Bestrahlungstherapie

Gudrun sprach im Janur 2019 mit Mark Bangert vom Deutschen
Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Er arbeitet dort seit
vielen Jahren als Physiker in der medizinischen Physik. Sein
Thema ist die Optimierung von Bestrahlungstherapien. Der Punkt,
an dem sich die Arbeit von Mark und Gudrun seit Ende 2018
berühren, ist eine Masterarbeit von Alina Sage in der
Bestrahlungsplanung. Ein Gespräch mit ihr werden wir ebenfalls
bald veröffentlichen.


Es gibt viele und unterschiedliche Betätigungsfelder für Physiker
in der medizinischen Physik, unter anderem in der
Strahlentherapie oder Radiologie (CT- und MRI-Bildgebung). Marks
Hauptaufgabe ist die Simulation und Optimierung von
Strahlungsdosen die Tumor-Kranke appliziert bekommen, um die
Nebenwirkungen zu minimieren und die Wirkung zu maximieren.


Die Modelle hierfür haben eine geometrische Basis und
berücksichtigen den Strahlungstransport. Hier geht es um die
Abschwächung und Auffächerung in Interaktion mit Haut und inneren
Organen. Die Therapie an und für sich ist schon stark
digitalisiert. Jede Krebstherapie startet mit einem CT-Bild.
Basierend darauf wird ein digitales Patientenmodel entwickelt und
segmentiert, um den Tumor abzugrenzen. Das Abgrenzen des Tumors
leisten hauptsächlich die Mediziner, Methoden der automatischen
Bilderkennung halten hier nur sehr langsam Einzug. Anschließend
wird entschieden: Wo soll bestrahlt werden und wo soll möglichst
viel Energie absorbiert werden - gleichzeitg aber auch: Wo muss
man vorsichtig sein (z.B. Herz, Speiseröhre, Niere, Rektum usw.).
Anschließend wird dann simuliert, wie Strahlung auf das digitale
Modell des Patienten wirkt. Man kann die Dosis und die zeitliche,
räumliche Verteilung der Strahlung variieren und optimieren. Das
führt auf eine patientenspezifische Optimierung der Dosis-Gabe,
die nur für häufig auftretende Tumore gut standardisierbar und
automatisierbar ist.


Zeitlich hat sich bewährt, dass die Strahlung über 30 Tage in 6
Wochen verteilt verabreicht wird, da sich gesundes Gewebe so
besser von der Strahlungsbelastung erholen kann.


Aber viele Probleme bleiben offen: Unter anderem können Patienten
nicht ganz still halten, sondern müssen beispielsweise atmen.
Deshalb bewegt sich der Tumor während der Bestrahlung. Der
momentane Ausweg ist, dass man ein größeres Volumen rings um den
Tumor markiert. Eine bessere Variante wäre, wenn die Strahlung
nur eingeschaltet ist, sobald der Tumor im optimalen Fenster ist
oder wenn der Strahl der Tumorbewegung folgt. Dadurch würden die
Nebenwirkungen stark verringert. An solchen Fragen forscht Marks
Gruppe bevor nach ausführlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen
derartige Neuerungen zur Standardbehandlung werden.


Bestrahlungshard- und Software werden zusammen entwickelt und mit
vorhandener Bildgebung integriert. Auch diese Tools müssen
verbessert werden, um immer genauer zu werden.


Der kranke Mensch ändert sich über den langen Behandlungszeitraum
von bis zu 6 Wochen oft sehr stark und der Tumor erst recht. Es
wäre also denkbar, den Bestrahlungsplan wöchentlich oder sogar
täglich zu aktualisieren.


Mark hat in Heidelberg Physik studiert und promoviert und leitet
eine Nachwuchsgruppe.



N. Wahl, P. Hennig, H.-P. Wieser, M. Bangert: Smooth animations
of the probabilistic analog to worst case dose distribution,
https://github.com/becker89/ESTRO2018
Literatur und weiterführende Informationen

M. Bangert, P. Ziegenhain: Bestrahlungsplanung In: W.
Schlegel e.a. (eds.): Medizinische Physik, Springer 2018.

H. Gabrys e.a.: Design and selection of machine learning
methods using radiomics and dosiomics for NTCP modeling of
xerostomia, Frontiers in Oncology, Mar 5;8:35, 2018. doi:
10.3389/fonc.2018.00035.

J. Unkelbach e.a.: Optimization of combined proton–photon
treatments, Radiotherapy and Oncology, 128(1):133-138, 2018. doi:
10.1016/j.radonc.2017.12.031.



Podcasts

L. Adlung, G. Thäter, S. Ritterbusch: Systembiologie,
Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 39, Fakultät für
Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.

Resonator-Podcast 015: DKFZ-Forscher Christof von Kalle,
Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2013.

Resonator-Podcast 014: Das DKFZ in Heidelberg,
Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2013.

Resonator-Podcast 069: Krebsmythen, Resonator-Podcast von
Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2015.