Optimierung in der Strahlentherapie
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- Mathias Kappel
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1 Optimierung in der Strahlentherapie G. Gramlich FH Ulm Optimierung in der Strahlentherapie p.1/28
2 Inhalt Worum geht s? Optimierung in der Strahlentherapie p.2/28
3 Inhalt Worum geht s? Allgemeines zur Strahlentherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.2/28
4 Inhalt Worum geht s? Allgemeines zur Strahlentherapie Arbeitsschritte der Bestrahlungsplanung Optimierung in der Strahlentherapie p.2/28
5 Worum geht s? Optimierung in der Strahlentherapie p.3/28
6 Aus der Physik Energiedosis (kurz Dosis) D = E m E: Energie, die von einer Strahlung abgegeben wird m: Masse des Körpers, der die Energie aufnimmt Einheit: 1 Gray = 1 Joule / 1 Kilogramm Optimierung in der Strahlentherapie p.4/28
7 Strahlentherapie (1) behandelt man Krebserkrankungen dadurch, daß man krankes Gewebe durch Strahlung zerstört Optimierung in der Strahlentherapie p.5/28
8 Strahlentherapie (1) behandelt man Krebserkrankungen dadurch, daß man krankes Gewebe durch Strahlung zerstört Körperzellen mit hoher Teilungsrate sind besonders strahlungsempfindlich Optimierung in der Strahlentherapie p.5/28
9 Strahlentherapie (1) behandelt man Krebserkrankungen dadurch, daß man krankes Gewebe durch Strahlung zerstört Körperzellen mit hoher Teilungsrate sind besonders strahlungsempfindlich Krebszellen haben eine hohe Teilungsrate und können deshalb stärker zerstört werden als gesunde Optimierung in der Strahlentherapie p.5/28
10 Strahlentherapie (2) Um gesunde Zellen zu schonen, bestrahlt man das Krebsgeschwulst aus verschiedenen Richtungen mit schwacher Dosis Optimierung in der Strahlentherapie p.6/28
11 Strahlentherapie (2) Um gesunde Zellen zu schonen, bestrahlt man das Krebsgeschwulst aus verschiedenen Richtungen mit schwacher Dosis Nur an der Überlappung der Strahlungen trägt die zerstörende Wirkung Optimierung in der Strahlentherapie p.6/28
12 Allgemeines zur Strahlentherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.7/28
13 Im Kampf gegen Krebs Onkologie ist die Lehre von bösartigen Erkrankungen und Therapie Optimierung in der Strahlentherapie p.8/28
14 Drei Behandlungsformen Operation Optimierung in der Strahlentherapie p.9/28
15 Drei Behandlungsformen Operation Medikamentöse Therapie Erster Stelle: Chemotherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.9/28
16 Drei Behandlungsformen Operation Medikamentöse Therapie Erster Stelle: Chemotherapie Strahlentherapie (Radioonkologie) Optimierung in der Strahlentherapie p.9/28
17 Strahlentherapie Relativ junges Fach; erst seit Ende der 80er Jahre: Facharzt für Strahlentherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.10/28
18 Strahlentherapie Relativ junges Fach; erst seit Ende der 80er Jahre: Facharzt für Strahlentherapie Früher: Ableger der Röntgendiagnostik Optimierung in der Strahlentherapie p.10/28
19 Strahlentherapie Relativ junges Fach; erst seit Ende der 80er Jahre: Facharzt für Strahlentherapie Früher: Ableger der Röntgendiagnostik Moderne Bestrahlungsgeräte und schnelle Computer ermöglichen gezielt in die Tiefe eines menschlichen Körpers einzudringen Optimierung in der Strahlentherapie p.10/28
20 Strahlentherapie Relativ junges Fach; erst seit Ende der 80er Jahre: Facharzt für Strahlentherapie Früher: Ableger der Röntgendiagnostik Moderne Bestrahlungsgeräte und schnelle Computer ermöglichen gezielt in die Tiefe eines menschlichen Körpers einzudringen Folgerung: 3D computergesteuerte Bestrahlungsplanung Optimierung in der Strahlentherapie p.10/28
21 Wie wirkt Strahlentherapie? Strahlung ist eine Wachstumsbremse, denn sie können Zellen schädigen Optimierung in der Strahlentherapie p.11/28
22 Wie wirkt Strahlentherapie? Strahlung ist eine Wachstumsbremse, denn sie können Zellen schädigen Gewebe ist um so strahlenempfindlicher je weniger gut ihr Reperatursystem ist Optimierung in der Strahlentherapie p.11/28
23 Wie wirkt Strahlentherapie? Strahlung ist eine Wachstumsbremse, denn sie können Zellen schädigen Gewebe ist um so strahlenempfindlicher je weniger gut ihr Reperatursystem ist Das Reperatursystem von gesundem Gewebe ist besser intakt als von Tumoren Optimierung in der Strahlentherapie p.11/28
24 Wie wirkt Strahlentherapie? Strahlung ist eine Wachstumsbremse, denn sie können Zellen schädigen Gewebe ist um so strahlenempfindlicher je weniger gut ihr Reperatursystem ist Das Reperatursystem von gesundem Gewebe ist besser intakt als von Tumoren Tumorstellen sterben; Freßzellen (Makrophagen) zerlegen und räumen ab Optimierung in der Strahlentherapie p.11/28
25 Welche Arten Strahlentherapie? Externe Strahlentherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.12/28
26 Welche Arten Strahlentherapie? Externe Strahlentherapie Innerliche Betrahlung Hülse in eine Körperhöhle (z.b. Luftröhre) eingebracht Optimierung in der Strahlentherapie p.12/28
27 Welche Arten Strahlentherapie? Externe Strahlentherapie Innerliche Betrahlung Hülse in eine Körperhöhle (z.b. Luftröhre) eingebracht Hyperthermie (Wärmetherapie) Statt Röntgenstrahlen Ultraschall-Wellen, die Temperaturen von 42 bis 43 Grad Celsius erzeugen Optimierung in der Strahlentherapie p.12/28
28 Bestrahlungsgeräte Telecobaltgeräte: Gammastrahlen (halbtiefes Eindringen) Optimierung in der Strahlentherapie p.13/28
29 Bestrahlungsgeräte Telecobaltgeräte: Gammastrahlen (halbtiefes Eindringen) Linerbeschleuniger: Harte Röntgenstrahlung (tiefliegende Tumore) Optimierung in der Strahlentherapie p.13/28
30 Welche Dosis? Generell: Abhängig von Art des Tumors Optimierung in der Strahlentherapie p.14/28
31 Welche Dosis? Generell: Abhängig von Art des Tumors Tumorvernichtung: 40 bis 70 Gray Optimierung in der Strahlentherapie p.14/28
32 Welche Dosis? Generell: Abhängig von Art des Tumors Tumorvernichtung: 40 bis 70 Gray Einzelportionen: ungefähr 2 Gray Optimierung in der Strahlentherapie p.14/28
33 Wie läuft die Bestrahlung ab? Einführungsgespräch Operation, Chemotherapie, Bestrahlung? Optimierung in der Strahlentherapie p.15/28
34 Wie läuft die Bestrahlung ab? Einführungsgespräch Operation, Chemotherapie, Bestrahlung? Vorbereitungen zur Strahlentherapie Optimierung in der Strahlentherapie p.15/28
35 Wie läuft die Bestrahlung ab? Einführungsgespräch Operation, Chemotherapie, Bestrahlung? Vorbereitungen zur Strahlentherapie Die Strahlentherapie selbst Optimierung in der Strahlentherapie p.15/28
36 Wie läuft die Bestrahlung ab? Einführungsgespräch Operation, Chemotherapie, Bestrahlung? Vorbereitungen zur Strahlentherapie Die Strahlentherapie selbst Ausnahmesituationen (z.b. Kinder) Optimierung in der Strahlentherapie p.15/28
37 Wie läuft die Bestrahlung ab? Einführungsgespräch Operation, Chemotherapie, Bestrahlung? Vorbereitungen zur Strahlentherapie Die Strahlentherapie selbst Ausnahmesituationen (z.b. Kinder) Psychosoziale Nachbetreuung Optimierung in der Strahlentherapie p.15/28
38 Vorbereitungen zur Strahlentherapie Computerunterstützende Bestrahlungsplanung Optimierung in der Strahlentherapie p.16/28
39 Vorbereitungen zur Strahlentherapie Computerunterstützende Bestrahlungsplanung Simulation (Simlator: Durchleuchtungsgerät) Optimierung in der Strahlentherapie p.16/28
40 Bestrahlungsplanung Optimierung in der Strahlentherapie p.17/28
41 Bestrahlungsplanung ist also die computerunterstützende Planung der physikalischen Bestrahlung im Klinikum Optimierung in der Strahlentherapie p.17/28
42 Personen im Klinikum Optimierung in der Strahlentherapie p.18/28
43 Personen im Klinikum 1. Mediziner Optimierung in der Strahlentherapie p.18/28
44 Personen im Klinikum 1. Mediziner 2. medizinisch geschultes Personal Optimierung in der Strahlentherapie p.18/28
45 Personen im Klinikum 1. Mediziner 2. medizinisch geschultes Personal 3. Physiker Optimierung in der Strahlentherapie p.18/28
46 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
47 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
48 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen 2. Physiker Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
49 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen 2. Physiker 3. Mathematiker Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
50 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen 2. Physiker 3. Mathematiker 4. Biologen Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
51 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen 2. Physiker 3. Mathematiker 4. Biologen 5. Radiochemiker Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
52 Beteiligte Personen: Forschung (z.b. 1. Ärzte verschiedener Fachrichtungen 2. Physiker 3. Mathematiker 4. Biologen 5. Radiochemiker 6. Informatiker und Ingenieure Optimierung in der Strahlentherapie p.19/28
53 Bestrahlungsplanung Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
54 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
55 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
56 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche 3. Festlegung der Bestrahlungstechniken Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
57 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche 3. Festlegung der Bestrahlungstechniken 4. Berechnung der Dosisverteilung Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
58 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche 3. Festlegung der Bestrahlungstechniken 4. Berechnung der Dosisverteilung 5. Optimierung Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
59 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche 3. Festlegung der Bestrahlungstechniken 4. Berechnung der Dosisverteilung 5. Optimierung 6. Darstellung und Bewertung Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
60 Bestrahlungsplanung 1. Einsatz von bildgebenden Verfahren 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche 3. Festlegung der Bestrahlungstechniken 4. Berechnung der Dosisverteilung 5. Optimierung 6. Darstellung und Bewertung 7. Übertragung auf den Patienten Optimierung in der Strahlentherapie p.20/28
61 1. Bildverarbeitung Optimierung in der Strahlentherapie p.21/28
62 1. Bildverarbeitung Die Lokalisation von Zielvolumen und Risikoorganen mit Computer-Tomographie (Röntgen-CT) Optimierung in der Strahlentherapie p.21/28
63 1. Bildverarbeitung Die Lokalisation von Zielvolumen und Risikoorganen mit Computer-Tomographie (Röntgen-CT) In manchen Fällen: Kernspintomographie (Magnet-Resonanztomographie) Optimierung in der Strahlentherapie p.21/28
64 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche Optimierung in der Strahlentherapie p.22/28
65 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche Einsatz von Bildverarbeitung- und Mustererkennung Optimierung in der Strahlentherapie p.22/28
66 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche Einsatz von Bildverarbeitung- und Mustererkennung Vieles durch Medizinphysiker manuell Optimierung in der Strahlentherapie p.22/28
67 2. Spezifikation des Zielvolumens und kritischer Bereiche Einsatz von Bildverarbeitung- und Mustererkennung Vieles durch Medizinphysiker manuell Zur Konturierung: Individuelle CTs verknüpfen mit standardisierten anatomischen Atlanten (zur Zeit in Bearbeitung) Optimierung in der Strahlentherapie p.22/28
68 3. Festlegung Optimierung in der Strahlentherapie p.23/28
69 3. Festlegung Bestrahlungstechniken Optimierung in der Strahlentherapie p.23/28
70 3. Festlegung Bestrahlungstechniken Bestrahlungsrichtungen Optimierung in der Strahlentherapie p.23/28
71 4. Dosisverteilung Überall dort wo Strahlen im Körper eindringen, werden Energiedosen berechnet Optimierung in der Strahlentherapie p.24/28
72 4. Dosisverteilung Überall dort wo Strahlen im Körper eindringen, werden Energiedosen berechnet Geometrische Aspekte Optimierung in der Strahlentherapie p.24/28
73 4. Dosisverteilung Überall dort wo Strahlen im Körper eindringen, werden Energiedosen berechnet Geometrische Aspekte physikalische/mathematische Modelle Optimierung in der Strahlentherapie p.24/28
74 5. Optimierung Vorgaben: Gesucht: Optimierung in der Strahlentherapie p.25/28
75 5. Optimierung Vorgaben: die Konturen des Zielvolumens und der Risikoorgane Gesucht: Optimierung in der Strahlentherapie p.25/28
76 5. Optimierung Vorgaben: die Konturen des Zielvolumens und der Risikoorgane Solldosis im Zielvolumen Gesucht: Optimierung in der Strahlentherapie p.25/28
77 5. Optimierung Vorgaben: die Konturen des Zielvolumens und der Risikoorgane Solldosis im Zielvolumen Toleranzdosen der Risikoorgane Gesucht: Optimierung in der Strahlentherapie p.25/28
78 5. Optimierung Vorgaben: die Konturen des Zielvolumens und der Risikoorgane Solldosis im Zielvolumen Toleranzdosen der Risikoorgane Gesucht: Optimalen Strahlungsintensitäten (Gewichte) Optimierung in der Strahlentherapie p.25/28
79 DKFZ in Heidelberg arbeiten daran und nennen das Problem: Inverse Strahlentherapie-Planung Optimierung in der Strahlentherapie p.26/28
80 6. Darstellung und Bewertung Grafische Dosisverteilung: Linien gleicher Dosiswerte (Höhenlinien) Optimierung in der Strahlentherapie p.27/28
81 7. Übertragung auf Patienten Zuvor jedoch Simulation mit Durchleuchtungsgerät (Simulator) Optimierung in der Strahlentherapie p.28/28
82 Informationen Deutsche Krebsforschungszentrum in HD Onkologie und mathematische Optimierung Optimierung in der Strahlentherapie p.29/28
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