46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
9.–12. September 2015 Philipps-Universität Marburg Hörsaalgebäude Biegenstraße 14
35037 Marburg
Tagungsleitung
Prof. Dr. rer. medic. Martin Fiebich Technische Hochschule Mittelhessen
Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz Gießen
Prof. Dr. rer. nat. Klemens Zink Technische Hochschule Mittelhessen
Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz Gießen
Universitätsklinikum Gießen-Marburg
Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
Medizinische wissenschaftliche Leitung Prof. Dr. med. Rita Engenhart-Cabillic
Direktorin Universitätsklinikum Gießen-Marburg Klinik für Strahlentherapie
Editors: Prof. Dr. rer. medic. Martin Fiebich Prof. Dr. rer. nat. Klemens Zink
ISBN: 978-3-9816508-8-4
46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
Wissenschaftlicher Beirat
Prof. Dr. Pedro Andreo (Stockholm/SE) Dipl.-Phys. Kurt Baier (Würzburg) Prof. Dr. Dimos Baltas (Offenbach) Dr. Wolfgang Baus (Köln)
Prof. Dr. Christoph Bert (Erlangen) Dr. Andreas Block (Dortmund)
Prof. Dr. Michael Bock (Freiburg i. Br.) Dr. Markus Borowski (Braunschweig) Prof. Dr. Gunnar Brix (Oberschleißheim) Dr. Gregor Bruggmoser (Freiburg i. Br.) Prof. Dr. Markus Buchgeister (Berlin) Prof. Dr. Carmel A. Caruana (Msida/MT) Dr. Florian Cremers (Lübeck)
Prof. Dr. John Damilakis (Iraklion/GR) Dr. Oliver Dohm (Tübingen)
Dr.-Ing. Wolfgang H. Döring (Aachen) Dr. Yvonne Dzierma (Homburg) Prof. Dr. med. Rita Engenhart-Cabillic (Marburg, Gießen)
Prof. Dr. Wolfgang Enghardt (Dresden) Prof. Dr. Martin Fiebich (Gießen) Dr. Thorsten Frenzel (Hamburg) Dr. Stephan Garbe (Bonn) Prof.
Dr. Gerhard Glatting (Heidelberg) Dr. Peter Geyer (Dresden)
Dr.-Ing. Christian Graeff (Darmstadt) Dr. Steffen Greilich (Heidelberg) Dr. Anke Henning (Tübingen) Dr. Frank Hensley (Heidelberg) Prof. Dr. Hans Herzog (Jülich) Dr. Jens Heufelder (Berlin)
Prof. Dr. Christoph Hoeschen (München) Dr. Norbert Hodapp (Freiburg i. Br.) Prof. Dr. Inga Holube (Oldenburg) Prof. Dr. Ulrich Hoppe (Erlangen) Prof. Dr. Oliver Jäkel (Heidelberg) Dr. Kerstin Jungnickel (Magdeburg) Prof. Dr. Willi Kalender (Erlangen) Prof. Dr. Malte C. Kaluza (Jena) Dr. Ralf-Peter Kapsch (Braunschweig) Prof. Dr. Christian Karger (Heidelberg) PD Dr. Theodor W. Kaulich (Tübingen)
Boris Keil, PhD (Gießen; Charlestown, MA/US)
Dr. Stephan Klöck (Zürich/CH)
Prof. Dr. Birger Kollmeier (Oldenburg) Prof. Dr. Mark E. Ladd (Heidelberg) Prof. Dr. Michael Lassmann (Würzburg) Dr. Wolfgang Lehmann (Homburg) Dipl.-Phys. Mario Liebmann (Oldenburg) PD Dr. Lutz Lüdemann (Essen)
Prof. Dr. Andreas Mahnken (Marburg) Prof. Dr. Michael Mix (Freiburg i. Br.) B. Peter Noël, PhD (München) Prof. Dr. Uwe Oelfke (London/GB) PD Dr. Oliver Ott (Erlangen) Prof. Dr. Katja Parodi (München) Dr. Jörg Pawelke (Dresden) Prof. Dr. Björn Poppe (Oldenburg) Prof. Dr. Arnulf Quadt (Göttingen) Prof. Dr. Jürgen R. Reichenbach (Jena) Dipl.-Phys. Bernhard Renger (München) Dr. Rolf Rinck (Ebermannstadt)
Prof. Dr. Otto Sauer (Würzburg)
Prof. Dr. Lothar Schad (Mannheim, Heidelberg) Prof. Dr. Klaus Schäfers (Münster)
Dr. Alexander Schegerer (München) Prof. Dr. Bernhard Schmidt (Forchheim) Prof. Dr. Laura M. Schreiber (Würzburg) Prof. Dr. Bernhard Seeber (München) Prof. Dr. Wolfhard Semmler (Berlin) PD Dr. Frank-André Siebert (Kiel) Dipl.-Phys. Roland Simmler (Aarau/CH) Dr. Gabriele Sroka-Perez (Heidelberg) Dr. Georg Stamm (Hannover)
Dipl.-Ing. Volker Steil (Mannheim) Dr. Tino Streller (Zürich/CH)
PD Dr. Daniela Thorwarth (Tübingen) PD Dr. Harald Treuer (Köln)
Prof. Dr. Martin Walger (Köln) Dr.-Ing. Tilo Wiezorek (Jena) Prof. Dr. Jan J. Wilkens (München) Prof. Dr. Ulrich Wolf (Leipzig) Dr. Michael Wucherer (Nürnberg)
Prof. Dr. Golam A. Zakaria (Gummersbach) Prof. Dr. Sibylle Ziegler (München)
Prof. Dr. Klemens Zink (Gießen, Marburg)
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Inhaltsverzeichnis
Audiologie I ... 12
1 Synthese akutischer Umgebungen die Evaluierung ... 12
2 Wiedergabe räumlicher Klangszenen in Ambisonics – Plausibel oder messtechnisch exkat? ... 13
3 Creation and rendering of interactive virtual acoustic environments for audiology – requirements and limitations . 14 Session 1 – Partikeltherapie I: dosimetrische und biologische Aspekte ... 15
4 Einführungsvortrag – Trends in dosimetry for particle therapy ... 15
5 Das Qualitätssicherungssystem der Universitäts-Protonen-Therapie Dresden ... 16
6 What can we learn from preclinical dose-response studies in carbon ion radiotherapy? ... 18
7 Modellbasierte Analyse der potenziellen Vorteile relevanter Ionen für die Partikeltherapie... 19
8 Planungsstudie zur nicht-invasiven Ablation von Herzrhythmusstörungen mit einem gescannten Kohlenstoffstrahl ... 20
Session 2 – Funktionelle und molekulare Bildgebung I ... 22
9 Einführungsvortrag – 3D, 4D…oder wie die CT laufen lernte ... 22
10 Untersuchung pharmakokinetischer Modelle zur Beschreibung des CB1-Rezeptorliganden [18F]MK-9470 ... 24
11 Nanopartikel für die medizinische Bildgebung ... 26
12 Optimising safety, production and application conditions of PASADENA PHIP of hydroxyethylacrylate in medical scanner environment for animal experiment ... 27
Session 3 – Computertomographie I ... 28
13 Einführungsvortrag – CT-Update ... 28
14 Ein einheitliches Konzept zur Dosimetrie bei CT-Aufnahmen mit und ohne Tischbewegung ... 29
15 Strahlenexposition von Patienten bei Standard-CT Untersuchungen ... 32
16 All-optical, low divergence Thomson radiation source via laser plasma accelerator ... 33
17 Kommissionierung eines Monte-Carlo basierten Modells zur Simulation der Röhrenstrommodulation im CT ... 34
Session 4 – Dosimetrie I: 2D-Dosimetrie und klinische Dosimetrie ... 38
18 Quantitative Dosismessungen mit einem Speicherfoliensystem in Feldern für die externe Strahlentherapie ... 38
19 Online-Dosisverifikation mit einem Transmissionsdosimetriesystem – klinische Kommissionierung und Evaluation ... 42
20 A special technique for GafChromic EBT3® film dose calibration for low energy X-rays ... 43
21 Verifikation der Hautdosis bei strahlentherapeutischer Behandlung oberflächennaher Tumoren ... 46
22 Elektronen, Tiefendosiskurven, Bolusmaterial, MU und Co. ... 47
23 Populationsbasierte Modellierung verbessert die Planung der 90Y-anti-CD66 Radioimmuntherapie für Leukämiepatienten ... 51
Session 5 – MR-Bildgebung I: Kardio- und Lungenbildgebung ... 53
24 Einführungsvortrag – high-density array coil design for accelerated MR-imaging ... 53
25 Effiziente EKG-freie MR-Herzbildgebung für klinische Diagnostik und präklinische Forschung ... 54
26 Design-Optimierung und Evaluation einer 64-Kanal-Array-Spule zur beschleunigten MR-Bildgebung des Herzens bei 3 Tesla ... 58
27 Bronchodilatation effect on alveolar oxygen partial pressure and gas exchange rate in asthma patients measureh with hyperpolarized 3He MRI: first results of a clinical study... 62
28 Relaxationsraten-Dispersion über Inter-Echo-Zeit zur Lungengerüst-Mikrostruktur-Evaluation ... 63
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31 Dosimetrie mit EPIDs für VMAT-Bestrahlungen mit hochauflösendem MLC – Analyse und Vergleich mit einem
Ionisationskammerarray ... 69
32 Maschinenbezogene Qualitätssicherung an Linearbeschleunigern im Hinblick auf VMAT – Einfluss verschiedener Parameter auf die Planqualität ... 71
33 Linac QS nach DIN 6847-5 mit einem EPID, Antilope – eine Analyse-Software zur automatisierten Auswertung und Protokollierung mit Web-User-Interface ... 73
34 Untersuchung der Sensitivität der DAVID-Kammer für Blendenfehler bei Ausstattung mit einer zweiten, um 90° gedrehten Detektorebene ... 77
Audiologie II ... 79
35 Der neue Standard MPEG-H zur Speicherung und flexiblen Wiedergabe von 3D-Audio ... 79
36 Virtuelle Hörumgebung zur Erfassung von Schallquellenlokalisation bei Normalhörenden und Hörgeschädigten . 80 37 Echtzeit-Simulation und Wiedergabe komplexer Schallfelder für Hörgeräteträger ... 82
Session 7 – Brachytherapie/IORT I: Bestrahlungsplanung ... 83
38 Einführungsvortrag – neue Bestrahlungsplanungsalgorithmen in der Barchytherapie und deren klinische Implementierung anhand eines klinischen Beispiels ... 83
39 Neue TG43-Basisdaten für den Nucletron Afterloader – Vergleich der alten und neuen radialen Dosisfunktion mit Messungen ... 85
40 Erfahrungen mit einem DVT-Index zur Plausibilitätsprüfung für 3D-geplante Brachytherapiepläne mit willkürlichem Zielvolumen ... 87
41 RayStretch, a simple analytical method for heterogeneity corrections in low dose rate brachytherapy ... 88
Session 8 – Funktionelle und molekulare Bildgebung II: methodische Grundlagen ... 90
42 Performance evaluation of SPECT component of Albira trimodal PET/SPECT/CT system ... 90
43 Leistungsbewertung der PET-Komponente des trimodalen Albira PET/SPECT/CT Systems ... 92
44 Einfluss der Software unterschiedlicher Hersteller auf die Quantifizierung von FDG-PET/CT-Datensätzen ... 93
45 Automatische Organsegmentierung in präklinischen 4D PET/CT Bildern... 96
46 Ein Verfahren zur automatischen Auswertung von hochaufgelösten fMRT Daten der Fingerspitzen-Somatotopie im primären sensorischen Kortex für Big Data Projekte ... 98
47 Optimierung der Röntgenfluoreszenzbildgebung mit Gold-Nanopartikeln für die medizinische Diagnostik ... 101
Audiologie III ... 105
48 Alltägliche Hörumgebungen: Eigenschaften, Häufigkeit und Relevanz ... 105
49 Anwendung realitätsnaher virtueller Hörumgebungen in der audiologischen Forschung ... 106
Young Investigator Forum ... 107
50 Pulse powered gantry system concept for proton therapy with laser-driven beams ... 107
51 Renal BOLD MRI with prospective motion correction ... 109
52 Magnetresonanztomographie (MRT)-geführte Strahlentherapie: Konzept zur Dosis-Adaptation basierend auf fraktionellen MRT-Bilddaten mittels Bildregistrierung ... 112
53 CBCT dose recalculation strategies to support adaptive IMRT and IMPT of head and neck cancer patients ... 115
54 Magnetic particle imaging – initial results of a murine small cell lung cancer model study ... 117
55 matRad - Open Source Toolkit für biologische Bestrahlungsplanung mit Kohlenstoff Ionen ... 119
Audiologie IV ... 123
56 Anwendung virtueller Akustik in der Sprachaudiometrie ... 123
57 Binaurale Sprachverständlichkeitsmodellierung in virtueller Akustik ... 124
Session 9 – Dosimetrie II: dosimetrische Basisdaten und Monte-Carlo ... 125
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61 Theoretische Beschreibung der Sättigungskorrektur von Ionisationskammern in gepulsten Strahlungsfeldern
verschwindender Pulsdauer und beliebiger Pulsfrequenz ... 132
Session 11 – Adaptive und bildgeführte Strahlentherapie I ... 133
62 Analyse der Tumorbewegung von Lungentumoren bei verschiedenen Atemvorgaben ... 133
63 Genauigkeit und Grenzen der roboter-, gimbal- und MLC-basierten Radiochirurgie mit Echtzeit- Bewegungskompensation ... 136
64 Geometric and dosimetric validation of dose distributions in a dynamic anthropomorphic lung phantom using dosimetry gel ... 139
65 Multimodales, anthropomorphes und deformierbares Beckenphantom zur Untersuchung der Unsicherheiten bei MRT-geführter Strahlentherapie ... 140
Session 12 – Bestrahlungsplanung I ... 142
66 Einführungsvortrag – Bestrahlungsplanung ... 142
67 Ganzkörperbestrahlungen mit TomoDirectTM – Einfluss verschiedener Planparameter auf die Planqualität... 144
68 Non-koplanare IMRT – Winkelabhängigkeiten bei gestreckten eingebetteten Risikoorganen ... 147
69 Vergleich unterschiedlicher Bestrahlungstechniken mit simultan-integriertem Boost (SIB) bei Mammakarzinom 149 70 Bestrahlungszeiten bei der mARC-Technik – ein Überblick über Operationslimits und Planparameter ... 152
71 Optimisation of plan delivery efficiency of intensity modulated proton plans with prioritised optimizsation ... 155
Session 13 – Laserbeschleunigte Protonen ... 158
72 Einführungsvortrag – Laser-driven ion acceleration – current status and future perspectives ... 158
73 Experimental characterisation of a novel, compact high-field beamline for application in laser-driven ion beam therapy ... 159
74 Correction of the LET dependence of radiochromic films for application in low-energy laser-driven proton irradiation... 160
75 Monte-Carlo studies for the development of laser-driven proton radiography ... 162
Session 15 – Brachytherapie/IORT II: Dosimetrie ... 163
76 Phantom zur Filmdosimetrie von Ruthenium-106 Augenapplikatoren ... 163
77 Präzise Vermessung von Mikrokollimatoren für die Augentumor-Brachytherapie mittels kleiner PEN-basierter Szintillationsdetektoren ... 167
78 Practical determination of the mean photon energy ĒF within an inhomogeneous phantom at a 192Ir GammaMed Plus unit using a twin-detector method ... 168
79 Simulation wasseräquivalenter Phantommaterialien für die Brachytherapie ... 171
80 Interstitielle Teilbrustbestrahlung – erste Ergebnisse mit der MOSFET in vivo Dosimetrie ... 173
81 Robotergestützte Freiformflächenbestrahlung mit niedrig-kV-Röntgenstrahlung ... 176
Session 16 – Partikeltherapie II: Bestrahlungsplanung und Bildgebung ... 179
83 Ermittlung eines notwendigen distalen Sicherheitssaums unter Berücksichtigung von Blickwinkeln und Gewebeeigenschaften in der Protonentherapie von Aderhautmelanomen ... 183
84 Korrekturfaktoren für die Elektronendichte-basierte Reichweitenvorhersage in der Protonen- und Ionenstrahltherapie ... 186
85 Clinical implementation of dual-energy computed tomography (DECT) for treatment planning on pseudo- monoenergetic CT scans (MonoCT) in particle therapy ... 187
86 Helium-Radiografie mit einem kompakten Halbleiterdetektor: erste Messergebnisse ... 190
87 A systematic Monte-Carlo study of the influence of different acquisition and detector parameters on the image quality of carbon ion radiography and tomography using a range telescope ... 192
Session 17 – Stereotaxie und Radiochirurgie ... 193
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91 Eine neue und effizientere Methode für die Irisblenden-QA des Cyberknife ... 198
92 Einführungsvortrag II – Physikalische Aspekte der Stereotaktischen Bestrahlung von Lebertumoren ... 200
93 Quantification of inter- and intra-fractional motion of lung tumor patients using multiple four-dimensional computed tomographies ... 202
Session 20 – Strahlenschutz ... 204
94 Einführungsvortrag – Role of medical physicist in medicine (with a special focus on the role in radiation diagnostics) ... 204
95 Implementierung eines stereotaktischen GanzkörperRöntgensystems in der Orthopädie ... 206
96 Untersuchungen zur Strahlenexposition des radiologisch tätigen Personals bei der Radiographie von Heimtieren, Reptilien sowie Zier- und Wildvögeln ... 211
97 Vergleichende Untersuchung dreier Ortsdosimeter auf ihre Eignung zur Messung in gepulsten Feldern ... 213
98 Pränatale Dosisberechnung von CT-Untersuchungen im voxellierten Phantom ... 216
99 Die Hodenkapsel als effektives Strahlenschutzmittel in der Computertomographie ... 219
Session 21 – Dosimetrie III: Detektoren ... 221
100 Beiträge zur Untersuchung des dosimetrischen Verhaltens verschiedener Festkörperdetektoren ... 221
101 Untersuchungen zur Bestimmung der Kammerstörfaktoren im 60Co Strahlenfeld mittels Monte-Carlo-Simulationen ... 224
102 Bestimmung der mittleren Photonenenergie am CyberKnife mit Hilfe der Zweikammermethode ... 226
103 Experimentelle Bestimmung des Gesamtstörfaktors von zylindrischen Ionisationskammern in klinischen Elektronenfeldern ... 228
104 Effektive Messpunktverschiebung und Gesamtstörungsfaktor p von Flachkammern in hochenergetischer Photonenstrahlung ... 230
105 Untersuchung des Füllfaktors zweidimensionaler Ionisationskammer-Arrays ... 234
Session 22 – Computertomographie II ... 237
106 Experimenteller Computertomograph – Technik, Methodik und Einsatzerfolge ... 237
107 Genügt der neue Pro-MAM Gold mk II Mammografie- Prüfkörper den Anforderungen der EPQC? ... 242
108 Computertomographie mit photonenzählenden Detektoren – Verbesserung der Materialzerlegung durch Optimierung des Röhrenspektrums ... 244
109 Streueffekte in der Cone-Beam Computed Tomography ... 248
110 Metallartefaktreduktion in der Computertomografie unter Nutzung von Computer-Aided Designdaten metallischer Implantate als Vorinformation ... 251
111 Eine Monte-Carlo basierte Methode zur Streustrahlenartefaktreduktion in der Brust-Computertomografie ... 253
Session 23 – Dosimetrie IV: Detektoren/kleine Photonenfelder ... 255
112 Dosimetrie kleiner Photonen-Felder nach DIN 6809-8 (2014) ... 255
113 Untersuchung der dosimetrischen Eigenschaften des Szintillationsdetektors Exradin W1... 258
114 Bau und Erprobung von Ionisationskammern zur Untersuchung des Volumeneffektes ... 261
115 Bestimmung des Korrektionsfaktors kq’ unter Nichtreferenzbedingungen für TomoHD ... 265
116 Einfluss der Neutronenkontamination hochenergetischer Photonenfelder auf die Dosimetrie ... 268
Session 24 – MRT und MRS II: Neurobildgebung ... 270
117 Einführungsvortrag – The value of advanced MR spectroscopy methods – a clinical and a neuroscientific perspective ... 270
118 Interregionale Zusammenhänge zwischen den erregenden und hemmenden Neurotransmittern Glutamat und GABA im menschlichen Gehirn ... 271
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122 Einzelteilchen-Messungen in therapeutischen Helium-Strahlen ... 282
123 Korrelation zwischen Position des Bragg-Peaks und Spektrum prompter Gammastrahlung in der Protonentherapie ... 284
124 Reichweiteverifikation bei der Protonentherapie mit einer Prompt-Gamma-Schlitzkamera – Auf dem Weg zur klinischen Anwendung ... 286
125 Determination of the photon hit position in the monolithic absorber of a Compton camera ... 288
126 A fast analytical approach for prompt gamma and PET predictions in a TPS for proton range verification... 290
127 Ionoacoustics – Optimizing data analysis and experimental setup towards application at clinical energies ... 292
Session 27 – Bestrahlungsplan II: biologische Bestrahlungsplanung ... 293
127aEinführungsvortrag – Biologische Bestrahlungsplanung ... 293
128 Biologisch-geführte Optimierung von IMRT-Bestrahlungsplänen: Untersuchung der Robustheit am Beispiel Prostata und Vergleich mit Tomotherapie ... 296
129 4D Dose calculation in Pinnacle³ ... 300
130 Effects of geometrical uncertainties on dose distribution parameters in whole breast radiotherapy – robustness assessment of hybrid intensity modulated radiotherapy plans ... 302
131 Patient based treatment planning accuracy peptide receptor radionuclide therapy in a physiologically based pharmacokinetic-using model ... 305
Session 28 – Adaptive und bildgeführte Strahlentherapie II ... 307
132 Clinical study to evaluate an optical surface imaging system to correct setup errors in fractionated radiation therapy in different treatment locations ... 307
133 Utilizing a time-of-flight camera combined with a moveable virtual patient model to monitor and verify patient position in radiotherapy ... 308
134 Lagerungsgenauigkeit für HNO- und Prostata-Patienten bei drei verschiedenen on-board Bildgebungssystemen ... 310
135 Bewertung eines adaptiven Bestrahlungsplanungskonzeptes für Prostatabehandlungen mit einem gescannten Kohlenstoffstrahl ... 312
Bestrahlungsplanung I ... 313
P1 Stabilität der relativen Goldmarkerpositionen über den Verlauf der bildgeführten Strahlentherapie vom Prostatakarzinom ... 313
P2 Bewegung eines Elekta Electronic Portal Imaging Device (EPID) bei Gantryrotation ... 314
P3 Re-irradiating spinal column metastases using IMRT or VMAT with and without flattening filter - a treatment planning study ... 317
P4 Evaluierung einer automatischen Planung bei Lungenstereotaxien ... 320
P5 Planungsstudie zur Bestrahlung von Hypopharynx-Karzinomen mit flacher und flächungsfilterfreier Photonenstrahlung mittels mARC- und IMRT-Technik ... 322
P6 Vergleich der Monte-Carlo Dosisberechnung des Planungssystems Monaco mit einer auf Geant4 basierenden Monte-Carlo Berechnung und Evaluation anhand von Messungen ... 325
P7 Quantifizierung dosimetrischer Unsicherheiten nach Anwendung eines neuartigen Algorithmus zur iterativen Metallartefaktreduktion (iMAR) ... 328
P8 Evaluation der unabhängigen Plankontrolle mit Mobius3D bei der Verwendung der Dosisberechnungsalgorithmen AAA und AcurosXB in der Therapieplanung ... 329
P9 Clinical validation of a knowledge based radiation therapy (KBRT) treatment planning algorithm for the prostate ... 337
P10Dose output dependence on field size and spot spacing in scanned proton therapy – a comparison of measurements with TPS and MC calculations ... 338
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P14Entwicklung eines virtuellen Energiefluenzmodells für ein Röntgengerät zur Kleintierbestrahlung ... 346
P15Effect of noise in PET-based treatment planning for peptide receptor radionuclide therapy – the variability of biodistribution prediction ... 348
P16Untersuchung des Einflusses von CT Rekonstruktionsartefakten auf die Bestrahlungsplanung von intensitätsmodulierten Bestrahlungen ... 350
P17Evaluation einer automatisierten Generierung von Backup-Bestrahlungsplänen für helikale Tomotherapie ... 352
P18Verkürzung der Bestrahlungszeiten von Step&Shoot-IMRT-Plänen an Artiste-Beschleunigern durch Optimierung der Segmentierung ... 355
P19Fehlerabschätzung durch Absorption von Metallimplantaten bei der CT-basierten Bestrahlungsplanung ... 356
P20Dosimetric evaluation of VMAT planning for Elekta Agility using Varian planning system ... 359
P21Ganzkörperbestrahlung – Umstellung der Bestrahlungstechnik nach Gerätetausch ... 360
Brachytherapie/Stereotaxie ... 361
P22Validierung der Haltepunkte im Ring-Stift Applikator mit dem SRS1000 Array ... 361
P23Filmdosimetrie und Monte-Carlo Berechnung von Brachytherapiefeldern bei normalen und silikonöl-gefüllten Augen ... 363
P24Optimierungsuntersuchungen zur Augentumor – Brachytherapie ... 366
P25Determination of the ion recombination correction factor for intraoperative electron beams ... 368
P26Vergleich der Dosisberechnungsalgorithmen AcurosBV und TG-43 mit Monte Carlo Simulation im Bereich der HDR-Brachytherapie ... 369
P27On an individualized QA methodology in stereotactic radiosurgery by the use of 3D-printing technology and polymer gel dosimetry ... 372
P28Photogrammetrische Verifikation der Einstellgenauigkeit geplanter Zielpunktskoordinaten mittels stereotaktischem Zielsystem ... 374
P29Adaption eines Mikro-MLC an einen Linearbeschleuniger Elekta Versa HD für radiochirurgische Bestrahlungen kleiner Zielvolumina im Gehirn mit 6MV Photonen mit und ohne Ausgleichskörper ... 377
Dosimetrie I ... 380
P30Prognostic assessment of the effective dose in a human ADME study (mass balance study) with a 14C- radiolabeled compound: use of animal and human data as well as recent ICRP guidelines ... 380
P31Ein Vergleich der Algorithmen AAA und Acuros bezüglich der mit in vivo Alanin/ESR Dosimetrie gemessenen Dosisbelastung der kontralateralen Bestrahlungsseite bei Mamma-Ca Patientinnen ... 381
P32Experimentelle Bestimmung von kQ- und kE-Faktoren des PTW 60019 microDiamond Detektors ... 383
P33Physiologisch basierte pharmakokinetische (PBPK) Modellierung ist entscheidend in der Therapieplanung von Leukämiepatienten ... 387
P34Commissioning of a 6MV Elekta Versa HD beam model for COMPASS Quality Assurance in conjunction with the new Dolphin® transmission detector ... 388
P35Laterales Ansprechvermögen unterschiedlicher kleinvolumiger Sonden ... 390
P36Photon energy dependence and radiation quality correction factors kQ,M of PTW semiflex 31010 and the newly designed version T31021 – Monte-Carlo results and experimental validation ... 394
Dosimetrie II ... 398
P37Vergleich der synthetischen Diamantsonde TM 60019 mit anderen PTW Kleinfeldsonden bei 6 MV Photonenenergie ... 398
P38Charakterisierung der Photonen-Energieverteilung inner- und außerhalb des Strahlenfeldes eines CT-Scanners zur Dosiskorrektion ... 402
P39Verwendung von Leistungsdioden zur Detektion hochenergetischer Strahlung ... 406
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Freie Themen ... 415
P44Micro-CT – Verbesserung der Kleintierstrahlentherapie durch Optimierung der Kollimatoren ... 415
P45IR-Bildgebung zur Verifikation der Wundheilung nach einer Laparotomie bei Kühen ... 417
P46Pain recognition with diagnostic temperature differences at the lateral horse’s head ... 420
P47Analysis and classification of microscopy images with cell border distance statistics ... 425
P48Photospaltung von Uran im Feld eines 18 MV Linearbeschleunigers ... 427
P49Simulierte Verteilung der mechanischen Spannungen beim Kauvorgang in Ober- und Unterkiefer des Pferdegebisses ... 430
P50EUTEMPE RX, ein strukturiertes Trainings- und Ausbildungsprogramm für Medizinphysik-Experten im Bereich der Röntgendiagnostik ... 434
P51RadTrial - Studienmanagement in der Radiologie ... 436
P52Implementierung einer Dosisnachanzeige für die stereotaktische Mammografie ... 438
MR/CT ... 439
P53Feasibility of thermal infrared imaging during MRI exams ... 439
P54 Semiautomatische Lungensegmentierung auf Basis der Magnetresonanztomographie ... 442
P55Reduction in blood glucose and carbohydrate intake after transcranial electric stimulation relates to enhanced neuroenergetic status, a 31P-MRS study ... 444
P56Freier Induktionszerfall und Linienform im Lungengewebe - Einfluss von Suszeptibilitäts- und Diffusionseffekten ... 445
P57Neue Gele für Magnetresonanztomographie-Phantome ... 447
P58T1-Korrektur bei Look-Locker-Sequenzen mit nicht kontinuierlichen Auslesepulsen ... 450
P59Ist eine automatische Bewertung der Bildqualität klinischer CT-Aufnahmen möglich? ... 451
P60ROI-Aufbereitung für iterative Rekonstruktionsalgorithmen in der Computertomographie ... 453
P61Bestimmung des flüssigkeitsgefüllten Hohlraumvolumens in knochenähnlichen Modellen mittels Magnetresonanztomographie (MRT) und Mikrocomputertomographie (µCT) ... 456
P62Beschleunigung des iterativen MLEM-Algorithmus zur CT-Schnittbildrekonstruktion auf einem Grafikprozessor 458 P63Strahlenhygienische Bewertung der dynamischen kontrast-verstärkten CT zur Beurteilung der myocardialen und cerebralen Mikrozirkulation ... 460
Partikeltherapie ... 462
P64Messung von Inhomogenitätseffekten in der Dual-Energy-Computertomographie (DECT) für die Schwerionentherapie-Planung ... 462
P65Untersuchung heterogener Strukturen und deren modulierender Effekt auf den Bragg-Peak von Tiefendosiskurven mit anschließender Implementierung von Benutzerroutinen in FLUKA zur Reduzierung der Simulationszeit ... 464
P66Optimierung der Magnetfeldstärken zweier Quadrupolmagnete als Teil des ionen-optischen Systems einer Partikeltherapieanlage mittels Matlab für anschließende Simulationen mit dem Monte-Carlo Code FLUKA ... 467
P67PET/CT-basierte Therapieverifikation am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum ... 470
P68Assessment of physical and biological dose in ion beam therapy using fluorescent nuclear track detectors and an automated reader ... 472
P69Tumor-konforme Ionenbestrahlung von Lungentumoren mittels 4D-optimierter homogener Dosis in jeder Bewegungsphase ... 474
P70Modulations-Stärke von porösen Materialien und ihre Verwendung als Ripple-Filter in der Partikeltherapie... 476
P71Dosimetric comparisons of particle therapy treatment plans for 1D and 2D ripple filters with variable thicknesses ... 479
46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
P75Situation of radiation therapy and cancer diagnosis in Cameroon ... 487
P76Monte-Carlo-Simulation der Neutronenkontamination eines 18 MV Linearbeschleunigers ... 491
P77Entwicklung anthropomorpher Phantome ... 493
P78Einsatz von Dosimetrie Gelen in anthropomorphen Modellen ... 494
P79Tägliche Anschlußmessungen – EPID vs. Ionisationskammer ... 495
P80Weiterentwicklung in der patientenspezifischen IMRT-QA: Übergang von zweidimensionaler zu dreidimensionaler Qualitätssicherung mit Compass ... 496
P81Konstanz der Dosis und der Tiefendosisverteilung bei kleinen Monitoreinheiten – Ergebnisse nach einjähriger Messung an drei Beschleunigern ... 497
Qualitätssicherung in der Strahlentherapie II ... 498
P82Vergleich dreier Methoden zur patientenspezifische Qualitätssicherung bei IMRT ... 498
P83Eignung eines kommerziellen Bestrahlungsplanungssystems zur Vorausberechnung von Exitdosisverteilungen ... 502
P84Detektion von Cherenkov-Strahlung in klinischen Photonen- und Elektronenfeldern mittels handelsüblicher Kamera Hardware ... 504
P85Ein Phantom zur Durchführung des Systemtests in der Strahlentherapie ... 506
P86Fehlersensitivität von QA-Systemen in der Strahlentherapie ... 508
P87Daily dosimetric checks with a cord-free commercial dedicated device (PTW Quickcheck webline) – One years customer experience ... 511
P88Design and evaluation of a Bi-Axial Simulator of internal and external respiratory motions ... 512
P89Development and clinical testing of a manual mobile cassette positioning device for chest X-ray examinations on intensive-care patients ... 513
46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
Audiologie I
Chair: W. Döring (Aachen)
1 Synthese akutischer Umgebungen die Evaluierung
S. Spors1, Rostock
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2 Wiedergabe räumlicher Klangszenen in Ambisonics – Plausibel oder messtechnisch exkat?
M. Frank1 Graz, Österreich
Fragestellungen: Räumliche Wiedergabe von Klangszenen basiert zumeist auf der Vorstellung einer messtechnisch exakten Reproduktion von Schallfeldern. Dies scheint zunächst mit den heute verfügbaren technischen Geräten umsetz- bar, jedoch mit sehr großem technischen Aufwand verbunden. Wieviel technischer Aufwand ist für eine plausible Wieder- gabe erforderlich?
Material und Methoden: Bei Ambisonics kann ein zentrales Direktschallfeld sauber reproduziert werden. Die exakte Reproduktion beschränkt sich auf einen zentralen Platz begrenzten Durchmessers und Frequenzbereichs. Der Durch- messer ist zirka proportional zu einer Sechstelwellenlänge mal Lautsprecheranzahl für 2D, und proportional zu einer Drit- telwellenlänge pro Wurzel aus der Lautsprecheranzahl für 3D-Wiedergabe.
Ergebnisse und Zusammenfassung: Für die Überprüfung von Hörgeräten mit akustischen Beamformern ist diese Art der Schallfeldreproduktion geeignet. Für Normalhörende ergibt sich jedoch eine wesentlich größere nutzbare Publikums- fläche mit plausibler Wiedergabequalität.
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3 Creation and rendering of interactive virtual acoustic environments for audiology – requirements and limitations
G. Grimm1, S. Ewert1, V. Hohmann1
1Universität Oldenburg, Medizinische Physik und Cluster of Exzellenz Hearing4all, Oldenburg
The increasing complexity of recent hearing devices and interaction with the acoustic surrounding as well as with the user behaviour has led to an increasing attention on virtual acoustic environments and spatial reproduction methods in the past years. Application in the field on audiology motivate perceptual as well as physical constraints of the virtual acoustics based on the perception by the listener and the use of multi-microphone arrays in hearing aids. Several tools for creating virtual acoustic environments have been developed and successfully applied in the field of audiology. TASCAR (toolbox for acoustic scene creation and rendering) is such a tool focusing on the real-time generation of dynamic content which can be interactively controlled. TASCAR provides a seamless integration into existing established measurement applica- tions, such as adaptive forced choice methods (AFC, [1]) or the Oldenburg measurement applications (OMA, [2]).
TASCARs underlying time-domain simulation method takes the major effects of room acoustics into account while offer- ing excellent real-time capabilities. The requirements from an audiological perspective as well as the limitations of the applied render methods are discussed in this contribution.
References
[1] Ewert, SD. (2013) “AFC - A modular framework for running psychoacoustic experiments and computational per- ception models,” in Proceedings of the International Conference on Acoustics AIA-DAGA 2013, Merano, Italy, pp.
1326-1329.
[2] http://hoertech.de/web_en/produkte/messverfahren.shtml
Supported by DFG research grant FOR1732 „Individualisierte Hörakustik“.
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Session 1 – Partikeltherapie I: dosimetrische und biologische Aspekte
Chairs: O. Jäkel, C. P. Karger (Heidelberg)
4 Einführungsvortrag – Trends in dosimetry for particle therapy
S. Greilich1
1DKFZ, Medizinische Physik in der Strahlentherapie, Heidelberg
Zusammenfassung: Radiotherapy using protons and heavier ions has gained considerable momentum, with more cen- ters and more patients treated during the last decade as compared to the period since particle therapy started 1954.
Dosimetry for ion beams is significantly different to that for high energy photons and electrons in a number of aspects.
Also, absorbed dose assessment has not yet reached the same level of accuracy as the well-established treatment mo- dalities. Especially for ions heavier than protons the increased biological effectiveness has to be additionally taken into account for prescription.
This presentation gives an overview of the current status, advancements and challenges in particle dosimetry.
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5 Das Qualitätssicherungssystem der Universitäts-Protonen-Therapie Dresden
S. Menkel1, J. Hytry2, D. Kunath1, S. Makocki1, W. Enghardt1,2,3,4, M. Baumann1,2,3,4
1Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie, Dresden
2Technische Universität, Oncoray – Nationales Zentrum für Medizinische Strahlenforschung in der Onkologie, Dresden
3Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institut für Radioonkologie, Dresden
4Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung und Deutsches Krebsforschungszentrum, Dresden und Heidelberg
Fragestellungen: Die Qualitätssicherung (QA, „Quality Assurance“) in der Strahlentherapie garantiert, dass die Bestrah- lung sicher für Umwelt, Personal und Patient erfolgt und dass die Bestrahlung den Anforderungen an die Behandlung, insbesondere im Hinblick auf wirksame Zielvolumenerfassung und Schonung des umliegenden Gewebes, genügt. Bei der Bestrahlung mit Protonen ermöglich deren begrenzte Reichweite vom Prinzip her eine konformalere Dosisverteilung als bei der konventionellen Bestrahlung mit Röntgenstrahlen. Eine engere Dosisverteilung kann eine bessere Behandlung von Tumorpatienten ermöglichen, birgt aber auch erhöhte Risiken. Diese müssen mit einem sorgsam ausgearbeiteten Qualitätssicherungssystem abgefangen werden.
Material und Methoden: Das QA-System der Universitäts-Protonen-Therapie Dresden (UPTD) ist dreifach ausge- legt.Erstens sorgt die Fa. IBA dafür, dass die Anlage sicher betrieben werden kann und dass sie in den für die Patienten und das Personal relevanten Eigenschaften konstant bleibt. Dazu führt IBA regelmäßige Tests und Wartungen durch.
Wenn nach Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen die Möglichkeit einer signifikanten Änderung besteht, werden festge- schriebene Tests durchgeführt, die diese Änderungen gegebenenfalls aufdecken. Die Übergabe der Anlage von IBA an den medizinisch verantwortlichen Betreiber, die UPTD, erfolgt arbeitstäglich vor der Morgen-QA der UPTD.
Zweitens prüft die UPTD regelmäßig sowohl für die Komponenten als auch für das Gesamtsystem, ob sich die relevanten Eigenschaften tatsächlich nicht signifikant geändert haben. Die Sicherheit aller Komponenten und die Genauigkeit des Patientenpositionierungssystems werden arbeitstäglich geprüft. Die Strahleigenschaften und das Zusammenspiel der Komponenten werden stichprobenartig ebenfalls arbeitstäglich kontrolliert. Detaillierte Prüfungen erfolgen in größeren Zeitabständen.
Drittens wird für jeden Patienten und jedes Bestrahlungsfeld eine spezifische QA durchgeführt. Dies umfasst die Kon- stanz der HU-Zahlen im Planungs-CT, die Messung von relativen 2-D-Dosisverteilungen in verschiedenen Tiefen eines Festkörper-Phantoms und Punktmessungen der absoluten Dosis in Wasser. Für die passive Strahlformung wird zusätz- lich die korrekte Geometrie der feldformenden Komponenten (Aperturen und Reichweite-Kompensatoren) sowie die Dich- te des Kompensatormaterials überprüft.
Die im Rahmen der QA-Messungen gewonnen Daten werden systematisch aufgezeichnet und analysiert. Dadurch kön- nen nicht nur größere Probleme, die bereits Toleranz-Verletzungen verursachen, sondern auch unterschwellige Effekte detektiert werden.
Ergebnisse: Exemplarisch werden 2 Ergebnisse aus der täglichen Reichweite- und Modulations-Kontrolle für die passive Strahlformung und aus der patientenspezifischen 2-D-Dosismessung genauer betrachtet.
1. Die tägliche Kontrolle von Reichweite und Modulation erfolgt als stichprobenartige Konstanzprüfung. Im täglichen Wechsel wird eine von 7 Kombinationen ausgewählt, mit der durch ein PMMA-Keilphantom (Abb.1) auf einen Szintillator- Schirm mit CCD-Kamera („Lynx-PT“, Fa. IBA-Dosimetrie) gestrahlt wird. Auf dem Keilphantom befinden sich 4 kreuzför- mig angeordnete Keile. Der durch die Keile hindurch belichtete Bereich hängt empfindlich von der Protonenreichweite ab. Zusätzlich befinden sich auf dem Phantom 2 redundante Paare aus jeweils 3 Stufen, deren Dicken sich um jeweils 3 mm unterscheiden. Stufen, Reichweite und Modulation sind so aufeinander abgestimmt, dass die Stufendicken die pro- ximale Kante des Spread-Out-Bragg-Peaks abbilden und die Grauwerte des Bildes der Stufen somit modulationsabhän- gig sind. Mit diesem Aufbau lassen sich Reichweiteabweichungen von 0,5 mm und Modulationsabweichungen von 2 mm detektieren.
2. Für die Überprüfung von patientenspezifischen 2-D-Dosisverteilungen wird jedes Patientenfeld auf ein Festkörperphan- tom abgestrahlt. Dabei wird die Dosisverteilung in verschiedenen Tiefen im Phantom mit einem Array aus Ionisations- kammern („Matrixx“, Fa. IBA-Dosimetrie) gemessen. Die Messung wird mit der Dosisverteilung verglichen, die das Pla- nungssystem für diese Bestrahlung in der entsprechenden Tiefe im Phantom berechnet. Im Allgemeinen erfüllen weit über 90 % der Punkte im Feld das Gamma-Test-Kriterium (3%, 3mm). Für manche Reichweiten liegt die Rate bei Mes- sungen im Bereich der distalen Kante des Feldes jedoch unter 90 % (Abb.2 links). Dies gilt für die Reichweiten, bei denen die Reichweite des Strahlmodells etwas von den realen Reichweiten abweicht (Abb.2 rechts). Verschiebt man die Ebene
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nominelle Tiefe:
82% bestanden nom. Tiefe + 0,5 mm:
94% bestanden
Zusammenfassung: An der UPTD wurde ein Qualitätssicherungssystem aufgebaut, das die hohen Anforderungen an eine Protonenstrahlanlage bezüglich Sicherheit und Präzision erfüllt. Insbesondere die Strahlqualität wird engmaschig und genau kontrolliert. Darüber hinaus wird jedes Bestrahlungsfeld für jeden Patienten dosimetrisch verifiziert. Dazu wur- den Phantome und Messmethoden entwickelt, die es erlauben, die Bestrahlungsqualität effizient und mit hoher Genauig- keit sicherzustellen.
Abb.1: PMMA-Keilphantom und Lynx-Bild einer Bestrahlung durch das Phantom. Das Mittelkreuz dient der Reichweitekontrolle. An- hand der Flächen in den Ecken lässt sich die Modulation prüfen.
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6 What can we learn from preclinical dose-response studies in carbon ion radiotherapy?
C.P. Karger1, M. Saager2,1, C. Glowa2,1, S. Brons3, M. Scholz4, R. Grün4, P.E. Huber2,5, J. Debus2, P. Peschke5
1German Cancer Research Center (DKFZ), Medical Physics in Radiation Oncology, Heidelberg
2University of Heidelberg, Radiation Oncology and Radiotherapy, Heidelberg
3Heidelberg Ion Therapy Ceneter (HIT), Heidelberg
4Helmholtz Center for Heavy Ion Research (GSI), Biophysics, Darmstadt
5German Cancer Research Center (DKFZ), Clinical Cooperation Unit Molecular Radiation Oncology, Heidelberg
Introduction: Carbon ions exhibit an increased relative biological effectiveness (RBE) in tissues relative to photons. In preclinical studies in the rat, the response of normal tissue and tumors is determined quantitatively.
Materials and methods: The spinal cord of rats was irradiated at 6 different positions of a 6 cm spread-out Bragg-peak (SOBP, 16-99 keV/µm). In addition, three sublines (AT1, HI, H) of the experimental prostate carcinoma R3327 differing in progression was treated with a 2 cm SOBP (75 keV/µm). All experiments were performed with 1, 2 and 6 fractions. Dose response curves were calculated for the biological endpoints myelopathy °II and local tumor control within 10 months after irradiation, respectively. RBEs were calculated based on the tolerance D50 (Dose at which the endpoint occurs with 50%
probability).
Results: For the spinal cord, RBEs increase linearly with LET and the slope of this dependence rises with fraction num- ber, i.e. with decreasing dose. The RBE-range was 1.26-1.68 for single and 1.28-2.30 for split doses. Comparison with predictions of the local effect model (LEM) for 1 and 2 fractions reveals a better agreement of LEM IV in the SOBP- region, while LEM I agrees better in the entrance region. For the tumors, the dose response curves differ less and are steeper for carbon ions than for photons. RBEs for single doses decrease with increasing differentiation of the tumor subline. The evaluation of these experiments is ongoing.
Conclusion: Preclinical experiments improve the understanding of the response of normal tissue and tumors to carbon ion irradiation. The rat spinal cord is especially suited to study the RBE-dependence on physical beam parameters like LET and dose and to benchmark RBE-models. Due to the heterogeneity of tumors, their RBEs depend on additional bio- logical factors, which are not considered in RBE-models. Studying the impact of these factors quantitatively may help to select tumor patients, who benefit from carbon ion therapy. Preliminary results suggest that the response of tumors to carbon ions is less dependent on inter- and intra-tumoral heterogeneity than for photons.
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7 Modellbasierte Analyse der potenziellen Vorteile relevanter Ionen für die Partikeltherapie
R. Grün1, T. Friedrich1, M. Krämer1, K. Zink2,3, M. Durante1, R. Engenhart-Cabillic3,4, M. Scholz1
1GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Biophysik, Darmstadt
2Technische Hochschule Mittelhessen, Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz, Gießen
3Universitätsklinikum Gießen-Marburg, Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie , Marburg
4Philipps-Universität Marburg, Medizinische Fakultät, Marburg
Fragestellungen: Unterschiedliche Ionensorten bieten verschiedene physikalische und biologische Vorteile für die An- wendung in der Strahlentherapie. Der Zweck dieser Studie ist es, Ionensorten mit Relevanz für die Partikeltherapie, d.h.
Kohlenstoff (12C), Helium (4He) und Protonen (1H), hinsichtlich ihrer Vorteile für verschiedene Bestrahlungsszenarien zu beurteilen [1].
Material und Methoden: Die biologische Bestrahlungsplanung wurde mit der Planungssoftware TRiP98 durchgeführt [2]. Für die Studie wurden hauptsächlich idealisierte Geometrien betrachtet. Zur Vorhersage der relativen biologischen Wirksamkeit (RBW), die für die biologische Optimierung der Bestrahlungspläne berücksichtigt werden muss, wurde das Local Effect Model (LEM IV) verwendet [3]. Um die drei Ionensorten zu vergleichen, wurde das Verhältnis der physikali- schen Dosis (PERPHYS), der RBW (PERRBW) und der RBW-gewichteten Dosis (PERBIO) von Zentrum des Zielvolumens zu Eingangskanal der Ionen (PER: Peak-to-Entrance-Ratio) für verschiedene Dosen, Feldkonfigurationen und Gewebetypen gebildet. Die Gewebetypen werden dabei mit dem α/β-Verhältnis des linear-quadratischen Modells charakterisiert, wel- ches ein Maß für die Radiosensitivtät eines Gewebes ist. Ferner wurden die Dosisbeiträge in lateral, proximal und distal an das Zielvolumen angrenzenden Risikoorganen (idealisierte Geometrie) beurteilt und die Dosisverteilung der drei Io- nensorten für einen Patienten mit einem Chordom der Schädelbasis verglichen.
Ergebnisse: Die Studie zeigt, dass die Vorteile der Ionen abhängig von den physikalischen und biologischen Eigenschaf- ten und dem Zusammenspiel beider sind. Im Falle von Protonen, zeigt die Berücksichtigung einer variablen RBW anstelle der klinisch berücksichtigten, konstanten RBW von 1.1 einen Vorteil hinsichtlich eines erhöhten PERRBW für die unter- suchten Konfigurationen. Aufgrund der Tatsache, dass Protonen ein etwas besseres PERPHYS im Vergleich zu Helium und Kohlenstoffionen zeigen, wohingegen, Helium ein höheres PERRBW gegenüber Protonen zeigt, weisen beide, Proto- nen und Heliumionen, eine ähnliche RBW-gewichtete Dosisverteilung auf. Kohlenstoffionen zeigen die größte Verände- rung des PERRBW mit dem Gewebetyp und ein Nutzen für strahlenresistente Tumorarten aufgrund ihres höheren linearen Energietransfer (LET). Ferner wird im Falle einer 2-Feld-Bestrahlung eine zusätzliche Erhöhung des PERBIO durch die Verwendung einer orthogonalen Feldkonfiguration im Vergleich zu Gegenfeldern für Kohlenstoffionen beobachtet. Für Protonen hingegen, zeigt sich nahezu keine Abhängigkeit des PERBIO von der Feldkonfiguration. Für das laterale Risiko- organ, wurde das Volumen welches mindestens 20% der RBE-gewichteten Zieldosis (V20) erhält, um über 35% unter Verwendung von Heliumionen und um über 40% unter Verwendung von Kohlenstoffionen im Vergleich zu Protonen redu- ziert. Die Analyse des Patientenplan zeigte, dass Protonen, Helium- und Kohlenstoffionen sehr ähnlich in Bezug auf die Zielabdeckung sind, während jedoch die Dosis im umliegenden Gewebe von Protonen hin zu Kohlenstoffionen sinkt. Die mittlere Dosis im Hirnstamm kann um mehr als 55% durch die Verwendung von Heliumionen und weiteren 25% durch die Verwendung von Kohlenstoffionen an Stelle von Protonen reduziert werden.
Zusammenfassung: Der Vergleich von PERRBW und PERPHYS der drei Ionensorten deutet darauf hin, dass die Vorteile der Ionensorten sehr stark von der verwendeten Zieldosis, dem Gewebetyp und der Feldkonfiguration abhängen. In Be- zug auf die Konformität, d.h. Dosis im Normalgewebe, ist eine deutliche Verbesserung mit Kohlenstoff- oder Heliumionen im Vergleich zu Protonen zu erwarten
Literatur
[1] Grün, R et al.: Med. Phys., (2015) 42, S.1037-1047.
[2] Krämer, M und Scholz, M: Phys. Med. Biol., (2000) 45, S.3319-3330.
[3] Elsässer, T et al.: Int. J. Radiat. Onc. Biol. Phys. (2010) 78, S.1177-1183.
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8 Planungsstudie zur nicht-invasiven Ablation von Herzrhythmusstörungen mit einem gescannten Kohlenstoffstrahl
A. Eichhorn1, A. Constantinescu1, H.I. Lehmann2, P. Lugenbiel3, M. Takami2, D. Richter1,4, M. Prall1, R. Kaderka1, D. Thomas3, C. Bert1,4, D.L. Packer2, M. Durante1, C. Graeff1
1GSI Helmholtzzentrum, Biophysik, Darmstadt
2Mayo Clinic, Rochester, Vereinigte Staaten Von Amerika
3Universität Heidelberg, Klinik für Kardiologie und Pneumologie, Heidelberg
4Universitätsklinik Erlangen, Erlangen
Fragestellungen: Die Bestrahlung arrhythmogener Strukturen mit gescannten Kohlenstoffionen stellt eine mögliche al- ternative Behandlung für Herzrhythmusstörungen dar. Vor allem das Vorhofflimmern und ventrikuläre Arrhythmien sind aufgrund der zunehmend älter werdenden Bevölkerung ein weltweit steigendes Gesundheitsproblem [1]. Wir untersuchen die Realisierbarkeit der Behandlung von Herzrhythmusstörungen mit Kohlenstoffionen in einer Tierstudie. Die Ergebnisse der Bestrahlungsplannung und genutzte Konzepte für die Bewegungskompensation werden im Folgenden erläutert.
Material und Methoden: Für die Studien wurden 15 Schweine verwendet, welche zufällig in 3 Untergruppen mit unter- schiedlichen Zielvolumina eingeteilt wurden. Dies waren der Atrioventrikularknoten (AVN, 8 Tiere mit Dosen von 25- 55 Gy), die Lateralwand des linken Ventrikels (LV, 4 Tiere, 40 Gy) und die obere Pulmonalvene (SPV, 3 Tiere, 40 Gy).
Für die Kompensation der Atembewegung wurden wiederholte Atemstopps und für die Herzbewegung ein inhomogenes Rescanning-Schema eingesetzt. Die Bestrahlungsplanung wurde mit der GSI eigenen Software TRiP4D durchgeführt, unter Verwendung von cardiac-gegateten 4DCTs und einem Reichweiten berücksichtigendem ITV. Für die Gruppen AVN und SPV wurden isotrope 5 mm Sicherheitssäume auf das CTV addiert, während für die LV Gruppe nur reichweitenabhängige Sicherheitssäume von 2mm + 2% wasseräquivalent genutzt wurden. In allen Fällen wurden zwei opponierende Felder verwendet. Für AVN und LV wurden die Felder unabhängig voneinander optimiert (SFUD); für SPV wurde simultan optimiert (IMPT) mit einer Dosisbeschränkung für den AV-Knoten. Auf Grund der Maximaldosis des Öso- phagus und der Trachea musste die Zieldosis in einem Tier auf 30 Gy gesenkt werden.
Ergebnisse: Für alle Rescanning-Simulationen konnte ein Median für D95 von 99,1% (AVN), 98,0% (SPV) und 98,3%
(LV) für das CTV bzw. 94,7% (AVN) und 92,7% (SPV) für das PTV erreicht werden. Der Median von D5-D95 hat sich in den Rescanning-Simulationen im Vergleich zu den nicht kompensierten Bestrahlungen für das CTV von 13,3 auf 6,5%
und von 23,4 auf 11,6% für das PTV verbessert. Die Empfehlungen für Dosisbeschränkungen der RTOG [2][3] für Einzel- fraktionen konnten sowohl für die Aorta, die Trachea und den Ösophagus als auch die Haut eingehalten werden. Die maximale Dosis in den Koronararterien wurde auf 30 Gy limitiert.
Zusammenfassung: Wir haben für unterschiedliche Herzstrukturen gezeigt, dass die Applikation von homogenen Dosisverteilungen mit gescannten Kohlenstoffstrahlen unter Verwendung eines zeit-optimierten inhomogenen Rescanning-Schemas realisierbar ist. Die vorgestellten Planungsstrategien wurden in einem Schweine-Modell validiert, dessen Analyse derzeit noch nicht abgeschlossen ist.
Abb.1: Repräsentative Dosisschnitte für jede Versuchsgruppe. Das CTV ist mit weiß markiert.
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Literatur
[1] F. Rahman, et al., ‘Global epidemiology of atrial fibrillation’, Nature Reviews Cardiology, 2014
[2] RTOG 0631 Protocol Information: Phase II/III Study of Image-Guided Radiosurgery/SBRT for Localized Spine Metastasis; 2011
[3] RTOG 0915 Protocol Information: A Randomized Phase II Study Comparing 2 Stereotactic Body Radiation Ther- apy (SBRT) Schedules for Medically Inoperable Patients with Stage I Peripheral Non-Small Cell Lung Cancer;
2010
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Session 2 – Funktionelle und molekulare Bildgebung I
Chairs: G. Brix (Oberschleißheim), A. Mahnken (Marburg)
9 Einführungsvortrag – 3D, 4D…oder wie die CT laufen lernte
A. Mahnken
Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH
Zusammenfassung: Seit Einführung in die Klinik im jahr 1971 hat die CT eine rasante Entwicklung durchlaufen. Dabei wurde die morphologische Bildgebung von einem Werkzeug zum Lösen klinischer „Probleme“ zum konventionellen Rönt- genbild des 21. Jahrhunderts. Neben diesen klinischen Entwicklungen haben vor allem erhebliche technische Weiterent- wicklungen der letzten 20 Jahre – insbesondere in räumlicher und zeitlicher Auflösung, aber auch auf Seiten des Strah- lenschutzes den Weg geebnet, diese rein morphologisch konzipierte Bildgebungsmodalität in ein funktionelles Bildge- bungsverfahren weiterzuentwickeln. Auch innovative Konzepte der Kontrastmitteldarstellung, z.B. die Darstellung myokardialer Spätanreicherung haben zur Funktionalisierung der CT beigetragen, so dass mittlerweile eine mehrdimen- sionale funktionelle Bildgebung möglich ist. Zur Darstellung der Hirnperfusion ist dies seit Jahren eine Standardanwen- dung. Aktuelle Weiterentwicklungen betreffen die Herzbildgebung und großvolumige Quantifizierung der Tumorperfusion in der onkologischen Bildgebung. Anhand klinischer und experimenteller Beispiele, insbesondere aus den Bereichen Herzbildgebung und onkologischer Perfusionsuntersuchungen wird das aktuelle Potential der modernen CT als funktio- nelle Bildgebungsmodalität illustriert.
Abb.1: Fusion von funktioneller und morphologischer Information in einen Datensatz, hier zur Darstellung von Herzkranzgefäßen und Vitalität des Herzmuskels.
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Literatur
[1] Tong E, Komlosi P, Wintermark M. One-stop-shop stroke imaging with functional CT. Eur J Radiol. 2014 Dec 3.
doi:10.1016/j.ejrad.2014.11.027
[2] Knuuti J, Saraste A. Combined anatomical and functional CT imaging for the detection of coronary artery disease.
Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2014 Jan;15(1):106-7
[3] Kan Z, Phongkitkarun S, Kobayashi S, Tang Y, Ellis LM, Lee TY, Charnsangavej C. Functional CT for quantifying tumor perfusion in antiangiogenic therapy in a rat model. Radiology. 2005 Oct;237(1):151-8
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10 Untersuchung pharmakokinetischer Modelle zur Beschreibung des CB1- Rezeptorliganden [
18F]MK-9470
I. Miederer1, H.-G. Buchholz1, A. Kronfeld2, S. Maus1, V. Weyer3, N. Afahaene1, B. Lutz4, M. Schreckenberger1
1Universitätsmedizin Mainz, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Mainz
2Universitätsmedizin Mainz, Institut für Mikroskopische Anatomie und Neurobiologie, Mainz
3Universitätsmedizin Mainz, Institut für Medizinische Biometrie, Epidemiologie und Informatik, Mainz
4Universitätsmedizin Mainz, Institut für Physiologische Chemie, Mainz
Fragestellungen: [18F]MK-9470 ist ein Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Ligand, der mit hoher Affinität an den Cannabinoid Typ 1 (CB1) Rezeptor bindet [1]. Der Ligand zeigt eine langsame Kinetik, sodass die Dauer eine PET- Messung oft nicht ausreicht, um die Dissoziationskonstante vom Rezeptor zu bestimmen [2]. Das Ziel dieser Kleintierstu- die mit Ratten war daher, die Untersuchung verschiedener pharmakokinetischer Modelle zur Bestimmung einzelner Ra- tenkonstanten und des Distributionsvolumens.
Material und Methoden: Nach i.v. Injektion wurde in 6 Sprague-Dawley Ratten die Verteilung von [18F]MK-9470 (13-25 MBq) über einen Zeitraum von 90 min mit einem Focus 120 microPET Scanner gemessen. Während der PET-Messung wurden arterielle Blutproben zur Bestimmung der Inputfunktion entnommen. Zur Auswertung wurden 8 Hirnregionen be- stimmt und Zeit-Aktivitätskurven (TAC) berechnet. 4 verschiedene pharmakokinetische Modelle wurden verglichen: 1) 1- Gewebskompartiment-Modell (1T-2kVb), 2) 2-Gewebskompartiment-Modell (2T-4kVb) (Abb. 1), 3) 2- Gewebskompartiment-Modell mit gekoppelten Parametern und individuell bestimmten K1 und k3 (SM1) und 4) 2- Gewebskompartiment-Modell mit gekoppelten Parametern und individuell bestimmten K1 und k4 (SM2). Die einzelnen Ratenkonstanten (K1, k2-kn) und das Distributionsvolumen VT wurden berechnet und die Modellanpassung mit dem Akaike Informationskriterium (AIC) bewertet.
Ergebnisse: [18F]MK-9470 verteilt sich im Rattenhirn wie bereits gezeigt [3]. 17/48 Fits des 1T-2kVb Modells zeigten systematisch Abweichungen zwischen Messdaten und Model. 10/48 Fits des 2T-4kVb Modells wurden verworfen, da der Algorithmus nicht konvergierte. Der Vergleich der zwei Modelle mittels AIC zeigte anhand der verbleibenden 38 TAC, dass in 36/38 Fällen das 2T-4kVb geeigneter war als das 1T-2kVb. Die Verwendung des SM1 Modells lieferte für alle 48 TAC stabile Parameter und zeigte eine bessere Anpassung als SM2. Der Pearson’sche Korrelationskoeffizient zwischen VT des Modells 2T-4kVb und VT von SM1 lag bei r = 0.78.
Zusammenfassung: Das pharmakokinetische Verhalten des CB1-Rezeptor-Liganden [18F]MK- 9470 wird am besten mit einem 2-Gewebskompartiment-Modell beschrieben. Um einzelne Ratenkonstanten und das Distributionsvolumen be- rechnen zu können, benötigt man häufig jedoch ein 2-Gewebskompartiment-Modell mit gekoppelten Parametern. Durch die vorliegende Studie wurde gezeigt, dass die Analyse von Liganden mit langsamer Kinetik zusätzliche Modellannahmen verlangt.
Abb.1: 2-Gewebskompartiment-Modell. Konzentration von Ligand Cp: in Plasma; Cf+ns: frei und nicht-spezifisch gebunden; Cb: spezi- fisch gebunden; K1, k2-kn: Ratenkonstanten.
C
pC
f+nsC
bK1
k2 k4
k3
Ctx Cer 1,2
UR:
46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
Literatur
[1] Casteels C, Bormans G, Van Laere K. The effect of anaesthesia on [18F]MK-9470 binding to the type 1 canna- binoid receptor in the rat brain. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2010;37(6):1164–73.
[2] Zamuner S, Rabiner EA, Fernandes SA, Bani M, Gunn RN, Gomeni R, Ratti E, Cunningham VJ. A pharmacoki- netic PET study of NK₁ receptor occupancy. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2012 Feb;39(2):226-35.
[3] Miederer I, Maus S, Zwiener I, Podoprygorina G, Meshcheryakov D, Lutz B, Schreckenberger M. Evaluation of cannabinoid type 1 receptor expression in the rat brain using [18F]MK-9470 microPET. Eur J Nucl Med Mol Imag- ing, 2013 Oct;40(11):1739-47.
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11 Nanopartikel für die medizinische Bildgebung
W. Parak1
1Philipps Universität Marburg, Fachbereich Physik, Marburg
Anorganische kolloidale Nanopartikel können mittlerweile mit großer Präzession aus verschiedenen Materialien gefertigt werden [1]. Abhängig vom Material können die Nanopartikel unterschiedliche Eigenschaften haben, die Kontrast für Bildgebung ermöglichen, wie z.B. Fluoreszenz oder Superparamagnetismus [2]. Auch eine Kombination verschiedener Bildgebungsmodalitäten ist möglich [3]. Bildgebung kann auch funktional erfolgen, d.h. das Signal hängt von lokalen Sti- muli ab [4]. Für einen klinischen Einsatz muss zunächst die Sicherheit der Nanopartikel geklärt werden. Dazu sind fun- damentale Studien über die Wechselwirkung der Nanopartikeln mit biologischen Medien [5] und Zellen in vitro [6, 7] als auch in vivo [8] der erste Schritt. Basierend auch solchen Untersuchungen lassen sich Rückschlüsse ziehen wie Nano- partikel weiter in Hinblick auf medizinische Anwendungen [9] optimiert werden sollen.
Literatur
[1] W. J. Parak, "Complex Colloidal Assembly", Science 334, 1359-1360 (2011).
[2] U. I. Tromsdorf, N. C. Bigall, M. Kaul, O. T. Bruns, M. S. Nikolic, B. Mollwitz, R. A. Sperling, R. Reimer, H.
Hohenberg, W. J. Parak, S. Förster, U. Beisiegel, G. Adam, H. Weller, "Size and Surface Effects on the MRI Relaxivity of Manganese Ferrite Nanoparticle Contrast Agents", NanoLetters 7, 2422-2427 (2007).
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46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
12 Optimising safety, production and application conditions of PASADENA PHIP of hydroxyethylacrylate in medical scanner environment for animal experiment
M. Terekhov2,1, M. Gorodezky1, M. Braun3, B. Piechalska3, K. Muennemann3, L. Schreiber2
1University Medical Center Mainz , Radiology, Mainz
2University Hospital Würzburg, Comprehensive Heart Failure Center, Würzburg
3Max-Plank Institute for Polymer Research, Department of Physical Chemistry of Polymers, Mainz
Introduction: To increase the MR-imaging sensitivity and contrast by creating magnetization higher (by factor up to 105) than a thermal polarization (TP) in static B0-field the series of methods called „hyperpolarization“(HP) are used. One of the actively developed HP-techniques is ParaHydrogen Induced Polarization (PHIP). PHIP relies on the transfer of spin order from parahydrogen (pH2) to nuclei in the targeted molecule during catalyzed chemical reaction. However, a neces- sity of using pressurized H2 creates major safety issues in a clinical scanner environment. In this study we tested the set- up developed in order to optimize the conditions for explosion safe and efficient preparation of the substances hyperpolar- ized by PASADENA-PHIP inside the standard clinical scanner with the further and administering in animal experiments.
Materials and methods: To provide safety conditions the whole set-up was placed inside a plastic cylindrical tube semi- closed from one side and positioned inside the bore (Figure 1). The open side of the tube lays 0.5m inside the explosive safety zone (level II). To neutralize the dangerous concentration of H2 the tube is permanently flushed with air at 15 l/min.
The whole scheme was approved by local explosions safety experts. The pH2 was delivered from aluminum bottles. For the PHIP-reaction the mixture 2-Hydorxyethylacrylate (HEA) with D2O and Rh(nor)(ppbs)BF4 catalyst was tested.. The tube with chemicals was heated in the water bath of 80°C-90°C and shot into the perfusion syringe (Pmax=23 bar) by pressurized pH2 (Fig 1a). Placing syringe inside the MRI-bore provide conditions for PASADENA-PHIP enhancement of corresponding protons (Fig 1b). All measurements were done using 3T Scanner (Prisma, Siemens, Germany). A continu- ously running single volume spectroscopy sequence provided continuous monitoring of a PHIP-signal.
Results: Figure 1b shows the exemplary spectra of chemical mixture inside after reaction is initiated. The peaks of PHIP- protons in HEP is marked on Fig 2b. The kinetic of PHIP-signal peaks integral intensity decay for samples with different ratio HEA and catalysts is shown on Fig 2c. Figure 1d shows the ratio of hyperpolarized and thermally polarized signals of HEP protons Ha and Hb. The total enhancement factor typically achieved in reaction was 2500. The kinetic plots (Fig 1c) show that decay time of the PHIP signal is obviously determined by both the reaction kinetic and relaxation rate. The characteristic decay time calculated by mono-exponential fitting of the curves was from 10 to 25 seconds for different samples.
Conclusion: The developed setup provides the explosion safety regime for preparation of the PASADENA-PHIP hy- perpolarized samples inside the standard clinical scanner. The obtained enhancement factor of 2500 is comparable with the one obtained in the experiments with multiple shaking of the reagents in glass tube [1]. The signal-time profile shows that the maximal PHIP-signal is obtained immediately after shot of the reagents into syringe. In the same time the kinetic of the reaction provide time period long enough for the preparation of the further measures necessary for the injection of the produced sample as a contrast media for animal studies. The optimization of the reagents concentration and admin- istration regime for obtaining necessary absolute contrast in MR-imaging experiments with the prepared PHIP-samples is in progress.
46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) e. V.
Session 3 – Computertomographie I
Chairs: B. Renger (München), B. Schmidt (Forchheim) 13 Einführungsvortrag – CT-Update
W. Kalender1
1Institut für Medizinische Physik, Erlangen
Im Vortrag wird einführend der aktuelle Stand der Technik der modernen CT-Geräte referiert und auch auf spezielle Ge- rätelösungen hingewiesen. Besonderes Gewicht wird auf innovative Entwicklungen mit Bezug auf Dosiseffizienz gelegt.
Dazu gehören Röhrenstrommodulation und Dosisautomatik, optimale Wahl der Röntgenspektren, iterative Bildrekonstruk- tion und innovative Detektortechnologien. Viele CT-Untersuchungen können mittlerweile mit einer effektiven Dosis im Bereich von wenigen mSv bzw. sogar im sub-mSv-Bereich durchgeführt werden. Als Ausblick werden Trends und poten- zielle Weiterentwicklungen der CT kurz angesprochen.
