Algorithmen für die Radiotherapie: Visualisierung und Planung von Bestrahlung

Situation

Ein internationaler Medizintechnik-Konzern wollte seine vorhandene Software für Radiotherapie um eine Bestrahlungsplanung erweitern. Der Anwender sollte die Möglichkeit bekommen, mithilfe von Algorithmen den zu bestrahlenden Bereich automatisch zu bestimmen. Method Park beriet das Unternehmen bei der Wahl eines geeigneten Entwicklungsansatzes und unterstützte sowohl bei der Einführung der notwendigen Methoden & Techniken als auch bei der Umsetzung der Software-Entwicklung. Die konkrete Umsetzung erfolgte dabei im Rahmen eines größeren Projektes, an dem insgesamt vier Software Engineers von Method Park beteiligt waren.

Eine fehlgerichtete oder übermäßige Bestrahlung mit Röntgenstrahlen kann beim Patienten schwerwiegende Schäden, wie beispielsweise Verbrennungen und Organversagen, verursachen. Daher ist es wichtig, dass der Nutzer der Software bereits im Planungsschritt genau festlegen kann, welche Bereiche später bestrahlt werden. Neben der eigentlichen automatischen Bestrahlungsplanung waren für die Visualisierung zusätzliche Algorithmen erforderlich. Grundlage für die Bestrahlungsplanung ist eine Segmentierung des Tumors sowie der Organe, die vor der Strahlung geschützt werden sollen. Für den Fall, dass keine Organsegmentierungen verfügbar oder diese suboptimal sind, sollte der Nutzer den bestrahlten Bereich manuell korrigieren oder auch komplett neu planen können. Tumorpatienten werden in der Regel mehrfach bestrahlt. Um zu vermeiden, dass die für das jeweilige Gewebe geltende maximale Strahlendosis überschritten wird, war auch eine Visualisierung der bereits in vorherigen Therapien applizierten Strahlung unabdingbar.

Während der Therapie wird die Form des bestrahlten Bereichs letztlich über Metallplatten gesteuert, die Teile der Strahlung abfangen. Die Vorrichtung, um einen solchen Strahl zu formen, nennt sich Kollimator. Eine der größten technischen Herausforderungen bei diesem Projekt stellten die zahlreichen unterschiedlichen physikalischen Kollimator-Konfigurationen und deren Limitierungen dar. Die entwickelten Algorithmen wurden an ausländischen Unternehmensstandorten in die Endprodukte integriert. Daher war zudem die gute Kommunikationsfähigkeit der Method Park Mitarbeiter gefordert.

 

Dauer des Teilprojektes

Ca. 1 Jahr

1 Software-Entwickler (C++, C++/CLI, C#)

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Lösung

Für die Umsetzung dieses Projektes entschied sich das Unternehmen gemeinsam mit Method Park für den Einsatz agiler Entwicklungsmethoden. Sämtliche funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen an die benötigten Algorithmen sowie deren Implementierung erarbeitete das Projektteam mithilfe von Kanban. Dies ermöglichte es, auch kurzfristige Änderungswünsche in Design und Entwicklung einfließen zu lassen. Da die Algorithmen nach Funktionalität in unabhängige Komponenten gegliedert sind, lassen sich die einzelnen Komponenten in Zukunft leicht wiederverwenden.

Um gängige Fallstricke bei der C++ Entwicklung zu vermeiden, setzte das Projektteam moderne Techniken, wie zum Beispiel das RAII-Muster, ein. Ergänzt wurden sie mit Test Driven Development und ausführlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen, wie etwa statische Code-Analyse, Profiling und ausführliche Tests.

 

Lösung

Einsatz agiler Entwicklungsmethoden

Test Driven Development

Moderner, getesteter und wiederverwendbarer C++ Code

Ergebnis

Aufgrund der Erfahrung von Method Park, insbesondere auch mit agilen Entwicklungsmethoden und dem Umfeld der Medizintechnik, konnte das Team die Features im vereinbarten Zeitrahmen unter Berücksichtigung aller relevanten Regulatorien und Kundenprozesse in hoher Qualität realisieren. Dank der modularen Struktur des Quellcodes kann der Kunde zukünftig Änderungen schnell und einfach vornehmen, einzelne Teilkomponenten wiederverwenden oder die vorhandene Funktionalität mit geringem Aufwand erweitern.

Der Nutzer der Software profitiert insgesamt von einer stabilen, integrierten Bestrahlungsplanung. Für betroffene Patienten hat dies den Vorteil, dass sie schnell und zuverlässig behandelt werden können.

 

Benefit

Implementierung im vereinbarten Zeitrahmen mit allen geforderten Features

Intuitive Verwendbarkeit durch die Visualisierung

Qualitativ hochwertige und an Standards orientierte Lösung

Vermeidung der Bestrahlung von Risiko-Organen