Technology and AI in Radiotherapy - Interactive curriculae of TU Ilmenau
The interactive curriculae provide information on the degree programmes offered by the TU Ilmenau.
Please refer to the respective study and examination rules and regulations for the legally binding curricula (Annex Curriculum).
You can find all details on planned lectures and classes in the course catalogue.
Please note that this page is no longer updated. All modules and study plans from PO version 2021 onwards (Bachelor and Master study programs) are now available on the Campus Portal.
| module properties module number 201385 - common information | |
|---|---|
| module number | 201385 |
| department | Department of Computer Science and Automation |
| ID of group | 2221 (Biomedical Engineering) |
| module leader | Dr. Dunja Jannek |
| language | Deutsch |
| term | Wintersemester |
| previous knowledge and experience | - Entstehung, Wechselwirkung und Eigenschaften ionisierender Strahlung - Wirkung ionisierender Strahlung auf biologisches Gewebe - Möglichkeite der diagnostischen Bildgebung in der Medizin - Verfahren und geräte zu Nachweis ionisierender Strahlung |
| learning outcome | Fachkompetenz: Die Studierenden sind in der Lage, das Arbeitsfeld und den Verantwortungsbereich eines Medizinphysik-Experten im Aufgabenbereich der Strahlentherapie in der Klinik zu beschreiben. Sie verstehen die medizinisch-biologischen und die physikalisch-technischen Grundlagen der Bestrahlung und der Bestrahlungsplanung. Sie verstehen die Funktion der unterschiedlichen strahlentherapeutischen eingesetzten Bestrahlungsmaschinen und kennen deren Einsatzbereiche und Grenzen. Sie können Bestrahlungspläne in Grenzen qualitativ beurteilen und hinsichtlich der Schonung von Risikogeweben und gesundem Gewebe bewerten. Sie kennen Einsatzmöglichkeiten KI-basierter Verfahren im strahlentherapeutischen Gesamtprozess. Dazu zählen die Unterstützung des Arztes bei der Bildanalyse zur Tumorerkennung, bei der Segmentierung von Läsionen und Risikostrukturen, bei der Optimierung von Bestrahlungsplänen, der Qualitätskontrolle und der täglichen Bestrahlungsplananpassung bei der Online-Adaptiven Bestrahlung. Methodenkompetenz: Die Studierenden sind befähigt, mit Hilfe der vermittelten methodischen Grundlagen zur physikalisch-technischen Bestrahlungsplanung sich in der medizinischen Praxis in ein therapeutisches Anwendungsgebiet hoher Dynamik einzuarbeiten. Die strahlentherapeutische Technik liefert die Grundlagen zum Aufbau und den therapeutischen Möglichkeiten der Bestrahlungsmaschinen. Die klinische Dosimetrie befähigt die Studierenden, den erwünschten strahlenbiologischen Effekt unter Nutzung technischer Hilfsmittel quantitativ zu bestimmen. Die Studierenden sind in die Lage versetzt, in ihrem eigenverantwortlichen Aufgabenbereich von der Lokalisation und Simulation über die Berechnung der dreidimensionalen Dosisverteilung bis zur technischen Qualitätssicherung und zum Strahlenschutz im physikalisch-technischen Bereich bei der Patientenversorgung als Partner des Arztes tätig zu werden. Durch die Übungen sind die Studierenden mit den in der Klinik üblichen Planungssystemen und Simulationssystemen zu Monte-Carlo-Simulation vertraut und können erste kleine Aufgaben rechnen. Sie kennen Vor- und Nachteile KI-basierter Verfahren im Bestrahlungsplanungsprozess. Sie können Möglichkeiten zu einer nachhaltigen Strahlentherapie bewerten und einordnen. Durch die zugehörigen Exkursionen in Kliniken der Strahlentherapiehaben die Studierenden ein klares Verständnis von den Aufgaben des Medizin-Physik-Experten in der klinischen Routine und von den medizinischen-biologischen und physikalisch-technischen Anforderungen in der Strahlentherapie. Systemkompetenz: Die Studierenden begreifen die Strahlentherapie als ein hochinterdisziplinäres Einsatzgebiet Biomedizinischer Technik am Menschen und die berufsethisch besondere Rolle des Medizinphysik-Experten im Zusammenspiel mit dem fachkundigen Arzt bei der Planung und Umsetzung einer Bestrahlung. Durch die eigene, singuläre und rechtserhebliche Verantwortung am Patienten als nichtärztlicher Hochschulabsolvent sind die zu vermittelnde Fähigkeiten und Fertigkeiten der Studierenden gut ausgeprägt. Sozialkompetenz: Durch die Vorlesungen und Übungen sind sich die Studierenden der vielschichtigen Herangehensweise an die Aspekte der Anwendung ionisierender Strahlung in der Strahlentherapie bewusst. Mit den erworbenen Kenntnissen sind sie in der Lage, sich der fachspezifischen Diskussion z.B. zur Beurteilung eines Bestrahlungsplanes oder der Auswahl einer Bestrahlungstechnik interessiert zu stellen, Fragen zu beantworten und ihre Position klar zu kommunizieren. Dabei haben sie gelernt, unterschiedliche Meinungen und Auffassungen zur Bestrahlung zu akzeptieren und sich selbst zu hinterfragen. Sie sind sich der Verantwortung bewusst, die sie als Medizinphysik-Experten in der Klinik am Patienten haben. Im Praktikum werden gezielt folgende Kompetenzen erworben: Die Studierenden beherrschen den selbständigen Umgang mit einem Bestrahlungssystem, das auch in der Klinik zum Einsatz kommt. Sie sind ebenso in der Lage, Systeme zur Monte-Carlo-Simulation für Untersuchungen zur Wechselwirkung hochenergetischer Elektronen- und Photonenstrahlung zu konfigurieren und für eigene Simulationen anzuwenden. Sie erkennen die in den Planungs- und Simulationssystemen eingesetzten Prinzipien und können diese bewerten und einordnen. In Kleingruppen nutzen sie diese Prinzipien zur Umsetzung von Bestrahlungsplanungen und Simulationen an Phantom- und Patientendaten. Die Studierenden können dazu die erhaltenen Messergebnisse in der Gruppe diskutieren, diese nach vorher erlernten Kriterien in Bezug auf Qualität interpretieren und die Ergebnisse klar und fachlich korrekt präsentieren. Die Studierenden zeigen Interesse für die praktische Tätigkeit im Laborversuch und die Anwendbarkeit der in der Theorie vermittelten Kenntnisse. |
| content | Strahlentherapeutische Technik: Röntgentherapieeinrichtungen - Röntgentherapie-röhren; Röntgentherapiegeneratoren. Medizinische Linearbeschleuniger - Driftröhrenbeschleuniger; Wanderwellenbeschleuniger; Stehwellenbeschleuniger; Anforderungen an medizinische Beschleuniger; Strahlerkopf für Elektronenbetrieb; Strahlerkopf für Photonenbetrieb; Dosismonitorsystem; kV- und MV-Bildgebung zur Lagekontrolle; Technische Möglichkeiten der Bewegungskompensation; Kontroll- und Protokolliersysteme; Cyberknife. Intraoperative Strahlentherapie. Einrichtungen mit umschlossenen Quellen - Afterloadingtherapieeinrichtungen; Telegammatherapieeinrichtungen; Gammaknife. Strahlentherapeutischer Gesamtprozess mit virtueller Simulation und Verifikation. Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle. Integration KI-basierter Methoden in den strahlentherapeutischen Gesamtprozess Klinische Dosimetrie: Dosisgrößen, Wechselwirkungskoeffizienten - LET; RBW. Dosismessung - Allgemeine Sondenmethode; Absolut- und Relativdosimetrie; Ansätze zur Umrechnung DSonde in DGewebe; Sekundärteilchengleichgewicht; Bragg-Gray-Bedingung; Messbereiche für Luftionisationskammern; Dosimetrie in gepulsten Feldern; Medizinische Dosisbegriffe. Bestrahlungsplanung: Zielstellung, Schritte - Biologisch-medizinische Bestrahlungsplanung, Unterstützung des Arztes durch KI-basierte Methoden - Toleranzdosis; Physikalisch-technische Bestrahlungsplanung. Auswahl von Strahlenart und - energie - Röntgenstrahlen bis 300 kV; Protonen und Schwerionen; Neutronen; Gammastrahlen, Bremsstrahlen, Elektronen. Auswahl der Bestrahlungstechnik - Zielvolumenkonzept; Möglichkeiten und Begriffe; Kontakttherapie; Stehfeldbestrahlung; Bewegungsbestrahlung; Keilfilter und Blöcke; Zeitliche Optimierung - Fraktionierung. Praktische Durchführung - Konformalbestrahlung; Topometrie; Dosisverteilung; Manuelle Ermittlung; Computergestützte Ermittlung; Vergleich aktueller Planungsalgorithmen auch zu Monte-Carlo-Simulationen; Optimierung, konventionell und mit KI-Unterstützung; Inverse Planung; 3D-CRT; IMRT; VMAT; Aktuelle Entwicklungen; Online-Adaptive Strahlentherapie mit KI. Planvergleichsstudien. In Exkursionen wird die biologisch-medizinische und die physikalisch-technische Ebene in der Strahlentherapie in der klinischen Routine von Ärzten und Physikern beleuchtet. Dabei wird auf das Aufgabengebiet des MPE in der Routine an praktischen Beispielen Bezug genommen. |
| media of instruction and technical requirements for education and examination in case of online participation | Vorlesung Medienform: Tafel, Mitschriften, computergestützte Präsentationen, Arbeitsblätter, Übungsaufgaben, Demonstrationen bei Exkursionen Seminar Medienform: Bildverarbeitungslabor, computergestützte Präsentationen, Whiteboard |
| literature / references | 1. Angerstein, Wilfried; Aichinger, Horst (2005): Grundlagen der Strahlenphysik und radiologischen Technik in der Medizin. 5. Aufl.: Hoffmann. 2. Burmester, Uwe (1990): Dosimetrie ionisierender Strahlung. Grundlagen und Anwendungen ; 50 Tabellen. Hg. v. Herbert Reich. Teubner. 3. Dörschel, Birgit; Schuricht, Volkmar; Steuer, Joachim (1996): The physics of radiation protection. Ashford: Nuclear Technology. (als deutsche Fassung von 1992 in der UB) 4. Hinterberger, Frank (2008): Physik der Teilchenbe-schleuniger und Ionenoptik ;. 2. Aufl.: Springer. 5. Krieger, Hanno (2017): Strahlungsquellen für Technik und Medizin. 3. Aufl.: Springer Spektrum. 6. Krieger, Hanno (2013): Strahlungsmessung und Dosimetrie. 2. Aufl.: Springer Spektrum. 7. Krieger, Hanno (2019): Grundlagen der Strahlungs-physik und des Strahlenschutzes. 6. Aufl. Springer Spektrum. 8. Sauer, Rolf (2010): Strahlentherapie und Onkologie. 5. Aufl.; Elsevier Urban & Fischer. 9. Schlegel, Wolfgang (2002): Medizinische Physik 2. Medizinische Strahlenphysik: Springer. 10. Schlegel, Wolfgang u.a. (2018): Medizinische Physik: Grundlagen - Bildgebung - Therapie - Technik. Springer Spektrum. 11. Wannenmacher, Michael; Debus, Jürgen.; Wenz, Frederik (2013): Strahlentherapie. 2. Aufl.: Springer. |
| evaluation of teaching | |
| Details reference subject | |
|---|---|
| module name | Technology and AI in Radiotherapy |
| examination number | 220510 |
| credit points | 5 |
| SWS | 9 (3 V, 1 Ü, 5 P) |
| on-campus program (h) | 101.25 |
| self-study (h) | 48.75 |
| obligation | obligatory module |
| exam | examination performance with multiple performances |
| details of the certificate | Das Modul Technik und KI der Strahlentherapie mit der Prüfungsnummer 220510 schließt mit folgenden Leistungen ab:
Details zum Abschluss Teilleistung 2: Praktikumsversuche "Bestrahlungsplanung" und "Monte-Carlo-Simulation"; Note ergibt sich aus Testatgespräch, Durchführung und Protokoll. Dabei wird das arithmetische Mittel aus den 3 Teilleistungen gebildet. |
| link to Moodle course | |
| teacher | Dr. Jannek |
| signup details for alternative examinations | |
| maximum number of participants | |
| Details in degree program Master Biomedizinische Technik 2021 | |
|---|---|
| module name | Technology and AI in Radiotherapy |
| examination number | 220510 |
| credit points | 5 |
| on-campus program (h) | 45 |
| self-study (h) | 105 |
| obligation | elective module |
| exam | examination performance with multiple performances |
| details of the certificate | Das Modul Technik und KI der Strahlentherapie mit der Prüfungsnummer 220510 schließt mit folgenden Leistungen ab:
Details zum Abschluss Teilleistung 2: Praktikumsversuche "Bestrahlungsplanung" und "Monte-Carlo-Simulation"; Note ergibt sich aus Testatgespräch, Durchführung und Protokoll. Dabei wird das arithmetische Mittel aus den 3 Teilleistungen gebildet. |
| link to Moodle course | |
| signup details for alternative examinations | |
| maximum number of participants | |