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© Lehrstuhl für Technische Informatik
Die punkt- und zeitgenaue Bestrahlung des Tumors mithilfe des neuen Roboters schont das umliegende Gewebe.
 
Onkologie 18. Juni 2012

Lungentumoren im Visier und fest im Griff

Ein Roboter gleicht Atembewegungen aus und hält den Tumor während der Bestrahlung exakt in Position.

Informatikexperten haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Lungentumoren präziser und effizienter bestrahlt werden können: Mit genau berechneten Gegenbewegungen der Liege kompensiert ein Roboter die Bewegungen des Brustkorbs beim Atmen und verhindert so, dass gesundes Gewebe bestrahlt wird.

 

Fatalerweise machen sich Lungentumoren häufig erst in einem sehr späten Stadium bemerkbar, in dem eine operative Entfernung nicht mehr möglich ist. Dann ist eine Kombination aus Chemotherapie und Bestrahlung die Behandlung der Wahl. Dafür machen sich die behandelnden Ärzte mit Aufnahmen aus dem Computertomographen vorher ein möglichst genaues Bild von der Größe und Lage des Tumors und bestimmen so die zu bestrahlende Region im Körper.

Sicherheitsradius nötig

Allerdings bewegt sich der Tumor durch die Atmung des Patienten sehr stark unter dem feststehenden Strahl. Aus diesen Gründen weiten Mediziner typischerweise die zu bestrahlende Zone auf den gesamten Bereich aus, in dem sich der Tumor bewegt. Dieser „Sicherheitspuffer“ hat zwangsläufig zur Folge, dass auch gesundes Gewebe hohen Strahlendosen ausgesetzt wird.

Tumor verharrt im Raum

Mit Hilfe moderner Technik ist es allerdings möglich, das umliegende gesunde Gewebe weitgehend zu schonen. Dazu bewegt ein Roboter die Liege, auf der sich der Patient befindet, und gleicht dessen Atembewegungen aus, der Tumor verharrt fest auf einer Stelle im Raum und kann hochpräzise bestrahlt werden.

Wie der Roboter arbeitet

Christian Herrman, Doktorand am Lehrstuhl Informatik VII der Universität Würzburg, und Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Klaus Schilling haben diese komplexe Aufgabe, die Sensortechnik, Modellierung und vor allem die Roboterreaktionen in Echtzeit umfasst, erforscht: „Wir haben einen Ansatz zur Bewegungskompensation mit einem Roboter entwickelt, so dass die Geräte der Strahlentherapie besonders effektiv eingesetzt werden können“, erklärt Schilling.

Dafür erfassen zunächst Sensoren bei den Patienten auf der Behandlungsliege die Bewegungen des Brustkorbs. Über ein am Computertomographen erstelltes Modell der dazugehörigen Tumorbewegung kann ein Rechner nun bestimmen, wie der Roboter den Patienten entgegengesetzt bewegen muss.

Diese Daten werden an eine Robotersteuerung übermittelt, die auch die Verzögerung vorhersagt, bis die Motoren in der Umsetzung den Zielpunkt für die Liege erreichen. Das Ergebnis: Der Tumor wird an der richtigen Stelle für die Bestrahlung positioniert und bleibt dort für die Behandlungsdauer fixiert.

„Eine adaptive Regelung steuert so in Echtzeit entgegen und gleicht das Auf und Ab des Brustkorbs aus. Auf diese Weise können wir eine punkt- und zeitgenaue Bestrahlung des Tumors erreichen“, so Schilling.

Effizientere Dosierung möglich

Die Vorteile für den Patienten liegen auf der Hand: Weil die Mediziner den „Sicherheitspuffer“ klein halten können, wird das gesunde Gewebe in der Nachbarschaft des Tumors geschont, die Strahlung kann effizienter dosiert werden. Gleichzeitig verkürzt sich die Behandlungszeit. Eingriffe am Patienten sind dazu nicht notwendig.

Ein weiterer Vorteil bietet sich aus Sicht des Technikers: „Unser System basiert ausschließlich auf Standard-Hardware und kann somit in den unterschiedlichsten Klinikumgebungen kostengünstig eingesetzt werden“, sagt Schilling.

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