Inhaltsverzeichnis 4 1\. Einleitung 6 1.1. Geschichtliche und allgemeine
Aspekte der Hyperthermie 6 1.2. Zelluläre Aspekte der Hyperthermie 7 1.3.
Einfluß auf Gewebe und andere Therapiemodalitäten 8 1.4. Klinische Ergebnisse
10 1.5. Technische Aspekte der Hyperthermie 11 1.6. Therapiekontrolle 13 1.7.
Hyperthermie-Behandlungsplanung 15 2\. Zielstellung 16 3\. Originalarbeiten 17
3.1. Klinische Evaluation und Verifikation des Hyperthermie-Behandlungs-
planungs-Systems HyperPlan (Originalarbeit 1) 17 3.2. Simulation verschiedener
Applikatorpositionen bei der Behandlung eines präsakralen Tumors
(Originalarbeit 2) 30 3.3. Teilkörperhyperthermie mit einem Radiofrequenz-
Multiantennen-Applikator unter online Kontrolle in einem 1,5 T MR-Tomographen
(Originalarbeit 3) 42 3.4. Methoden und Potentiale der MR-Bildgebung für das
Monitoring der Radiofrequenz-Hyperthermie in einem Hybridsystem
(Originalarbeit 4) 55 3.5. Nicht invasive MR-Thermographie beim Rektum-Ca-
Rezidiv (Originalarbeit 5) 73 3.6. Nicht invasive MR-Thermographie bei
Weichteilsarkomen während regionaler Hyperthermie: Korrelation mit Response
und direkter Thermometrie (Originalarbeit 6) 83 3.7. Vergleich der MR-
Thermographie mit Planungsrechnungen an Phantomen (Originalarbeit 7) 94 3.8.
Adaption von Antenneprofilen für die MR geführte Hyperthermie in einem MR-HT
Hybridsystem (Originalarbeit 8) 104 4\. Diskussion 114 4.1. Klinische
Evaluation und Verifikation des Hyperthermie-Behandlungsplanungs-Systems
HyperPlan 114 4.2. Simulation verschiedener Applikatorpositionen bei der
Behandlung eines präsakralen Tumors 116 4.3. Teilkörperhyperthermie mit einem
Radiofrequenz-Multiantennen-Applikator unter online Kontrolle in einem 1,5 T
MR-Tomographen 118 4.4. Methoden und Potentiale der MR-Bildgebung für das
Monitoring der Radiofrequenz-Hyperthermie in einem Hybridsystem 120 4.5. Nicht
invasive MR-Thermographie beim Rektum-Ca-Rezidiv 124 4.6. Nicht invasive MR-
Thermographie bei Weichteilsarkomen während regionaler Hyperthermie:
Korrelation mit Response und direkter Thermometrie 126 4.7. Vergleich der MR-
Thermographie mit Planungsrechnungen an Phantomen 128 4.8. Adaption von
Antennenprofilen für die MR geführte Hyperthermie in einem MR-HT Hybridsystem
129 5\. Zusammenfassung und Ausblick 131 6\. Literaturverzeichnis 134 6.1
Abkürzungsverzeichnis 150 7\. Danksagung 153 8\. Eidesstattliche Erklärung 155Die Arbeit beschreibt die schrittweise Entwicklung der Hybrid-Hyperthermie,
einer Kombination aus einer Radiofrequenz-Hyperthermie Einheit mit
kontinuierlicher MR-tomographischer Überwachung. Die ersten Forschungsarbeiten
konzentrierten sich auf die Validierung des ersten dreidimensionalen
Hyperthermie-Behandlungsplanungs-Systems (HTPS) anhand bereits vorliegender
therapeutischer Messdaten (Originalarbeit 1). Im Ergebnis erwies sich das
Planungssystem als tragfähiges „Konzept“ für die ersten technischen
Therapiesimulationen, um grundsätzliche Fragen zur „Hardware“ der Hyperthermie
zu beantworten. Dabei standen die virtuelle Entwicklung und Testung von
3D–steuerbaren Applikatoren sowie deren optimale Positionierung im Vordergrund
(Originalarbeit 2). Parallel erfolgten erste Optimierungen der
Therapiekontrolle und –dokumentation mittels nichtinvasiver Thermometrie über
MRT. Auf der Grundlage dieser Forschungsergebnisse wurde der
Forschungsschwerpunkt auf die Zusammenführung der nicht invasiven Thermometrie
mit 3D-steuerbaren Applikatoren verlagert. Mit dem Aufbau und der
Inbetriebnahme des Hybridsystems (Originalarbeit 3) wurde technisch das erste
MRT-Hyperthermie-Hybridsystem realisiert, das die Überwachung der 3D-
gesteuerten Hyperthermie in allen Körperregionen erlaubte. Die Entwicklung der
simultanen, nicht invasiven, dreidimensionalen Thermometrie machte erstmals
den therapeutischen Prozess sichtbar (Originalarbeit 4) und erlaubte erste
einfache, manuelle Korrekturen der 3D Steuerung der Applikatoren. Heute steht
nach zwei Messungen automatisch mit der Doppel-Echo Protonen Resonanzfrequenz
Shift Methode (DE-PRFS) mit Driftkorrektur eine 3D-Temperaturverteilung mit
hoher Präzision zur Verfügung. Die erste klinische Evaluation der Thermometrie
erfolgte über den Vergleich der invasiven und minimal invasiven Thermometrie
bei Patienten mit Rektum-Karzinom-Rezidiven (Originalarbeit 5) und Patienten
mit Weichteilsarkomen (Originalarbeit 6). Die Ergebnisse der Messungen
belegten die prinzipielle Durchführbarkeit und Korrektheit der Daten sowie
deren klinische Relevanz. Die Validierung des Hyperthermie
Behandlungsplanungssystem wurde jetzt mittels 3D-MR-thermometrischer Daten
erneut durchgeführt (Originalarbeit 7) und belegte die hohe Präzision der
Mess- und der Planungsqualität. Diese Ergebnisse leiteten unmittelbar die
ersten Optimierungsversuche des neuen Hybridsystems ein. Für die Optimierung
der klinisch eingesetzten Hybridhyperthermie wurden als neues Verfahren
(Originalarbeit 8) die Adaption der Planung und die computergesteuerte Online-
Optimierung entwickelt. Sie korrigiert die verbleibenden Differenzen zwischen
Vorausplanung und aktueller, nicht invasiver Temperaturmessung und eröffnet
die Möglichkeit zur situationsgerechten Optimierung.This work shows the stepwise development of hybrid hyperthermia, which is a
combination of a radio frequency hyperthermia system with a continuous MR
control. The first step was the validation of the first 3D hyperthermia
treatment planning system (HTPS) by use of existing patient treatment data
(paper 1). The result was, that the planning system is a good concept for the
first technical treatment simulations to solve cardinal problems of the
hyperthermia hardware. Most important was the development and testing of 3D
controllable applicators as well as their optimal positioning during treatment
(paper 2). Concomitant there was the first optimisation of treatment control
and documentation with non invasive thermometry by MRI. On the base of these
results the main research was focussed to the combination of non invasive
thermometry with 3D controllable applicators. With building and implementation
of the hybrid system (paper 3) the first MR hybrid hyperthermia system was
realized for control of 3D controllable hyperthermia in all regions of the
body. This development of simultaneous non invasive thermometry showed for the
first time the therapeutically process (paper 4) and permitted first simple
manual corrections of the 3D steering of the applicator. Today, after two
measurements we have automatically with the double-echo proton-resonance-
frequency-shift method (DE-PRFS) with drift correction a 3D temperature
dataset with a high precision. First clinical evaluation of this thermometry
was made by the comparison of invasive and minimal invasive thermometry in
patients with rectal cancer recurrences (paper 5) and patients with soft
tissue sarcomas (paper 6). These data show the proof of principle and the
correctness of the measurement as well as their clinical value. The validation
of the HTPS was now repeated by 3D MR thermometry (paper 7) and the results
show the high precision as well as the quality of the measurement and the
planning itself. These results led directly to the first optimisation tests
with the new hybrid system. For optimisation of clinical used hybrid
hyperthermia a new method was developed (paper 8), the adaption of planning
and computer supported online optimisation. This method corrects the residual
differences between treatment planning and online non invasive thermometry and
opens the door for proper optimisation
