3D simulation of external beam radiotherapy

Strahlentherapiebehandlung ist ein sehr anspruchsvoller Krebsbehandlungsprozess. Das Ziel der Behandlung ist es, die Krankheit zu heilen oder einzudämmen, indem man Dosen von Strahlung mit hoher Energie verabreicht und dabei möglichst wenig gesundes Gewebe schädigt. Um die gewünschten Resultate zu erhalten, ist der Prozess in verschiedene Schritte unterteilt, die stark voneinander abhängen. Man könnte sie in drei verschiedene Kategorien aufteilen: die Behandlungsplanung und Auswertung, die Planungsüberprüfung vor und nach der Behandlung und schließlich die Behandlung selbst. Diese Arbeit ist ein Beitrag in der Kette der Strahlentherapieprozesse unter dem Gesichtspunkt der medizinischen Software-Anwendung. Im Prinzip werden die 3-Dimensionalen digitalen Daten des Patienten anstelle des physischen Patienten benutzt, um die geometrische Planung (3D-Simulation) und teilweise die Überprüfungsschritte des Strahlentherapieprozesses durchzuführen. Diese Dissertation stellt die volle 3D Definition der volumetrischen Strukturen vor, mit deren Hilfe die Ärzte mehr Spielraum beim Erforschen der 3D Informationen von digitalen Volumen erhalten. Sie präsentiert auch die halbautomatische Segmentierung der Wirbelsäule, die ein wichtiges Werkzeug bei der täglichen Extraktion des Wirbelsäulenvolumens ist. Die Hauptvorteile der Methoden sind die erhöhte Effizienz und die verbesserten Zeitraten während der Volumensegmentierung. Ein interessanter Teil dieser Arbeit ist die Ausgleichung von Atem-Artefakten, wie sie auf den Oberflächen der erhaltenen tomographischen Volumen aufgezeichnet und rekonstruiert werden. Diese Artefakten sind eine mögliche Fehlerquelle während der Behandlungsplanung- und auswertung. In dieser Arbeit zeigen wir eine Methode zur Eliminierung dieser Ungenauigkeiten und verbessern somit das Behandlungsresultat. Außerdem wurden unter Zuhilfenahme der Volumen erstellenden Pipe-line des 3D-Simulationssystems Rekonstruierungstechniken für Volumen von bestimmten Körperregionen mit empfindlichen anatomischen Strukturen ausgearbeitet, die eine minimale Benutzerinteraktion erfordern. Schließlich beschäftigt sich diese Abhandlung mit einem zentralen Punkt, der im Zusammenhang mit der Überprüfung der Behandlungsplanung steht. Hierzu werden Methoden für die 3D-Visualisierung von der Dosis Verteilung im Verhältnis zur durchschnittlichen Patientenanatomie und den segmentierten anatomischen Strukturen vorgestellt.