Klinische Medizintechnik

Klinische Medizintechnik

Dr. Stephan Garbe

E-Mail: garbe@uni-bonn.de Tel.: 0228 -287-16301 MOBIL: 0151-12522974

Bestrahlungsplanung

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Bestrahlungsplanung

Inhalt

• Einleitung

• Volumendefinitionen

• Dosisspezifikationen

• Patientendaten Akquisition und Simulation

• Klinische Überlegungen für Photonenstrahlentherapie

• Bestrahlungsplanevaluation

• Bestrahlungszeit- und Monitorheitenberechnung

• Tomotherapie (IGRT)

• RapidArc (VMAT)

• Protonentherapie

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Bestrahlungsplanung

Allgemeine Überlegungen zur Bestrahlungsplanung

• Eine erfolgreiche Strahlentherapie erfordert eine homogene Dosisverteilung im Zielvolumen (meistens der Tumor)

– Wann nicht ?

– Wann ist es nicht der “Tumor” ?

• Teletherapie wird normalerweise mit vielen Strahlen aus unterschiedlichen Einstrahlrichtungen durchgeführt , um eine homogene Dosisverteilung im Zielvolumen zu erzeugen (3D- konfromale Therapie (3DCRT) oder intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT)) und eine Dosis, die so niedrig wie möglich sein soll, im gesunden angrenzenden Gewebe.

Bestrahlungsplanung

Kriterien für eine homogene Dosisverteilung im Zielvolumen

• Empfehlungen die Dosisuniformität, -Verschreibung, -Aufzeichnung und Dokumentation für Photonenstrahltherapie betreffend werden dargelegt durch die International Commission on RadiationUnits and

Measurements (ICRU).

• Die ICRU Reports 50/62/83 empfiehlt eine Zielvolumen Dosisuniformität zwischen +7% und –5% relativ zu der Dosis, die an einen wohldefinierten Verschreibungspunkt im Zielvolumen vorgegeben wird.

Um diese von der ICRU vorgegebenen Ziele zu erfüllen, bedient sich die moderne Strahlentherapie einer Mannigfaltigkeit von Parametern:

• Strahlenergien

• Strahlarten

• Feldgrößen Anzahl der Felder, Richtung der Felder, Form der Felder, Wichtung der Felder, Intensitätsmodulation der Felder, z.B. Keile (stetiger 1 D-Modulator) 2D

Intensitätsmodulator

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Bestrahlungsplanung

• Tiefendosiskurven

• Oberfläche – bis ca. 150keV

• Orthovolt – 150 bis 400keV

• Megavolt – ab 1MeV

Bestrahlungsplanung

Methoden der Patientenpositionierung

Teletherapie kann unter zwei Bedingungen stattfinden

Konstante SSD-Technik (A) SAD-Technik (isozentrisch) (B)

Bestrahlungsplanung

Einführung

Bemerkung:

Die Isozentrische-Technik bedarf keiner neuen Justierung des Patienten bei einem Feldwechsel

Bestrahlungsplanung

Einführung

Bemerkung:

Virtuelle Simulation

Volumendefinition

Die Entstehung von Zielvolumina bei der Behandlung in der Tumortherapie besteht aus einzelnen Schritten.

In diesem Entstehungsprozess haben folgende Parameter Einfluss auf die Definition der Volumina:

• Eine variierende Konzentration von Tumorzellen

• Eine wahrscheinliche Änderung in der räumlichen Anordnung von Volumina und Strahlen während der Strahlentherapie

• Bewegung des Patienten

• Mögliche Ungenauigkeiten durch die Patientenlagerung

Volumendefinition

Die ICRU Berichte 50, 62 und 83 definieren und beschreiben verschiedene Zielvolumen und kritische Strukturen. Sie dienen als:

• Unterstützung im Planungsprozess

• Basis für die Vergleichbarkeit von Bestrahlungsplänen

1992 1999 2010

Bestrahlungsplanung

Volumendefinition

Typische Zielvolumina basierend auf den ICRU-Berichten 50/62 für eine 3D Bestrahlungsplanung.

Bestrahlungsplanung

GTV

Die Delineation des GTVbasiert normalerweise (?) auf Informationen, die aus unterschiedlichen Quellen bezieht:

• Bildgebung (CT, MRT, Ultraschall, etc.)

• Labordiagnostik (Pathologie und Histologie, etc.)

• Klinische Untersuchung.

Das Gross Tumor Volume (GTV) ist das tastbare oder sichtbare- /nachweisbare Ausmass und die Lokation vom malignene Zellwachstum, z.B. Primären Tumor, Lymphmetastasen und andere Metastasen

GTV

CTV

Das Clinical Target Volume (CTV) ist das Gewebevolumen, das einen nachweisbares GTV und/oder subklinischen mikroskopischen malignen Befund aufweist, der vernichtet werden muss.

Dieses Volume muss adäquat gehandelt werden, um das Therapieziel , Heilung oder Palliation zu erreichen.

Das CTV schließt oft die direkt anschließenden Gebiete, die das GTV umgeben ein, die noch mikroskopischen Tumor enthalten und andere Gebiete die als Risikogebiete angesehen werden und einer Therapie bedürfen.

Beispiel: Positive Lymphknoten

• Das CTV ist ein anatomisch klinisches Volumen.

• dieses wird normalerweise vom Strahlentherapeuten bestimmt, meistens nachdem ein anderer Spezialist wie z.B. ein Pathologe oder Radiologe hinzugezogen worden sind

CTV

Das CTV wird normalerweise gezeichnet mit einem festen oder variablen Sicherheitssaum (Margin) um das GTV herum (Wann nicht ?).

Beispiel:CTV = GTV + 1 cm Sicherheitssaum

In einigen Fällen ist das CTV das Gleiche wie das GTV (Wann ist das der Fall ?).

Beispiel:Prostata Boost ausschließlich auf die Prostata.

Es ist möglich viele verschiedene nicht zusammenhängende CTVs zu haben, die auch unterschiedliche (lokale) Dosen benötigen, um das Behandlungsziel zu erreichen.

CTV

Bestrahlungsplanung

Sicherheitssäume

Allgemeine Überlegung zu Sicherheitssäumen

• Sicherheitssäume sind sehr wichtig in der klinischen Strahlentherapie.

Sie hängen ab von:

• Organbewegung interne Sicherheitssäume

• Patientenpositionierung und Strahljustage Externe Sicherheitssäume – Sicherheitsäume können nicht einheitlich sein, aber sollten 3D sein.

– Ein vernünftiger Gedankengang könnte sein: “Wähle Deine Sicherheitssäume so, dass das Zielvolumen im bestrahlten Feld ist, wenigstens zu 95% der Bestrahlungszeit.”

Bestrahlungsplanung

PTV

Im Gegensatz zum CTV ist das Planungszielvolumen (PTV) ein geometrisches Konzept.

Das PTV wird definiert, um ein geeignetes Strahlensemble zu arrangieren, das den Gesamteffekt aller möglichen geometrischen Variationen berücksichtigt, um sicherzustellen, dass die verschriebene Dosis auch im CTV tatsächlich absorbiert wird.

Das Interne Zielvolumen ITV und der Internal Margin IM werden zum CTV hinzugefügt, um die zu erwartenden Variationen durch physiologische Bewegungen (z.B. Atmung) und die Variationen von Ort, Grösse und Lage des CTV's während des Behandlungszeitraums zu berücksichtigen.

PTV

Das PTV besitzt interne Sicherheitssäume (organbezogen) und externe Sicherheitssäume, die durch das Maschinen Set-up bedingt sind.

• Patient Set-up Unsicherheiten

• Maschinentoleranzen

• Intra-Behandlungs Variationen.

Das PTV direkt verbunden zum Referenz(koordinaten)system des Linearbeschleunigers (IEC 1217: "Fixed System").

PTV

Das PTV wird häufig beschrieben als CTV mit variablen

PTV

Sicherheitssäumen.

Typisches Beispiel: PTV = CTV + 1 cm

Normalerweise wird ein PTV benötigt, um ein oder mehrere CTV zu umschliessen. Dieses dient dann als Gesamtziel für die vergesellschafteten Strahlen.

Das PTV hängt in seiner Präzision von Parametern ab wie:

• Immobilisation Einrichtungen

• Patienten Lasersystemen

Das PTV enthält NICHTdie Sichheitssäumes der Dosimetrieunsicherheiten der Strahlen, dieses erfordert zusätzliche Sicherheitssäume während der

Bestrahlungsplanung und Abschirmung.

Nicht enthaltene Beispiele: • Halbschattenbereiche

• Build-up Region

Bestrahlungsplanung

OAR

Risikoorgane (OAR) sind Organe, deren Empfindlichkeit gegenüber Strahlung so geplant werden, dass Ihre Exposition gegenüber der Toleranzdoses nicht signifikant ist, wenn dem so ist sollte die Dosierung oder Bestrahlungsplanug geändert. Unter besonderer Berücksichtigung stehen dabei die Organe, die unmittelbar an das CTV angrenzen, und eine niedrige Toleranzdosis aufweisen.

Beispiele für Risikoorgane:

• Augenlinse während einer Nasopharynx- oder Hirnbestrahlung Organe mit Toleranzdosis, die vom kompletten

Fraktionierungsschema abhängen.

Sind Toleranzdosen für das gleiche Organ immer gleich zu wählen?

Bestrahlungsplanung

Beispiel Mamma-Karzinom

Beispiel Mamma-Karzinom Beispiel Mamma-Karzinom

Bestrahlungsplanung

Beispiel Mamma-Karzinom

Bestrahlungsplanung

Beispiel Mamma-Karzinom

Beispiel Mamma-Karzinom

Bei Virtueller Simulation entfällt dieser Schritt – Simulation mit IGRT

Beispiel Mamma-Karzinom

Bestrahlungsplanung

Beispiel Mamma-Karzinom

Photonen–Elektronen-Kombination (komplex) zwei tangentiale Photonenfelder (335°/154°) + e--Feld (338°)

+ Photonenfeld (335°) zur Dosishomogenisierung

Diagnose: Mamma-Ca. links o.a. pT1c pN1biii (7/15) G2 L1 V0

T: Tumorgröße, N: Lymphknoten, G. Grading, L: Lymphgefäßeinbruch, V: Blutgefäßeinbruch

Bestrahlungsplanung

Beispiel Mamma-Karzinom

5 - 6Wochen RT - ED:1,8-2,0 Gy(5x/W) - GD: 50-50,4 Gy

± Boost(10-16 Gy)

- Markierungen zur Einstellsicherheit - Insgesamt gute Verträglichkeit - Cave: Hautfalten, vorherige Chemo, … Sonstige Nebenwirkungen?

Kosmetisches Ergebnis 6 Monate nach Bestrahlung Welche Brust wurde bestrahlt ?

Beispiel Mamma-Karzinom Interstitielle Brachtherapie

Beispiel Mamma-Karzinom Intraoperative Bestrahlung IORT

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Bestrahlungsplanung

Exkurs Biologische Modelle

Linear-Quadratisches Modell SF = e-(αD+βD²)

Überlebensrate pro Fraktion E_n= (αD+βD²)

Biologische Effektivität pro Fraktion BED = E/α= nD (1 + (D / (α/β))) Biologische Äquivalenz Dosis n = Anzahl der Faktionen D = Dosis pro Fraktion n = 25; D =2;

BED = 60Gy a/ß_früh= 10Gy

BED = 83Gy a/ßspät= 3Gy 32

Bestrahlungsplanung

OAR

Toleranzdosen für HNO-Tumore mit IMRT.

Warum nicht gemäß Emami et al. (1991) ? Sondern angelehnt an QUANTEC – Studie (2010)

IJROBP 68(5) 1299-1309, 2007

Dosisspezifikation

Eine umfassende Beschreibung der strahlentherapeutischen Behandlung muss folgendes umfassen:

• Definition des Ziels der Therapie

• Zielvolumen

• Verschreibungsdosis und Fraktionierung.

Nur detailierte Informationen bezüglich der Gesamtdosis, Fraktionsdosis und der gesamt Behandlungsdauer in Tage ermöglicht einen fundierten Vergleich über den Therapieerfolg.

Verschiedenste Konzepte sind entworfen worden, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Dosisspezifikation

Ziel einer Strahlentherapie (z.B. kurativ – palliativ)

• Definition des Bestrahlungsvolumen

• Verschreibungsdosis und ggf. Fraktionierung (n = 1?)

• Cave: Leitlinien und SOP

• Vergleichbarkeit und Gerichtsbarkeit

• Abweichungen vom Konzept

• Rechtfertigende Indikation

Bestrahlungsplanung

Dosisspezifikation

Homogenitätsindex und Konformitätsindex

Bestrahlungsplanung

Dosisspezifikation

Spezifikationspunkt ? Wo?

Normalisierung worauf?

Immer 100% ? ICRU: 95% - 107%

ICRU – Referenzpunkt (Dokumentation)

Dosisspezifikation

• Die Algorithmen der Bestrahlungsplanungssysteme berechnen die Dosis für einzelne Volumenelemente (Voxel).

• Die Gesamtheit aller Voxel bildet die Dosismatrix.

Dosisspezifikation

• Isodosendarstellung: Darstellung der Voxel gleicher Dosis.

• nach ICRU 50/62 muss das Zielvolumen von der 95% Isodose umschlossen werden.

Bestrahlungsplanung

Dosisspezifikation

• Charakterisierung der Dosisverteilung

• Maximaldosis D

• Minimaldosis D

• Mediandosis D

• D

, D

oder V

?

Bestrahlungsplanung

Dosisspezifikation

Maximaldosis D

Die Maximaldosis D_maxist der größte Wert der Wasserenergiedosis innerhalb oder außerhalb des Planungszielvolumens (PTV).

– Ein Volumen ist nur dann klinisch bedeutsam, wenn sein Durchmesser 15 mm überschreitet (ICRU 50).

– Für kleine Organe ist eine genauere Untersuchung nötig.

– Ist die Dmaxaußerhalb des Planungszielvolumens größer als die verschriebenen Dosis redet man von einem „hot spot“.

Dosisspezifikation

Minimaldosis D

• Die Minimaldosis ist der kleinste Wert der Wasserenergiedosis in einem Volumen.

• Teile des Planungszielvolumens (PTV) die außerhalb des Körpers liegen werden nicht berücksichtigt ?

Mittlere Dosis (D

)

• Die mittlere Dosis ist der Mittelwert der Wasserenergiedosis im Planungszielvolumen.

• Voraussetzung ist, dass die Dosis in genügend vielen Punkten berechnet wurde.

Dosisspezifikation

Dosismedian (D

)

• Der Dosismedian ist der mittlere Wert der sortierten Aneinanderreihung der Dosiswerte von jedem Volumenelement.

0.1 0.4 0.4 0.6 0.9 1.4 1.4 1.4 1.6 1.8 2.0

Median

Bestrahlungsplanung

Konformitätsindex - Konformitätszahl

Als wichtigster Parameter ist der Konformalitätsindex zu nennen. Er ist ein Maß für das Verhältnis von Zielvolumen zum Volumen, das von der verschriebenen Dosis umschlossen wird(PI/TV = Volumen der verschriebenen Dosis/Zielvolumen). Der Konformitätsindex gibt an, wieviel normales Gewebe im Verhältnis zum Tumorvolumen mit der verschriebenen Dosis bestrahlt wird. Der Index sollte einen Wert zwischen 1 und 2 haben, Werte bis zu 2,5 werden nach den Empfehlungen der Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) akzeptiert.

Homogenitätsindex

Der zweite untersuchte Parameter, die umschließende Isodose, gibt an welche (größte) Isodose das Tumorvolumen vollständig umschreibt.

Als weiterer Parameter gibt die Homogenität an, wie stark die Dosis im Zielvolumen von der verschriebenen Dosis abweicht. Der Homogenitätsindex liegt im Bereich zwischen 1 und 2.

Der vierte Parameter, die sogenannte V50zeigt an, wie stark die Dosis außerhalb des Zielvolumens abfällt. Je stärker der Dosisgradient, desto besser wird das umliegende Normalgewebe geschont. Der Index sollte möglichst groß sein. Werte zwischen 0,2 und 0,3 werden bei der Planerstellung angestrebt.

Bestrahlungsplanung

Patientendaten

Opponierende Felder 2D-Modell

IMRT, 3DCRT oder IGRT erfordern ein 3D- Modell

Patientendaten

•Was benötigt man?

•Auflösung CT oder MRT?

•Auflösung des Patienten?

•Größe des PTV ?

•Markierungen zur Übertragung der Lagerung in die Bestrahlungsplanung

• wiedererkennbare Körperstrukturen

• z.B. HWK 3, Symphysen OK, Sella OK

Patientendaten

• CT ist die Basis der Bestrahlungsplanung

• Schichtdicke ? 1-10mm

• Interpolation zwischen den Schichten

• Konsequenzen

• Aussenkontur ?

• Tisch ? Lagerungshilfen?

• Risikoorgane im MRT und PET

• Bildfusion

• Manuelle Zuweisung der Hus möglich

• Prothetika ? Dichte ? ρ

= 2.87g/cm

Bestrahlungsplanung

Patientendaten

• Co-Registrierung PET/CT und MRT möglich

• Inhomogenitäten – wie werden sie berücksichtigt?

• Punktweise Dichteeingabe für Organe möglich

• Was passiert, wenn die CT-FK zu kurz?

Bestrahlungsplanung

Patientendaten

CT Digital Reconstructed Radiograph (DRR) Vergleich von: Simulation, Planung, CT-FK und Ersteinstellung

Superimposed mit Bestrahlungsfeld (mit individuellen Bleiblock) Alternative zum Block : Multileafkollimatoren

Patientendaten

Simulation

• Patientenpositionierung

• Identifikation des PTV und der OAR

• Feldgeometrien

• Patientendaten

• Lagerungsaufnahme

MV Verifikation Doppelbelichtung

kV Verifikation Simulation

• Warum keine Simulation direkt am Beschleuniger?

– Auslastung des Beschleunigers

– Nachteile der MV-Bildgebung (z.B. Weichteilkontrast fehlt) – Gibt es Ausnahmen?

Therapiesimulator

Bestrahlungsplanung

Virtuelle Simulation

CT-Simulator

Laser

DRR aus CT

Beams Eye View (BEV)

Bestrahlungsplanung

Pro und Contra virtuelle / konventionelle Simulation

Es ist sinnvoll eine Simulation der Isozentrumsposition und der Feldgrenzen auch auf dem Patienten für die Bestrahlung durchzuführen

- Limitierter Wichteilkontrast - Tumor ist meistens nicht sichtbar - Besondere anatomische Kenntnisse

erforderlich in Bezug auf die (Haut)markierungen.

- Beschränkt Feldgrenzenfestlegung mit Bezug auf knöcherne Strukturen oder anatomischen Strukturen, die durch Kontrastmittel sichtbar sind.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der CT-simulation gegenüber der konventionellen Simulation ist, dass der Patient nach CT-Scanning nicht noch längere Zeit in der Abteilung verweilen muss.

The patient only stays the minimum time necessary to acquire the CT data set and mark the position of reference isocenter; this provides the obvious advantage as the radiotherapy staff may take their time in planning the patient as well as try different beam configurations without the patient having to wait on the simulator couch.

2D-Berechung Tabellenkalkulation

• Stehfeld oder opponierende Felder, isozentrisch

• Patient besteht hier aus Wasser und hat eine definierte Dicke

• Clarkson-Integrations-Methode

• Verwendung von Blöcken und nicht isozentrischer Bestrahlung

Normierung

Bestrahlungsplanung

Patientenlagerung

Markierungen und Indexierungen und Reproduktion der Lagerung

Bestrahlungsplanung

Klinische Einflüsse auf die Bestrahlungsplanung 1. Isodosenlinien

2. Keilfilter 3. Bolus

4. Kompensationsfilter

5. Korrekturen für irreguläre Felder 6. Korrekturen für Gewebeinhomogenitäten 7. Strahlkombinationen

8. Klinische Anwendungen.

Felddefinitionen Isodosen

Verschiedene Normalisierungen für ein Stehfeld (18MV) in senkrechtem Einfall auf eine Patientenoberfläche.

Fester SSD mit Normalisierung auf Dmax Isozentrische Bestrahlung mit Normalisierung auf das Isozentrum

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Bestrahlungsplanung

Isodosen Elektronen

10 x10cm, SSD :100cm 60

Bestrahlungsplanung

Keilfilter

Es gibt drei Arten von Keilfiltern Physikalische

Motorisierte

Dynamische

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Keilfilter

Keilfilterfaktor Dosis im offenen Feld in dmax

vs.

Dosis im KF-Feld in Dmax Keilfilterwinkel hier? 50^o

Typisch 15^o, 30^o, 45^ooder 60^o Wie erhält man 20^o ? 50%-Isodose vs. Zentralachse

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Keilfilter

Schwächungsfilter (Keil oder Ausgleichsfilter) glätten ungünstige Dosisspitzen innerhalb und außerhalb eines Zielvolumens, in dem sie Isodosenlinien bedarfsbezogen formen.

• Stark abfallende Körperkonturen

• Spitze Abwinkelungen der Zentralachsen

• Ungleiche Verteilung der Felder über den Körperumriss

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Bestrahlungsplanung

Bolus

• Gewebeäquivalentes Material

• Erhöht die Oberflächendosis

• Kompensiert fehlendes Gewebe

• Kompensiert für fehlende Streuung (z.B. GKT)

– Zellophan mit nassem Handtuch und Zellstoff – Dicken zwischen 5mm und 20mm – Build-up

• Kompensatoren

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Bestrahlungsplanung

Irregularitäten und Inhomogenitäten

Unterschiede in der Isodosenverteilung bei der Bestrahlung mit einem single vertikalen 7x7 cm²Feld mit 6MV Photonen.

• Oben: Annahme: alle Dichten sind wasseräquivalent (auch die Lunge)

• Unten: Wirkliche Dichtenverteilung

Die gemessene Dosisverteilung apply to a flat radiation beam incident on a flat homogeneous water phantom.

Um solche Messungen in Verhältnis zu der aktuellen Dosisverteilung im Patienten zu setzen, müssen Korrekturen fürirreguläre Oberflächenund GewebeInhomogenitätenangewendet werden.

Drei Methoden für Kontour Korrektur werden verwendet:

(1) Manuelle Isodosen Verschiebungsmethode.

(2) Effektiver Massenschwächungskoeffizient Methode.

(3) TAR/TMR Methode.

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Inhomogenitäten

• Im Megavolt-Bereich ist der Compton-Effekt vorherrschend und sein Wirkungsquerschnitt hängt von der

Elektronendichte der zu durchdringenden Materie (in Elektronen pro cm

) ab .

• Die folgenden vier Methoden werden benutzt um die Anwesenheiten von Inhomogenitäten zu korrigieren (innerhalb klarer Limitationen):

– TAR Methode

– Batho Power Law Methode – Äquivalent TAR Methode – Isodose shift Methode

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Beam Arrangements und Klinische Überlegungen

Stehfelder haben das Dosismaximum an der Oberfläche Daraus entsteht die Möglichkeit der Behandlung von oberflächennnahen

Tumoren oder eine hoch palliative Intention.

Tieferliegende Tumore behandelt man ausschliesslich mit der Mehrfeldtechnik

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Bestrahlungsplanung

Opponierende Felder

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Bestrahlungsplanung

Mehrfeldtechnik (Coplanar)

4-Felder Box 3-Feld mit Keilfilter

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4-Felder-Box

Konvetionelle Technik

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3-Feld-Technik mit Keilfiltern

Rotationsbestrahlungen

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Bestrahlungsplanung

Intensitätsmoduliete Strahlentherapie (IMRT)

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Bestrahlungsplanung

Mehrfeldertechnik

(nicht coplanar)

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Feldanschlüsse

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Tiefendosiskurven von Elektronen

Einschub Einschub

DIN 6847-5, DIN 6809-1, ICRU 35 Mittlere Reichweite R[cm] = E0[MeV]/2.33

Praktische Reichweite Rp Ep0; Rp[cm] = E [MeV]/2 Therapeutische Reichweite Rth[cm] = Ep0 [MeV]/3 Maximale Reichweite (R_max)

Dosismaximumstiefe (D_max) Oberflächendosis Do Hautdosis D_H(0.5mm Tiefe) Aufbauzone (A)

Bremstrahlungsuntergrund (BSU) Bestrahlungsausläufer (BSA)

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Bestrahlungsplanung

Planevaluation mit Isodosen

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Bestrahlungsplanung

Tiefendosiskurven von Photonen

Einschub Einschub

Definition von Feldhomogenität und Symmetrie an Querprofilen.

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Flatness – Symmetrie und Feldgröße

78

Tiefendosiskurven von Photonen

Einschub Einschub

Feldgrößenabhängigkeit

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Bestrahlungsplanung

Tiefendosiskurven von Photonen

Einschub Einschub

Tiefendosiskurven verlaufen deshalb unabhängig von der Strahlungsqualität hinter einer weniger dichten Inhomogenität immer oberhalb, hinter einer Inhomogenität mit höherer Dichte immer unterhalb der Tiefendosis des homogenen Phantoms. Dosisverteilungen in heterogen zusammengesetzten Materialien weichen also je nach Zusammensetzung und der verwendeten Strahlungsqualität deutlich von den Verteilungen im homogenen Medium ab. Bei der Therapieplanung müssen wegen möglicher Über- oder Unterdosierungen durch Inhomogenitäten diese

Abweichungen beachtet werden.

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Bestrahlungsplanung

Planevaluation

Berechungsmethode:

• Einige Punkte

• Zweidimensionales Gitter

• Voll 3D-Voxel-Volumen ICRU 50/62 erfüllt

PTV und OAR

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Planevaluation

• Isodosen

• Orthogonalen Ebenen

• Dosisverteilungsstatistiken

• differentielles DVH

• Kumulatives DVH

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Planevaluation mit Isodosen

Die Isodose, die Peripherie des PTV bedeckt, wird verglichen mit

der Isodose im Isozentrum.

152%

ICRU-Ref-Punkt

154%

D_max

150%

Isodose, die das PTV umschließt

Plan akzeptabel?

ICRU erfüllt ? PTV vs. OAR

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Bestrahlungsplanung

Planevaluation mit Isodosen

Anzahl der CT-Schnitte!

• Wenig (was ist das?), dann reicht eine Ebene.

• Mehr (wieviel ist das?), dann benötigt man orthogonale Ebenen, z.B. transversal (d), sagittal (f) und coronal (e).

Behandlung eines Rezidiv-Meningeoms mit fraktionierter stereotaktischer Bestrahlung 84

Bestrahlungsplanung

3D-Planevaluation Prostata-Ca

• PTV (blau)

• 95%-Isodose (weisses Gitter)

• Blase (hellblau)

• Rektum (türkis)

Nützlich wozu ?

Nachteil: Keine quantitativen Angaben zu Volumen oder Abständen.

Dazu benötigt eine statistische Auswertung!

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HNO

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Statistische Planevaluation

• Minimum Dosis to the volume.

• Maximum Dosis to the volume.

• Mean Dosis to the volume.

• Dosis received by at least 95% of the volume.

• Volume irradiated to at least 95% of the prescribed Dosis.

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Bestrahlungsplanung

Statistische Planevaluation

Dosisvolumenhistogramme (DVH)

Frequenz

% vom Gesamtvolumen

Dosis [Gy]

differential

cumulative

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Bestrahlungsplanung

Statistische Planevaluation

Beispiel Prostata Ca:

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Statistische Planevaluation

Beispiel Prostata Ca:

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Bestrahlungsverifikation

1. Port Filme – veraltet: Radiographische Filme 1. Neu: Radiochrome Filme

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Bestrahlungsplanung

Bestrahlungsverifikation

Online Portal imaging Systeme

• Fluoroscopic detectors.

• Ionisation chamber detectors.

• Amorphous silicon detectors

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Bestrahlungsplanung

Bestrahlungsverifikation

2d-Arrays

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Bestrahlungsverifikation

3D - Array

Biologische Verfahren zur Planbewertung:

– Equivalent Uniform Dose ((g)EUD) und BED – Tumour Control Probability (TCP)

– Tumorkontrollwahrscheinlichkeit

– Normal Tissue Complication Probability (NTCP)

http://www.youtube.com/watch?v=i8z-uETCczE

Tomotherapie - Bonn

Reale Ansicht – so sieht es der Patient

Tomotherapie

Installationen in Deutschland:

Uni Klinik Heidelberg München rechts Isar UKE Hamburg (MVZ) Uni Klinik Essen-Duisburg Uni Klinik Bonn Charité Berlin (Berlin-Buch) Universität Münster Klinikum Bamberg Böblingen Idar Oberstein Jena

Aufbau

So sieht es der Patient nicht !

Tomotherapie

MLC-Kollimator

CT-Detektor Strahlstopper

Hochspannung

Kontroll-Computer Magnetron

Aufbau

Aufbau der Tomotherapie und Ablauf

Tomotherapie

CT Detektor 768 Xenon-Zellen Kollimator

85 cm Gantry-Öffnung

Beam Stopper 6MV Siemens Phönix^TM Linac - 8Gy/min Isozentrum

Tomotherapie

Strahlung kann in 64 Einzelstrahlen zerlegt werden.

Breite im Isozentrum 6,5 mm

Tumor Risikoorgan

Tomotherapie

Tumor Risikoorgan 1 Tumor 1 Risikoorgan 51 Projektionen

= 3264 Einzelstrahlen je Rotation

Oesophaguskarzinom

Schonung von Myelon

Ohrspeicheldrüse

Herz

Rapidarc

Grenze der 3D-konformale Planung

• Konkave Volumen (PTV)

• Risikoorgane in der Mitte des PTVs

Intensitätsmodulation

Blenden + MLC

Resultierende Dosisverteilung

PTV Risikoorgane

Von Thomas Frenzel, „Konstituirende Sitzung des DGMP Arbeitskreises IMRT “, Hamburg 26.01.2001

Intensitätsmodulation

Blenden + MLC

Resultierende Dosisverteilung

PTV Risikoorgane

Inverse Bestrahlungsplanung: IMRT

• „Dose Constraints“ für PTV und Risikoorgane (Bedingungen für die DVHs)

• Vorgegebene Strahlrichtungen

⇒Optimale Fluenzen

Praktische Umsetzung (MLC)

• Step and shoot

• Sliding window

Rotationsbestrahlung

Schonung der Risikoorgane durch gezielter Wahl des Isozentrums und der Rotationswinkel

Rapid Arc?

Fluenzmodulation: Anpassung der Gantrygeschwindigkeit:

0.5 – 4.8 Grad/Sek Dosisrate: 0-600 MU/min Dosis pro Grad: 0-20 MU/Grad MLC-Geschwindigkeit:

0-2.25 cm/Sek

0 100 200 300 400 500 600 700

180 90 0 270 180

Gantry angle

Dose rate [MU/min]

Gantry Speed Varied

Dose Rate Varied

Gantry Speed [deg/sec]

Rapid Arc vs. IMRT Kurze Bestrahlungszeiten (1 Arc ca. 1 Min.) Weniger MUs Dosisverteilung:

RA „fast so gut“ wie IMRT

RA Konfiguration

Clinac (Varian Truebeam, 160 MLC, OBI)

• Kontrollpunkten (bis zu 177)

– Gantry vs. bestrahlte MU (4DTC)

– MLC vs. Gantrywinkel (MLC-Controller)

» dynamische MLC

» Flatness filter free beam 24Gy/min

Definition von „Dose Constraints“

• Cave: max. Punktezahl für die Optimierung: 1.000.000!

Beispiel: NHL, Knochenbefall

Beispiel: NHL, Knochenbefall NHL, Knochenbefall

Besonderheit bei der Planung

• Sinnvolle Definition von Dose Constraints und Optimierungsvolumen

• Vermeidung von Überlappung ⇒wiedersprechende Constraints!

Schonung der Parotiden ? SIB: Simultan Integrierter Boost

Normal Tissue Objective

• Vermeidung (Reduzierung) von Hot Spots

G.S. Bauman et al, „Some like it hot… and others not“, Int J Rad Onc Biol Phys 74 (5), 1319-1322 (2009)

• Hot spots – Hohe Gesamtdosis – Hohe Einzeldosis ⇒

größere biologische Wirkung

Beispiel: HNO Beispiel: HNO

RapidArc vs. IMRT

COMART

Gantrydrehung + dynamische MLC Keine Fluenzmodulation

RapidArc

Gantrydrehung + dynamische MLC + Fluenzmodulation

IMRT Sliding Window Keine Gantrydrehung dynamische MLC+ Fluenzmodulation

Von: Butt, DGMP Arbeitskreises IMRT, Würzburg 26.03.2009

RapidArc vs. IMRT

COMART

Gantrydrehung + dynamische MLC Keine Fluenzmodulation

RapidArc

Gantrydrehung + dynamische MLC + Fluenzmodulation

IMRT Sliding Window Keine Gantrydrehung dynamische MLC+ Fluenzmodulation

Von: Butt, DGMP Arbeitskreises IMRT, Würzburg 26.03.2009

RapidArc vs. IMRT

COMART

Gantrydrehung + dynamische MLC Keine Fluenzmodulation

RapidArc

Gantrydrehung + dynamische MLC + Fluenzmodulation

IMRT Sliding Window Keine Gantrydrehung dynamische MLC+ Fluenzmodulation

Von: Butt, DGMP Arbeitskreises IMRT, Würzburg 26.03.2009

RapidArc vs. IMRT

COMART

• RapidArc Sliding Window

RapidArc vs. IMRT

IMRT (Stehfelder) RapidArc

Planungszeit

+ -

Planergebnis

+++ ++

Verifikation

--

+

+

Bestrahlungszeit

- +++

Vorteile / Probleme

• Bessere Schonung der Risikoorgane, d.h.

• Potentiell höhere Dosis am PTV

• Allerdings: bisher kein klinischer Beweis, dass die Langzeitüberlebenskurve besser ist!

• Grösseres bestrahltes Volumen: was passiert im Niedrigdosisbereich?

• Problem Neutronenbildung: RapidArc besser als IMRT (weniger MUs), aber bisher keine klinische Daten

Bestrahlungsplanung

Cyberknife

UK Köln Soest Güstrow München

Bestrahlungsplanung

Protonentherapie