2026-06-042026-06-04https://hdl.handle.net/11420/63379Die neusten Entwicklungen im Bereich der Kleintierbestrahlung ermöglichen eine schnellere Translation experimenteller Ergebnisse in die Klinik, da somit strahlenbiologische Experimente besser reproduziert werden können. Bei diesen Experimenten werden häufig Mäuse oder Ratten als Tiermodell angewendet, denn ihre komplexe, menschenähnliche Anatomie ist für in-vivo Untersuchungen geeignet. Ein wichtiger Fortschritt in präklinischen Studien ist die Implementierung der Bildführung für die Planung und Durchführung einer Behandlung, welche zu einer präzisen Tumorbestrahlung führt. Für eine genaue Bestimmung der Strahlendosis wird während der Bestrahlungsplanung und Dosisberechnung eine Berücksichtigung der Gewebe-Inhomogenitäten benötigt. Allerdings bestehen typische Phantome (Modelle) für die Dosimetrie und Qualitätssicherung aus einem homogenen Material und weisen eine einfache Geometrie (z.B. zylindrisch) auf. Eine Lösung für dieses Problem bietet die Anwendung der additiven Fertigung (additive manufacturing, AM), auch 3D-Druck genannt. Mit diesem Verfahren können Phantome hergestellt werden, welche auf einer realistischen Anatomie und gewebeähnlichen Materialien basieren. Diese Technik ermöglicht die Fertigung komplexer Modelle aus einem dreidimensionalen Datensatz und bietet hohe Flexibilität bezüglich der Implementierung anatomischer Details (Form und innere Struktur des Phantoms) sowie der Materialauswahl um gewebeähnlicher Eigenschaften gegenüber Absorption von Röntgenstrahlen nachzuahmen. Eine systematische Herangehensweise zur Phantomentwicklung wurde jedoch bis jetzt noch nicht beschrieben, trotz der Notwendigkeit von standardisierten Modellen zur Charakterisierung von Kleintier-Bildgebungs- und - Bestrahlungsanlagen. Die in der Literatur vorgeschlagene Modelle wurde zu spezifischen Zwecken angefertigt und sind deshalb nicht für weitere Anwendungen in einer kostengünstigen und nachhaltigen Weise anpassbar. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung einer Systematik zur flexiblen und modularen Kleintier-Phantomentwicklung und -Qualifizierung in der Bildgebung und Strahlentherapie. Zu diesem Zweck liegt der Fokus auf (i) der Definition eines allgemeinen Fertigungsprozesses für nachhaltige und kostengünstige Phantome, von der Entwicklung eines 3D-Modells zur Auswahl des AMVerfahrens, (ii) dem Aufbau einer Datenbank für 3D druckbare Materialien mit gewebeähnlichen Röntgenabsorptionseigenschaften und (iii) der Entwicklung von 3D-Modellen zur Anwendung in Monte Carlo Simulationen sowie z.B. zur Untersuchung von Bildregistrierungsalgorithmen. Mit der Implementierung dieser Methode und durch die Veröffentlichung der Daten werden wir zu einer Harmonisierung der Daten und einer effektiven Schulung der Nutzer von Kleintier-Bestrahlungsanlagen ohne Nutzung von kleinen Tieren beitragen dies steht im Zusammenhang mit den 3R-Prinzipien (Replace, Reduce, Refine) der Tierforschung.Recent developments in the field of small-animal irradiation are enabling a faster translation of experimental results into the clinic, since radiobiology experiments can be reproduced in a more accurate way. In such experiments, mice or rats are often used, as their complex, human-like anatomy is a suitable model for in-vivo analysis. An important technical advancement in preclinical studies is the implementation of image guidance for treatment planning and delivery, resulting in a precise irradiation of the tumour. For an accurate determination of radiation dose, tissue inhomogeneities need to be accounted for during treatment planning and dose calculation. However, typical phantoms for dosimetry and quality assurance are made of a homogeneous material and designed with a simple geometry (such as cylinders). To tackle this issue, phantoms based on realistic anatomy and tissue-mimicking materials were created in the last few years by using additive manufacturing (AM), commonly known as 3D printing. This technique allows for the production of complex models from a three-dimensional data set, and offer high flexibility with respect to both the anatomical details to be included (body shape and internal structure) and the material choice for mimicking tissue properties with respect to x-ray attenuation. However, so far, no systematic approach to phantom development has been described, despite the need for models that are suitable as a standard for characterisation of small-animal imaging and radiation equipment. All proposed models, in fact, are built for specific purposes and therefore not adaptable for further tests in an inexpensive and sustainable way. With this project, we intend to develop a systematic approach for flexible and modular phantom development and qualification in small-animal medical imaging and radiotherapy. To this end, we will focus on (i) the definition of a general creation process for sustainable and inexpensive phantoms, from the construction of a 3D model to the choice of the AM technique, (ii) the generation of a database for 3D printable materials with tissue-equivalent x-ray absorption properties and (iii) the development of 3D models which can be used for Monte Carlo simulations as well as for other purposes, such as image registration verification. By implementing this approach and making the results available to the community, we will contribute to data harmonisation and effective training in the radiobiology community without the use of small animals, which complies with the principle of the “3R” (Replace, Reduce, Refine) in animal research.