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The clinical introduction of proton therapy requires an extensive analysis of its benefits compared to conventional radiotherapy and a detailed analysis of possible uncertainties which might have serious consequences for patient treatment. In the first part of the presented thesis, the expected toxicities were evaluated for a treatment of head and neck cancer patients using a biologically adapted dose escalation schedule with photon and proton therapy. The feasibility of the dose escalation schedule could be demonstrated for both photon and proton therapy, since only a small increase in toxicity risk occurred for most toxicities. However, the expected toxicity risks were in most cases smaller with proton therapy. Furthermore, a higher benefit was found for patients with primary tumour locations in the upper head and neck area, who thus might be preferably referred to proton therapy. In the second part of this thesis, an extensive analysis of the impact of tumour motion in lung cancer treatment with active-scanning proton therapy was conducted. It could be shown, that dose degradations were small for tumour motion amplitudes below 5 mm. Parameters like the target volume concept, the optimisation approach, changes in the motion pattern and application sequence times had additional impact on the dose degradation. However, their magnitude was patient specific. Since not all parameters can be assessed before treatment, e.g. the motion pattern during treatment, prospective estimations should be supplemented by retrospective analyses. / Die Einführung der Protonentherapie in die klinische Praxis erfordert umfassende Analysen ihrer Vor- und Nachteile im Vergleich zur konventionellen Photonentherapie sowie detaillierte Untersuchungen der Auswirkungen von Unsicherheiten in der Therapieapplikation. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die zu erwartenden Nebenwirkungen bei der Behandlung von Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren mit einem biologisch-adaptierten Fraktionierungsschema inklusive Dosiseskalation mit Photonen- und Protonentherapie evaluiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Dosiseskalation sowohl mit Photonen- als auch Protonentherapie angewandt werden kann, da die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Nebenwirkungen in den meisten Fällen kaum erhöht wurde. Weiterhin wurden die Nebenwirkungswahrscheinlichkeiten mit der Protonentherapie im Vergleich zur Photonentherapie reduziert. Dies war vor allem für Patienten mit Tumoren im oberen Kopf-Hals-Bereich der Fall. Diese könnten daher bevorzugt zur Protonentherapie überwiesen werden. Darüber hinaus wurde im zweiten Teil der Arbeit eine umfassende Analyse des Einflusses der Tumorbewegung auf die Dosisverteilung bei Behandlung von Lungentumoren mit aktiver Protonenstrahlformierung durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Dosisdegradierungen bei Bewegungsamplituden unter 5mm gering sind. Parameter wie das Zielvolumenkonzept, Veränderungen des Bewegungsmusters oder der Applikationszeiten nehmen zusätzlich Einfluss auf die Dosisdegradierung, allerdings in unterschiedlichem Maß für individuelle Patienten. Da nicht alle Parameter vor Behandlung bekannt sein können, sollten prospektive Dosisabschätzungen durch retrospektive Analysen ergänzt werden.

Meiolania platyceps is the stratigraphically youngest, and osteologically best-known members of the enigmatic Paleogene-Holocene testudinatan clade Meiolaniidae. This study generated digital reconstructions of intervertebral mobility using the complete cervical series of M. platyceps as a functional model for inferring feeding habits in giant meiolaniid taxa. A combined photogrammetric and CT data approach was used to compile surface meshes for each individual vertebra, which were then scaled, articulated, and animated to visualise maximal movement through segments radiating from the dorsoventral and mediolateral planes. The results show that M. platyceps was incapable of any kind of neck retraction, which is not surprising given the massive skull and prong-like squamosal horns. In addition, impeded dorsal flexibility via the vertebral processes and projecting anterior margin of the carapace suggests that browsing would have been difficult. Indeed, the neck of M. platyceps was best capable of downward mobility allowing the skull to tilt forward. This presumably brought the muzzle into a grazing position and allowed the animal to feed upon low growing herbaceous vegetation, ferns and palm fruits. Because of the insularity and the skull configuration of this aberrant turtle, an intraspecific combat behaviour has also been suggested in the reconstruction of the lifestyle of M. platyceps. / Meiolania platyceps, en stor behornad sköldpadda som levde under Pleistocen, är en av de yngsta och osteologiskt mest välkända medlemmarna av den enigmatiska Paleogen-Holocena gruppen av testudinata sköldpaddor, dit familjen Meiolaniidae hör. Genom att digitalt rekonstruera exemplarets kompletta nacke, inklusive samtliga halsryggens kotor, kunde artens matvanor såväl som dess potentiella stridsbeteende mellan individer inom arten beskrivas. De individuella kotorna fogades samman genom att kombinera fotogrammetri med CT-data, och efter att ha justerat deras respektive storlekar samt artikulerat dem kunde kotornas maximala rörelsevidd animeras såväl dorsoventralt som mediolateralt. Den mjukvaran som användes för detta var framförallt 3D Studio Max, dock i mindre utsträckning även Agisoft Photoscan Geomagic. Resultatet från de 3D-modeller som genererats i denna undersökning stöder hypotesen att M. platyceps saknade förmågan att dra in dess huvud och hals i skalet, vilket inte är helt överraskande med tanke på dess massiva skalle och utstickande squamosala horn. Skillnaden i hur nacken böjs ventralt jämfört med dorsalt tyder dock på att denna sköldpaddas betningstekniker varit desto mer utvecklade, särskilt eftersom vegetationen under denna tid bestod till största delen av palmer. Skallens position och konfiguration hos detta märkliga djur ger ytterligare information om artens beteende, och det verkar som att intraspecifika slagsmål kan ha förekommit hos M. platyceps. / Meiolania platyceps est l’un des derniers et mieux connus membre de l’énigmatique clade des Meiolaniidae de la période du Paléogène-Holocène. Notre étude fut de générer des reconstructions digitales de la mobilité intervertébrale en utilisant la série complète de cervicales de M. platyceps en tant que modèle fonctionnel afin d’inférer le comportement alimentaires du taxon des meiolanides. Une combinaison de données photogrammétriques et de scannes fut utilisée afin de compiler des surfaces en 3D pour chaque vertèbre, mises à l’échelle, articulées et animées afin de visualiser les mouvements optimaux selon les plans dorsoventral et mediolateral. Les résultats montrent nettement que M. platyceps était incapable de rétracter son cou, ce qui n’est pas surprenant considérant sa tête massive et ses impressionnantes cornes. Qui plus est, la flexibilité dorsale, entravée par les apophyses vertébrales et la marge antérieure de la carapace, suggère que le « browsing » aurait été difficile. En effet, le cou de M. platyceps était mieux à même d’une mobilité ventrale permettant au crâne de basculer vers l'avant. Ce qui aurait entraîné le museau dans une position de « grazing » et aurait permis à l’animal de se nourrir de végétation herbacée, de fougères et de fruits de palmiers. En raison de l'insularité et de la configuration du crâne de cette tortue aberrante, un comportement de combat intraspécifique a également été suggéré dans la reconstruction de la vie de M. platyceps.

Neben Zigarettenrauchen und chronischem Alkoholkonsum scheinen genetische Faktoren bei der Entstehung und im Verlauf der Kopf-Hals-Karzinom Erkrankung bedeutsam zu sein. Genvariationen in den Enzymen, die zigarettenrauch-assoziierte Karzinogene (Glutathion-S-Transferase, GST, Cytochrom P450, CYP) metabolisieren, sowie Genvariationen in immunregulierenden Zytokinen (Tumor-Nekrose-Faktor) könnten Grund dieser Beeinflussung sein. Ziel dieser Studie war es, genetische Wirtsfaktoren zu identifizieren, die das Erkrankungsrisiko und das Tumorverhalten bzw. den Krankheitsverlauf von Plattenepithelkarzinomen im oberen Aerodigestivtrakt beeinflussen. Wir beschreiben den Zusammenhang zwischen Genotypen an GSTM1, M3, T1, P1, CYP2D6, 1A1, 2E1 und TNF Mikrosatelliten-Genorten und der Krankheitsentstehung sowie Tumorcharakteristika wie der initialen Tumorgröße, der Halslymphknotenmetastasierung, dem histologischen Differenzierungsgrad des Tumorgewebes und dem rezidivfreien Überleben bei 465 Patienten. Die Genotypen wurden aus der Leukozyten-DNA mittels PCR in Kombination mit Restriktionsenzymverdauungen und Elektrophoresetechniken identifiziert. Sowohl bei den Genvariationen in den entgiftenden Enzymen als auch bei den TNF Mikrosatelliten-Polymorphismen konnten Risikogenotypen festgestellt werden. Die Beeinflussung des Krankheitsverlaufs war teilweise deutlicher ausgeprägt, als die Beeinflussung der Krankheitsentstehung. Patienten mit Mehrfachkarzinomen wiesen die stärkste Anhäufung von Risikogenotypen auf. In dieser Studie konnte erstmals gezeigt werden, daß individuelle Genotypkonstellationen die Entstehung und das Verhalten von Plattenepithelkarzinomen im oberen Aerodigestivtrakt beeinflussen. / Cigarette smoking and alcohol consumption are the main risk factors for the development of head and neck cancer. Additionally, genetic factors seem to be influential. Gene variations in detoxifying enzymes such as glutathione S-transferase (GST) and cytochrome P450 (CYP) and variations in immune regulating proteins like tumor necrosis factor (TNF) are candidate genes. Accordingly, we have examined, in 465 patients with squamous cell carcinoma (SCC) of the head and neck, associations between GSTM1, GSTT1, GSTM3, GSTP1, CYP2D6, CYP1A1, CYP2E1 genotypes and TNF microsatellite polymorphisms and cancer susceptibility, outcome parameters like tumor extension, histological grade, and presence of lymph nodes, and tumor recurrence. Genotypes were determined by PCR; logistic regression and a step-wise model were used to investigate the influence of the individual genes. Individual genotypes in the detoxifying enzymes and TNF were associated with altered cancer risk. The influence on tumor behavior was partially stronger. Patients suffering multiple head and neck cancer showed the highest cumulation of risk mediating genotypes. The data demonstrate site-dependent associations between GST, CYP and TNF genotypes and tumor susceptibility, tumor extension, differentiation, and lymph node involvement, and tumor recurrence in SCC of the head and neck.

Plattenepithelkarzinome der Kopf-Hals-Region sind durch einen aggressiven Krankheitsverlauf mit häufigem Auftreten von Lokalrezidiven und Zweitkarzinomen gekennzeichnet. Molekulare Veränderungen des Tumorrandes und der Tumor benachbarten Gewebe könnten in Ergänzung zur Histopathologie eine kurative chirurgische Tumorextirpation bestätigen. Wir untersuchten die Telomeraseaktivität in verschiedenen Entfernungen vom Tumorzentrum um ihre Verwendung als molekularen Marker zu prüfen. Wir untersuchten 80 kryokonservierte Gewebeschnitte von 40 Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom im Kopf-Hals-Bereich, davon 33 karzinomfreie Tumorrandgewebe. 50% der 20 karzinomhaltigen Gewebe, 28 % der karzinomfreien Tumorrandgewebe und 35 % der tumorfernen Proben waren telomerasepositiv. Der Vergleich ergab keinen statistisch signifikanten Unterschied. Es konnte keine sichere Korrelation zwischen der Telomeraseaktivität in den untersuchten Geweben mit dem weiteren Krankheitsverlauf gefunden werden, allerdings zeigte die Telomerasepositivität in karzinomfreien Tumorrändern die Tendenz, mit einer besseren Prognose zu korrespondieren. Unsere Befunde sollten an einer größeren und homogeneren Patientengruppe überprüft werden. / Squamous cell carcinomas of the head-neck region are characterised by an aggressive course of disease and a strong tendency to loco-regional recurrence and second primary tumours. As a complement to histopathology, molecular changes of tumour marginal and tumor distant tissue may confirm curative surgical tumour extirpation. We tested telomerase activity at different distances to the tumour centre of squamous cell carcinomas to consider the use for molecular marker. We examined 80 cryo-conserved tissue samples from 40 patients with a squamous cell carcinoma of the head-neck region, among them 33 carcinoma-free margin tissues. 50 % of the carcinoma centres, 28 % of the carcinoma-free margin tissues and 35% of the tumour distant samples were telomerase-positive. The comparison showed no statistically significant difference. We have found no reliable correlation between telomerase activity in the carcinoma-free margin tissues and the further course of disease, but telomerase positivity in carcinoma-free tumour margins tended to correlate with a better prognosis. Confirmation of the results in a larger and more homogeneous patient group is needed.

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Medicinteknisk utrustning (MT) har en stor och avgörande roll i dagens samhälle för att kunna utföra en patientsäker sjukvård. De senaste tekniska framstegen har försett sjukvården med otaliga skräddarsydda MT-produkter för olika behov som uppstår vid behandling av patienterna. Trots detta har vissa hälso- och sjukvårdssektorer särskilda behov som inte kan tillgodoses genom marknadens utbud. När en sådan situation uppstår, tillåter regelverket sjukvårdsverksamheter att utveckla egentillverkade produkter eller modifiera befintlig MT-utrustning för att lösa det specifika sjukvårdsproblemet. Egentillverkning av en MT-produkt är en reglerad process i enlighet med EU-förordning om MT-produkter MDR (EU 2017/745) artikel 5.5. Detta regelverk säkerställer en patientsäker och kvalitetssäkrad MT-utrustning för intern användning inom sjukvårdsverksamheten.  Karolinska Universitetssjukhuset (Karolinska) som är Nordens största sjukhus har, i enlighet med regelverket, tagit fram egna interna riktlinjer för egentillverkning av MT-produkter. Covid-19-pandemin har aktualiserat att tillämpa dessa rutiner i praktiken. Karolinska har vårdat ett stort antal Covid-19-patienter med svåra respiratoriska symptom som har krävt ett särskilt omhändertagande bland annat på intensivvårdsavdelningen (IVA).  Ett av de mest förekommande kirurgiska ingreppen på IVA-patienter under denna period har varit trakeotomi. På grund av de stora svårigheter som uppstår med att flytta patienten till vanlig operationssal har öron-näsa-halsenheten (ÖNH) på Karolinska, som ansvarar för alla kirurgiska trakeotomier på sjukhuset, behövt utföra operationen på patienten i IVA-sängen. För att utföra en mer patientsäker på-plats-operation och förbättra denna ohållbara arbetsmiljö har ÖNH-kirurger önskat och sökt ett mobilt operationsbord som kan dockas till de olika IVA-sängtyperna som finns på sjukhuset. Eftersom detta operationsbord inte fanns att köpa på marknaden har MT-mekaniska verkstaden på Karolinska utvecklat en prototyp av trakeotomibordet som uppfyller ÖNH-kirurgernas specifika behov.  I detta arbete undersöktes egentillverkning av MT-produkter inom Karolinska i samband med utveckling av trakeotomibordet. I detta avseende studerades hela processen som krävs av regelverket och Karolinskas interna föreskrifter, från behovsanalys och definition av MT-produkten till kvalitetssäkring och riskhanteringen som garanterar en godkänd MT-utrustning för intern användning inom Karolinska Universitetssjukhuset. / Medical devices have a crucial role in performing a high-quality healthcare with patient safety in focus. Recent technological advances have provided healthcare systems with countless customized medical products for the various needs that arise in the treatment of patients. Despite this, some health care sectors have special needs that cannot be met by the market supply. In such circumstances, the regulations allow healthcare providers to develop in-house production or modify existing medical equipment to solve the specific need of the medical staff. In-house production of a medical device is a detailed regulated process defined in accordance with MDR (EU 2017/745) Article 5 (5). This regulatory framework ensures a patient-safe and quality-assured medical equipment for internal use within the healthcare.  Karolinska University Hospital (Karolinska), which is the Nordic region's largest hospital, follows the regulatory praxis for in-house production of medical devices. These praxes were put into use during the Covid-19 pandemic. Karolinska had to take care of many Covid-19 patients with severe respiratory symptoms who required special care, including intensive care unit (ICU).  One of the most common surgical procedures on ICU patients during this period was tracheotomy. Due to the complications that occur in moving patients to regular operating theatre, the ear-nose-throat unit (ENT) at Karolinska, which is responsible for all surgical tracheotomies at the hospital, has had to perform operations directly on ICU beds.  To improve the quality of the operations and the surgeon's work condition, the Karolinska ENT have sought a mobile operating table with ability to be docked to various ICU beds, available at the hospital. Since this medical equipment was not available on the market, the medical engineering workshop at Karolinska has developed a prototype of the tracheotomy table that meets the specific needs of ENT surgeons. This project studies the in-house production of a medical device at Karolinska through examining the development of tracheostomy table’s prototype by medical engineering workshop. In this respect, the regulatory requirements that approve the tracheostomy table for internal use within Karolinska University Hospital, are studied.