Bachelorarbeit Systemtechnik: Modellierung der Tiefenhyperthermieapplikatoren SigmaEye und Sigma60 im Simulationsprogramm Sim4Life

Neue Software für die Tumorbehandlung untersucht

Die Wärmebehandlung von Krebstumoren ist erfolgversprechender, wenn der Eingriff zunächst mit einer Software simuliert und geplant wird. Die Systemtechnik-Absolventinnen Nadja Howald und Dominique Meier haben die Eignung einer neuen Software geprüft.

Bei der Bekämpfung von Krebstumoren wird Hyperthermie ergänzend zur Strahlentherapie eingesetzt. Ein ringförmiger Applikator sendet dazu elektromagnetische Wellen auf bestimmte Körperteile des Patienten aus. Die Absorption der elektromagnetischen Feldenergie im Körper führt zu dessen Erwärmung. Für eine erfolgreiche Wärmebehandlung von Tumoren misst man die spezifische Absorptionsrate (SAR). Sie gibt Aufschluss darüber, wie die eingestrahlte Energie vom Körper aufgenommen wird und ob die optimale Temperaturverteilung überhaupt erreicht wird. Als Bachelorarbeit haben die Systemtechnik-Absolventinnen Nadja Howald und Dominique Meier die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und die Berechnung der SAR bei zwei Hyperthermie-Applikatoren in einer Simulation untersucht. Ziel war es dabei, die neue Software Sim4Life mit der zurzeit verwendeten Software SigmaHyperPlan zu vergleichen.

Nadja Howald (links) und Dominique Meier haben sich in Medizintechnik vertieft.

Applikatoren als numerisches Modell

Ausgeschrieben wurde die Bachelorarbeit im Auftrag des Kantonsspitals Aarau. Dort plant man ein Softwareupdate von SigmaHyperPlan zu Sim4Life – sofern die neue Software den hohenAnforderungen genügt. «Bevor der Patient aktiv vom Applikator mit den elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird, müssen zunächst der Tumor genau lokalisiert und die optimalen Werte für die Wärmebehandlung bestimmt werden», erklärt Nadja Howald. «Aus diesem Grund wird der Eingriff häufig zunächst mit einer Planungssoftware simuliert.» Für ihre Untersuchungen haben die Absolventinnen ein numerisches Modell der Applikatoren Sigma60 und SigmaEye in der Sim4Life-Software erstellt. Diese Applikatoren gehören zur Hyperthermie-Anlage BSD-2000, die auch im Kantonsspital Aarau eingesetzt wird.

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«Der Eingriff wird häufig zunächst mit einer Planungssoftware simuliert.»

Nadja Howald

Untersuchung mit Phantomdaten

Der Applikator Sigma60 gehört zur Hyperthermie-Anlage BSD-2000.

Untersuchung mit Phantomdaten Nadja Howald und Dominique Meier haben die Wellenausbreitung für beide Applikatoren mit Sim4Life simuliert. Um die Ergebnisse der Simulationsprogramme miteinander vergleichen zu können, haben die Absolventinnen die Daten basierend auf einer Computertomographie-Aufnahme eines mit Salzwasser gefüllten Messkörpers – eines sogenannten Phantoms – verwendet. «Anhand dieses Datensatzes haben wir die SAR berechnet», erklärt Dominique Meier. «So konnten wir schliesslich beurteilen, ob die neue Software die gleichen Resultate liefert wie die alte.» Die Untersuchungen der Absolventinnen zeigen, dass beide Programme beim Applikator Sigma60 dieselben Resultate liefern. Die Simulationsergebnisse des Applikators SigmaEye müssen hingegen noch genauer untersucht werden. Ausserdem sind auch die Simulationen mit konkreten Patientendaten noch ausstehend. «Damit die Simulation verifiziert werden kann, muss sie noch mit Messungen an der Anlage überprüft werden», so Nadja Howald. «Zusammenfassend kann man aber sagen, dass sich Sim4Life als Planungssoftware eignet.»

Einstieg in die Medizintechnik

So sieht der Applikator Sigma60 als Modell aus.

«Die Absolventinnen können zufrieden sein mit ihrer Arbeit», meint auch Dozent Stephan Scheidegger, der die Bachelorarbeit betreut hat. «Sie haben sich hervorragend in das Thema Hyperthermie eingearbeitet und auch die Software Sim4Life kannten sie vorher nicht.» Nadja Howald und Dominique Meier hatten sich schon während des Systemtechnik-Studiums für die Vertiefungsrichtung Medizintechnik entschieden. Dort sehen sie auch ihre berufliche Zukunft. Beide haben bereits vor Abschluss des Studiums eine feste Stelle in der Medtech-Branche zugesagt bekommen.

Weitere Informationen

Bachelorstudium Systemtechnik

Institute of Computational Physics (ICP)