Medizinische Physik in der Strahlentherapie

Abteilung Medizinische Physik in der Strahlentherapie

Prof. Dr. Oliver Jäkel

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Bei vielen Krebspatienten gelingt es nach wie vor nicht, das primäre Tumorwachstum zu beherrschen. Therapieverfahren müssen daher dringend weiter optimiert werden, und es gilt neue effizientere Behandlungs-Verfahren für lokal wachsende Tumorenzu entwickeln. Die Abteilung konzentriert sich auf konformale Strahlenbehandlungen mit Photonen und Ionen. Im Vordergrund stehen die zeitlichen Veränderungen der Zielvolumina und Risikoorgane, die durch die Therapie selbst, durch Bewegungen oder Unsicherheiten in der Patientenpositionierung verursacht werden. Es wird eine bildgeführte, zeitlich adaptierte Strahlentherapie entwickelt, die die konformalen Bestrahlungstechniken mit Echtzeitbildgebungsverfahren verknüpft. So können anatomische Veränderungen überwacht und im Sinne einer präzisen Bestrahlung laufend kompensiert werden. Ein weiteres Projekt befasst sich mit molekularen Bildgebungsverfahren und deren Integration in die Therapieplanung und Strahlapplikation. Das Ziel ist hier, strahlenresistente Areale im Tumor darzustellen und mit höheren Strahlendosen zu bestrahlen, und strahlenempfindliche Areal im gesunden Gewebe besser zu schonen. Mit mathematischen Modellen zur Beschreibung biologischer Vorgänge im gesunden und im Tumorgewebe sollen Therapieschemata und Techniken weiter optimiert werden.
Eine weitere Stärke der Abteilung ist der Transfer von Software- und Hardware-Entwicklungen in die klinische Anwendung mit Hilfe spezifischer Test- und Qualitäts-Sicherungsverfahren.

Die zukünftigen Forschungsprojekte der Abteilung umfassen die Gebiete der bildgeführten Strahlentherapie (IGRT), die biologisch adaptierte Strahlentherapie, die Ionen-Therapie und die physikalischen Aspekte der Strahlenbiologie.
Bei der IGRT werden die bisher entwickelten Methoden der Bewegungserkennung und -Kompensation in die klinische Anwendung übertragen. Weiterhin sollen die Entwicklungen der 3D-Echtzeitbildgebung am Beschleuniger begleitet werden. Erfolgversprechende Ansätze sind hier die Integration der MR- und der 3D-Röntgenbildgebung in eine neue Beschleunigergeneration.
Ein einheitliches Bestrahlungsplanungs- und Optimierungs-System auf der Grundlage neuer molekularer Bildgebungsverfahren soll dazu beitragen, das Ziel der biologisch adaptierten Strahlentherapie zu erreichen.
Für die Strahlentherapie mit Ionen gilt es, vor allem die Dosimetrieverfahren zu verfeinern. Mit Monte-Carlo-Simulationen sollen die Sekundärelektronen-Effekte bei der Dosimetrie von Ionenstrahlen untersucht und berücksichtigt werden. Ebenso ist mit der Untersuchung der Störungsfaktoren bei der Ionisationskammerdosimetrie begonnen worden. Die Bestrahlungsplanung der Ionentherapie soll durch radiographische Bildgebung mit Ionen verbessert werden.
Bei der strahlenbiologischen Modellbildung soll das existierende mathematische Modell durch die Einbindung eines Patientenmodelles und biologischer Bildgebungerweitert werden, um damit auch klinisch relevante Fragestellungen angehen zu können.

Kontakt

Prof. Dr. Oliver Jäkel
Medizinische Physik in der Strahlentherapie (E040)
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
Tel: +49 6221 42 2540

Ausgewählte Publikationen

  • Niklas M; Zimmermann F; Schlegel J; Schwager C; Debus J; Jäkel O; Abdollahi A; Greilich S (2016). Registration procedure for spatial correlation of physical energy deposition of particle irradiation and cellular response utilizing cell-fluorescent ion track hybrid detectors. Physics in Medicine and Biology, 61 (17) (2016) N441-N460
  • Bangert M; Unkelbach J (2016). Accelerated iterative beam angle selection in IMRT.. Medical Physics, 43 (3) (2016) 1073-1082 Glowa C, Karger CP, Brons S, Zhao D, Mason RP, Huber PE, Debus J, Peschke P. Carbon ion radiotherapy decreases the impact of tumor heterogeneity on radiation response in experimental prostate tumors.Cancer Lett. 2016 Aug 10;378(2):97-103
  • Teske H; Mercea P; Schwarz M; Nicolay NH; Sterzing F; Bendl R (2015). Real-time markerless lung tumor tracking in fluoroscopic video: Handling overlapping of projected structures. Medical Physics,42 (5) (2015) 2540-2549.
  • Gillmann C, Jäkel O, Schlampp I, Karger CP (2014). Temporal lobe reactions after carbon ion radiation therapy: comparison of relative biological effectiveness-weighted tolerance doses predicted by local effect models I and IV.. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2014 Apr 1;88(5):1136-41
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