@phdthesis{Herrmann2013,
  author    = {Herrmann, Christian},
  title     = {Robotic Motion Compensation for Applications in Radiation Oncology},
  isbn      = {978-3-923959-88-4},
  doi       = {10.25972/OPUS-6727},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79045},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Aufgrund vieler Verbesserungen der Behandlungsmethoden im Laufe der letzten 60 Jahre, erlaubt die Strahlentherapie heutzutage pr{\"a}zise Behandlungen von statischen Tumoren. Jedoch birgt die Bestrahlung von sich bewegenden Tumoren noch große Herausforderungen in sich, da bewegliche Tumore oft den Behandlungsstrahl verlassen. Dabei reduziert sich die Strahlendosis im Tumor w{\"a}hrend sich diese im umliegenden gesunden Gewebe erh{\"o}ht. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, die Grenzen der Strahlentherapie zu erweitern, um pr{\"a}zise Behandlungen von beweglichen Tumoren zu erm{\"o}glichen. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Erstellung eines Echtzeitsystems zur aktiven Kompensation von Tumorbewegungen durch robotergest{\"u}tzte Methoden. W{\"a}hrend Behandlungen befinden sich Patienten auf einer Patientenliege, mit der statische Lagerungsfehler vor Beginn einer Behandlung korrigiert werden. Die in dieser Arbeit verwendete Patientenliege "HexaPOD" ist ein paralleler Manipulator mit sechs Freiheitsgraden, der große Lasten innerhalb eines eingeschr{\"a}nkten Arbeitsbereichs pr{\"a}zise positionieren kann. Obwohl der HexaPOD urspr{\"u}nglich nicht f{\"u}r dynamische Anwendungen konzipiert wurde, wird dieser f{\"u}r eine dauerhafte Bewegungskompensation eingesetzt, in dem Patienten so bewegt werden, dass Tumore pr{\"a}zise im Zentralstrahl w{\"a}hrend der Dauer einer gesamten Behandlung verbleiben. Um ein echtzeitf{\"a}higes Kompensationssystem auf Basis des HexaPODs zu realisieren, muss eine Reihe an Herausforderungen bew{\"a}ltigt werden. Echtzeitaspekte werden einerseits durch die Verwendung eines harten Echtzeitbetriebssystems abgedeckt, andererseits durch die Messung und Sch{\"a}tzung von Latenzzeiten aller physikalischen Gr{\"o}ßen im System, z.B. Messungen der Tumor- und Atemposition. Neben der konsistenten und durchg{\"a}ngigen Ber{\"u}cksichtigung von akkuraten Zeitinformation, werden alle software-induzierten Latenzen adaptiv ausgeglichen. Dies erfordert Vorhersagen der Tumorposition in die nahe Zukunft. Zahlreiche Pr{\"a}diktoren zur Atem- und Tumorpositionsvorhersage werden vorgeschlagen und anhand verschiedenster Metriken evaluiert. Erweiterungen der Pr{\"a}diktionsalgorithmen werden eingef{\"u}hrt, die sowohl Atem- als auch Tumorpositionsinformationen fusionieren, um Vorhersagen ohne explizites Korrelationsmodell zu erm{\"o}glichen. Die Vorhersagen bestimmen den zuk{\"u}nftigen Bewegungspfad des HexaPODs, um Tumorbewegungen zu kompensieren. Dazu werden verschiedene Regler entwickelt, die eine Trajektorienverfolgung mit dem HexaPOD erm{\"o}glichen. Auf der Basis von linearer und nicht-linearer dynamischer Modellierung des HexaPODs mit Methoden der Systemidentifikation, wird zun{\"a}chst ein modellpr{\"a}diktiver Regler entwickelt. Ein zweiter Regler wird auf Basis einer Annahme {\"u}ber das Arbeitsprinzip des internen Reglers im HexaPOD entworfen. Schließlich wird ein dritter Regler vorgeschlagen, der beide vorhergehenden Regler miteinander kombiniert. F{\"u}r jeden dieser Regler werden vergleichende Ergebnisse aus Experimenten mit realer Hardware und menschlichen Versuchspersonen pr{\"a}sentiert und diskutiert. Dar{\"u}ber hinaus wird die geeignete Wahl von freien Parametern in den Reglern vorgestellt. Neben einer pr{\"a}zisen Verfolgung der Referenztrajektorie spielt der Patientenkomfort eine entscheidende Rolle f{\"u}r die Akzeptanz des Systems. Es wird gezeigt, dass die Regler glatte Trajektorien realisieren k{\"o}nnen, um zu garantieren, dass sich Patienten wohl f{\"u}hlen w{\"a}hrend ihre Tumorbewegung mit Genauigkeiten im Submillimeterbereich ausgeglichen wird. Gesamtfehler werden im Kompensationssystem analysiert, in dem diese zu Trajektorienverfolgungsfehlern und Pr{\"a}diktionsfehlern in Beziehung gesetzt werden. Durch Ausnutzung von Eigenschaften verschiedener Pr{\"a}diktoren wird gezeigt, dass die Startzeit des Systems bis die Verfolgung der Referenztrajektorie erreicht ist, wenige Sekunden betr{\"a}gt. Dies gilt insbesondere f{\"u}r den Fall eines initial ruhenden HexaPODs und ohne Vorwissen {\"u}ber Tumorbewegungen. Dies zeigt die Eignung des Systems f{\"u}r die sehr kurz fraktionierten Behandlungen von Lungentumoren. Das Tumorkompensationssystem wurde ausschließlich auf Basis von klinischer Standard-Hardware entwickelt, die in vielen Behandlungsr{\"a}umen zu finden ist. Durch ein einfaches und flexibles Design k{\"o}nnen Behandlungsr{\"a}ume in kosteneffizienter Weise um M{\"o}glichkeiten der Bewegungskompensation erg{\"a}nzt werden. Dar{\"u}ber hinaus werden aktuelle Behandlungsmethoden wie intensit{\"a}tsmodulierte Strahlentherapie oder Volumetric Modulated Arc Therapy in keiner Weise eingeschr{\"a}nkt. Aufgrund der Unterst{\"u}tzung verschiedener Kompensationsmodi kann das System auf alle beweglichen Tumore angewendet werden, unabh{\"a}ngig davon ob die Bewegungen vorhersagbar (Lungentumore) oder nicht vorhersagbar (Prostatatumore) sind. Durch Integration von geeigneten Methoden zur Tumorpositionsbestimmung kann das System auf einfache Weise zur Kompensation von anderen Tumoren erweitert werden.},
  subject      = {Robotik},
  language  = {en}
}
@article{RinaldettiPfirrmannManzetal.2018,
  author    = {Rinaldetti, S{\´e}bastien and Pfirrmann, Markus and Manz, Kirsi and Guilhot, Joelle and Dietz, Christian and Panagiotidis, Panayiotidis and Spiess, Birgit and Seifarth, Wolfgang and Fabarius, Alice and M{\"u}ller, Martin and Pagoni, Maria and Dimou, Maria and Dengler, Jolanta and Waller, Cornelius F. and Br{\"u}mmendorf, Tim H. and Herbst, Regina and Burchert, Andreas and Janßen, Carsten and Goebeler, Maria Elisabeth and Jost, Philipp J. and Hanzel, Stefan and Schafhausen, Philippe and Prange-Krex, Gabriele and Illmer, Thomas and Janzen, Viktor and Klausmann, Martine and Eckert, Robert and B{\"u}schel, Gerd and Kiani, Alexander and Hofmann, Wolf-Karsten and Mahon, Fran{\c{c}}ois-Xavier and Saussele, Susanne},
  title     = {Effect of ABCG2, OCT1, and ABCB1 (MDR1) Gene Expression on Treatment-Free Remission in a EURO-SKI Subtrial},
  series = {Clinical Lymphoma, Myeloma \& Leukemia},
  volume    = {18},
  journal   = {Clinical Lymphoma, Myeloma \& Leukemia},
  number    = {4},
  doi       = {10.1016/j.clml.2018.02.004},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-226281},
  pages     = {266-271},
  year      = {2018},
  abstract  = {Within the EURO-SKI trial, 132 chronic phase CML patients discontinued imatinib treatment. RNA was isolated from peripheral blood in order to analyze the expression of MDR1, ABCG2 and OCT1. ABCG2 was predictive for treatment-free remission in Cox regression analysis. High transcript levels of the ABCG2 efflux transporter (>4.5 parts per thousand) were associated with a twofold higher risk of relapse. Introduction: Tyrosine kinase inhibitors (TKIs) can safely be discontinued in chronic myeloid leukemia (CML) patients with sustained deep molecular response. ABCG2 (breast cancer resistance protein), OCT1 (organic cation transporter 1), and ABCB1 (multidrug resistance protein 1) gene products are known to play a crucial role in acquired pharmacogenetic TKI resistance. Their influence on treatment-free remission (TFR) has not yet been investigated. Materials and Methods: RNA was isolated on the last day of TKI intake from peripheral blood leukocytes of 132 chronic phase CML patients who discontinued TKI treatment within the European Stop Tyrosine Kinase Inhibitor Study trial. Plasmid standards were designed including subgenic inserts of OCT1, ABCG2, and ABCB1 together with GUSB as reference gene. For expression analyses, quantitative real-time polymerase chain reaction was used. Multiple Cox regression analysis was performed. In addition, gene expression cutoffs for patient risk stratification were investigated. Results: The TFR rate of 132 patients, 12 months after TKI discontinuation, was 54\% (95\% confidence interval [CI], 46\%-62\%). ABCG2 expression (parts per thousand) was retained as the only significant variable (P=.02; hazard ratio, 1.04; 95\% CI, 1.01-1.07) in multiple Cox regression analysis. Only for the ABCG2 efflux transporter, a significant cutoff was found (P=.04). Patients with an ABCG2/GUSB transcript level >4.5 parts per thousand (n=93) showed a 12-month TFR rate of 47\% (95\% CI, 37\%-57\%), whereas patients with low ABCG2 expression (<= 4.5 parts per thousand; n=39) had a 12-month TFR rate of 72\% (95\% CI, 55\%-82\%). Conclusion: In this study, we investigated the effect of pharmacogenetics in the context of a CML treatment discontinuation trial. The transcript levels of the efflux transporter ABCG2 predicted TFR after TKI discontinuation. (C) 2018 The Authors. Published by Elsevier Inc.},
  language  = {en}
}