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Medizinische Physik

Group leader: Christian Graeff

Das an der GSI entwickelte Rasterscanverfahren für Kohlenstoffstrahlen zur Behandlung von Krebs ermöglicht sehr scharfe Dosisgradienten. Damit können wichtige Organe und Strukturen in der Nähe des Tumors effektiv geschont werden.

Im Vergleich zu konventioneller Röntgen-Bestrahlung ist die Behandlung bewegter Tumoren beispielsweise in der Lunge, der Leber oder den Nieren allerdings komplex. Zwei zusätzliche Faktoren spielen eine Rolle: (1) Interferenz zwischen der Tumorbewegung und der Scanbewegung des Strahls (Interplay) und (2) eine Veränderung der Strahlreichweite zum Ziel durch dessen Bewegung.

Interplay verursacht sehr variable Über- und Unterdosierungen, die es verhindern, dass Sicherheitssäume ähnlich wie in der Photonen-Bestrahlung zur Bewegungskompensation ausreichen. Die endliche Reichweite von Partikelstrahlung in Materie ist ein großer Vorteil für Ionen, erfordert aber präzises Wissen über die „radiologische Weglänge“ des Strahls bis zum Ziel. Diese Weglänge ändert sich aber mit der Bewegung vor allem in der Lunge, so dass spezielle Kompensationsstrategien unerlässlich sind.

In der Gruppe Medizinische Physik wurden effiziente Verfahren zur Bewegungskompensation entwickelt und untersucht, unter anderem Gating (unterbrochene Bestrahlung), Tracking (Strahlnachverfolgung) und 4D Optimierungsstrategien. Alle Techniken wurden implementiert und auch experimentell am medizinischen Bestrahlungsplatz der GSI (Cave M) mit verschiedenen Bewegungsplattformen und Phantomen validiert. Das Ziel dieser Forschung ist eine möglichst konforme Bestrahlung bei maximaler Schonung des normalen Gewebes zu erreichen.

Die bei GSI entwickelte Bestrahlungsplanungssoftware TRiP4D erlaubt große Simulationsstudien sowohl zur Krebstherapie als auch zur Behandlung anderer Erkrankungen, wie beispielsweise der nicht-invasiven Ablation von Herzrhythmusstörungen.

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
fileadmin/Biophysik/Bilder/Pat026_Interplay_4Drescanning_AX0074.tif
Simulation einer Bestrahlung des bewegten Tumors eines Lungenkrebspatienten, mit und ohne Bewegungskompensation
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Main research topics

  • Clinical implementation of motion mitigation techniques
  • Treatment planning incorporation organ motion (4DTP)
  • Radiosurgery
  • New applications of ion therapy in noncancer diseases

Collaborations

  • University Clinic Erlangen (C. Bert, Ph.D.)
  • Helmholtz Centre Dresden/Rossendorf and OncoRay Dresden (F. Fiedler, Ph.D., W. Enghardt, Ph.D.)
  • HIT Heidelberg (T. Haberer, Ph.D, O. Jäkel, Ph.D, K. Herfarth, M.D.)
  • Mayo Clinic, Rochester (Douglas Packer, MD, Immo Lehmann, MD)
  • Mediri GmbH (J. Jenne Ph.D.)
  • Politechnico di Milano (G. Baroni, Ph.D)
  • University Marburg (K. Zink, Ph.D., R. Engenhart-Cabillic, M.D.)

Group leader: Christian Graeff