Mit Mathe gegen den Tumor

Wenn ein Krebsgeschwür mit harter Röntgenstrahlung zerstört werden soll, ist ein exakter Bestrahlungsplan unabdingbar. Denn möglichst hohe Strahlungsdosen sollen das bösartige Geschwür treffen und dabei das umliegende gesunde Gewebe so weit wie möglich schonen. Ein verbesserter Ansatz dazu ist die »intensitätsmodulierte Radiotherapie«, die am Deutschen Krebsforschungszentrum DKFZ in Heidelberg entwickelt wird. Dabei bewegt sich die Strahlenquelle um den Körper des Patienten und nimmt den Tumor unter allen möglichen Winkeln mit variabler Intensität unter Beschuss. Gleichzeitig wird die Form des Strahls angepasst, indem ihn computergesteuerte, bewegliche Metallblätter oder -lamellen seitlich begrenzen.

Wie ein vertretbarer und ausgewogener Kompromiss zwischen Schädigung und Schonung in einem Bestrahlungsplan schneller und besser als bisher gefunden wird, zeigt das Projekt RADIOPLAN. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickeln mit Kollegen des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI und des DKFZ eine Software, die Radiologen selbst bei komplexen anatomischen Gegebenheiten die Auswahl und Entscheidung für einen Plan erleichtern soll.

»Bei der Fülle der Variablen ist klar, dass es den besten Bestrahlungsplan nicht geben kann«, betont Dr. Karl-Heinz Küfer von der Optimierungsabteilung des ITWM. »In der klinischen Praxis werden die Dosisverteilungen in den verschiedenen Geweben bisher nach Erfahrung bewertet. Daraus entwirft der Computer einen Plan, der in mehreren Zyklen mit dem Radiologen zeitaufwendig und daher wenig effizient so weit wie möglich optimiert wird.« Im Projekt RADIOPLAN hingegen kommt die mehrkriterielle Entscheidungstheorie zum Zug: Das Optimum ist dann erreicht, wenn die Verbesserung des Dosiseintrags in ein Organ nur noch eine Verschlechterung in anderen Organen nach sich zieht. Als Beurteilungsgrundlage dienen der Software mehrere hundert Bestrahlungspläne, die in einer Datenbank gespeichert sind.

»Nicht nur Genauigkeit und Zeitersparnis sind wichtig«, weiß Küfer über die Arbeitsweise von Radiologen. »Will der Arzt geänderte Parameter in die Software eingeben oder verschiedene Szenarien ausgeben und vergleichen, so sollte dies nachvollziehbar und anschaulich möglich sein. Daher haben wir ein einfach bedienbares, inzwischen patentiertes Navigations-Tool in die Software integriert.«