Forschung
Krebs und neurodegenerative Krankheiten sind eine große gesellschaftliche Herausforderung. Die Weltgesundheitsorganisation prognostiziert einen stetigen Anstieg der Krankheitsbilder, die in den Industrieländern die häufigsten Todesursachen zu werden drohen. Zur Diagnostik werden schon heute meist bildgebende Verfahren eingesetzt. Etwa jeder zweite Krebspatient wird im Krankheitsverlauf mit einer Strahlentherapie behandelt. Daher besteht ein großer Bedarf in Forschung und Entwicklung im Bereich der Diagnostik und der Therapie, um neue Anwendungen grundlegend zu erforschen und neue wissenschaftliche Lösungen schnell in die klinische Anwendung zum Nutzen der Patienten umzusetzen.
Im LOEWE-Schwerpunkt ADMIT sollen daher neue bildgebende und computergestützte Verfahren mit fortschrittlichen therapeutischen Strategien kombiniert werden, um so eine frühzeitige Diagnose und erfolgreiche Therapie unterschiedlicher Krebsformen und neurodegenerativer Erkrankungen zu ermöglichen. Der Kerngedanke des Projekts ADMIT ist, dass durch die Entwicklung neuer medizinphysikalischer Methoden die bildgesteuerte Therapie verbessert und in einigen Bereichen neu ergründet werden kann. Vornehmlich in den Gebieten Radiologie, Onkologie und Neurologie soll in den synergetischen Bereichen der Datenverarbeitung, Bildgebung und Therapie eine Integration und Umsetzung neuartiger wissenschaftlich tragfähiger Ansätze erfolgen.
ADMIT vereint die interdisziplinären und komplementären Expertisen verschiedener Forschender der drei mittelhessischen Hochschulen THM, UMR und JLU. Ergänzt wird die Forschungsgruppe durch klinische- und Unternehmenspartner sowie langjährige internationale THM-Kooperationspartner von der Harvard University, Yale University und University of Pennsylvania.
Teilprojekt A | Reichweitenmodulator und Neutronen in der Partikeltherapie mit Protonen
FLASH-Bestrahlungen gelten als vielversprechende Methode, um gesundes Gewebe bei der Bestrahlung mit hochenergetischer ionisierender Strahlung deutlich zu schonen, ohne die Wirkung auf das Tumorgewebe zu beeinträchtigen. Bei der aktuell möglichen Durchführung von FLASH-Bestrahlungen mit Protonen oder 12C-Ionen entstehen durch Fragmentierung Neutronen, deren Dosisbeitrag im Patienten in Kombination mit der hohen biologischen Wirksamkeit der Neutronen zu einem nicht vernachlässigbaren Zweitmalignomrisiko führt. Wie hoch die mit dem Bolusmaterial verbundene Neutronenbelastung für den Patienten ist, ist derzeit nicht klar und muss für einen klinischen Einsatz erforscht werden. Durch Untersuchungen mit Thermolumineszenz-Dosimetrie und neuartigen Szintillationsdetektoren werden ...
Teilprojekt D | Monte-Carlo-Simulationen zur Beschreibung der Strahlenwirkung von Kohlenstoffionen und Protonen auf zellulärer Ebene
Partikelstrahlen haben im Vergleich zu Photonenstrahlen eine erhöhte relative biologische Wirksamkeit (RBW). Dies bedeutet, dass bei gleicher physikalischer Dosis die biologische Wirkung der Partikelstrahlen gegenüber Photonenstrahlen erhöht ist, für das Abtöten der Tumorzellen also eine geringere physikalische Dosis ausreicht. Die Berechnung der RBW ist hochkomplex. Für Kohlenstoffionen werden Modelle wie das Local Effect Model (LEM) und das mikrodosimetrisch-kinetische Modell (MKM) verwendet, um die RBW in Abhängigkeit der Strahlensensitivität verschiedener Gewebearten zu modellieren. Allerdings sind die Unsicherheiten in der Berechnung der RBW mithilfe dieser Modelle groß, mit Abweichungen von bis zu 30%. Für Protonenstrahlen sind solche Modelle bisher klinisch noch nicht ...
Teilprojekt M | Adaptive Strahlentherapie: Deep Learning für die Analyse der täglichen Bildgebung
In der bildgestützten Strahlentherapie steht seit jeher die patientenindividuell-geplante Bestrahlung und die akkurate Dosisdeposition im Patienten im Vordergrund. Bei der adaptiven Strahlentherapie wird der Fokus auf die interfraktionellen, anatomischen Veränderungen des Patienten gelegt, um eine täglich optimierte Dosisapplikation zu ermöglichen. In den meisten Fällen findet eine konventionelle Strahlentherapie fraktioniert über mehrere Wochen statt, sodass z.B. eine Gewichtsabnahme einen signifikanten Einfluss auf die optimierte Dosisverteilung haben kann. Tägliche Cone-Beam-CTs (CBCT) dienen der Patientenpositionierung und liefern Daten über die tagesaktuelle Anatomie und damit auch die Dosisverteilung im Patienten. Bei interfraktionellen Änderungen kann man zwischen sich ...
Teilprojekt I | Spektrale Computertomographie und dosisarme Bildrekonstruktionstechniken
Die Computertomographie ist eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren, mit dem hochauflösende, kontrastreiche 3D-Darstellungen von Patienten in kurzer Zeit erstellt werden können. Die Häufigkeit von CT-Untersuchungen nimmt stetig zu, jedoch führt dies auch zu einer erhöhten zivilisatorischen Strahlenexposition. Neben dem Problem der hohen Strahlenexposition gibt es aber auch bei der Bildgebung noch Verbesserungsbedarf. Bei metallischen Implantaten treten durch Aufhärtung und vollständiger Photonenabsorption (beam starvation) Probleme bei der Bildrekonstruktion auf, die – abhängig von der Ausprägung – zu Streifen und Veränderungen in der Umgebung des Implantats aber auch bis zur Nicht-Beurteilbarkeit der Aufnahmen führen können. Durch modifizierte Bildgebungstechniken ...
Teilprojekt T | MR-bildgebungsgestützte Tiefen-Hirnstimulationstherapie
Das Projekt hat zum Ziel, eine DBS-kompatible MRT-Hardwaretechnologie zu entwickeln, um die therapeutischen DBS-Stimulationsmechanismen mittels funktioneller MRT bewerten zu können. Der Fokus liegt darauf, die MR-Kompatibilität von DBS durch innovative ingenieurwissenschaftliche Ansätze auf Hardwareebene zu verbessern. Dies beinhaltet die Nutzung einer speziellen Sender-Spule und die Entwicklung eines Add-On-Systems für paralleles Senden bei 3 Tesla MR-Feldstärke, um die Wechselwirkung von elektromagnetischen Feldern und implantierten Elektroden zu reduzieren. Durch diese Hardware-Verfahren soll es erstmals möglich sein, eine individuell angepasste E-Feld-Auslöschung zu generieren, um DBS-Patienten die volle Kapazität der MR-Bildgebung zugänglich zu machen. In den verschiedenen ...