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Forschungsprojekte

Präzise Vermessung von Protonenstrahlen (Kröninger)

Die Vermessung von kleinen Feldern, z.B. im Rahmen stereotaktischer Augenbestrahlungen, macht die Verwendung von hochauflösenden Detektoren notwendig. Durch die Entwicklung und Verwendung von schnellen und pixellierten Halbeiterdetektoren, z.B. auf Basis von Silizium oder Diamant, kann eine sehr hohe Orts- und Tiefendosisauflösung erreicht und die Vermessung der entsprechenden Felder signifikant verbessert werden. Dies soll durch die Adaption vorhandener Detektorsysteme geschehen.

 

Fusionierte Bildgebung für die Bestrahlungsplanung (Spaan)

Es werden verschiedene bildgebende Verfahren eingesetzt, um das zu bestrahlende Tumorgewebe zu lokalisieren. Da diese auf unterschiedlichen physikalischen Konzepten beruhen, z.B. dem Dichteunterschied (CT) oder der Konzentration von Wasser (MRT), können anatomische Merkmale der physiologische Prozesse sichtbar gemacht werden. Es ist daher oft wünschenswert, die aufgenommenen Bilder zu fusionieren, z.B. zur Therapieplanung und -verifikation. Verfahren zur Fusion multimodaler Bilder existieren zwar – sind aber teils sehr aufwändig und bringen teils Nachteile wie die Anbringung von Markern mit sich. Zusätzlich muss berücksichtigt werden, dass die 3D-Aufnahme zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen können, so dass sich Unterschiede in der Lage von Organen – z.B. aufgrund unterschiedlicher Atemphasen – ergeben können. Damit ist die Bildregistrierung als wesentliche Grundlage für die Fusion der Arbeitsschritt mit dem größten Verbesserungspotenzial. Durch den Einsatz maschineller Lerner in der Bildverarbeitung soll diese Verbesserung erfolgen.

 

Nicht-invasive Positionierung in der Augentumortherapie (Timmermann)

Insbesondere bei der Bestrahlung von Augentumoren ist eine genaue Kenntnis der Tumorposition notwendig. Typischerweise werden dafür speziell angefertigte Tantal-Clips verwendet und die relative Lage des Tumors durch Röntgenbildung bestimmt. In drei konsekutiven Projekten von medizinischen Promovenden (Dr. med.) werden neue Ansätze zur Bildgebung bei der Protonentherapie von Augentumoren erprobt. Im ersten Projekt werden volumetrische Aufnahmen aus CT und MRT sowie ein generisches, geometrisches Augenmodell in eine Fundusansicht übertragen und dort mit der Fundusaufnahme des Auges registriert. Im zweiten Projekt wird das optimale Zusammenspiel der bildgebenden Verfahren zur Steigerung der Genauigkeit der Lokalisierung erforscht, wenn Tantal-Clips durch Titan-Clips ersetzt werden. Im dritten Projekt wird auf Basis der Bildgebung in der Vorbereitung und während der Therapie erforscht, ob adaptive Strahlentherapie aufgrund anatomischer Veränderungen (z.B. Schwellungen) auch für Augentumore notwendig sein kann und auf Basis von MRT realisierbar ist.

 

Interaktion von Metallnanopartikeln mit Protonenstrahlung (Barcikowski)

Kernziel dieses Forschungsprojektes soll es sein, die Interaktionen zwischen Edelmetallnanopartikeln und Protonenstrahlung systematisch zu untersuchen. Obwohl bereits erste Befunde auf einen therapieverstärkenden Effekt durch Nanopartikel hinweisen, ist der Prozess bisher unzureichend verstanden. Dazu werden in diesem Projekt die Partikel durch Laserablation in Flüssigkeiten erzeugt, in situ in Alginatgele eingebettet und anschließend mit Protonen bestrahlt. Indikator für die Effizienz der Bestrahlung soll hier primär die Bildung von Reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) sein, die über geeignete Farbstoffe sichtbar gemacht und deren Bildung über CLSM ortsaufgelöst nachgewiesen werden soll. Final sollen auch die bei der Bestrahlung potentiell auftretenden Gasblasen aufgefangen werden, deren Zusammensetzung Hinweise auf chemische Prozesse bei der Protonenbestrahlung von Nanopartikeln liefert.

 

Nukleare Wirkungsquerschnitte für die Dosisverifikation (Kröninger / Bäumer)

In translationalen Forschungsprojekten zur in-vivo Dosisverifikation wird die Wechselwirkung des Protonenstrahls mit dem bestrahlten Gewebe simuliert, um die applizierten Felder mit Sekundärstrahlung dosimetrisch zu prüfen. Für eine solche Simulation werden nukleare Wirkungsquerschnitte benötigt, welche zum großen Teil in den 1950ern bis 1970ern mit teils großen Unsicherheiten gemessen wurden. Durch eine genauere Messung dieser Wirkungsquerschnitte ergeben sich zuverlässigere quantitative Vorhersagen der Simulationsprogramme.