@article{ColvillBoothNilletal.2016,
  author    = {Colvill, Emma and Booth, Jeremy and Nill, Simeon and Fast, Martin and Bedford, James and Oelfke, Uwe and Nakamura, Mitsuhiro and Poulsen, Per and Worm, Esben and Hansen, Rune and Ravkilde, Thomas and Rydh{\"o}g, Jonas Scherman and Pommer, Tobias and af Rosenschold, Per Munck and Lang, Stephanie and Guckenberger, Matthias and Groh, Christian and Herrmann, Christian and Verellen, Dirk and Poels, Kenneth and Wang, Lei and Hadsell, Michael and Sothmann, Thilo and Blanck, Oliver and Keall, Paul},
  title     = {A dosimetric comparison of real-time adaptive and non-adaptive radiotherapy: a multi-institutional study encompassing robotic, gimbaled, multileaf collimator and couch tracking},
  series = {Radiotherapy and Oncology},
  volume    = {119},
  journal   = {Radiotherapy and Oncology},
  number    = {1},
  doi       = {10.1016/j.radonc.2016.03.006},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-189605},
  pages     = {159-165},
  year      = {2016},
  abstract  = {Purpose: A study of real-time adaptive radiotherapy systems was performed to test the hypothesis that, across delivery systems and institutions, the dosimetric accuracy is improved with adaptive treatments over non-adaptive radiotherapy in the presence of patient-measured tumor motion. Methods and materials: Ten institutions with robotic(2), gimbaled(2), MLC(4) or couch tracking(2) used common materials including CT and structure sets, motion traces and planning protocols to create a lung and a prostate plan. For each motion trace, the plan was delivered twice to a moving dosimeter; with and without real-time adaptation. Each measurement was compared to a static measurement and the percentage of failed points for gamma-tests recorded. Results: For all lung traces all measurement sets show improved dose accuracy with a mean 2\%/2 mm gamma-fail rate of 1.6\% with adaptation and 15.2\% without adaptation (p < 0.001). For all prostate the mean 2\%/2 mm gamma-fail rate was 1.4\% with adaptation and 17.3\% without adaptation (p < 0.001). The difference between the four systems was small with an average 2\%/2 mm gamma-fail rate of <3\% for all systems with adaptation for lung and prostate. Conclusions: The investigated systems all accounted for realistic tumor motion accurately and performed to a similar high standard, with real-time adaptation significantly outperforming non-adaptive delivery methods.},
  language  = {en}
}
@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}
}