Ein wissensbasiertes System für tumorkonforme Strahlentherapieplanung
Mark-Aleksi Keller-Reichenbecher
Dr. sc. hum. Ein wissensbasiertes System für die Tumorkonforme Strahlentherapieplanung Geboren am 24.05.1966 in Espoo / Finnland Reifeprüfung am 21.05.1985 in VS-Villingen Studiengang des Fachbereichs Medizinische Informatik von SS 87 bis WS 92/93 Vordiplom am 01.06.1989 an der Universität Heidelberg / Fachhochschule Heilbronn Diplom am 30.04.1993 an der Universität Heidelberg / Fachhochschule Heilbronn Fachbereich: Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) Doktorvater: Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Schlegel Die Strahlentherapie ist neben der Promotion die häufigste Form der Behandlung von Tumorerkrankungen.
Trotz des Einsatzes immer leistungsfähigerer Computer-Hardware im Bereich der 3D-Verarbeitung
Strahlentherapieplate
Die Definition der Behandlungstechnik ist eine komplexe Aufgabe.
Die Zeit ist noch nicht abgelaufen.
Das ist die wichtigste Tätigkeit.
Trial and Error
gezeigt
hnet und
Dies hängt stark von der Erfahrung der beteiligten Personen ab. Hier kann weitere computergestützte Unterstützung erbracht werden. Bisher waren 3D-Strahlentherapieplanungssysteme auf grafische Benutzeroberflächen beschränkt, um die Behandlungstechnik manuell zu definieren, mit nur minimaler automatischer Unterstützung. Auf der Grundlage des vom Therapeuten festgelegten Zielvolumes und der segmentierten Risikoorgane wird in dieser Arbeit ein neuer Ansatz der Planung unterstützt, der für klinische Fälle automatisch mit einem wissensbasierten System (WBS) alternative Strahlpläne generiert und zur Auswahl und Weiterverarbeitung bereitstellt.
Bei der Entwicklung des Systems stehen verschiedene Aspekte im Vordergrund:
Das System soll auf die einfachste Art und Weise in eine bestehende
Das System zur Planung von Strahlentherapie kann integriert werden und die übliche Funktionsweise der
Die Ergebnisse der Generierung alternativer Strahlungstechniken sollen so schnell wie möglich veröffentlicht werden. Optimierungsverfahren und neue Strahlungstechniken, die in der Forschung entwickelt wurden, sollen auf fachgerechte Weise in das System einfließen können. Ausgehend von der Einbindung der Strahlentherapieplanung in den Bereich der Konfigurationsproben wird ein modelbasierter Entwicklungsansatz gewählt, der darauf abzielt, durch Wissensgewinnung ein allgemeines Modell der Strahlentherapieplanung zu entwickeln und zu implementieren. Als Problemlösungsverfahren wird die Planungstechnik (skeletalplanung (engl.) ausgewählt und mit Hilfe von Framen realisiert.
Die WBS läuft auf allen Workstations oder Personalcomputern mit einem UNIX-ähnlichen
Betriebssystem. Es ist
- als
Beispiel für einen 3D-Strahlentherapieplan
G-System - in die
Das von DKFZ entwickelte Planungssystem VOXELPLAN ist integriert,
Autonome Systeme
In diesem Rahmen wird eine neue Methode entwickelt, um unregelmäßige Strahlungsfeldgrenzen automatisch aus Zielvolumenprojektionen zu berechnen.
Aufgrund einer angemessenen Aufteilung der einzelnen Aufgaben während der automatischen
Planung und Nutzung eines parallelisierenden Softwarepakets in einem Netzwerk
Eine Beschleunigung ist möglich, so dass z.B. bei der Nutzung
Nach etwa einer Minute sind acht alternative Radiotherapiepläne für
Das System ist auch in der Lage, für mehrere vorhandene Fälle Parallelpläne zu erstellen. Für die Bewertung der erzeugten Ergebnisse werden biologische und physikalische Parameter berechnet. Die Ergebnisse zeigen für die WBS, je nach Bestrahlungstechnik und Optimierung bei Prostata- und Bronchialkarzinomen, einige gute bis sehr gute Ergebnisse, die teilweise sogar die klinisch erzeugten Pläne im Ergebnis übertreffen. Eine manuelle Nachkorrektur wird teilweise angezeigt.
Die WBS, die für die Planung der 3D-Strahlentherapie entwickelt wurde, ist in der Lage, in kurzer Zeit klinisch relevante Strahlentechniken auf Therapiefeldern anzuwenden und die Ergebnisse der Optimierung weit verarbeitet zu machen.
Aufgrund der Ergebnisse ist zu erwarten, dass die Integration des WBS in die klinische Routine zur Beschleunigung der Planung beitragen wird, aber auch eine zusätzliche entscheidende Unterstützung bei der individuellen Wahl der Bestrahlungstechnik bietet und damit das Ziel unterstützt, den Patienten eine optimale Behandlung mit den neuesten Erkenntnissen und Technologien zu ermöglichen.