Für die Berechnung der Translationsgeschwindigkeit sind bis heute computerunterstützte Planungs- und Verifikationssysteme nicht verfügbar.

Im Rahmen dieses Projektes soll eine integrierte webbasierte Lösung für die patientenindividuelle Planung und Verifikation der applizierten Dosis eingeführt und im klinischen Betrieb etabliert werden.

Die Dosisverteilung bei Ganzkörperbestrahlung (TBI) mit Trans­lations­technik läßt sich in der klinischen Routine bisher nicht mit computergestützten 3D-Planungssystemen berechnen. Die notwendige Kontrolle der auf der Basis von CT-Daten mit Hilfe von Abschätzverfahren manuell berechneten Dosisverteilung (Feldzonen­verfahren) lässt sich nur durch in vivo-Messungen durchführen, um eine homogene Dosisverteilung abzusichern. Ziel unserer Studie ist es, Halbleitersonden als eine einfache und schnelle Methode zu etablieren, um eine on-line-Verifikation an relevanten Punkten zu ermöglichen.