Matematik optimerar cancerbehandling

Strålterapi är en av de vanligaste behandlingsmetoderna vid cancersjukdomar. Vid så kallad intensitetsmodulerad strålterapi (IMRT) moduleras strålarnas flödesprofiler genom en optimering av strålkanonens parametrar. Vid traditionell strålbehandling används endast homogena flödesprofiler. IMRT används alltmer och finns numera på de flesta stora sjukhus i Sverige.

Ju svårare placering av cancertumören desto större är nyttan av IMRT, berättar Fredrik Carlsson, som är industridoktorand på KTH från medicinteknikföretaget RaySearch Laboratories AB. Fredagen den 25 april försvarar han sin avhandling "Utilizing Problem Structure in Optimization of Radiation Therapy" på KTH.

– IMRT används främst när tumörerna ligger nära friska viktiga organ och en mycket precis strålbehandling är nödvändig, till exempel vid prostatacancer och cancer i huvud- och halsregionen. Jag har utvecklat metoder och utvärderat hur optimeringsproblem kan lösas mer effektivt i syfte att få bättre kvalitet på strålbehandlingen, säger Fredrik Carlsson.

Tusentals parametrar vägs samman i planeringen av stråldosen. Genom att snabbt optimera stråldoser som levereras effektivt till patienten, kan behandlingstiden kortas och resurserna på sjukhusen utnyttjas bättre.

I sin forskning har Fredrik Carlsson använt sig av optimeringslära – en matematisk vetenskap som kan lösa problem inom många områden, exempelvis finans, telekommunikation och transporter. I det aktuella fallet rör det sig alltså om ett problem vid strålbehandling. För att få bästa behandling av cancerpatienter vill man ge hög stråldos i tumörcellerna och låg dos i den friska vävnad som omger tumören.

Detta industridoktorandprojekt har finansierats av Vetenskapsrådet och RaySearch Laboratories och har genomförts i ett samarbete mellan de senare och avdelningen för Optimering och systemteori på KTH. RaySearch är en avknoppning från Karolinska institutet och företaget utvecklar avancerade mjukvaruprodukter som bland annat beräknar och optimerar stråldosen vid IMRT. Henrik Rehbinder, företagets forskningschef, är mycket nöjd med både samarbetet med KTH och forskningsresultaten.

– Vi har fått djupare kunskaper och optimeringsmetoder som vi kan lyfta in i våra produkter. Resultaten har även lagt grunden för framtida potentiella produkter, säger han.

Fredrik Carlsson började med att testa metoderna i liten skala på KTH och sedan i RaySearch mjukvara, med riktiga patientdata och algoritmer av de slag som används på strålningsklinikerna.

– På så sätt har jag kunnat testa optimeringsmetoderna på realistiska patientfall. Förhoppningsvis kommer metoderna att implementeras i RaySearch produkter och användas kliniskt, säger han.

För mer information, kontakta:

Fredrik Carlsson, RaySearch Laboratories AB
08-54506130, fredrik.carlsson@raysearchlabs.com

Anders Forsgren, professor, avdelningen för Optimeringslära och systemteori, KTH
08-790 71 27, andersf@kth.se

Susanne Rosén