Abteilung Medizinische Physik in der Strahlentherapie

Im Fokus der Forschung unserer Abteilung liegt die Verbesserung der Strahlentherapie unter Verwendung von R�ntgen- und Ionenstrahlen. In den laufenden Projekten konzentrieren wir uns vor allem auf die Anpassung der Therapie an dynamische Ver�nderungen der Zielvolumina und Risikoorgane aufgrund von Organbewegungen, Tumorverkleinerung oder Tumorwachstum, sowie durch Unsicherheiten bei der Patientenlagerung und Immobilisierung. Hierf�r entwickeln wir eine bildgef�hrte und adaptive Therapie, um eine sehr genaue Dosisapplikation mit Online-Bildgebung der dreidimensionalen Anatomie und mit Online-�berwachung von dreidimensionalen Dosisverteilungen zu kombinieren.

Die Abteilung untersucht dar�ber hinaus, inwieweit sich funktionelle Bildgebung in die Behandlungsplanung und -adaption integrieren l�sst mit dem Ziel, strahlenresistente Tumorbereiche h�her zu dosieren und strahlungsempfindliche normale Gewebestrukturen besser zu schonen. Die Etablierung mathematischer und biologischer Modelle von Tumor- und Normalgewebsreaktionen ist ein weiteres Instrument zur Optimierung von Behandlungsschemata und Therapiemethoden. Eine der St�rken der Abteilung ist die direkte �bertragung von Prototypen aus der Soft- und Hardwareentwicklung in die klinische Anwendung. Diese erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Klinischen Kooperationseinheit Strahlentherapie (E050). Zus�tzlich pr�ft und etabliert unsere Abteilung ad�quate Qualit�tssicherungsma�nahmen. Dazu geh�rt auch eine Kooperation mit dem nationalen Standardlabor f�r Dosimetrie und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig mit dem Ziel, neuartige und hochpr�zise Dosismesssysteme f�r gescannte Ionenstrahlen auf Basis der Wasser-Kalorimetrie zu entwickeln. Dar�ber hinaus entwickelte die Abteilung eine Palette von Weiterbildungsangeboten in der Medizinischen Physik und Radioonkologie, welche teilweise auf einer E-learning Plattform angeboten werden.

Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte konzentrieren sich auf die Entwicklung der MR - gef�hrten Strahlentherapie, um eine gleichzeitige �berwachung der Patientenanatomie w�hrend der Behandlung zu erm�glichen. Um diese Informationen nutzen zu k�nnen, m�ssen viele neue Werkzeuge entwickelt werden, darunter schnelle Dosisberechnungsalgorithmen, Strategien f�r eine schnelle Anpassung des Behandlungsplans sowie Methoden, um die hohe Qualit�t dieses neuen Behandlungskonzepts konstant zu gew�hrleisten. Die Abteilung ist, zusammen mit dem Universit�tsklinikum Heidelberg und den Abteilungen f�r Radiologie und Medizinische Physik in der Radiologie (beide am DKFZ), Teil des Heidelberger Konsortiums f�r die MR-gef�hrte Strahlentherapie, das sich erfolgreich f�r die Finanzierung eines neuen Hybridger�tes in Heidelberg bei der DFG beworben hat. Das System nahm 2018 den klinischen Betrieb auf. Neue Projekte konzentrieren sich auf das Gebiet der MR-gef�hrten Strahlentherapie unter Anwendung von adaptiven Konzepten. Im Bereich der Ionenstrahltherapie liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung effektiver Strategien zur Verwendung der R�ntgenbildgebung im Behandlungsraum f�r eine verbesserte volumetrische Bildgebung, die f�r adaptive Behandlungskonzepte ben�tigt wird. Zur Unterst�tzung der biologisch gef�hrten Strahlentherapie am DKFZ verfolgen wir die Entwicklung einer einheitlichen Behandlungsplanungs- und Optimierungsplattform, die speziell die Informationen der funktionalen Bildgebung ber�cksichtigt. In der Schwerionentherapie werden au�erdem neue Detektorsysteme untersucht, wie z.B. ein neuer Hybriddetektor, welcher sowohl die Ionenspuren als auch die von ihnen verursachten Sch�den in einzelnen Zellen r�umlich hochaufgel�st darstellen kann. Ein anderes System realisiert einen Sekund�rteilchen-Monitor, welcher die direkte Verfolgung der applizierten Ionenstrahlen im Patienten w�hrend der Therapie erlaubt.

Ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet ist die Radiobiologie von Ionenstrahlen und das Benchmarking radiobiologischer Modelle. Dies geschieht in verschiedenen Tiermodellen, die eine pr�klinische Beurteilung der biologischen Wirksamkeit verschiedener Ionenstrahlen in Tumoren und normalen Geweben unter verschiedenen Bedingungen erm�glichen. Um die klinische Umsetzung neuartiger Techniken zu unterst�tzen, entwickeln wir dar�ber hinaus neuartige Strategien zur Optimierung der Behandlungspl�ne, wie z.B. Wahrscheinlichkeitskonzepte, die die Einbeziehung von Unsicherheiten in den Optimierungsprozess erm�glichen. Diese Entwicklungen werden in ein Open Source-Werkzeug f�r die Therapieplanung (MatRad) implementiert, das auch als Plattform f�r Kooperationsprojekte dient.

Schlie�lich gibt es eine Arbeitsgruppe, die f�r die Entwicklung neuer Hardwarekomponenten zur Unterst�tzung der Strahlentherapie verantwortlich ist. Zum Aufgabengebiet dieser Gruppe geh�rt unter anderem die Entwicklung neuartiger Konzepte zur Patientenfixierung oder das Design neuartiger Phantome f�r dedizierte QA-Anwendungen, aber auch die L�sung spezieller Probleme und Anforderungen der MR-Bildgebung im Strahlentherapieprozess, wie z.B. MR-kompatible Systeme zur Fixierung oder Positionierung von MR-Spulen in den Patienten-Fixierungsvorrichtungen.